Deconvolution Results

La calandria es esencialmente un calentador de carcasa y tubos. El área de transferencia de calor expresada por unidad de volumen de masa cocida normalmente esta entre 5 y 6 m2/m3. Este parámetro puede ser tan bajo como 4.5 para tachos de baja pureza pero para los tachos de alta pureza donde las tasas de evaporación son mayores, se puede incrementar hasta 9 m2/m3. A pesar de que varias alternativas de diseño de calandria son ilustradas en la Figure 15.13 solamente la calandria de placas horizontales y con tubo de descenso central será discutida aquí, dado que es considerada la línea alternativa viable. Algunos de los diseños más recientes son presentados en la Figure 15.14 (ver próxima página).

Tubos. (generalmente los tubos son de 100 mm de diámetro y se instalan con un arreglo de paso triangular 120 mm. Algunos diseños han utilizado menores pasos alrededor de 115 mm, en un intento por incremental la densidad de área de intercambio. El diámetro de los tubos puede ser más grande para los conocimientos de baja pureza y más pequeño para los conocimientos de las masas cocidas de alta pureza: sin

embargo, incluso para los tachos de refinería se considera que tubos con diámetros < 100 mm afectan la circulación adversamente (Tippens 1972). Los tubos por encima de este tamaño presentan menor resistencia y favorecen la circulación pero la menor relación entre área/volumen es desfavorable y el volumen del pie de templa se incrementa consecuentemente (Rouillard 1985). Tubos con longitudes entre 900 y 1500 mm han sido utilizados en el pasado pero actualmente los tachos se diseñan con tubos de longitud entre 600 y 1200 mm. Los tubos más cortos se seleccionan para los tachos de baja pureza mientras que tubos más largos son elegidos para los tachos de alta pureza o cuando se cuenta con un impulsor de alimentación forzada. Los tubos cortos brindan mejores coeficientes de transferencia de calor y probablemente no existe justificación para usar tubos cuya longitud exceda 900 mm. Los tubos son casi universalmente de acero inoxidable. Típicamente de calibre 16 y grado 304 o 430.

Un diseño diferente de calandria y tubos es ofrecido por Buckau-Woir (BWS). Los extremos de los tubos se fabrican con diseño de sección en forma de panal de abejas y se sueldan junios formando la placa de tubos. Este arreglo permite posicionar a los tubos más cercanos entre sí que en las calandrias convencionales.

Placas de tubos. Las placas de tubos normalmente tienen un espesor de 25 mm y los tubos son expandidos sobre las placas de tubos de manera que puedan ser reemplazados cuando sea necesario. Las placas de tubos pueden ser más delgadas cuando los tubos se sueldan a las placas de tubos. Esto es posible con tubos de acero inoxidable que rara vez requieren ser reemplazados. Esto hace posible un diseño con bajas perdidas por fricción a la entrada y la salida del tubo.

Diámetro del tubo central de descenso. El diámetro del tubo central de descenso generalmente no es menor que 0.4 veces el diámetro del tacho, excepto en casos donde se cuenta con impulsores de circulación forzada. Menores diámetros han demostrado restringir la circulación {Tippens 1972). La relación entre el área total de la sección transversal de los tubos y el área del tubo de descenso se denomina relación de circulación. Realmente este parámetro debe estar par debajo de 2.5 para obtener un tacho con buena circulación aunque muchos tachos que tienen valores hasta de 2.8 han brindado resultados razonables

Altura de la masa cocida.

La altura optima de la masa cocida o templa (nivel de la masa al momento de descarga) depende de la tarea del tacho. A medida que la altura de la cabeza de masa cocida incrementa por encima de la placa de tubos superior la presión hidrostática de la masa cocida hirviendo se incrementa elevando la temperatura de ebullición.

Como resultado la diferencia de temperatura disponible entre el vapor en la calandria y la masa cocida se hace más pequeña, llevando a una reducción en la tasa de evaporación y la circulación de masa cocida. Esta situación es particularmente crítica al final del ciclo de conocimiento cuando el máximo nivel del tacho coincide con la máxima densidad y viscosidad de la masa cocida siendo todos factores que reducen la circulación.

Tippens (1972) señalo que la máxima evaporación en un tacho de refinería provisto con impulsor de circulación forzada se encuentra cuando la altura de la masa cocida por encima de la calandria es 1.4 m. Tomando en cuenta la caída de evaporación por encima de este punto, se calculó que la máxima tasa de producción se obtiene cuando la altura de la masa esta entre 1.5 y 2 in por encima de la calandria, y que es afectada ligeramente en este rango. Pruebas realizadas

por Austmeyer (1986) en tachos de azúcar de remolacha con impulsores sugieren que el máximo coeficiente de transferencia de calor se logra cuando el nivel de la masa cocida esta 0.8 in por encima de la placa de tubos superior, luego de lo cual se reduce progresivamente a medida que el nivel de masa cocida aumenta. Sin embargo, se demostró que para cocimientos de azúcar blanco, el máximo coeficiente de transferencia se alcanza con un nivel entre 0.15 y 0.65 m por encima de la placa de tubos.

Usualmente el nivel del tacho para máxima transferencia de calor es menor con la masa cocidas de baja pureza. En tachos discontinuas la altura de masa se puede encontrar entre 1.2 y 2.0 m. Perk (1973) considera que la altura optima máxima de la masa cocida por encima de la calandria es 1.35 m. La altura optima es menor para las masas cocidas más viscosas de baja pureza y mayor para tachos de alta pureza y refinería. Una altura de la masa alrededor de 1.2-1.6 m usualmente brinda el mejor balance entre calidad, desempeño y capacidad.

Volumen del pie de templa. El volumen de pie de templa es el volumen del tacho por debajo del nivel de la placa de tubos superior, que es el mínimo volumen con el cual el tacho puede operar. Este representa el volumen al inicio del ciclo dc cocimiento en los tachos discontinuos, el cual se elabora

a partir de un pie de templa que se carga al tacho o de grano obtenido previamente por semillamiento en el mismo tacho.

Dado que el crecimiento de cristales requerido desde el momento del semillamiento hasta la masa cocida final es significativo, una proporción grande de semilla en la masa cocida implica un mayor número de ciclos de cocimiento para alcanzar el tamaño de grano requerido. El volumen del pie de templa debe mantenerse al mínimo y no debe exceder más de 40% del volumen total de la templa del tacho.

Altura de separación. Es importante suministrar suficiente altura de separación por encima del nivel de la masa cocida, de manera que la salpicadura de masa no produzca arrastres y perdidas de azúcar. Diferentes valores de altura requerida han sido utilizados entre 2.4 y 3.6 m (Tippens 1972). Sin embargo, el mayor problema es frecuentemente la explosión de espuma que ocurre cuando se descarga nuevo material en el tacho. Esto determina la altura de separación requerida, implicando típicamente un espacio entre 2.0 y 2.4 m de altura entre el nivel de la masa cocida y el separador de arrastres.

Sistema de alimentación de tachos. El sistema de alimentación de tachos debe ser diseñado para mezclar la alimentación con el volumen de masa cocida tan rápido como

sea posible. Un mezclado bueno y rápido de la alimentación con la masa cocida es importante para evitar la existencia prolongada de áreas bajo condiciones de su saturación, lo cual puede conducir a una disolución parcial de cristales. Cuando se cuenta con impulsores de circulación forzada la alimentación debe realizarse en el tubo central de descenso. De otro modo deberá dirigirse uniformemente por debajo de la calandria, particularmente cuando la alimentación es caliente y se evapora instantáneamente al ingresar (flash), lo que promueve la circulación. Dos arreglos de alimentación que han sido utilizados exitosamente y no cau-san bloqueo se presentan en la Figura 15.15.

Vapor calefactor. El vapor vegetal o escape debe tener una presión suficientemente elevada para alcanzar la diferencia de temperatura requerida en el proceso de transferencia de calor. Generalmente en los tachos se requiere un At entre el vapor calefactor y la masa cocida de 35 °C para tachos con circulación forzada y de 45 a 50 °C para los tachos de circulación natural (Ziegler 1978). Dado que la temperatura de la masa cocida se encuentra en promedio alrededor de 65 °C, esto implica que cl vapor en la calandria deberá tener una temperatura de al menos I 10 °C (144 kPa) para tachos de circulación natural y 100 °C (102 kPa) para los tachos con circulación forzada.

Distribución del vapor. El sistema de alimentación de vapor debe diseñarse para asegurar una distribución uniforme a todas las partes de la calandria. Adicionalmente se requiere tener una purga positiva de incondensables hasta los puntos de descarga localizados apropiadamente. Los mismos requerimientos para cuerpos evaporadores (Sección 12.7.1) aplican lambien para las calandrias de los tachos.

Geometría del fondo del tacho. La forma de la sección al fondo del tacho debe ser tal que permite mantener el volumen del pie de templa al mínimo. La sección vertical localizada a los lados por debajo de la placa inferior de tubos no debe exceder 150 mm (Lippens 1972). La sección del fondo normalmente incluye una inclinación entre 14° y 24" para permitir una descarga fácil del tacho. Con el objeto de mantener un bajo volumen de pie de templa mientras que sea

aún posible obtener una buena circulación bajo la calandria, se recomienda una pendiente alrededor de 18°. El uso de un fondo de sección con forma "W" es útil en este sentido particularmente en los tachos de diámetro más grande.

Válvula de descarga de tachos. En los tachos con fondo cónico la válvula de descarga se localiza sobre el centre. En el pasado era común el uso de válvulas operadas hidráulicamente. Más recientemente se ha encontrado que las válvulas de mari-posa con paredes protegidas por recubrimientos de caucho son más económicas y fáciles de mantener, las cuales se han comercializado exitosamente y re-quieren únicamente el suministro de aire a presión en lugar de un sistema hidráulico para su activación. Típicamente para un tacho de 85 m3 se requiere de una válvula de 760 mm en cl caso de masa cocida C y de 600 mm para masa cocida A. El recubrimiento de caucho que protege al cuerpo de acero debe ser capaz de resistir las condiciones de vacío del tacho sin desprenderse del cuerpo metálico. Para los tachos con fondo en forma de "W" se pueden utilizar dos válvulas pequeñas opuestas diametralmente.

Evacuación de condensado y gases incondensables. Deben efectuarse arreglos adecuados para la remoción del

condensado y de los gases incondensables. Es importante dar atención adecuada a estos detalles dado que pueden ser causa de pobre desempeño cuando no son diseñados adecuadamente. Las mismas consideraciones discutidas para los cuerpos evaporadores (Sección 12.7.4) lambien aplican en este caso. Generalmente el condensado se remueve desde la parte más baja de la carcasa de la calandria a través de más de una línea de drenaje. Es recomendable dimensional estas descargas en forma amplia dado que la acumulación de condensado en la calandria reduce la transferencia de calor y puede resultar en golpes de ariete y daño de los tubos. El diseño de los drenajes para condensado se basa en una velocidad dc salida del líquido por debajo de 0.45 m/s a la máxima lasa de evaporación.

Los gases incondensables necesitan ser purgados desfogando o venteando cierta cantidad de vapor y generalmente se remueven desde el punto más apartado de la entrada de vapor. Esto seguirá un purgado positivo de incondensables. La mejor configuración incorpora un flujo de vapor radial desde un cinturón distribuidor de vapor localizado alrededor de la calandria que es dirigido hacia el tubo central. Dado que el vapor viaja en dirección radial hacia el centro, el arreglo de descarga de los incondensables puede consistir de dos anillos localizados alrededor del tubo central de descenso uno en la parte superior y uno al fondo de la calandria, tal

como se presenta para los evaporadores en la Figure 12.14 G. Debe tenerse cuidado con el tamaño y la cantidad de agujeros en los anillos de incondensables buscando garantizar un adecuado y uniforme desfogue de los gases. Las dos corrientes de incondensables deben ser desfogadas independientemente. La cantidad total del desfogue debe estar alrededor de 1 % del flujo de vapor a la calandria.

En casos donde la economía de vapor es importante es posible utilizar válvulas termo estáticas para el desfogue de los incondensables minimizando la perdida de vapor a la atmosfera.

Calculo del volumen en evapo-cristalizado-res discontinuos. El volumen dc masa cocida dentro de un tacho discontinuo es determinado principalmente por el diámetro del tacho y la altura de la masa cocida. Los siguientes cálculos se basan en las dimensiones presentadas en la Figure 15.16, asumiendo que el tacho tiene N tubos de diámetro interno d.

Volumen del pie de templa. Se asume como el volumen comprendido por debajo de la placa superior de tubos de la calandria. El volumen ocupado por los gases calefactores en el lado vapor de la calandria debe ser substraído antes de obtener el volumen del pie de templa. Para un fondo con sección cónica, el volumen de pie de templa V está dado por: (formula)

En caso de que el fondo del tacho no sea cónico sino de sección toriesférica (elipsoidal) el primer término de la ecuación (15.31) se reemplaza por 0.1

Para los fondos con sección en forma de W generalmente es necesario consultar los pianos antes de poder calcular el volumen. Para una rápida estimación, asumiendo que las pendientes al fondo son iguales, el volumen del pie de templa V puede ser calculado como:

(formula)

Volumen total de templa. El volumen por encima de la placa de tubos debe ser adicionado al volumen del pie de templa para obtener el volumen total de masa cocida de la templa Vm.

(formula)

Para un tacho con ensanchamiento cónico: (formula)