Embed Size (px)
Citation preview
DESEMPEÑO DEL TACHO DE PAREDES RECTAS
INGENIO TRINIDAD SAN DIEGO S.A. Ing. Jaime Peñaranda D.
Agosto de 2015
TACHOS DE PAREDES RECTAS. ANTECEDENTES
Con el uso del Laboratorio de Cristalografía en el trabajo de rutina de la cristalización en Tachos, se ha encontrado que la “Fuerza Directriz” de este proceso se encuentra en mantener el valor del Coeficiente de Variabilidad o Cv por debajo de un valor de 30.0. Este Coeficiente se ha conocido en la industria azucarera y se ha usado como un parámetro para calificar la calidad del Azúcar
Refinada para asegurar la estabilidad del producto, evitando la compactación del azúcar. Con la asistencia del Laboratorio hemos encontrado que el Cv es un parámetro que se puede medir en todas las fases de la cristalización: desde el Semillamiento de las Templas
C hasta los azúcares intermedios, C y B y finalmente el Azúcar A.Con valores de Cv que cumplan el valor paramétrico se logra un
mayor rendimiento de cristales para manejar el concepto de la llamada “Molienda Fantasma”.
XX CONGRESO DE TECNICOS AZUCAREROS DE GUATEMALA, ATAGUA
DISEÑO DE UN TACHO DISCONTINUO DE PAREDES RECTAS
CON RELACION DE VOLUMEN:
• Relación de Área/Volumen igual a 1:2,4. Volumen: 2,580 ft3.
• Circulador mecánico de doble aspa.
• Alimentación circunferencial de vapor.
• Separador de arrastres modular en “U” de alta eficiencia.
• Condensador barométrico tipo lluvia, con acercamiento menor de
10 grados centígrados y consumo menor a 34 libras de agua por
libra de vapor condensado, que opera a una presión de 2.5 a 3.5
libras por pulgada cuadrada con un tiempo total de 2.0 a 2.5 horas.
Para templas A / B.
• Diseño realizado con base en el concepto de la “Hipérbola de
Circulación” desarrollado en la Estación Experimental Obispo
Colombres de Tucumán. Argentina.
JAIME PEÑARANDA D. INGENIERO QUÍMICO. DISEÑO DE TACHOS DE PAREDES RECTAS.
DISEÑO DE UN TACHO DISCONTINUO DE PAREDES RECTAS
Se acepta generalmente que un tacho es un “Mal Evaporador” en
razón de que un kilo de vapor saturado que se alimente a la calandria
no evapora un kilo de agua de la Templa, en razón de la diferencia de
los calores de condensación del vapor de la calandria y del calor de
evaporación del agua de la templa. Esta diferencia ha hecho necesario
que se tome un factor de consumo de vapor en tacho igual a 1.05 – 1.15
veces el peso del agua evaporada para estimar el consumo de vapor de
accionamiento de los tachos. En este aspecto se ha encontrado que los
tachos discontinuos presentan una marcada reducción en la
evaporación a lo largo de la templa. Esto se evidencia de manera clara
con la “hipérbola de circulación” que se toma como base para el
diseño del tacho discontinuo de paredes rectas. El tacho discontinuo
presenta ventajas importantes para el manejo del coeficiente de
variabilidad, como se ha podido demostrar en el laboratorio de
cristalografía.
ESPECIFICACIONES DEL DISEÑO
La relación de Volumen/Área igual a 2.4 requiere reducir la distancia
entre los tubos, medida en la dirección de los diámetros (Ligamento)
del valor paramétrico que se estima en 1/3 del diámetro externo del
tubo, a ½” para poder colocar la cantidad de tubos incrementada por
la mayor área. Los tubos se han soldado a la placa de la calandria. La
tubería, como todo el Tacho es de acero inoxidable, de 4” de Diámetro
Externo por 3´- 0” de longitud.
La relación del Diámetro del Ducto Central de Circulación (Down take)
es igual a 0.17, diferente al valor paramétrico de 0.40 al menos.
El fondo es de un solo cono con un ángulo de 12 grados con respecto a
la horizontal.
La tubería de descarga es de 20” de diámetro y el tubo de descarga es
de acero inoxidable igualmente.
El espesor de las placas de la calandria es de 1.25”.
La altura de templa sobre la placa superior de la calandria es 5´- 11”.
ESPECIFICACIONES DEL DISEÑO, CONTINUACIÓN
La Razón de Crecimiento, Rc, definida como la relación entre el
Volumen Total de Templa y el Volumen de la Calandria (Pié de
Templa) es 3.0. El Factor de Crecimiento, Fc, se define como la
Raíz Cúbica de la Razón de Crecimiento y si Rc = 3,0, el Fc es
1.44. Con estos valores, se calcula el Tamaño Final, Tf, de los
cristales al terminar una Templa, conociendo el Tamaño Inicial de
los mismos, Ti, según la formula:
Tf = Fc * Ti
La Razón de Crecimiento es una variable crítica de Diseño que
permite que en la producción de Azúcar Blanco Especial debajo
Color se establezca la secuencia correcta de crecimiento en los
Tachos:
0.010 mm(Fondant) -> 0.150 mm (Cristal Primitivo) -> 0.210 mm
(Cristal Desarrollado) -> 0.300 mm (Templa C) -> 0.420 mm
(Templa B) -> 0.600 mm (Templa A).
Sin necesidad de hacer corte y crecer los tamaños.
HIPÉRBOLA DE CIRCULACIÓN DE UN TACHO
Teoría desarrollada en la Estación Experimental Obispo Colombres, de Tucumán (Argentina). Es una relación que permite conocer el valor del Coeficiente de Circulación vs. Altura de la Templa cada diez minutos.
El valor de C se define como:
C = D2 * d2 * h /H
En donde: C: Circulación.
D: Diámetro interno de la Calandria.
d: Diámetro del ducto central (Down take)
h: Altura de la Calandria.
H: Altura de la Templa sobre la Calandria.
RELACIONES DIMENSIONALES DEL TACHO DE MASA A. Coeficiente de Circulación
DIMENSIONAMIENTO TACHO 32,57 Punto H (m) D C
Volumen de templa 2580 pie3 2580,12 0 0,91 5,42 35,16
Relación Area Volumen 2,40 1 0,99 0,07 5,42 32,62
Relación Area tubo central vs. Area tranversal 25,80 % 2 1,06 0,07 5,42 30,43
Altura de calandria 3 Pies 0,91 m 3 1,13 0,07 5,42 28,51
Diametro de tubos 4 Pulgadas 4 1,20 0,07 5,42 26,82
Espesor de calandria 1,25 Pulgadas 5 1,27 0,07 5,42 25,32
Espacio entre tubos (ligamento) 1,10 Pulgadas 6 1,34 0,07 5,42 23,97
Relación diametro cuerpo/diametro calandria 1 7 1,41 0,07 5,42 22,77
Altura fin de templa desde cara de calandria 7,00 Pie 2,13 m 8 1,48 0,07 5,42 21,67
Altura cono inferior a calandria 6,00 pul 9 1,55 0,07 5,42 20,68
Espesor de tubos 1,50 mm 0,00 10 1,63 0,07 5,42 19,78
Angulo cono de fondo 12,00 Grados 11 1,70 0,07 5,42 18,95
Angulo entre cuerpo y calandria 0,0 Grados 0,00 1 12 1,77 0,07 5,42 18,19
Area de placa 184,41 Pie2 13 1,84 0,07 5,42 17,48
Volumen bajo calandria 124,27 Pie3 840,36 14 1,91 0,07 5,42 16,83
Volumen cono 156,63 762,04 15 1,98 0,07 5,42 16,23
Volumen cono a restar 78,31 16 2,05 0,07 5,42 15,67
Volumen tubos 538,26 Pie3 17 2,12 0,07 5,42 15,14
Volumen tubo central 21 Pie3 18 2,19 0,07 5,42 14,65
Area de transferencia 6192,00 Pie2 19 2,27 0,07 5,42 14,19
Diametro de calandria 17,79 Pies 5,42 m 20 2,34 0,07 5,42 13,76
DIAMETRO CUERPO 17,79 Pie 5,42 m 21 2,41 0,07 5,42 13,35
Diametro downtake 3,00 Pies 0,91 m 22 2,48 0,07 5,42 12,97
Diametro downtake/Diametro cuerpo 0,17
No. Tubos 2118 23 2,55 0,07 5,42 12,61
Volumen hasta fin de templa menos pie de templa 1740 Pie3 24 2,62 0,07 5,42 12,27
VOLUMEN PIE DE TEMPLA 840 Pie3 25 2,69 0,07 5,42 11,94
VOLUMEN TOTAL FIN DE TEMPLA 2580 Pie3 26 2,76 0,07 5,42 11,63
Tubos / pie2 11,49 27 2,83 0,07 5,42 11,34
Aplicación De Los Parámetros de Diseño a la Hipérbola de Circulación
RELACIÓN AREA VOLUMEN 2,4 28 2,91 0,07 5,42 11,06
RELACION V TOTAL/PIEDE TEMPLA 3,070 32,57 29 2,98 0,07 5,42 10,80
AREA TOTAL TACHO anivel calandria 248,537 Pie2 23,09 m2 30 3,05 0,07 5,42 10,55
AREA TOTAL TACHO EN CUERPO 248,537 Pie2 23,09 m2
AREA TOTAL TRANSVERSAL DE TUBOS 179,419 Pie2 16,67 m2
AREA TUBO CENTRAL 7,069 Pie2 0,66 m2
AREAS TUBO CENTRAL/AREA DE CALANDRÍA 2,84%
AREA DE TUBOS/AREA TUBO CENTRAL 25,383
% Pie de Templa/Volumen total 32,57 33,33 Ideal
Relaciòn de crecimiento 1,45 1,44 Ideal
Volumen ideal del Pie de Templa 859,95 3,0
Altura del pie sobre la placa superior, pulgadas
POTENCIA MOTOR AGITADOR MECANICO, kW 124
Tamano Azucar A, mm, a partir de 0.42 mm de Azucar B 0,61 0,63 Ideal
RELACION % DIAMETRO DOWNTAKE/CALANDRIA
Continuación
Relación Área/Volumen = 2.0 Relación Área/Volumen = 2.4
HIPÉRBOLAS DE CIRCULACIÓN
PARA DIFERENTES RELACIONES ÁREA/VOLUMEN
HIPÉRBOLAS DE CIRCULACIÓN NATURAL (ROJO) Y CIRCULADOR DE DOBLE
HÉLICE (AZUL)
FOTO DE LA TUBERÍA DE 4” DE DIÁMETRO SOLDADA
A LA PLACA DE LA CALANDRIA
Ligamento
FOTO DEL TAZÓN DEL CONDENSADOR DEL TACHO CON
LAS CHIMENEAS DE EXTRACCIÓN DE GASES
INCONDENSABLES
Los agujeros son de 20 mm de diámetro.
DETALLE DE LAS CANALES EN U QUE COMPONEN
EL SEPARADOR DE ARRASTRES
VISTA EXTERNA DEL SEPARADOR MODULAR EN U
ANTES DE INSTALAR EL DOMO
VISTA DEL INTERIOR DEL SEPARADOR DE ARRASTRES
MODULAR EN U
OPERACIÓN TACHO 10A Datos Operativos
• Altura total (H): 6´2”
• Presión: 2.5 - 3.5 psig.
• Vacío: 24” Hg
• Temperatura: 63° C
• Tiempo Templa: 1.45 h
OPERACIÓN TACHO 10A Datos Operativos
• Volumen real: 2580 ft3
• Vapor Tacho: 60°C
• Agua de inyección: 32°C
• Approach: 10°C
OPERACIÓN TACHO 10A Datos del material
IMAGEN MASA “A” Tacho 10A JPD:
• Brix: 92.5°
• Pol: 75.3
• Pureza: 81.42 %
HIPÉRBOLA DE CIRCULACIÓN Velocidad de circulación
0.92 1.05 1.17 1.30 1.42 1.55 1.67 1.80 1.92 2.05 2.17 2.30 2.42 2.55 2.67 2.80
velocidad C 86.9370 76.5154 68.3249 61.7183 56.2768 51.7170 47.8407 44.5050 41.6041 39.0583 36.8061 34.7994 33.0002 31.3780 29.9077 28.5691
tiempo templa 0.00 0.0765 0.1531 0.2296 0.3062 0.3827 0.4593 0.5358 0.6124 0.6889 0.7655 0.8420 0.9186 0.9951 1.0717 1.1482
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
0.0000
10.0000
20.0000
30.0000
40.0000
50.0000
60.0000
70.0000
80.0000
90.0000
100.0000
Tie
mp
o t
em
pla
, h
r
Velo
cid
ad
C
Velocidad C, tiempo templa, altura masa (eje X)
HIPÉRBOLA DE CIRCULACIÓN Coeficiente de circulación
HIPÉRBOLA DE CIRCULACIÓN Cantidad de Agua Evaporada
DESARROLLO MASA A Tamaño vs Coeficiente de Variación
Muestra no. 1: Masa “A”
DESARROLLO MASA A Tamaño vs Coeficiente de Variación
Muestra no. 5: Masa “A”
DESARROLLO MASA A Tamaño vs Coeficiente de Variación
Muestra no. 8: Masa “A”
DESARROLLO MASA A Tamaño vs Coeficiente de Variación
Muestra no. 11: Masa “A”
CONCLUSIONES
• El Tacho de paredes rectas puede operar con Vapores
Vegetales II, aunque puede operar con 1.0 psig. La
alimentación del Vapor es periférica.
• El Tiempo de Operación es del orden de 1:45 a 2:00 Horas.
• El Acercamiento o Approach del Condensador es menor a 10
C. Se han obtenidos valores entre 1 y 2 Centígrados.
• El Separador de Arrastres presenta eficiencia por encima
del 99.99 %.
• La Hipérbola de Circulación es definitivamente superior a
la de cualquier otro Tacho de batch.
• El Cv es aproximadamente igual o menor a 30.0 %.
• La descarga del fondo de un solo cono permite remover los
residuos de Masa con menos Vapor de Soplo o Escoba.
CONCLUSIONES: CONTINUACIÓN.
• La Hipérbola de Circulación permite analizar el comportamiento
del trabajo de Tachos para decidir sobre los valores de la
Evaporación de agua medida en Libras/Hr.ft2, sobre el Coeficiente
Total de Transferencia de Calor y sobre la velocidad de Circulación
de la Masa en mm/segundo.
• Esta herramienta permite también diseñar Tachos para lograr el
cumplimiento de los Factores de Crecimiento de los cristales y de esta
manera manejar valores del Coeficiente de Variabilidad que
permitan reducir al mínimo la llamada “Molienda Fantasma” que
representa la recirculación de azúcar disuelta en las centrífugas por
el uso excesivo del agua para resolver temas de calidad.
AGRADECIMIENTOS
Deseo agradecer a las Directivas del Ingenio Trinidad – San Diego y al Ingeniero Carlos R.
López, por la oportunidad de permitirme el diseño del Tacho 10 A de Masa Primera en la línea de
Azúcar Crudo y por el uso de la información del desempeño del Tacho.
Igualmente, agradecer a la I.Q. Silvia Nelly Aguilar Soto por su colaboración en la recolección
y la presentación de los datos de operación.
GRACIAS
