Separadores, T de rocío ácida

7/28/2019 Separadores, T de roco cida

1/14

SEPARADORES

1) Cmaras de Sedimentacin

Las cmaras de sedimentacin emplean la fuerza de la gravedad para separar laspartculas ms gruesas. El gas residual entra en una cmara en la que diminuye suvelocidad pudiendo sedimentar las partculas ms gruesas y densas en una tolva derecoleccin. Se usan usualmente como tratamiento previo a otros tratamientos paraeliminar la fraccin ms gruesa de el material en suspensin. Son utilizados para lacaptura de partculas de dimetro mayor de 10m, aunque slo atrapan de maneraefectiva a partculas de ms de 50 m.

El diseo de estos equipos es muy sencillo, debemos evaluar la velocidad de laspartculas en su cada con respecto a la velocidad del gas, de manera que si laspartculas tienen tiempo para sedimentar, es decir, recorrer la altura hasta la tolva derecoleccin, en la longitud de la cmara, entonces la partcula quedar atrapada. Encaso contrario la partcula ser arrastrada por la corriente gaseosa.

Para el desarrollo del modelo se admiten las siguientes simplificaciones:

- La velocidad es igual en cualquier punto de la cmara, tanto para el gas como paralas partculas que arrastra, en su componente horizontal.

V = Q/(b*h)

Q: Caudal volumtricob*h: rea de la seccin del sedimentador

- La componente vertical de la velocidad de las partculas viene determinada por lavelocidad terminal provocada por la gravedad y regida por laley de Stokes.

Vt=g*D2*(p - f )/18* f

Vt: Velocidad terminal de cadag: Constante aceleracin de la gravedadD: Dimetro de la partcula

p, f : Densidad de la partcula y densidad del agua, respectivamentef : Viscosidad del fluido
http://www.miliarium.com/prontuario/MedioAmbiente/Aguas/VelocidadSedimentacion.htmhttp://www.miliarium.com/prontuario/MedioAmbiente/Aguas/VelocidadSedimentacion.htm


2/14

- Cuando una partcula llega al fondo, en ningn caso es resuspendida.

- Las partculas no interactan entre s.

- La mezcla es perfecta en cada seccin perpendicular al flujo, de manera que, laconcentracin no vara en una misma seccin, pero a lo largo del sedimentador, segnse van deponiendo las partculas, la concentracin decrece.

Con todas estas consideraciones, calculamos la siguiente ecuacin para la penetracin(fraccin de partculas que no quedan capturadas en el sedimentador), para cadadimetro de partcula:

Ln (C/Co) = - [L*g*D2*( p- f )]/(H*V*18f )

C/Co: Penetracin, concentracin a la salida dividido entre concentracin inicialL: Longitud del sedimentadorH: Altura del sedimentador V: Velocidad del gasDe esta manera el dimensionamiento de una cmara de sedimentacin depender delcaudal de gas a tratar (a ms caudal mayor seccin para que la velocidad se encuentreentre 3 y 0,1 m/s) y de la eficiencia y el tamao de partcula que queramos separar(una mayor longitud conseguir las mayores eficiencias). Como normalmente sonusados como un pretratamiento para el enfriamiento del gas y la eliminacin de laspartculas ms gruesas, no se usarn longitudes descomunales para mejorar laeficiencia con partculas pequeas.

Estos mecanismos estn siendo sustituidos porciclones,debido a su mayor eficiencia y

menor volumen.

Ventajas y Desventajas de las Cmaras de Sedimentacin.

Ventajas

Equipos de bajo coste. Muy bajo coste energtico. Pocas partes mviles, y por tanto menor necesidad de mantenimiento.. Excelente fiabilidad. Baja cada de presin a travs de la cmara. Dispositivo no sujeto a abrasiones debido a la baja velocidad del gas. Provee un enfriamiento adicional a la corriente gaseosa. Las limitaciones de presin y temperatura dependen nicamente del tipo de

material empleado.
http://www.miliarium.com/prontuario/MedioAmbiente/Atmosfera/Ciclon.htmhttp://www.miliarium.com/prontuario/MedioAmbiente/Atmosfera/Ciclon.htm


3/14

Desventajas

Eficiencias de coleccin relativamente bajas. Incapaz de trabajar con materiales gomosos. Alto requerimiento espacial.

Las bandejas en el modelo Howard pueden deformarse durante condiciones detrabajo que involucren altas temperatura.

2) Precipitadores Electrostticos

En estos equipos la remocin ocurre por cargar elctricamente las partculas yrealizar su posterior recoleccin y transporte de las mismas dentro de una tolva.Los precipitadores electrostticos son menos sensibles al tamao de partcula queotros equipos comoscrubbers o filtros de talegas y pueden controlar partculassubmicrnicas de una manera adecuada, pero son muy sensibles a aquellos

factores que afectan la potencia elctrica (voltaje) a los cuales ellos operan. Estosson principalmente la densidad del aerosol (en granos/scf) y la resistividadelctrica del material. La resistividad de la partcula est influenciada por lavelocidad de arrastre o la atraccin entre las partculas y los platos recolectores.Una alta resistividad causar una baja velocidad de arrastre, la cual puededisminuir la eficiencia de la recoleccin total. Una baja resistividad indica que esdifcil cargar las partculas y tender a disminuir la eficiencia, teniendo las demscondiciones de desempeo iguales.

Ventajas y Desventajas de los Precipitadores Electrostticos.

Ventajas:

Eficiencia muy alta de recoleccin de partculas (gruesas y finas), lograda conun gasto relativamente bajo de energa.

Recoleccin y colocacin final en seco. Baja cada de presin (caractersticamente menor a 0,5 pulgadas de columna de

agua). Diseados para operacin continua, con requerimientos mnimos de

mantenimiento. Costo de operacin relativamente bajo. Capacidad para operar a altas presiones (hasta 150 psi o al vaco). Capacidad para operar a altas temperaturas hasta 704C.

Capacidad para manejar en forma eficiente velocidades de flujo de gasrelativamente altas.

Desventajas:

Alto costo de capital. Muy sensibles a cambios en las condiciones de la corriente gaseosa (en especial,

el flujo, la temperatura, la composicin del gas y las partculas y la carga de laspartculas).


4/14

Ciertas partculas son difciles de recolectar, debido a caractersticas deresistividad relativamente altas o bajas.

Se requieren espacios relativamente grandes para su instalacin. Riesgo de explosin al recolectar partculas combustibles o tratar gases

combustibles. Se requieren medidas especiales de seguridad para proteger al personal del alto

voltaje. Durante la ionizacin del gas se produce ozono, por la descarga del electrodo

cargado negativamente.

Fig #1. Precipitadores Electrostticos.

3) Colectores Hmedos

Estos equipos utilizan un liquido, por lo general agua para capturar las partculas oaumentar el tamaos de los aerosoles. El tamao aumentado resultante facilita laremocin del contaminante de la corriente de gas; se indica a continuacin algunasconsideraciones en cuanto a funcionamiento y mantenimiento por otra parte elprincipio de funcionamiento de estos equipos es diverso, puede ser impactacin,intercepcin, aglomeracin o difusin.


5/14

Fig #2. Principio de Funcionamiento de los colectores hmedos.

Ventajas y Desventajas de los Precipitadores Electrostticos.

Ventajas

Remueve partculas que van de 0,1 a 20 um. Capacidad para lograr alta eficiencia de recoleccin de partculas finas (a

expensas de una cada de presin). Requerimientos de espacio relativamente pequeos. Capacidad para manejar corrientes de gas a altas temperaturas y con alto

contenido de humedad.

Desventajas

Problema para manipular y dispones de los lodos hmedos. La presencia de agua aumenta la corrosividad de los materiales. Se requiere de consumo de energa relativamente alto. Generacin de un efluente liquido que puede necesitar tratamiento.


6/14

4) Ciclones

Los ciclones son dispositivos mecnicos, que remueven el material particulado de lacorriente gaseosa, basndose en el principio de impactacin inercial, generado por lafuerza centrifuga. Constituyen uno de los medios menos costosos de recoleccin depolvo, tanto desde el punto de vista de operacin como de la inversin. Estos sonbsicamente construcciones simples que no cuentan con partes mviles, lo cual facilitalas operaciones de mantenimiento.

Por lo general, el separador ciclnico se utiliza para eliminar partculas con tamao de10um o mayor. No obstante, los ciclones convencionales rara vez remueven partculascon una eficiencia mayor del 90%, a menos que la partcula tenga un dimetro de25um o mayor. Existen ciclones de alta eficiencia, que son efectivos hasta con partculasde 5 um. No importa cul sea el diseo, la eficiencia fraccionaria de remocin decualquier cicln rpidamente mas all de un cierto tamao de la partcula.

A travs de la rpida de rotacin del flujo de aire, las partculas son desplazadas poraccin de la fuerza centrifuga hacia las paredes del cicln. Esto permite que laspartculas mas pesadas se desprendan del flujo de aire siendo impulsadas hacia lapared donde se juntan entre s y forman aglomerados que sedimentan para sereliminados por el punto de salida inferior del cicln. En la base del cicln el gas sevuelve movindose en espiral hacia arriba y saliendo por la parte superior del equipo.

Fig #3. Ciclones.

Ventajas y Desventajas de los Ciclones.

Ventajas

Bajos costos de capital Falta de partes mviles, bajo requerimiento de mantenimiento y bajos costos de

operacin.


7/14

Las limitaciones de temperatura y de presin dependen nicamente de losmateriales de construccin.

Cada de presin relativamente baja, comparada con la cantidad de partculasremovidas.

Coleccin y disposicin en seco. Requisitos espaciales relativamente pequeos.

Desventajas

Es empleado como pre tratamiento en la depuracin. No pueden manejar materiales pegajosos o aglomerantes. Las unidades de alta eficiencia pueden tener altas cadas de presin, resultando

mas costoso. Eficiencia de recoleccin de partculas suspendidas totales relativamente bajas,

en particular menores de 10 um. En alguno de los casos el aire tratado no cumple con la normativa ambiental.

5) Filtros

Es un dispositivo en el cual las partculas solidas que se encuentran en un fluidoliquido o gaseoso se separan mediante un medio filtrante, que permite el paso delfluido a su travs pero retiene las partculas solidas. Algunas veces, interesa recoger elfluido; otras, las partculas solidas, y en algunos casos, ambas.

Se define filtro de agua a un dispositivo que trata de mejorar la calidad del aguamediante sistemas que separan y retienen las partculas y microorganismos

indeseables que pueda contener, pero que dejan pasar el lquido. Se trata de unadefinicin general, porque la utilidad prctica de estos dispositivos es muy diversa, ascomo los distintos modelos. Una persona que desee adquirir un filtro de agua debe detener en cuenta que la mayora no purifican el agua sino que simplemente mejoran susabor.

Los filtros de tela son estructuras metlicas cerradas en cuyo interior se disponenelementos filtrantes textiles en posicin vertical. Segn el diseo pueden adoptarformas tubulares, y se denominan mangas, o formas rectangulares, y se denominanbolsas. Su principio de funcionamiento consiste en hacer pasar el aire con partculasen suspensin mediante un ventilador, a travs de la tela que forma la bolsa, de esamanera las partculas quedan retenidas entre los intersticios de la tela formando unatorta filtrante. De esta manera la torta va engrosando con lo que aumenta la prdidade carga del sistema, empleando as, el principio ms antiguo y de uso general como loes la filtracin.

Los elementos que intervienen en la filtracin son:

Un medio filtrante Un fluido con slidos en suspensin


8/14

Una fuerza, una diferencia de presin que obligue al fluido a avanzar Un dispositivo mecnico, llamado filtro que sostiene el medio filtrante, contiene

el fluido y permite la aplicacin de la fuerza.

Fig #4. Filtros tipo tela.

Ventajas y Desventajas de los Filtros.

Ventajas

Amplia eficiencia colectora sobre un gran intervalo de tamao de partculas. Extrema flexibilidad de diseo, proporcionada por la disponibilidad de varios

mtodos de limpieza y medios filtrantes. Capacidad volumtricas en un sola instalacin. Capacidad para manejar una diversidad de materiales slidos.


9/14

Desventajas

No remueven material fino. Trabajan a presin. Velocidades pequeas. El tamao total del equipo es grande comparado con otro tipo de colectores. No es posible manejar materiales hidroscopicos, debido a los problemas con la

limpieza de las telas.

En qu parte de la industria petroqumica se utilizan estas sustancias:

Alcohol Isopropilico Amoniaco Cloruro de hidrgeno Fluoruro de hidrgeno

Dixido de Azufre Dixido de Nitrgeno Ozono n-hexano

En la industria petroqumica las principales materias de base son: gas natural, lasolefinas ligeras (etileno, propileno y butenos) y los aromticos.

Alcohol Isopropilico: Del propileno se produce alcohol isoproplico, polipropileno yacrilonitrilo, cuya mayor aplicacin est en la industria de disolventes, pinturas yfibras sintticas.

Amoniaco: Derivado principal del Metano, se obtiene a partir del procesoHaberBosch, tambin se produce en las unidades de craqueo cataltico

Cloruro de hidrgeno: Se utiliza en el proceso de oxicloracin para la produccin deEDC reaccionando con etileno y oxgeno; adems se obtiene como producto en elcraqueo trmico del EDC para la produccin de cloruro de vinilo.

Fluoruro de hidrgeno: Es utilizado comocatalizadoren petroqumica paraobtenercriolita (Na3 AlF6) artificial que se emplea en la obtencindel aluminio, fluorurosinorgnicos como el hexafluoruro de uranio (UF6) y a vecescomo disolvente.
https://es.wikipedia.org/wiki/Catalizadorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Petroqu%C3%ADmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Criolitahttps://es.wikipedia.org/wiki/Aluminiohttps://es.wikipedia.org/wiki/Fluorurohttps://es.wikipedia.org/wiki/Fluorurohttps://es.wikipedia.org/wiki/Aluminiohttps://es.wikipedia.org/wiki/Criolitahttps://es.wikipedia.org/wiki/Petroqu%C3%ADmicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Catalizador


10/14

Dixido de Azufre y Ozono: En la quema de combustible se producen dixidos deazufre que suben a la atmsfera y en presencia del ozono, los rayos ultravioleta y lahumedad de la atmsfera produce cido sulfrico que luego precipita como lluviacida.Tambin en el proceso de aminas, al quemar o incinerar los cidos de desecho seproduce gran cantidad de SO2 aunque algunas plantas utilizan incineradores de gas de

ola o staks de humo para realizar una combustin al 100%. En las unidades decraqueo cataltico

Dixido de Nitrgeno: Utilizado en las mezclas de gases de calibracin y es emitidoa la atmsfera en las unidades de craqueo cataltico.

n-hexano: Uno de los principales derivados del petrleo y del gas, susceptible aservir como materia prima industrial bsica, forma parte de los petroqumicos bsicos.Tambin es utilizado en la deshidratacin del gas natural que sale de los pozos.

Propuestas para mejorar los procesos de combustin en fuentes fijas

Hoy en da existe una gran, y cada vez mayor, preocupacin por conocer ymejorar los procesos de combustin, que contribuyen en gran medida a problemasmedioambientales tales como el calentamiento global, el efecto invernadero o eldeterioro de la capa de ozono. Sin embargo, se desconoce en gran medida la cinticaqumica que rige estos procesos, as como la generacin de contaminantes que puedenser txicos para la salud o contribuir a la contaminacin del aire.

As mismo el aumento del uso de combustibles alternativos como el bioetanol o

el biodiesel presenta aspectos positivos para el medio ambiente como la reduccin en laemisin de partculas, pero tambin otros negativos como una mayor presencia desubproductos txicos como los aldehdos. Por ello, antes de que su uso se extienda deforma masiva, sera conveniente tener un mayor conocimiento de la qumicainvolucrada en la combustin de compuestos oxigenados y biodiesel para podermejorar los aspectos positivos y minimizar los negativos, se deben desarrollar procesosde combustin ms limpios y eficientes a travs del desarrollo y la mejora de modelosde cintica qumica ms definidos y detallados.

Un estudio realizado en la Universidad Industrial de Santander, de la mano

con Cemex Colombia revel que en la industria cementera era recomendable utilizarcomo combustible aceite extrado de la planta Jatropha curcas, tambin conocida comopin de tempate o jatrofa. Este aceite produce totalmente material voltilgarantizando que los residuos slidos de la combustin sean mnimos con tendencia a0% de cenizas. La cascarilla y el tallo de arroz son similares con lo que se cree que elcomportamiento en la combustin sea semejante.


11/14

Otro mtodo para mejorar el proceso de combustin es la utilizacin de unPotenciador de Combustin. La empresa Fluid Dynamics International LTD deInglaterra desarrollo el potenciador de combustin Fueltron, para lograr un sistemaque pueda aumentar la eficiencia en la combustin de los combustibles y reducir laemisin de los gases asociados. Con este potenciador se obtienen ahorros financierossignificativos en costos de combustible del 2% a ms del 7%, as como reduccin de las

emisiones de No X y monxido de carbono hasta un 35%.Fueltron se instala en la lnea de alimentacin de combustible a la caldera y

tiene el efecto de mejorar la combustin, dando lugar a temperatura mayor de la llamay una combustin ms completa, adems de la reduccin de las emisiones de gases.

Otro mtodo consiste en modificar las cmaras de combustin del proceso, estamejora involucra una cmara de combustin de varias etapas.

En la primera etapa de la cmara de combustin se inyecta la mezcla rica encombustible que generara gases como monxido de carbono e hidrogeno, y adems queconsumir el oxgeno necesario para la formacin de otros monxidos, antes de entraren la segunda cmara de combustin, se inyecta grandes cantidades de aire para crearuna mezcla pobre en combustible, que al encenderla promover la combustincompleta de los gases.

Tambin para mejorar la combustin se puede controlar el caudal del aire. Elcontrol del aire aportado para combustin tiene gran importancia. Generalmentesiempre es necesario un exceso de aire para que la combustin sea completa y no seproduzcan inquemados. Este exceso puede estar entre el 10% y el 1.400%, dependiendode la sofisticacin del sistema de control de combustin, el objetivo del proceso y el tipo

de combustible utilizado.El control del caudal de aire, aparte de garantizar la proporcin de la mezcla

combustible deseada, determina de alguna manera, la temperatura de los gases decombustin y la cantidad de energa que se puede aprovechar de los mismos,acercando con esto al proceso de combustin completa.

Algunos aspectos importantes para tener en cuenta en la regulacin del caudalde aire en el proceso de combustin son los siguientes:

Al aumentar el exceso de aire, se disminuye la eficiencia de combustin, aumentando

as el consumo de combustible. Al aumentar el exceso de aire y manejar dentro del proceso temperaturasexcesivamente altas, se reduce la eficiencia trmica del sistema. En los sistemas de combustin, no deben permitirse diferencias de temperaturasentre la salida de chimenea y el proceso en s, superiores a los 150 C.

El objetivo de la siguiente tabla es entregar una herramienta para optimizar elexceso de aire con el fin de obtener el mximo ahorro de combustible. Sin embargo,


12/14

deben considerarse otros factores tales como: los instrumentos disponibles, ladisminucin de la resonancia, la compatibilidad con el proceso y los materiales usadosen la construccin de los equipos.

Tabla 1. Exceso de Aire dependiendo del tipo de Aplicacin

a- Los niveles de exceso de aire corresponden a quemadores de premezcla y de mezclaen boquilla.b- Se debe considerar mecanismos para quemar el CO en la chimenea. Cabe sealarque prximamente se establecern normas de emisin de este contaminante.c- Muestreado en horno.

Frecuentemente es difcil controlar el exceso de aire en quemadores de tironatural, sin embargo debe tratar de minimizarse.

La medicin del exceso de aire puede ser errnea si existe un ventilador de tiroinducido no balanceado. Al haber presin negativa en la chimenea entrar aire quedistorsionar la medicin.

Tipo de Aplicacin % Exceso deAire (a) % CO(b) Observaciones

Calderas de Vapor: Igneotubulares, Acuatubulares y de Agua Caliente 10-30% La resonancia puede ser un problema.

Hornos muflas 5-25%

Hornos para fundicin de cobre,hierro y sus aleaciones


13/14

Cmo Reducir la Produccin de Monxido de Carbono en la Combustin

Una combustin incompleta da origen a la formacin de monxido de carbono.Para obtener una combustin completa se deben controlar los siguientes factores:

Nivel de aire adecuado. El exceso de aire es esencial para una combustin completa.

Una relacin aire-combustible estequiomtrica, aunque asegura la mxima eficiencia ytemperatura de la llama, en la prctica llevar a una combustin incompleta, ya quedifcilmente se lograrn las condiciones de mezcla para lograr una combustincompleta. En general, se debe evitar las mezclas aire-combustible cercanas a laestequiomtrica, dado que pequeos cambios en los parmetros de operacin comopequeas variaciones en el suministro de aire pueden desbalancear la relacin aire-combustible, producindose un aumento del CO.

Evitar el enfriamiento de la llama causado por un elevado exceso de aire. Al aumentar

el exceso de aire, la llama se enfra, lo que puede llevar a una combustin incompletadel combustible, producindose CO. Este problema se puede producir en losquemadores que permiten variar el consumo de combustible manteniendo fijo elsuministro de aire. Al operar cerca del mximo, funciona eficientemente, pero aldisminuir la entrada de combustible aumenta el exceso de aire.

Temperatura de roco y Temperatura de roco cida

El punto de roco o temperatura del punto de roco de un gas, se entiende que

significa la temperatura a la que la humedad contenida en el gas cambia del estadogaseoso al estado lquido

El punto de roco cido es la temperatura de los gases de combustin en la cualse empieza a condensar cido sulfrico (y/o otros cidos) en la chimenea de la caldera.Este fenmeno, debido al contenido de azufre en algunos combustibles, no permite quese pueda recuperar todo el calor suministrado por el combustible y que sale con losgases de combustin.

Cuando se queman combustibles que contienen azufre, el azufre se oxida a SO2.Si hay suficiente oxgeno disponible, parte de dicho SO2 se oxida an ms a SO3. En lamayora de los casos, el SO3 representa una fraccin pequea, pero significativa, delazufre oxidado. Tpicamente se trata de un reducido porcentaje del total. La mayorade los combustibles slidos y lquidos contiene algo de azufre, la mayor parte de lashullas, aceite pesado, coque de petrleo y combustibles Orimulsion en base aalquitrn, tpicamente contiene entre un 0.5% y un 3% de azufre por peso.

Si hay agua, esta puede reaccionar con el SO3 para formar H2SO4 en unareaccin reversible. La reaccin de disociacin se favorece a temperaturas ms altas. A


14/14

bajas temperaturas, por debajo de 200C, todo el SO3 se presenta como H2SO4. Porarriba de 500C, se trata casi totalmente de SO3 libre. El punto de equilibrio tambindepende de la concentracin de vapor de agua a una temperatura dada. Habr ms delSO3 inicial presente como H2SO4 cuando la concentracin de agua es alta. Donde seforme cido sulfrico, un nmero de factores afecta la cantidad de SO3 libre y H2SO4presentes en los gases de la chimenea. Esta proporcin aumenta si el combustible

contiene sustancias tales como vanadio, que acta como un catalizador fomentando laformacin de SO3.

Los combustibles a base de petrleo contienen ms vanadio que la hulla, demodo que la concentracin de SO3, por lo general, es mayor al quemar aceite que alquemar hulla. El SO3 tambin se adsorbe en las cenizas volantes. Las cenizas, por logeneral, tienen un pH bsico, y de este modo el SO3 cido se liga fcilmente a lasuperficie, resultando en niveles bajos de SO3 libre. Las cenizas, junto con el SO3adsorbido, se eliminan de la corriente gaseosa mediante precipitadores o cmaras defiltros de bolsas.

La presencia de SO3 en los gases de la chimenea puede conducir a un nmerode consecuencias indeseables. El cido sulfrico se condensa a temperaturas muysuperiores a los 100C. Si la temperatura del gas disminuye por debajo del punto deroco cido, se forma un aerosol de cido sulfrico, y tambin se formar una pelculade cido sulfrico en cualquier superficie expuesta con una temperatura por debajo delpunto de roco.

Las gotas de aerosol son muy pequeas, tpicamente de aproximadamente 1m, de modo que pueden dispersar la luz de manera muy eficaz. Si hay cido sulfricopresente en los gases a la salida de la chimenea, el aerosol condensante forma un asdenominado penacho azul. Una vez formados, tales penachos son muy persistentes ypueden tener un impacto negativo en la visibilidad a una gran distancia de la fuente.

Separadores, T de rocío ácida

Documents

Transcript of Separadores, T de rocío ácida