recientes desarrollos en diseÑo de … · comparados con los cristalizadores horizontales: son de...
TRANSCRIPT
XXXIV Convención ATAM “Sergio Villa Godoy”
31/07-3/08 2012, Boca del Río, Veracruz
Recientes desarrollos en el diseño
de Cristalizador Vertical
31/07-3/08 2012
Comparados con los cristalizadores horizontales:
Son de volúmenes más importantes con
una menor huella en piso
No requieren estructura metálica de
soporte
Son ideales para su instalación en
exteriores
Tienen ratios de superficie de enfriamiento vs.
volumen más elevados
Manejan mejor masas cocidas viscosas
No sellos en la flecha que puedan significar
fugas
Son más baratos en su instalación para
una capacidad equivalente
Proveen almacenamiento eficiente por largos
periodos
Beneficios de los cristalizadores verticales
XXXIV Convención ATAM “Sergio Villa Godoy” 2
Cristalizador vertical tipo Fives Fletcher
Tamaño volumétrico del cristalizador vertical Tendencias de los últimos 25 años
3 XXXIV Convención ATAM “Sergio Villa Godoy”
Requerimientos generales del diseño y aumento del tamaño
generan desafíos para los diseñadores del equipo
Aspectos que deben ser considerados:
› Diámetro y altura del tanque
› Configuración de la superficie de enfriamiento
› Configuración del agitador
› Selección del accionamiento del agitador
› Recorrido del flujo de la masa cocida y del agua de enfriamiento
Consideraciones de aspectos de diseño
4 XXXIV Convención ATAM “Sergio Villa Godoy”
Diámetro más estrecho:
› mejor flujo ‘efecto pistón’
› agitador de menor torque y de
brazos más cortos
CV más anchos y más cortos
implican economías en su
fabricación
Los CV de Fives Fletcher tienen:
+ Diámetros de 4.5, 5.25 y 5.75 m
+ Alturas de 12 a 24 m
+ Ratio de aspecto (A/D) de 5.0 a 2.5
(mejor compromiso entre ‘angosto y
delgado’ y ‘corto y chaparro’)
Diámetro y altura del tanque
5 XXXIV Convención ATAM “Sergio Villa Godoy”
Elementos de enfriamiento: móviles o estáticos
Configuración de la superficie de enfriamiento
6
Ventajas:
accionamiento hidráulico más
pequeño para unidades grandes.
Desventajas:
tensión mecánica importante,
diseño complejo, conexiones de
agua complejas, fugas y derrames.
Ventajas:
sencillos y robustos, utilizados
para agregar resistencia y rigidez a
la estructura.
CV de FF tiene soldaduras
externas, requiere de muy poco
mantenimiento
Desventajas:
Costo del accionamiento
Elementos móviles Elementos estáticos
XXXIV Convención ATAM “Sergio Villa Godoy”
Tubos lisos más comúnmente utilizados
Tubos de diámetro más grande : menor caída de presión y
más resistencia
Tubos de diámetro más pequeño: mayor longitud, más
material y restricciones a la circulación de masa cocida y agua
La filosofía de FF utiliza arreglos de
tubos para ratios S/V muy flexibles:
ajustando el paso y diámetro de los
elementos puede obtener ratios
que varían de 1.0 a 2.0 m²/m³
La filosofía de diseño de
Fives Fletcher:
EFICIENTE, SENCILLO,
ROBUSTO
Elementos estáticos de enfriamiento:
aspectos de diseño
7 XXXIV Convención ATAM “Sergio Villa Godoy”
Tubos de enfriamiento estáticos
8
ENFRIAMIENTO ESTÁTICO COMPLEJO ENFRIAMIENTO ESTÁTICO SENCILLO
XXXIV Convención ATAM “Sergio Villa Godoy”
Las temperaturas típicas de las masas cocidas ‘C’ que van al CV, varían entre 65-70 °C son enfriadas a 40-45 °C
El tiempo de residencia promedio de la masa cocida C, varía de 35 a 45 h.
Estudios en plantas piloto mostraron que el agotamiento es significativo hasta 30 horas virtualmente completo después de 45-48 horas.
El promedio de la velocidad de enfriamiento varía de 0.5 a 0.9ºC/h.
Nuevas instalaciones de CV son extensiones de unidades existentes e ineficientes se requieren velocidades de enfriamiento más elevadas. FF instaló recientemente un CV de velocidad de enfriamiento de 1.3ºC/h.
Objetivos de enfriamiento y restricciones
9 XXXIV Convención ATAM “Sergio Villa Godoy”
Ratios S/V y CTC –
efectos en la velocidad de enfriamiento
10 XXXIV Convención ATAM “Sergio Villa Godoy”
Cristalizadores Verticales: Ratio S/V y CTC efectos en la velocidad de enfriamiento de masa cocida
Temperatura del agua de enfriamiento
entrada al CV 32°C Caso 1 Caso 2 Caso 3
Temperatura masa cocida entrada CV °C 65 70 70
Temperatura masa cocida salida CV °C 45 40 55 53 50
Tiempo de residencia masa cocida en CV h 40 35 12
Velocidad de enfriamiento masa cocida °C/h 0.5 0.9 1.3 1.4 1.7
CTC Coeficiente de transferencia de calor W/(m2.°C) 16 18 20 16 18 20 25
Ratio S/V requerido m-1 0.9 0.8 0.6 1.7 1.5 1.3 1.2 1.4 1.6
Hay un cierto número de factores que influencian el CTC
› Condiciones de masa cocida (Brix, temperatura, viscosidad)
› Camino de circulación del flujo de la masa cocida a través del
cristalizador y el efecto de corte ejercido por el agitador
FF utiliza CTCs generalmente de 16 a 20 W/(m².ºC)
Objetivos de enfriamiento y restricciones CTC: coeficiente de transferencia de calor
11 XXXIV Convención ATAM “Sergio Villa Godoy”
El diseño y configuración del agitador es ideal para crear un
campo de temperatura uniforme entre los elementos de
enfriamiento por distribución de estelas térmicas.
La velocidad del agitador y su posición relativa a los
elementos de enfriamiento es importante
Dos conceptos principales son utilizados:
› El ‘efecto pistón’ posicionando los brazos del agitador cercanos a los
elementos de enfriamiento Típicamente elaborados con perfil en
ángulo, normalmente de forma de caja rectangular
› La creación de una acción de cizallamiento con el arrastre que se
crea cuando se pasa un objeto a través de material viscoso
Configuración del Agitador
12 XXXIV Convención ATAM “Sergio Villa Godoy”
Configuración del agitador
13
DE ARRASTRE – SENCILLO
XXXIV Convención ATAM “Sergio Villa Godoy”
DE PAQUETE: COMPLEJO
Tipo de accionamiento del agitador
14
Accionamientos
Hidráulicos
Accionamientos
Eléctricos
Requerimientos: Paquete de
bombeo, mecanismo para el
accionamiento
Un solo paquete de bombeo
puede operar varios
cristalizadores
Bajos costos de instalación
Altos costos de mantenimiento
y operación
Reductores de velocidad tipo
sin fin, de bajo costo para
pequeños CV
Sujetos a desgaste excesivo
especialmente en grandes CV.
Reductores planetarios, muy
alta fiabilidad mecánica y
eficiencia.
Permite instalar un
accionamiento más pequeño
Requiere mantenimiento y
protección de sobrecarga
XXXIV Convención ATAM “Sergio Villa Godoy”
Reductores planetarios son preferidos por FF
FF utiliza Variador de Velocidad programable
para proteger el accionamiento y el reductor
donde la velocidad del agitador es reducida para
mantener el torque del accionamiento bajo su límite
superior
Otras mejoras: monitoreo constante del torque
del accionamiento para ajustar el set-point de la
temperatura del agua de enfriamiento
La velocidad de enfriamiento
puede fijarse según la
filosofía específica:
masa cocida, Brix, viscosidad
Accionamientos con reductor planetario
XXXIV Convención ATAM “Sergio Villa Godoy” 15
FF utiliza el importante efecto de maximizar el
cizallamiento para obtener el máximo nivel de
agotamiento de masa cocida en un cristalizador.
El accionamiento de velocidad variable y su sistema de
control asociado es capaz de mantener el máximo torque
admisible y valores de cizallamiento por disminución
de velocidad del accionamiento, o por aumento de
velocidad, de una nominal de 0.3 hasta 0.5 rpm para
masa cocida C.
Control del accionamiento del agitador
16 XXXIV Convención ATAM “Sergio Villa Godoy”
Sistema de control del cristalizador vertical
17 XXXIV Convención ATAM “Sergio Villa Godoy”
Alcanzar buen patrón de flujo continuo en un CV es difícil
La influencia e interacción de las características de
diseño es muy importante
Baffles pueden/deben ser utilizados
Pruebas con un traceador es la mejor manera de evaluar
los patrones de flujo
Varios diseños de cristalizadores verticales están sujetos
a serios cortos-circuitos y puntos muertos
Los resultados del CV de FF son buenos
Recorrido de flujo
18 XXXIV Convención ATAM “Sergio Villa Godoy”
Un buen diseño de cristalizador vertical requiere:
› Enfriamiento controlado
› Flujo uniforme
› Distribución de temperatura transversal al
recorrido de flujo
› Sin puntos muertos/corto-circuitos entre entrada
y salida
Para lograrlos:
› Buenos evaluación/diseño de sus características
Importancia mayor al enfriamiento de masa
cocida, por la tendencia natural para formar corto-
circuitos y áreas muertas durante el proceso
› La filosofía FF ‘Eficiente, Robusto y Sencillo’ ha
dado resultados eficientes y exitosos en el diseño
de cristalizadores verticales.
Conclusiones
19 XXXIV Convención ATAM “Sergio Villa Godoy”
¡ GRACIAS POR SU ATENCION !
20 XXXIV Convención ATAM “Sergio Villa Godoy”