Recientes desarrollos en el diseño de Cristalizador Vertical 31/07-3/08 2012, Boca del Río, Veracruz 31/07-3/08 2012
Beneficios de los cristalizadores verticales 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 Cristalizador vertical tipo Fives Fletcher 2
Tamaño volumétrico del cristalizador vertical Tendencias de los últimos 25 años 3
Consideraciones de aspectos de diseño 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 4
Diámetro y altura del tanque 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 ) 5
Configuración de la superficie de enfriamiento Elementos de enfriamiento: móviles o estáticos Elementos móviles Elementos estáticos 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 6
Elementos estáticos de enfriamiento: aspectos de diseño 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 diseño de Fives Fletcher: EFICIENTE, SENCILLO, ROBUSTO 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 7
Tubos de enfriamiento estáticos ENFRIAMIENTO ESTÁTICO COMPLEJO ENFRIAMIENTO ESTÁTICO SENCILLO 8
Objetivos de enfriamiento y restricciones 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. 9
Ratios S/V y CTC efectos en la velocidad de enfriamiento 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/(m 2. 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 10
Objetivos de enfriamiento y restricciones CTC: coeficiente de transferencia de calor 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) 11
Configuración del Agitador 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 12
Configuración del agitador DE PAQUETE: COMPLEJO DE ARRASTRE SENCILLO 13
Tipo de accionamiento del agitador 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 14
Accionamientos con reductor planetario 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 15
Control del accionamiento del agitador 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. 16
Sistema de control del cristalizador vertical 17
Recorrido de flujo 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 18
Conclusiones 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 cortocircuitos 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. 19
GRACIAS POR SU ATENCION! 20