LECCION 15.- CEMENTOS / SECADO. TRITURACION Y MOLIENDA - SECADO. 1.- Secado.
1.1.- Introducción.
Las materias primas que se utilizan para la fabricación del CLINKER y del cemento, en general, tienen un contenido en humedad, que las hace no ser adecuadas para el proceso por vía seca, por tanto, han de ser secadas previamente. El contenido en humedad de las materias primas es:
Caliza Hasta el 8 %.
Margas Hasta el 15 %.
Arcilla y limo Hasta el 20 %. Escoria de horno alto. Hasta el 10 %.
La finalidad del secado es eliminar la humedad de los materiales, es decir el agua contenida en ellos y que puede presentarse como:
1.-Libre, presente en la superficie de los granos.
2.-Capilar, es decir, rellenando los huecos de su estructura. 3.-Adsorbida sobre la superficie del material.
El agua combinada o de cristalización que aparece en los materiales arcillosos, por ejemplo, en la caolinita, Al2O3. 2SiO2. 2H2O, no se puede considerar como humedad.
Junto al secado simultáneo con la trituración/molienda o con la molienda, en la industria del cemento también se utilizan:
- Secaderos de tambor. - Secaderos rápidos. - Secaderos flash
Una de las particularidades del secado en el proceso de vía seca es que se utilizan para esta operación los gases de salida del horno y del enfriador. Se pueden secar materiales, sin consumo energético, con una humedad entre el 6 y el 12 % de humedad según el caso y el procedimiento. Además de tiene la ventaja de acondicionar los gases del horno o el aire del enfriador para su desempolvado, bajando su temperatura y aumentando su punto de rocío. Una parte del secado puede tener lugar en el separador.
El rendimiento del secado en tos procedimientos de trituración/molienda o de molienda, en conjunto, es bueno. Un balance energético típico de una instalación secando un producto con un 6 de humedad es el siguiente (a 0 ºC):
Calor suministrado: Termias/t seca
- Por los gases calientes de entrada 68 - Calor sensible del material y del aire 7
TOTAL 75
Reparto del calor:
- Calor de vaporización del agua 37 - Calor sensible de los gases salida 22
- Calor sensible del crudo 16
Por tanto, el rendimiento de secado es: R = 37 75 ⎛ ⎞ ⎜ ⎟
⎝ ⎠100 = 49.3 % y las termias por kilogramo de agua: 75
60000 940
= 1.175
Esta cifra se multiplica por 1.5 o 2 para humedades del orden del 4 % y se puede disminuir un 20 - 30 % para humedades elevadas. En este caso debe contemplarse un secador aparte o bien aumentar la temperatura de los gases de secado mediante el aporte de aire caliente que suministra un hogar aparte.
1.2.- Secaderos de tambor.
El secadero de tambor es un cilindro de chapa soldada, cuyo espesor varia entre 10 - 20 mm, dependiendo del tamaño del secadero. La relación más favorable entre Longitud
Diametro se sitúa entre 8 y 10. Estos secaderos se
construyen como:
-Secaderos de flujo en contracorriente. -Secaderos de flujo paralelo.
En los secaderos en contracorriente el material a secar y los gases calientes se mueven en direcciones opuestas. El material a secar puede sufrir un importante recalentamiento, ya que cuando prácticamente esta seco se encuentra con los gases a su temperatura más alta. Esto en el caso de la caliza puede dar lugar a una descomposición parcial no deseada.
En los secaderos de flujo paralelo el material a secar y los gases se mueven en la misma dirección. Los gases calientes entran en contacto con el material que hay que secar cuando esta más húmedo y a menos temperatura. Como consecuencia del elevado gradiente de temperatura, entre los gases y el material húmedo, la mayor parte de la humedad se elimina en el primer tramo del secadero. En estos secaderos, si es necesario, puede elevarse la temperatura de los gases de entrada, con el fin de conseguir una acción de secado mas intensa, sin perjudicar al material que hay que secar.
Como se puede observar en la figura 1.2.1 la diferencia de temperatura entre los gases calientes y el material a secar es más pequeña en los secaderos de flujo a contracorriente que en los de flujo paralelo. Como consecuencia de ello el rendimiento de secado es mayor en los de flujo paralelo.
El secado se lleva, en general, hasta una humedad de aproximadamente el 1 %, pues la eliminación total de la humedad exige un gran consumo de energía. Para eliminar los últimos restos de humedad, sería más conveniente el flujo en contracorriente, ya que el material con poca humedad se encuentra con los gases más calientes (más efectivos). En los de flujo paralelo lo que se puede hacer es elevar la temperatura de los gases de entrada.
El factor decisivo en los secaderos de tambor calentados directamente es el intercambio térmico por convección, es decir la transmisión de calor a las partículas del material por medio de los gases calientes que están en contacto directo con ellas. La conducción y la radiación desempeñan un papel secundario y, prácticamente, se pueden despreciar.
Para utilizar al máximo la transmisión de calor por convección, el interior del secadero esta dotado con dispositivos para asegurar un contacto prolongado e íntimo del material a secar con los gases calientes. En la figura 1.2.2 podemos ver los dos tipos de dispositivos que existen:
-Secaderos con dispositivos elevadores. -Secaderos con celdas interiores (Tipo celular).
En los primeros el material es elevado mediante los dispositivos elevadores y a continuación cae en cascada, asegurándose con ello un mejor contacto entre el material a secar y los gases calientes. Este tipo de secaderos se utilizan para el secado de materias primas plásticas, ya que disminuyen su tendencia a la aglomeración. Estos dispositivos producen una gran cantidad de POLVO. Su grado de llenado varía entre un 12 y un 15 %. En los de tipo celular, lo que se hace es dividir la sección transversal del secadero en sectores, con lo que no hay caída libre del material, pero el contacto íntimo entre el material y los gases se consigue mediante repetidas vueltas sobre la superficie de cada sección. En general, los dispositivos celulares producen poco POLVO. Su grado de llenado varía entre un 25 y un 30 %.
Los factores que influyen en el intercambio térmico en un secadero de tambor son los siguientes: 1.-Numero de vueltas del tambor.
2.-Temperatura de los gases a la entrada del secadero. 3.-Velocidad de los gases en el secadero.
4.-Tipo, cantidad y superficie de los dispositivos instalados en su interior.
Figura 1.2.2.- Dispositivos elevadores internos en los secaderos de tambor.
Cuanto mayor sea el numero de vueltas del tambor, tanto mejor será la cesión de calor de los gases al material. Por su parte la temperatura de los gases a la entrada ha de ser lo mas elevada posible, ya que cuanto mayor sea el gradiente de temperatura entre los gases y el material, el intercambio térmico entre ellos es mejor. En los secaderos de calefacción directa, la temperatura a la entrada ha de ser, como máximo, de unos 650 C. En secaderos de flujo paralelo, destinados a casos especiales del proceso de secado, se puede elevar la temperatura de los gases a la entrada hasta unos 7 5 0 - 9 7 5 ° C . Durante el proceso de secado no se ha de producir ninguna variación de tipo químico de las materias primas. Así hay que tener en cuenta que:
1.- La caliza empieza a descomponerse hacia los 800 °C según la reacción: CaCO3 R CaO + CO2
Se ha de evitar por tanto que el material alcance dicha temperatura durante el secado.
2.- La caolinita pierde parcialmente su agua de combinación hacia los 400 - 500 °C, de acuerdo con la reacción:
Al2O3. 2SiO2. 2H2O → Al2O3. 2SiO2. 0.5H2O
3.- Las escorias granuladas de horno alto se desvitrifican a unos 700 °C y pierden por ello sus propiedades puzolánicas e hidráulicas.
La regulación de la temperatura de los gases calientes se realiza mediante la adición de aire frío. Esto se hace en una cámara de mezcla especial, que se dispone entre la cámara de combustión y el secadero de tambor. Se trabaja con un exceso de aire del 2-3.5 %.
La temperatura de los gases a la salida del secadero es de 120-125 °C, para impedir eventuales condensaciones del agua que contienen. Por su parte la velocidad de los gases a la salida del tambor secadero debe de ser de unos 2-3 m/s. con el fin de evitar un excesivo arrastre de polvo.
En la elección del tipo de secadero de tambor hay que considerar, ante todo las propiedades físicas del material que se va a secar, tales como tamaño de grano, tendencia a cambios de estructura durante el secado, comportamiento en la corriente gaseosa, tiempo de secado exigido, etc.
Los materiales plásticos, tales como la arcilla y el limo, suelen secarse en secaderos de flujo paralelo, para impedir, por la acción inmediata de los gases calientes sobre el material húmedo, la aglomeración del material a la entrada del secadero. Así en los secaderos de flujo en contracorriente, las masas plásticas en proceso de desecación frenan el avance del material a lo largo del secadero y con ello producen una disminución de la capacidad de desecación.
En la desecación del carbón en secaderos de flujo paralelo, se rebaja de forma importante el peligro de iniciación de combustiones. En los de flujo en contracorriente, el contacto de los gases calientes con el carbón ya seco, favorece la autocombustion del carbón.
La producción de polvo es mayor en los secaderos de flujo paralelo, que en los de contracorriente. Es frecuente que los secaderos de tambor se conecten a continuación de los hornos modernos con intercambiador de calor. En este caso se depuran los gases finales del secadero en los filtros de polvo de los hornos.
En la tabla 1.2.1 puede verse la capacidad de los secaderos de tambor, con dispositivos celulares, en el secado de caliza, marga y arcillas con un 10 y un 20 % de humedad.
Para el secado de materias primas en la industria del cemento, se pueden utilizar como combustibles: carbón, fuel-oil y gases combustibles. Los secaderos de tambor también pueden funcionar con gases residuales de los hornos rotatorios o con aire residual caliente de los enfriadores de parrilla. El trabajo conjunto del horno, enfriador de clinker y secadero, economiza combustible y ahorra costes de inversión, por lo menos, en las instalaciones de desempolvado pero complica el proceso de fabricación. Sin embargo en el estado actual de la tecnología la explotación combinada es segura y no complicada.
Tabla 1.2.1.- Capacidad de los secaderos de tambor en el secado de caliza, marga y arcillas con un 10 y un 20 % de humedad.
En la figura 1.2.3 puede verse la disposición de un secadero de tambor asociado con un intercambiador de calor Humboldt y enfriador de parrilla, con aprovechamiento total de los calores residuales de ambos dispositivos (intercambiador y enfriador) con materias primas de humedad elevada.
El tiempo de paso de las partículas de material a lo largo de un secadero cilíndrico viene dado por la formula del Bureau of Mines de los Estados Unidos y es la siguiente:
1.77LF t npD θ = donde:
t =Tiempo de paso (min.). L = Longitud del secadero (m). p = Pendiente del secadero (grados). D = Diámetro del secadero (m).
n = Revoluciones por minuto del tambor.
θ = Talud natural del material seco. Para la caliza y la arcilla es, aproximadamente, 36 º.
F = Factor que tiene en cuenta las estrangulaciones en el cilindro. Los dispositivos de elevación y los de tipo celulares duplican, aproximadamente, el tiempo de paso a lo largo del cilindro, por tanto F = 2.
Figura 1.2.3.- Secadero de materias primas combinado con intercambiador Humboldt gemelar y enfriador de parrilla, para materias primas de alta humedad, con aprovechamiento total del calor residual. 1.3.- Secaderos rápidos.
El secadero rápido, al contrario que el secadero de tambor, consiste principalmente en un cilindro fijo de sección circular o a veces elíptica, construido en acero y estanco al aire. Como se puede apreciar en la figura 1.3.1 (Secadero rápido de la firma Hazemag), el movimiento de los gases y del material a secar es en la misma dirección. En la parte inferior del armazón dispone de dos ejes rotatorios provistos de paletas para la proyección y dispersión del material en el seno de la corriente de gases calientes. De este modo se consigue un rápido intercambio térmico, ya que la superficie del material expuesta a los gases es mayor.
El giro de los ejes de paletas también actúa en el sentido de llevar al material con determinada velocidad hacia la salida del secadero. Los gases son transportados hacia la salida mediante un exhaustor.
En el secadero rápido pueden desecarse todos los tipos de materias primas utilizados en la industria del cemento y las fuentes de calor pueden ser: gases calientes procedentes de calentadores de aire, calor residual del horno rotatorio o del enfriador del clinker.
La temperatura de los gases a la entrada del secadero puede alcanzar hasta los 600 C. La cantidad de gases necesaria llega hasta 2
3
m
kg de material de alimentación al secadero y su rendimiento térmico es de un 68.5 % para materiales con un 20 % de humedad inicial.
Explicación
1.-Alimentación de material 3.- Salida ele gas secador 2.- Entrada de gas caliente 4.- Descarga de material
Figura 1.3.1.- Representación esquemática del secadero rápido de la casa Hazemag.
1.4.- Secaderos flash.
En la figura 4.1 puede verse una representación esquemática de un secador flash vertical. El material se alimenta por la parte inferior del tubo vertical y es arrastrado por la corriente de gases calientes, provenientes de un generador, que entra por el fondo del secador. El proceso de secado se realiza de forma eficiente, ya que el material esta en suspensión en los gases y el intercambio de calor es grande debido a la gran superficie a través de la que se produce.
El secador tiene un 1 m. de diámetro y una altura de 24 m. La pérdida de presión es de unos 30 mbar, lo que equivale a un consumo energético de 2 - 3 kWh
t .
En la figura 1.4.2 se da un diagrama de flujo de una planta de molienda de escoria granulada en Gran Bretaña, en la cuál la escoria se seca en un secador flash.
Figura 1.4.1.- Secador flash.
2.- Trituración y molienda - secado y molienda – secado. 2.1.- Introducción.
En la trituración y molienda-secado o en la molienda-secado el proceso de desecación tiene lugar en el triturador y en el molino o en el molino.
El secado se realiza durante el proceso de desmenuzamiento del material, con lo que se mejora el intercambio térmico entre el medio desecante (gas o aire, recalentado o no, y el material. Debido al aumento de superficie de este último. Hay que tener en cuenta que en los secaderos de tambor no siempre se elimina la totalidad del agua capilar contenida en los trozos de mayor tamaño.
El calor necesario para el secado en la trituración y molienda-secado o molienda-secado es menor que en los secaderos de tambor y rápidos, ya que durante el propio proceso de molienda hay producción de calor.
La práctica habitual es que se utilice el calor residual de los gases del horno rotatorio y del aire del enfriador del clinker. La temperatura de tales gases es relativamente baja, con lo que si el contenido de humedad del crudo es elevado es necesario utilizar grandes volúmenes de gas y/o de aire (Caudal elevado, lo que exige grandes secciones en el molino y muñones de apoyo ampliados) o bien mezclarlos con gases de temperaturas mas elevadas.
Para determinar la cantidad de gas que hay que utilizar en una instalación de molienda secado hay que tener en cuenta lo siguiente:
1.-El calor exigido para la evaporación de la humedad del material (Valor practico 5234 kJ
kg ). Calor de vaporización del agua: 2261
.. .. kJ kg de agua
2.-El calor sensible de los gases y/o aire utilizados para la desecación.
Por su parte, la cantidad de gases que circula en una instalación de molienda secado viene dada por: 1.-La cantidad de vapor de agua producido por la humedad del material.
2.-Volumen de los gases y/o aire, que corresponden a las cantidades de calor exigidas. 3.-Aire falso (Supone aproximadamente un 15-20 %).
Existen varias instalaciones de molienda- secado, que trabajan en circuito cerrado. Las principales son: 1.- MOLIENDA-SECADO EN MOLINOS DE TUBO.
2.- DESECACION EN EL SEPARADOR DE AIRE.
3.- MOLIENDA - SECADO EN MOLINOS BARRIDOS POR AIRE.
4.- MOLIENDA - SECADO EN MOLINOS VERTICALES DE RODILLOS. 5.- MOLIENDA-SECADO EN MOLINO AEROFALL.
6.- MOLIENDA-SECADO EN MOLINO DOPPELROTATOR.
2.2.- Molienda - secado en molinos tubulares.
El esquema de la instalación correspondiente puede verse en la figura 2.2.1, en la que se representa una instalación de molienda secado en circuito cerrado. El molino esta dotado de una cámara de secado previo, cuyo objeto es lograr una mayor capacidad de secado. Esta va provista de paletas de chapa (Figura 2.2.2) cuya misión
es elevar al material y no contiene elementos moledores. Al levantar el material se mejoran las condiciones de intercambio de calor entre los gases y el material, al aumentar la superficie libre del material.
Entre la cámara de secado y la cámara de molienda existe un diafragma de separación. Los dos muñones de apoyo del molino sirven para la entrada y salida del material y de los gases. En esta disposición la cantidad de gases que entran esta limitada por el diámetro de los muñones, así como por la permeabilidad del diafragma.
Figura 2.2.2.- Molino tubular. Piezas internas en una cámara de presecado.
En la fisura 2.2.3 se representa una instalación de molienda - secado, en la que la desecación previa se realiza en una tubería especialmente proyectada para ello en la cual se vierte el material a secar. El flujo de gases de secado se divide en dos, una parte va al molino y otra al tubo de predesecación, con lo que las partículas finas son arrastradas por la corriente gaseosa hacia arriba y durante dicho movimiento las seca. A continuación se produce una separación mediante un ciclón, cuyo rechazo pasa al molino. Por su parte los trozos gruesos caen y van directamente al molino. Esta disposición presenta
una capacidad de secado mayor que la anterior, ya que el secado en el tubo ascendente es muy eficiente al estar el material en suspensión en los gases. Sin embargo, es una instalación más compleja.
Figura 2.2.3.- Instalación de molienda – secado con tubería para predesecación. 2.3.- Molienda secado. Desecación en el separador de aire.
En la figura 2.3.1 puede verse una instalación de molienda-secado en donde la desecación se realiza en el separador de aire (Figura 2.3.2). En ella se secan materias primas con un 6 - 8 % de humedad. Este tipo de instalaciones son muy típicas de las fábricas de cemento norteamericanas. Se utiliza para el secado gas de alta temperatura ( 550 °C) generado en un calentador de aire que quema fuel-oil o gas natural. Los gases abandonan el selector a unos 90 C.
≈
La resistencia que el separador ofrece a la vena gaseosa limita la cantidad de los gases de secado que pueden circular por el separador, lo que a su vez limita la capacidad de secado. El molino no se alimenta con los gases calientes, ya que el material grueso húmedo se envía primero, mediante un elevador de cangilones, al selector de aire donde se seca y se separa. La alimentación del separador con material grueso trae consigo un fuerte deterioro de sus alabes.
Explicación:
1 = Entrada de aire caliente 2 = Corona de alabes directores para el aire caliente 3 = Corona de alabes aire circulante 4 = Aire caliente 5 = Aire circulante 6 = Distribución de aire caliente 7 = Conductor para salida de aire
8 = Envolvente para enfriamiento vigilada con termopar para el apoyo inferior
Figura 2.3.2.- Separador de aire organizado para el secado del material. 2.4.- Molienda – secado en molinos tubulares barridos por aire.
En la figura 2.4.1 se representan instalaciones en las cuales el molino esta recorrido por la corriente gases de secado y en las que el transporte de sólidos de realiza por vía neumática y no mediante elevadores de cangilones, como es el caso de las instalaciones anteriormente descritas. Las instalaciones disponen de un by-pass para controlar la cantidad de gases que ha de pasar por el molino según las exigencias de secado.
En la instalación de la figura 2.4.1.a la corriente de aire arrastra el producto en molienda y lo eleva, primero hacia un separador estático y después hacia un ciclón para separar los finos de la corriente de gas.
La instalación de la figura 2.4.1.b se utiliza para materias primas con un contenido de humedad elevado. Para su secado preliminar la alimentación se introduce en un tramo de la canalización por el que ascienden los g a s e s calientes, los cuales la arrastran (El tamaño máximo de grano de la alimentación no puede ser elevado, < 15 mm) hasta el separador estático. De este modo se consigue que en el molino ya entre el material prácticamente seco. Para su secado definitivo se introduce en el molino una pequeña fracción de los gases.
Los costes de inversión de una instalación de molienda-secado con barrido de aire son, en general, más bajos que los correspondientes a una instalación con elevador de cangilones y con separador de aire. Sin embargo, el gran volumen de gases que manejan requiere grandes instalaciones para el desempolvado así como grandes exhaustores (Deben de corresponder a una resistencia estática de 400 - 1000 mm de columna de agua). Esto hace que, en muchas ocasiones, no este claro cual es la instalación más económica.
Molienda-secado en molino barrido por aire.
Molino barrido por aire con predesecación n en tubo ascendente (Humedad elevada de las materias primas)
2.5.- Molienda – secado en molinos verticales de rodillos.
En la figura 2.5.1 se representa una instalación de molienda-secado por molinos de rodillos sobre pista o por rodadura (Molinos Loesche, molino MPS, molino Polysius, etc). Este tipo de molinos trabajan fundamentalmente como instalaciones de molienda secado.
Frente a las instalaciones de molienda con otros tipos de molino (Molinos de bolas, prensas de cilindros de alta presión), los molinos de rodillos verticales ofrecen las ventajas de combinar de forma ideal la molienda con el secado. En una instalación de molienda con prensa de cilindros deben instalarse para ese fin varias unidades diferentes (Molino, separador, secador, desaglomerador), mientras que en las instalaciones con molinos de rodillos se integra todo ello en una misma unidad.
2.6.- Molienda – secado con molino Aerofall.
En la figura 2.6.1 se representa una instalación de molienda-secado con molino Aerofall. Este molino se utiliza principalmente en la molienda autógena de materiales. Sin embargo, se esta aplicando cada vez con mas frecuencia en la industria del cemento en las instalaciones de molienda-secado de las materias primas.
El Aerofall es un molino de tubo corto con gran diámetro. La relación Diametro
Longitud es aproximadamente 5
1 (por ejemplo, 8.25 m de diámetro y 1.86 m. de longitud). El interior del molino esta dotado de listones elevadores y de listones guía. La misión de los listones elevadores, situados en la superficie lateral del tubo, es la de elevar el material tanto como sea posible, para conseguir una gran altura de caída y desmenuzar el material por el choque que se produce. Por su parte los listones guía, situados en las bases del tubo, sirven para orientar al material que cae, así como a las bolas que eventualmente pueda contener el molino, hacia la mitad del molino.
El molino se alimenta a través del muñón hueco de apoyo, por el cual también entra la corriente gase osa . Por el muñón opuesto se realiza la salida del material mediante la acción de arrastre de la corriente gaseosa, cuya velocidad hay que regular según el tamaño máximo deseado en el material de salida. La separación posterior por tamaños se realiza en los ciclones y separadores que hay a continuación del molino. Los granos de mayores dimensiones vuelven al molino o, según los casos, a un molino de bolas (Según la finura requerida)
Normalmente con la molienda autógena no es posible conseguir la finura requerida de un modo completo, por lo cual se utilizan elementos moledores cuya cuantía corresponde a un grado de llenado del 6 %. El grado de llenado total del molino Aerofall oscila entre un 20 y un 34 %. El tamaño máximo del material de alimentación es de 250 mm y el correspondiente al material molido 0.3 mm.
Con un tamaño en alimentación del 85 % menor de 3 mm., la prensa de cilindros produce una galleta de 50 mm. de espesor, lo que significa que, en este caso, el tamaño de la alimentación es mucho menor que la separación entre los cilindros.
El material que recibe la prensa de cilindros esta seco. Hasta un contenido de humedad de aproximadamente del 4 %, el secado puede realizarse también en el separador, si se llevan los g a s e s calientes hacia él y se desempolvan en un filtro de mangas.
El ahorro de energía que consigue este sistema, frente al convencional, es de aproximadamente 5
kWh
t de crudo, para la misma finura.
En la figura 2.6.2 pueden verse una instalación de molienda final de crudo, en la que este se seca con g a s e s del horno en un molino autógeno existente, que fue modificado en el marco de las transformaciones realizadas en la instalación para conseguir el aumento de producción del mismo. Sustituyendo 4 molinos de bolas existentes para el refino, una prensa de cilindros (Potencia de 2400 kW) muele el crudo en circuito cerrado a una finura del 12 % de residuo en el tamiz de 0.09 mm. Un desaglomerador reduce la galleta compactada para permitir que el separador de alta eficacia separe la cantidad necesaria de crudo. Todos los rechazos vuelven a la prensa de cilindros.
Figura 2.6.1.- Instalación de molienda-secado con molino Aerofall.
2.7.- Molienda – secado en molino tubular Doppelrotator.
En la figura 2.7.1 puede verse una instalación de molienda-secado con molino Doppelrotator (Firma Polysius) con secado previo. La alimentación y los g a s e s calientes entran por los dos muñones de apoyo y la salida de ambos componentes es por la parte central del molino. La cámara de molienda fina se barre con gases para evitar condensaciones y eliminar la humedad residual que pudiera existir.
En la figura 2.7.2 se muestra una sección longitudinal del molino. La alimentación húmeda entra conjuntamente con los g a s e s de secado, en la cámara de secado previo, que dispone de chapas elevadoras que ponen al material en contacto intimo con los gases calientes produciendo un secado mas intensivo.
De la cámara de secado previo, el material pasa a la cámara de molienda grosera a través de un diafragma dotado con cucharones elevadores. De la cámara de molienda grosera sale el material a través de la descarga central y mediante elevadores de cangilones es llevado al separador por aire. Del rechazo una parte es conducida a la cámara de molienda fina y otra parte se une al material de alimentación para mejorar su flujo a lo largo de la cámara de secado previo.
Los g a s e s abandonan el molino por su descarga central y van a un separador estático de aire, donde se separa el material que acompaña a los gases, que a continuación es llevado a uno de los elevadores de cangilones. El trayecto posterior de los g a s e s es a través de ciclones hasta el separador electrostático. Un aerodeslizador común recoge y transporta los finos de los separadores, de los ciclones y del filtro electrostático.
Este molino se ha ideado especialmente para capacidades elevadas y para los grandes flujos de gases calientes que llevan asociados. Para esos fines los muñones de apoyo del molino tienen diámetros de hasta 3.4 m. para longitudes relativamente pequeñas. Así mismo los diafragmas de separación están especialmente construidos para el paso de grandes cantidades de gases.
Para el secado se suelen utilizar los g a s e s residuales del intercambiador de calor, cuya temperatura aproximada es de unos 350 C. Con esto pueden admitirse materias primas con un contenido en humedad del 8 %. Para la puesta en marcha de la instalación se emplea un generador de gases calientes, el cual también se puede emplear si las materias primas tienen un contenido en humedad mayor, hasta del 14 %.
Figura 2.7.2.- Molino Doppelrotator con cámara de predesecación. Sección longitudinal. 3.- Molienda y secado en tandem.
Este sistema de molienda y secado es de desarrollo reciente y consiste, en esencia, en un molino barrido por aire, que opera conjuntamente con un triturador de martillos articulados. El sistema tandem es uno de los sistemas de molienda - secado simultáneo más eficiente para la producción de crudo. Ya en el molino de martillos se produce, aproximadamente, un 20 % de producto terminado, que se obtiene en un separador estático de aire.
Los gruesos del separador se alimentan a un molino de bolas, conectándose su salida al c o n e c t o vertical de secado. El material e s transportado reumáticamente, mediante el ventilador del sistema, a través del molino de martillos, conducto vertical, separador estático y molino de bolas. La figura 3.1 representa una instalación de molienda-secado en tandem.
La alimentación en tamaño de grano de hasta 10 cm. pasa a un recinto cerrado dotado de una trituradora de martillos. La velocidad periférica del rotor, aproximadamente 40 - 50 m
s hace que el
gas desecante pase por la trituradora, con lo cual se logra un buen secado preliminar debido al desmenuzamiento simultaneo del material. El material triturado, a tamaño menor de 10 mm y con 15-30 % de finos, es arrastrado por la corriente gaseosa a lo largo de un tubo ascendente, hasta un separador de aire. Durante este recorrido el material sufre un secado adicional.
En la figura 3.1.b se representa de forma esquemática el modo de trabajar del molino de martillos. Una desaglomeración previa se realiza mediante el impacto de las escamas prensadas contra una cortina de barrotes horizontales, instalada en la caída de material al molino de martillos después de la esclusa pendular.
(b).- Esquema de funcionamiento del molino de martillos.
Figura 3.1.- Instalación de molienda-secado en tándem y predesecaci6n en molino de martillos y tubo ascendente. (Las materias primas con humedad de hasta un 8 % pueden secarse con gases residuales de salida de los intercambiadores de calor. Humedad más elevada, de hasta el 12 %, exige calentador adicional de aire o también la aplicación del aire residual de los enfriadores de parrilla
En el separador de aire se produce la separación de los finos y de los gruesos, yendo estos a un molino de tubo de una sola cámara, hacia el cual se ha derivado una fracción de los gases para conseguir el secado final. Hay que hacer notar que al molino van los tamaños gruesos, que son los que más probabilidades tienen aún de no estar secos.
El producto de salida del molino se descarga a la tubería ascendente que va al separador de aire. Los otros elementos de la instalación son un ciclón, un separador electrostático y el exhaustor.
El caudal específico de la instalación disminuye con el desgaste creciente de los martillos de la trituradora, lo cual hay que tener en cuenta cuando se trata de materiales abrasivos.
Las materias primas con una humedad de hasta el 8 % pueden secarse con los gases residuales de salida del intercambiador de calor. Si la humedad es más elevada, hasta el 12 % se necesita calentador adicional de aire o utilizar el aire residual de los enfriadores de parrilla.
En la figura 3.2 puede verse las secciones longitudinal y transversal de una instalación real de molienda-secado en tandem realizada por KHD Humboldt Wedag (Alemania).
Figura 3.2.- Secciones longitudinal y transversal de una instalación de molienda secado en tandem
En la tabla 3.2.1 puede verse datos relativos a los distintos sistemas de molienda-secado, que se han comentado en los apartados anteriores.
No es posible realizar una valoración de los sistemas de molienda-secado atendiendo solo al consumo específico de energía, ya que hay que tener en cuenta otros factores (Desgaste, etc.).
La trituradora de martillos de la instalación de molienda-secado en tandem, requiere un consumo de energía aproximadamente un 20 % más elevado que la trituradora de martillos de la instalación de molienda-secado con elevador de cangilones para circulación interna. Esto es consecuencia de la trituración previa más extensa que tiene lugar en el primer caso.
Sin embargo, hay que considerar que la instalación de molienda secado en tandem solo se ha de adoptar cuando las características abrasivas del material no produzcan un desgaste excesivo de los martillos.
Tabla 3.2.1.- Consumo específico de energía de los distintos sistemas de molienda-secado.
4.- Molienda – secado en prensas de cilindros de alta presión.
En función de las propiedades de las materias primas y de su contenido en humedad, se han desarrollado diversos procedimientos de molienda del crudo con prensas de cilindros, los cuales pueden verse en la figura 4.1.
Procedimiento 1.
Es adecuado para materias primas con una humedad de hasta un 4 %. El secado se realiza en el separador de aire. El desaglomerador dispone de un accionamiento independiente y esta integrado en el separador.
Procedimiento 2.
Está destinado al tratamiento de materias primas con una humedad entre el 3 y el 5 %. Las galletas o escamas procedentes de la prensa de cilindros son desaglomeradas en un molino de martillos, donde también se efectúa la mayor parte del secado.
Procedimiento 3.
Se utiliza para materias primas con contenidos de humedad de hasta un 6 %. El molino de martillos dispone de un fondo cerrado y puede admitir, en el caso de que sea necesario, todos los gases de escape del horno para el secado. El transporte del material entre el molino de martillos y el separador de aire se realiza por vía neumática dentro del secador por suspensión intercalado, siendo las pérdidas de presión, relativamente reducidas, en comparación con las que se producen en un molino vertical de rodillos.
Procedimiento 4.
Tiene aplicación materias primas con una humedad superior al 6 %. El material fresco se alimenta solamente al molino de martillos, mientras que la prensa de cilindros recibe exclusivamente los gruesos (Rechazo del separador) presecados. El secado se efectúa de igual manera que en el procedimiento 3.
Los procedimientos 3 y 4 pueden también combinarse. Así, si uno de los componentes de las materias primas no es adecuado para ser molido por presión como, por ejemplo, las arcillas plásticas, e s posible alimentarlo al molino de martillos, mientras que el componente o componentes adecuados para ser molidos por presión pasan a la prensa de cilindros
Componentes que causan un desgaste excesivo, se conducen al secador por suspensión. En ambos casos, el presecado o el desmenuzamiento previo con secado acondicionan a las materias primas para su molienda en lecho de material en prensas de cilindros.
En la figura 4.2 se representa el esquema de una instalación de molienda con prensa de cilindros cuando la humedad del crudo es superior al 4 % y debe de secarse en la instalación de la prensa de cilindros. S e precisa un elevado de volumen de aire o gases de secado, que se utiliza para el transporte neumático del material. Como el separador no es capaz de eliminar toda la humedad, se pasan los g a s e s calientes por el desaglomerador. El material se seca durante su recorrido hacia el separador, donde finalmente es clasificado en producto acabado y rechazos, reciclándose estos últimos a la prensa de cilindros.
En la figura 4.3 se representa el esquema de una instalación de molienda con prensa de cilindros y molinos de bolas. Se trata de una solución para aumentar la capacidad de producción de la instalación. La prensa trabaja con recirculación del producto prensado en los extremos de los cilindros, alimentándose también a la misma parte de los gruesos del rechazo del separador.
En la tabla 4. 1 se indican los datos de operación sin prensa de cilindros, los valores de garantía y las cifras reales obtenidas inmediatamente después de la puesta en marcha.
Figura 4.2.- Molienda - secado en instalaciones con prensa de cilindros (Humedad > 4 %).
Tabla 4.1.- Comparación datos de operación antes y después de la instalación de la prensa de cilindros.
Dado que por la instalación de la prensa de cilindros se modifica sustancialmente la distribución granulométrica de la alimentación al sistema t a n d e m, e s necesario readaptar los equipos existentes a las nuevas condiciones, especialmente en lo relativo al molino de martillos y de bolas.
La función fundamental del molino de martillos en la instalación inicial era la de desmenuzar, para ello e s necesario una alta velocidad periférica del rotor y martillos de gran masa [Ec = 1
2mv 2
] Con la introducción de la prensa de cilindros de alta presión la función principal ya no es desmenuzar sino desaglomerar, lo que lleva consigo el cambio de los parámetros de operación. Así, la velocidad periférica se reduce (por ejemplo, de 46.6 m
s a 40 m
s ) y se utilizan martillos de masa más pequeña
(por ejemplo, de 29 kg a 20 kg), reducción del número de martillos (por ejemplo, de 168 a 144), con ello se consigue una reducción en la potencia absorbida (por ejemplo, de 480 k W a 360 k W) . En la figura 4.4 se pueden ver las curvas de la distribución granulométrica de la alimentación al molino de martillos antes y después de la incorporación de la prensa.
En el molino de bolas (Diámetro = 4.8 m y longitud = 8 m., potencia = 2900 k W, una sola cámara con blindaje autoclasificador) la única modificación consiste en la adaptación de la carga de bolas a las nuevas condiciones de operación. En la figura 4.5 se ha representado la distribución de la carga de bolas, antes de la modificación (izquierda), inmediatamente después de la puesta en marcha (centro) y final (derecha). Se observa que la carga de bolas pasa de 164 t a 116 t, de donde la reducción en la potencia absorbida en el molino de bolas, pasando de los 2580 k W a los 1900. Esto confirma la tendencia actual de realizar instalaciones de molienda de crudo sin molino de bolas.
Figura 4.4.- Curvas granulométricas de alimentación al sistema TANDEM.
Figura 4.5.- Comparación carga de bolas antes y después de la modificación.
La incorporación de una prensa de cilindros en una instalación de molienda crudo existente, significa que existe un nuevo equipo a mantener, con sus correspondientes costes de mantenimiento. La mayor parte de los costes de mantenimiento son debidos al desgaste en el blindaje de recargue de los cilindros, el cual es tanto más elevado cuanto mayor es el contenido en cuarzo en el crudo. Si el contenido en cuarzo es elevado el desgaste es del orden de 0.5 g
t producto terminado, lo que significa un desgaste de
Para la regeneración de 2 cilindros se necesitan, aproximadamente, 50 kg de gas propano para precalentamiento y 220 kg de electrodos de aportación. La duración de los trabajos necesarios para la regeneración de 2 cilindros es de 3 días (Operación en 3 turnos/ 2 hombres por turno).
El desgaste en el molino de martillos se redujo, aproximadamente, a la mitad debido a que la granulometría de la alimentación es más fina, siendo de 3.2 g
t antes de la modificación y de 1.6 g
t
después de la misma.
Debido a la mayor velocidad del aire, causada por el incremento en el caudal del ventilador, se produjo un ligero aumento de desgastes en el cono de impacto, tubo de inmersión y salida de gruesos del separador.
En el molino de bolas no hay cambios apreciables en el desgaste del blindaje y de las bolas.
En la figura 4.6, se representa la disponibilidad del horno rotatorio, del molino de bolas y de la prensa de cilindros. El tiempo total de operación del molino de bolas es menor que el del horno, ya que la producción horaria del molino es superior a las necesidades de alimentación del horno.
La diferencia entre el tiempo de operación del molino de bolas y el de la prensa de cilindros puede tomarse como base de estimación del tiempo necesario para el mantenimiento de la prensa de cilindros.
