Calderas de aceite térmico para calentar reactores químicos | Pirobloc
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Reactor químico Pirobloc

PROCESOS

Pirobloc ofrece soluciones personalizadas y eficientes para el calentamiento de reactores químicos en una gran diversidad de industrias del sector químico, entre las que destacan:

Química

Cosmética

Farmacia

Pinturas

TRANSFERENCIA DE CALOR EN PROCESOS QUÍMICOS

La transferencia de calor de un fluido a otro es un componente esencial de todos los procesos químicos. Ya sea para calentar componentes antes de iniciar una reacción para obtener un producto final o para enfriar una sustancia química después de que se haya formado durante una reacción exotérmica.

Es esencial maximizar la eficiencia de los sistemas de transferencia de calor para procesos químicos ya que el paso de transferencia de calor en muchos procesos químicos consume mucha energía, con lo que no enfocarse en la eficiencia puede aumentar los costes de fabricación innecesariamente.

Comprender cómo diseñar un sistema de transferencia de calor eficaz y eficiente es un aspecto clave para la rentabilidad de la fabricación de productos químicos. Esto conlleva el conocimiento de variables clave del proceso productivo, tales como:

  • Las características físicas y la composición química de los fluidos.
  • Caudales del proceso
  • Temperaturas y presiones del sistema.
  • Caída de presión admisible.

La corrosividad de algunos productos químicos es otro aspecto a tener en cuenta ya que los equipos habrán de ser construidos con aleaciones que sean resistentes a la corrosión. Esto es especialmente relevante en elementos como el intercambiador de calor.

FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA

Aunque el sistema de fluido térmico puede ser utilizado para aportar calor a numerosas etapas del proceso productivo, es en la etapa de destilación donde cobra especial protagonismo para garantizar que se logran los resultados óptimos de calidad del producto.

Durante la etapa de destilación la temperatura se usa para separar los numerosos elementos de una mezcla preparada. En este sentido, la caldera de fluido térmico proporciona un control mejorado, lo que da como resultado una gestión más precisa de la temperatura del proceso, así como el calentamiento y enfriamiento mediante el uso de un solo fluido.

En este sector son comunes tanto los sistemas que trabajan en continuo como los que lo hacen por lotes. Las operaciones por lotes, o en discontinuo, pueden implicar grandes variaciones en la carga de calor, desde la gran demanda inicial hasta el mantenimiento de la temperatura del final del lote.

En cada uno de los consumidores se dispone de una válvula de regulación de tres vías que permite la regulación automática de la temperatura con gran precisión. Simplemente seleccionando la temperatura de consigna en el panel operador, el sistema regula automáticamente y de forma proporcional el caudal de aceite térmico que entra al consumidor para conseguir la temperatura deseada.

La válvula dispone de un servomotor, que puede ser eléctrico o neumático, que regula la posición del obturador dejando paso a la vía recta o a la de retorno de forma proporcional. De esta forma la vía de entrada a la válvula está completamente abierta en todo momento, mientras que las vías recta y de retorno son inversamente proporcionales. Cuando la vía recta está abierta al 70%, la de retorno lo está al 30%, porcentaje mismo que retorna directamente a la caldera. Con este sistema simple se consiguen precisiones en la regulación de la temperatura de +/- 1ºC o superiores.

En los circuitos en los que hay varios consumidores a diferentes temperaturas, se dispone igualmente de un grupo secundario mediante una bomba de recirculación. Con este dispositivo se puede trabajar dentro de toda la gama de temperaturas por dispares que sean entre los diferentes aparatos consumidores de la instalación.

Como en todos los circuitos de aceite térmico, se prevé un tanque de expansión que recoge y absorbe la dilatación del fluido térmico sin que este presurice. Este tanque está habitualmente comunicado con el tanque de recogida. Una bomba reversible asociada al tanque de recogida permite tanto el llenado como el vaciado del circuito.

El esquema de principio que suelen seguir este tipo de aplicaciones es el que se ilustra a continuación.

Quimica Pirobloc
Quimica Pirobloc

CALDERAS DE FLUIDO TÉRMICO

Como hemos mencionado anteriormente, la principal aplicación de las calderas de aceite térmico en los diferentes sectores químicos es el calentamiento de los reactores, que se realiza a través de envolventes a “media caña”, dobles fondos de calentamiento o camisas o bien serpentines dispuestos en el interior del reactor.

Los reactores no son exclusivos de la industria química, ya que también son utilizados en otros sectores como la alimentación, pero es aquí donde encontramos un amplio abanico de aplicaciones: química, química fina, cosmética, farmacia, pinturas, etc.

En estas aplicaciones coincide en ocasiones la necesidad de calentamiento de otros consumidores como intercambiadores de calor, columnas de destilación, evaporadores, tanques, etc. El calentamiento de cada consumidor se puede manejar individualmente mediante válvulas que controlan el curso del aceite térmico a través del equipo.

Las calderas de fluido térmico brindan ventajas clave en la industria farmacéutica debido a su capacidad de proporcionar temperaturas en el rango de -100 ºC a +400 ° C, lo cual permite llevar a cabo tanto operaciones de calefacción como de enfriamiento. Esta versatilidad es especialmente relevante en el caso de reacciones exotérmicas o para el control escalonado de las temperaturas durante el proceso productivo, durante cuyo tiempo el sistema controla con precisión cualquier variación de temperatura en el reactor.

Otra ventaja es que las calderas de aceite térmico pueden operar a altas temperaturas mientras mantienen bajas presiones.

Las calderas de aceite térmico de Pirobloc funcionan mediante un quemador que calienta por radiación el fluido térmico que fluye a través del serpentín, así como los dispositivos de calentamiento en otros aparatos. Se pueden calentar varios equipos con una sola caldera mediante la conexión de diferentes derivaciones de aceite térmico para cada consumidor. El caudal y la pérdida de carga de fluido térmico se adaptan a las necesidades de cada consumidor, por lo que pueden configurarse para satisfacer un caudal que coincida con los requisitos del proceso.

En términos de mantenimiento y operación, las calderas de fluido térmico son más fáciles de administrar que otros sistemas, ya que los riesgos de corrosión y formación de incrustaciones se pueden prevenir con un mantenimiento sencillo.

INTERCAMBIADORES DE CALOR

Carcasa y tubos

Los intercambiadores de carcasa y tubos son el tipo de equipo de transferencia de calor más utilizado en la industria de procesamiento químico debido a su flexibilidad en el diseño y su capacidad para manejar fluidos con diferentes niveles de temperatura y viscosidad. Constan de dos partes: la carcasa y los tubos.

Todos los componentes del lado del tubo deben ser resistentes y compatibles a la corrosión de uno o ambos fluidos.

Un diseño común de la industria de procesamiento de productos químicos consta de un intercambiador de un solo paso, lo que significa que los fluidos solo pasan por el intercambiador una vez. Existen múltiples diseños de intercambiadores. El diseño de doble cabezal TEMA BEU es uno de los más utilizados por su facilidad de limpieza. Este intercambiador dispone de un fondo y una placa de tubos fija en cada extremo.

El número y la longitud de los tubos, así como el diámetro de la carcasa, estarán determinados por el requisito de transferencia de calor. (En algunos casos, es posible que sea necesario restringir el tamaño para que quepa en un espacio definido en una planta química). El diseño y el tamaño reales pueden ser determinados por el usuario final (empresa química) o recomendados por el fabricante después de un análisis de los requisitos generales del sistema.

Placas y marcos

Los intercambiadores de placa y marco se utilizan en ciertas áreas de la industria de procesamiento químico como una alternativa a los intercambiadores de carcasa y tubos. Los diseños de placa y marco requieren menos espacio que un intercambiador de carcasa y tubos fabricado para una transferencia de calor similar, pero también tienen algunas limitaciones con respecto a los fluidos de proceso y las condiciones en las que se pueden usar.

Los intercambiadores de placas y marcos están disponibles principalmente con placas de acero inoxidable o titanio. La transferencia de calor está determinada por las dimensiones generales de las placas, así como por el número de placas en el intercambiador.

Los intercambiadores de placa y marco están compuestos por dos placas de extremo, que están diseñadas para mantener las placas juntas, y una serie de placas de transferencia de calor entre las placas de los extremos. Se requieren juntas para separar los dos fluidos que pasan a través del sistema en cada una de las placas internas.

El uso de intercambiadores de placa y marco está limitado por la temperatura y la presión que pueden soportar las juntas; típicamente, esto es menos de 365 ° F (185 ° C) o 360 psi de presión. Estos sistemas también se limitan a fluidos que tienen pocos o ningún sólido porque los canales de las placas internas son estrechos y se pueden taponar fácilmente.

Las ventajas que brindan los intercambiadores de placa y marco incluyen la capacidad de que un fabricante de equipos experimentado agregue placas internas en cualquier momento para aumentar la transferencia de calor y la facilidad general de limpieza del intercambiador.

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

En la industria de procesamiento químico, muchos procesos requieren equipos fabricados con materiales altamente resistentes a la corrosión.

Los materiales de construcción garantizan la idoneidad para los fluidos de proceso.

Las aleaciones resistentes a la corrosión comúnmente utilizadas en la industria de procesamiento químico incluyen aceros inoxidables austeníticos (serie 300), aceros inoxidables dúplex, aleaciones de níquel, titanio, circonio y tantalio. Cada uno de estos metales y aleaciones tiene resistencia a la corrosión de ciertos productos químicos y se puede utilizar en plantas químicas para una vida útil prolongada.

Los materiales de construcción utilizados normalmente los determina la empresa química, a menudo después de consultar con un metalúrgico que trabaja para el fabricante o un proveedor de metales. El conocimiento de la corrosión y la comprensión de las aleaciones y la disponibilidad son fundamentales para determinar qué aleación utilizar. El objetivo general es garantizar un sistema rentable con una larga vida útil.

Una consideración esencial al determinar la aleación que se utilizará es asegurarse de que se conocen todos los aspectos de la química del fluido. A menudo, a medida que las empresas modifican los procesos, la corrosividad de los fluidos cambia y las aleaciones que se usaron en el pasado pueden no ser tan efectivas en la actualidad. Cambiar a un nuevo metal o aleación puede ser la solución más rentable y podría alargar la vida útil del equipo. Aquí es donde se necesita un metalúrgico con una sólida experiencia en el trabajo con materiales resistentes a la corrosión para determinar qué metal o aleación sería óptimo.



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