Limpieza de las emisiones contaminantes en las chimeneas de Ingenios Azucareros.
Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica.
Obtención de título de Ingeniero Químico
Limpieza de las emisiones contaminantes en las chimeneas de
Ingenios Azucareros
Por:
Augusto Geovanny Martínez Cortés
Y
Jorge Rojas Palacio
Caso de Estudio: Ingenio Azucarero San Cristóbal.
Resumen:
El desarrollo del presente protocolo se basa en experiencias realizadas en el
ingenio San Cristóbal ubicado en el municipio de Carlos A. Carrillo, por esta
razón los datos presentados aquí fueron tomados de registros realizados en
dicho ingenio, valores que con apoyo del jefe del departamento de Control
Ambiental, Q.F.B. José Martínez Ramírez, nos fueron facilitados. Se conoce
por anterioridad que el proceso de producción de azúcar incluye varios
procesos, pero debido a la extensión del presente, única y exclusivamente
nos basamos al Área de Calderas. Dicho ingenio trabaja para la generación
de vapor con 9 calderas utilizando el bagazo como combustible principal,
alimentando así a 5 chimeneas, a través de las cuales se producen
emisiones de gases contaminantes y partículas solidas totales. Es en esta
parte del proceso donde nuestro proyecto jugará un papel muy importante,
proponiendo un sistema de limpieza para dichas emisiones, el cual tendrá
como fundamento los límites máximos permisibles de contaminantes que
establecen las actuales normas mexicanas referentes a las emisiones de
fuentes fijas. Las emisiones a las que hacemos referencia se tratan de las
partículas solidas totales a las que en adelante les llamaremos cenizas,
dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno.
Hasta ahora dentro de dicho ingenio, como parte de un plan de desarrollo
sustentable y aprovechamiento integral de la caña de azúcar, se han
planteado soluciones como lo son la generación de calor a partir de la
combustión del bagazo; para evitar contaminación por desechos, uso de la
cachaza para producir material de relleno para caminos en mal estado,
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tratamientos primarios para las descargas de aguas provenientes de los
procesos del ingenio y el tratamiento de sus residuos peligrosos. Sin
embargo, a pesar de todas estas acciones enfocadas a la conservación de
suelo y agua, no se ha logrado implementar una acción correctiva para la
contaminación del aire, aún cuando dichas emisiones están en el punto
crítico, es decir, el ingenio hasta el día de hoy está muy cerca de sobrepasar
los límites máximos permisibles establecidos por las normas mexicanas. Es
entonces cuando el sistema de limpieza de contaminantes propuesto por
este proyecto cobra importancia al beneficiar al ingenio, al darle una imagen
ante la sociedad como Socialmente Responsable, preocupada por el medio
ambiente y el bienestar de sus trabajadores; a la sociedad circundante al
reducir la cantidad de cenizas presentes en el aire, eliminando así las
posibilidades de inhalar una partícula, pudiendo producir una alergia y en el
peor de los casos una complicación respiratoria y por último, al medio
ambiente al reducir la cantidad de dióxidos de azufre y óxidos de nitrógeno,
principales gases causantes de la lluvia ácida.
Planteamiento del problema:
Los gases presentes en las emisiones de los ingenios son de alta
peligrosidad para el medio ambiente; por un lado el óxido de azufre (IV) es el
principal causante de la lluvia ácida ya que en la atmósfera es transformado
en ácido sulfúrico. Se considera como un gas irritante y tóxico, cuyo principal
problema es el afectar a las mucosidades y a los pulmones, provocando
ataques de tos. Si bien éste es absorbido principalmente por el sistema
nasal, la exposición de altas concentraciones por cortos períodos de tiempo
puede irritar el tracto respiratorio, causar bronquitis y congestionar los
conductos bronquiales de los asmáticos. La concentración máxima permitida
en los lugares de trabajo es de 2 ppm. En el caso de los óxidos de
nitrógenos nos basaremos en los dos óxidos que se consideran de mayor
peligrosidad para el medio ambiente: el dióxido de nitrógeno cuya
peligrosidad se basa en el hecho de que es capaz de reaccionar incluso con
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la luz solar para formar ozono y smog en el aire que respiramos e incluso
poder llegar a formar ácido nítrico que junto con la formación ya mencionada
del ácido sulfúrico puede producir lluvia ácida en los poblados aledaños a la
fuente de contaminación, y el monóxido de nitrógeno es un gas de olor dulce
penetrante a temperatura ambiente, es antropogénico (o sea, generado por
la actividad humana) en su mayor parte. Exposiciones cortas a altas
concentraciones pueden producir cambios en las vías respiratorias y
problemas de respiración. El NO produce la misma interrupción en la
absorción del oxígeno por la sangre que el monóxido de carbono (CO). Sin
embargo, puesto que el NO es sólo ligeramente soluble en agua, no
presenta amenaza real alguna excepto a infantes e individuos muy
sensibles.
Nuestro problema con lo que respecta a estos contaminantes en nuestro
caso de estudio se basa en que actualmente el Ingenio San Cristóbal a
pesar de generar emisiones con contaminantes atmosféricos que se
encuentran ya dentro de los valores máximos permisibles establecidos por la
NOM-085-SEMARNAT-1994, posee una política de Mejora Continua, política
que con lo que respecta al medio ambiente, le exige a si mismo reducir aún
más las cantidades de contaminantes generados en sus procesos. Es este
deseo de mejorar lo que le exige una solución inmediata, y es donde este
proyecto juega un papel importante al proponerle una solución rentable y
eficiente, aplicando conocimientos de ingeniería, que le dará a la industria
una imagen de Empresa Socialmente Responsable y a largo plazo porqué
no, poder aspirar reconocimientos mundiales, mejorando así su reputación
como empresa privada.
Por otro lado, las cenizas son diminutas partículas de materia orgánica
producidas por la combustión del bagazo. Dentro del ingenio se distinguen
dos salidas de cenizas dependiendo de su peso; la mayor parte de estas
precipitaran justo después de la combustión en la caldera sin poder llegar a
escapar por la chimenea, quedando acumuladas dentro de la misma. Por
otro lado, las cenizas de baja densidad lograrán ser llevadas por el flujo de
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aire a través de la chimenea y podrán ser capaces de quedar suspendidas
en el aire por mucho tiempo y debido a esto, poder recorrer grandes
distancias junto a las corrientes del aire, pudiendo llegar a precipitar hasta
varios kilómetros de distancia de la fuente generadora, que en nuestro caso
de estudio nos referimos a esta última como a las 5 grandes chimeneas del
ingenio. La ubicación del ingenio San Cristóbal se encuentra dentro del
municipio de Carlos A. Carrillo, justo en las proximidades del centro de dicha
población, distancia suficiente para poder ser testigos de los efectos
desagradables de la precipitación de dichas partículas.
Nuestro problema con respecto a estas partículas se basa en el hecho de
que en el mejor de los casos, constituye solo un problema estético al caer
sobre las banquetas del municipio y en ocasiones manchar las fachadas de
las casas, dándoles un aspecto de suciedad. Existen reportes de alergias
menores provocadas al inhalar pequeñas partículas accidentalmente por los
pobladores y en el peor de los casos, las cenizas han sido factor decisivo
para el desarrollo de conjuntivitis.
Anteriormente, muchos intentos por resolver éste problema ya habían sido
iniciados; como por ejemplo citamos la colocación de un sistema de rociado
dentro de una sola chimenea a fin de crear un modelo escala, solución
particular que fue enfocada solamente a la sedimentación de las cenizas y
que no fue llevada con éxito pues se requerían lagunas o superficies de gran
área superficial para la colocación del flujo proveniente de dicha chimenea,
flujo que debido a su gran cantidad de partículas solidas disueltas (cenizas)
debían tener un gran tiempo de residencia, por lo que las lagunas
empezaron a ser insuficiente, momento en el cual el lavador de partículas
dejó de ser una solución eficiente.
Como una solución aproximada y tentativa presentada por este proyecto, se
encuentra la implementación de un sistema de limpieza para cada uno de los
contaminantes ya mencionados, la cual propone una solución particular a
cada uno de ellos. Para el caso de las cenizas se planea colocar un
separador centrífugo de partículas solidas tipo ciclón en la corriente de flujo
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proveniente de la caldera con dirección a la chimenea. Con respecto a la
filtración de gases de dióxido de azufre colocaremos un sistema de lavado
seco que rocía una solución de cal en los gases de combustión, lo cual
convierte a los gases ácidos como el dióxido de azufre en un sólido que se
podrá recolectar en los sistemas de filtración de manga. La cal que haya
quedado sin reaccionar y salga del purificador de gases se recolecta en el
sistema de filtración de mangas el cual podrá capturar gases ácidos gases
adicionales, más del 95% de dióxido de azufre se eliminan en este proceso.
Como se menciona se dispondrá de un sistema de filtración de mangas el
cual operará como un aspirador de vacío que trabajara de la siguiente
manera: Conforme el aire es arrastrado al sistema de filtración, el material
particulado y las cenizas volantes se van quedando en el interior de las
bolsas y se permite al aire pasar a través de los filtros. El sistema de
filtración de mangas contendrá ocho módulos con bolsas hechas de fibra de
vidrio que se limpiarán soplando aire, en dirección reversa a través de las
bolsas. El material particulado y las cenizas volantes se retiran del fondo.
Éste proceso eliminará un 99.5% del material particulado en la corriente de
aire por debajo de los niveles submicroscópicos, eliminando cualquier humo
visible.
Adicionalmente como una medida de aprovechamiento sustentable, la
cantidad de cenizas recolectadas en el ciclón o en su caso aquellas que
lograron pasar éste y llegar hasta el filtro de mangas, y las cenizas del fondo
de la caldera se mezclarán con cemento para formar concreto el cual será
utilizado para relleno de base de caminos y en áreas de operación donde el
clima es lluvioso. Otra aplicación será el mezclado de las cenizas junto a la
porción de bagazo que no fue empleado para la elaboración de abono de
campo.
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Hipótesis.
Es por ello que nuestra pregunta a resolver es: ¿Es posible filtrar y separar
los contaminantes provenientes de las emisiones de gases de las chimeneas
de un ingenio azucarero sin comprometer la eficiencia actual del proceso de
producción de vapor, siendo viable y formando una consciencia de
protección ambiental a la población en la que puede llegar a existir una
época de zafra sin contaminantes atmosféricos y sin cenizas perjudiciales
para su salud, generando a su vez una fuente de empleo extra para su
mantenimiento, colocación y operación?
Justificación.
La finalidad de nuestro proyecto es el proponer al ingenio San Cristóbal un
sistema de limpieza de las emisiones contaminantes provenientes de sus
chimeneas, emisiones que hasta ahora no están controladas en dicha planta
y que sin embargo actualmente existe una norma que se encarga de regular
dichos contaminantes. La Secretaría de Medio Ambiente y Recursos
Naturales (SEMARNAT) en su NOM-085-SEMARNAT-1994 hace referencia
a las fuentes fijas que utilizan combustibles fósiles sólidos, líquidos y
gaseosos o cualquiera de sus combinaciones, estableciendo los niveles
máximos permisibles de emisión a la atmósfera de humos, partículas
suspendidas totales, bióxido de azufre y óxidos de nitrógeno, emisiones que
están actualmente afectando silenciosamente al medio ambiente y a la
población. Los motivos para la realización son internos y externos a la
empresa en cuestión. Al referirnos con motivos internos, al ingenio le
beneficiará el darse a conocer como una empresa socialmente responsable
al estar regulando sus emisiones, y con ello ser una empresa que a pesar
generarlas, está siendo amigable con el medio ambiente. En cuestión de
motivos externos, el hecho de controlar (y con ello reducir) la cantidad de
cenizas que se liberen por las chimeneas, estaremos mitigando el malestar
social que afecta a la población circundante del municipio de Carlos A.
Carrillo y así, al ser menor el número de cenizas flotantes sobre la población,
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estaremos reduciendo las posibilidades de inhalar alguna partícula
suspendida causante de malestares inmediatos o en el peor de los casos
enfermedades respiratorias, no olvidándonos del problema en cuanto al mal
aspecto que dan las banquetas y patios de los habitantes chamuscados por
dicho hollín. Entonces, una vez que se implemente este sistema estaremos
haciendo un bien tanto para la sociedad como para el medio ambiente.
Objetivos.
Objetivo General
Diseñar y proponer un sistema de filtración y separación de los
contaminantes provenientes de las emisiones en las chimeneas, para el
Ingenio San Cristóbal.
Objetivos Específicos
Implementar un separador de partículas tipo ciclón de acuerdo a las
características de la corriente gaseosa de las calderas; temperatura y
velocidad de flujo
Establecer un proceso de lavado de gases en seco para la absorción
de las emisiones de NOx y principalmente SO2 con ayuda de cal y
piedra caliza, mediante una torre de aspersión.
Aprovechar las cenizas recolectas del ciclón para la producción de
abono para el campo y uso como relleno para caminos una vez
transformadas en concreto.
Destinar las formaciones precipitadas de CaSO4 (yeso) provenientes
del lavador de gases a empresas del ramo de la construcción para
generar una fuente extra de ingresos.
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Antecedentes
LOS INGENIOS AZUCAREROS
En tiempos de zafra, todo ingenio como consecuencia del aprovechamiento
sustentable del bagazo para la generación de vapor, genera grandes
emisiones de contaminantes. Uno de ellos son las cenizas, que a pesar de
su baja cantidad generada en comparación con los otros gases, capaces de
generar un malestar social hacia la población circundante en el mejor de los
casos; sin embargo en el municipio de Carlos A. Carrillo ya se han reportado
casos de parte de la Secretaría de Salud de problemas respiratorios en la
población infantil como resultado de su inhalación, enfermedades reportadas
como pulmonar alérgicas. Sin embargo a pesar de todas estas afectaciones,
la población entiende a las cenizas como un “mal necesario”, pues ellos sólo
ven a la zafra como una época generadora de empleos, dejando a un lado la
contaminación producida también por gases como los óxidos de nitrógeno y
dióxido de azufre.
Actualmente el bagazo se emplea como combustible en las calderas que
generan el vapor que necesitarán las turbinas para el accionamiento de
generadores eléctricos, molinos de trapiches, bombas centrífugas,
ventiladores, etc. y el vapor de escape se destina a los procesos de
fabricación. Las presiones y temperaturas del vapor generado en estas
calderas son relativamente bajas pero suficientes para lograr un equilibrio
energético entre fuerza motriz y vapor para procesos. Con calderas de
presión y temperatura de vapor más altas y mejor rendimiento se puede
accionar una turbina con un generador eléctrico de mayor potencia, que
cubre las necesidades propias de la fábrica y queda un importante
excedente que se podría vender a la red de distribución pública sin que haya
incremento de costos en combustible. Esta energía eléctrica generada por
un combustible renovable, que se entregaría a la red de distribución pública,
reemplazaría a la generada en centrales térmicas que consumen
combustibles fósiles, con un impacto ambiental favorable.
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Generalmente los quemadores de bagazo utilizan el tiro forzado (consta de
un ventilador que recoge del exterior el aire que utiliza para la combustión y
envía los gases de combustión al exterior) como mecanismo económico para
obtener máxima turbulencia y mezcla en el quemado del combustible, y que
al llevarse a cabo la combustión de este último se obtienen gases como
dióxido de carbono (CO2), dióxido de azufre (SO2), óxidos de nitrógeno
(NOx) y vapor de agua; como el bagazo es un sólido fibroso que al llevarse a
cabo la combustión genera restos de composición en carbono que son
llamados hollín y cenizas (conocido por los lugareños “tizne”), este residuo
se engloba como partícula sólidas totales (PST).
CANTIDADES DE CONTAMINANTES PRODUCIDAS POR LOS INGENIOS
Los siguientes datos presentados fueron obtenidos por la empresa privada
SEPIASA A.C, empresa privada contratada para dicha finalidad por el
Ingenio San Cristóbal y que se nos proporcionó gracias al Q.F.B. José
Martínez Ramírez, actual jefe del Departamento de Control Ambiental.
Cabe hacer notar que los Valores Máximos Permisibles varían de chimenea
a chimenea de acuerdo a las especificaciones de la NOM-085-SEMARNAT-
1994:
“…Cuando existan dos o más ductos de descarga cuyos equipos de
combustión utilicen en forma independiente o conjunta combustibles fósiles
sólidos, líquidos y gaseosos, podrán sujetarse a los valores de emisión
contemplados en las tablas 4 y 5 o ponderar las emisiones de sus ductos de
descarga en función de la capacidad térmica del equipo…”
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La tabla siguiente muestra los datos recolectados por dicha empresa
Parámetro Valor Máximo
Equipo Corrida Resultado Conclusión
Evaluado Permisible
224.63 3 Dentro de la
PST 1 3 350 mg/m
mg/m Norma
211.28 3 Dentro de la
PST 2 3 350 mg/m
mg/m Norma
Chimenea 1 Dentro de la
Calderas 9,10,12 Exceso de Aire 1 22.32 % 25.00 %
Norma
Capacidad: Dentro de la
225,074 MJ/hora Exceso de Aire 2 21.61 % 25.00 %
Norma
Dentro de la
NOx Única 173.19 ppm 375 ppm
Norma
Dentro de la
SO2 Única 404.00 ppm 2,200 ppm
Norma
227.43 3 Dentro de la
PST 1 3 350 mg/m
mg/m Norma
226.65 3 Dentro de la
PST 2 3 350 mg/m
mg/m Norma
Chimenea 2
Dentro de la
Calderas Exceso de Aire 1 23.34 % 25.00 %
Norma
13, 18
Dentro de la
Capacidad: Exceso de Aire 2 21.92 % 25.00 %
Norma
184,061 MJ/hora
Dentro de la
NOx Única 144.02 ppm 375 ppm
Norma
Dentro de la
SO2 Única 405.00 ppm 2,200 ppm
Norma
222.87 3 Dentro de la
PST 1 3 350 mg/m
mg/m Norma
224.03 3 Dentro de la
PST 2 3 350 mg/m
mg/m Norma
Chimenea 3
Dentro de la
Calderas Exceso de Aire 1 21.24 % 25.00 %
Norma
14,15,16
Dentro de la
Capacidad: Exceso de Aire 2 21.95 % 25.00 %
Norma
185,061 MJ/hora
Dentro de la
NOx Única 133.69 ppm 375 ppm
Norma
Dentro de la
SO2 Única 408.00 ppm 2,200 ppm
Norma
263.06 3 Dentro de la
PST 1 3 400 mg/m
mg/m Norma
265.52 3 Dentro de la
PST 2 3 400 mg/m
mg/m Norma
Chimenea 4 Dentro de la
Exceso de Aire 1 26.45 % 30.00 %
Calderas 17 Norma
Capacidad: Dentro de la
Exceso de Aire 2 25.78 % 30.00 %
81,861 MJ/hora Norma
Dentro de la
NOx Única 137.23 ppm 375 ppm
Norma
Dentro de la
SO2 Única 405.00 ppm 2,200 ppm
Norma
263.06 3 Dentro de la
PST 1 3 400 mg/m
mg/m Norma
265.52 3 Dentro de la
PST 2 3 400 mg/m
mg/m Norma
Chimenea 4 Dentro de la
Exceso de Aire 1 26.45 % 30.00 %
Calderas 17 Norma
Capacidad: Dentro de la
81,861 MJ/hora Exceso de Aire 2 25.78 % 30.00 %
Norma
Dentro de la
NOx Única 137.23 ppm 375 ppm
Norma
Dentro de la
SO2 Única 405.00 ppm 2,200 ppm
Norma
Tabla 1. Resultados obtenidos por la empresa SEPIASA A.C. para la empresa Fideicomiso Ingenio
San Cristóbal de los parámetros: PST, Exceso de Aire, Óxidos de Nitrógeno (NO x) y Dióxido de Azufre
(SO2) Municipio de Carlos A. Carrillo. SEPIASA A.C. (2008).
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TECNOLOGÍAS ACTUALES PARA LA LIMPIEZA DE EMISIONES
CONTAMINANTES ATMOSFÉRICO.
Incineradores
Torres de Absorción.
Torres de Adsorción.
Condensadores
Filtros,
Lavadores,
Recolectores Partículas.
Es importante aclarar que dependiendo del contaminante a separar se
puede emplear una o varias de ellas. Para lo cual, los principales equipos a
utilizar son:
Método C.O.V C.I. P.S.T.
Incineración •
Absorción •
Condensación •
Adsorción • •
Filtración • •
Lavadores • •
Precipitación •
Tabla 2. Tecnologías Actuales para la limpieza de emisión de contaminantes atmosféricos
Además de esta tabla se debe considerar la eficiencia de separación de
contaminantes para la elección de una variante de cualquier método.
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a) Tecnologías para la remoción de Compuestos Orgánicos Volátiles
Tecnología Concentración (ppm). Eficiencia
5000 95%
Condensación 2500 90%
500 50%
5000 99%
Adsorción 500 95%
200 90%
5000 99%
Absorción 1000 95%
200 90%
100 99%
Incineración
20 95%
Tabla 3. Tecnologías para la remoción de Compuestos Orgánicos Volátiles
b) Tecnologías para la separación de Partículas Sólidas Totales (P.S.T.)
Tecnología Diámetro de partículas m Eficiencia
Sedimentación por Gravedad 150 95%
Ciclón 10 80%
Torre Rociado 3 98%
Filtros 0.5 95%
Tabla 4. Tecnologías para la separación de Partículas Sólidas Totales (P.S.T.)
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COLECTORES.
Los colectores son equipos que realizan separaciones físicas sólido-gas,
donde el sólido es removido de una corriente gaseosa. Este primer equipo
se realiza en dos tipos diferentes de colectores.
1. Colectores de pared.- son que arrastran las partículas hacia una
pared donde son recogidos, entre estos se encuentra:
Sedimentadores por gravedad
Separadores Centrífugos (Ciclones)
Precipitadores Electrostáticos.
2. Colectores por división.- cuyo objetivo es el dividir el flujo en flujos
más pequeños entre los que se encuentran.
Filtros superficiales
Filtros de profundidad
Lavadores de partículas
Sedimentadores por gravedad.
Esta sedimentación ocurre en cámaras donde se reduce la velocidad de la
corriente de gas de tal forma que las partículas caen por gravedad.
Figura 1. Esquema del funcionamiento de un sedimentador por gravedad
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Separador Centrífugo (Ciclón)
Estos reciben también el nombre de ciclones utilizan la fuerza centrífuga
para efectuar la separación de partículas de una corriente gaseosa.
De acuerdo a su disposición geométrica se distinguen los siguientes tipos de
separadores ciclónicos:
Entrada tangencial y descarga axial
Entrada tangencial y descarga periférica
Entrada y descarga axiales
Entrada axial y descarga periférica
Figura 3. Clasificación de ciclones de acuerdo a su disposición geométrica.
Filtros de Mangas
Se basan en la retención de partículas provenientes de una corriente
gaseosa colocando un medio que las separa.
El medio filtrante es la barrera que retiene los sólidos y deja pasar el gas,
puede ser un tamiz, una tela, un tejido de fibras, fieltro, membranas
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poliméricas o un lecho de sólidos. El gas que atraviesa el medio filtrante se
denomina filtrado
Los principales medios filtrantes son:
o
Medio Filtrante Temp. max C Abrasión Ácidos Álcalis Solventes
Algodón 70 • • • •
Lana 90 • •
Polipropileno 90 • • • •
Acrílico 130 • • •
Poliéster 175 • • • •
Fibra de vidrio 250 • •
Tabla 5. Principales medios filtrantes utilizados en un Filtro de Mangas.
Precipitadores electrostáticos.
Se utilizan para separar partículas muy pequeñas liquidas y sólidas de una
corriente de gas, funcionan mediante la generación de un arco eléctrico
entre un electrodo de alto voltaje y una placa, las partículas son ionizadas y
atraídas electrostáticamente a la palca donde se adhieren o caen.
Figura 4. Precipitador electrostático común
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Lavador de partículas.
Una torre de limpieza húmeda es un dispositivo de control de la
contaminación del aire que remueve material particulado y gases ácidos de
las corrientes de gases residuales de fuentes fijas. Este apartado se centra
en la eliminación de partículas sólidas. La separación se realiza por medio
de una corriente liquida pulverizada (gotas), que es inyectada dentro de una
cámara por donde circulan el gas contaminado. Las partículas se ven
arrastradas por la corriente líquida hacia la parte inferior del equipo, que será
posteriormente recogido y tratado. El contacto de las partículas con el medio
líquido puede efectuarse de diversos modos, el equipo más común es el
equipo tipo Vénturi. La eficacia depende del grado de contacto e interacción
que tengan las partículas con el líquido; es por ello que es muy importante la
atomización del líquido y un adecuado tiempo de contacto. Los lavadores
logran buenas eficiencias de captura para partículas de tamaño de 0.1 a 20
µm
Figura 5. Diagrama de un lavador de partículas.
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c) Tecnologías para la limpieza de Compuestos Inorgánicos (C.I.)
Limpieza de Óxidos de Nitrógeno
La tecnología de reducción y control de NO x es un asunto relativamente
complejo. Se proporciona una estructura al espectro de las tecnologías de
prevención de la contaminación y de control de los NO x presentando
primeramente los principios que son utilizados.
1. Reduciendo Temperatura, Significa evitar la relación estequiométrica
(la relación exacta de las sustancias químicas que entran en
reacción).
2. Reduciendo el Tiempo de Residencia, a temperaturas de combustión
altas puede ser hecho por el tiempo de encendido o inyección,
también puede ser hecho por restricción de la llama a una región
corta en la cual la combustión de aire llega a ser gas de chimenea.
3. Reducción Química de los NOx, proporciona una sustancia que
reduce químicamente (esto es, una inversión de la oxidación) para
remover el oxígeno de los óxidos de nitrógeno.
4. Oxidación de los NOx, levanta intencionalmente la valencia del ion
nitrógeno para permitir que el agua lo absorba. Se logra por medio de
un catalizador, inyectando peróxido de hidrógeno, creando ozono
dentro del flujo del aire, o inyectando ozono dentro del flujo del aire
5. Remoción del nitrógeno de la combustión, se logra eliminando al
nitrógeno como reactivo, ya sea por medio del: (1) usando oxígeno en
vez de aire en el proceso de combustión; o (2) usando combustible
con un contenido ultra bajo de nitrógeno para formar menos NO x
combustibles.
6. Sorción, tanto adsorción como absorción, El tratamiento del gas de
chimenea por la inyección de sorbentes (tales como el amoníaco, cal
en polvo, óxido de aluminio, o carbón) puede remover el NO x y otros
contaminantes (principalmente el azufre). Se han realizado esfuerzos
exitosos al fabricar productos de sorción.
7. Combinaciones de estos métodos
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Limpieza de Dióxidos de Azufre.
De los compuestos del tipo SOx, los más típicos son el SO2 y el SO3. El SO 3
se encuentra en mucha menor cantidad que el SO 2 (un máximo del 2%). El
SO2 es incoloro, picante y produce irritación en concentraciones superiores a
3 ppm. El anhídrido sulfúrico, SO3, es un gas muy reactivo e incoloro:
reacciona rápidamente con el agua produciendo ácido sulfúrico H 2SO4. En la
atmósfera, el SO2 reacciona con el O2 para producir SO3. Cualquier proceso
de combustión atmosférica donde hay azufre produce SO x. Las principales
fuentes de este tipo de contaminante son las centrales térmicas y diversas
emisiones industriales. Provienen de usar carbón y petróleo que contengan
Azufre. Son los responsables de la lluvia ácida que produce daños
importantes en masas forestales y edificios.
Los métodos de control de SO2(g) están orientados a su fijación, por medio
de sus reacciones químicas, en forma de sustancias estables y no volátiles.
La conversión de SO2(g) en SO3(g) y la formación de H2SO4 desde SO3 y
H2O son procesos exotérmicos:
SO2(g) + ½ O2(g)  SO3(g) ∆Hº: -98 kJ/mol
SO3(g) + H2O(l)  H2SO4(l) ∆Hº: -130 kJ/mol
Además del método mencionado se ha propuesto otras reacciones para remover el
SO2 de los gases residuales industriales. Algunos de ellos son:
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Estado de S
No Proceso (Reaccionante)
después de la reacción
Claus (H2S)
1 S(s)
SO2 + 2H2S  3S(S) + 2H2O
U. de Massachussets (CO)
2 S(s)
SO2 + 2CO  S(S) + 2CO2(G)
Parsons (H2)
3 H2S
SO2 + 3H2  H2S(g) + 2H2O
Caliza (CaCO3)
4 SO2 + CaCO3  CaSO3(S) + CO2 CaCO3(s) , CaSO4(s)
2 SO2 + 2CaCO3 + O2 2CaSO4(S) + 2CO2
Oxido de Magnesio (Mg(OH)2)
5 MgSO3(s)
SO2 +Mg(OH)2  MgSO3(S) + 2H2O
Lavado con Amoniaco (NH3)
6 (NH4)2SO3
SO2 + 2NH3 + H2O  (NH4)2SO3
Lavado Alcalino (NaOH)
7 + - NaHSO3(ac)
SO2 + Na + OH  NaHSO3
Lavado con Sulfito (Na2SO3)
8 NaHSO3(ac)
SO2 + 2 Na+ + SO32- + H2O  2NaHSO3
Tabla 6. Métodos alternos para la remoción del dióxido de azufre de gases industriales.
Aplicaciones de los productos
Así Como el H2SO4 es altamente ocupado en la industria en la fabricación y
proceso, el azufre se usa también en multitud de procesos industriales como
la producción de ácido sulfúrico para baterías, la fabricación de pólvora y el
vulcanizado del caucho. El azufre tiene usos como fungicida y en la
manufactura de fosfatos fertilizantes. Los sulfitos se usan para blanquear el
papel y en cerillas. El tiosulfato de sodio o amonio se emplea en la industria
fotográfica como «fijador» ya que disuelve el bromuro de plata; y el sulfato
de magnesio (sal Epsom), además tiene usos diversos como laxante,
exfoliante o suplemento nutritivo para planta.
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Marco Teórico
CICLONES
Los ciclones son uno de los equipos más empleados dentro de las
operaciones de separación de partículas sólidas de una corriente gaseosa,
además de poder emplearse para separar sólidos de líquidos. Su éxito se
debe en parte a que son equipos de una gran sencillez estructural debido a
que no poseen partes móviles y a que apenas exigen mantenimiento.
Además destaca el hecho de que, al hacer uso de fuerzas centrífugas en vez
de gravitatorias, la velocidad de sedimentación de las partículas se
incrementa en gran medida haciéndose más efectiva la separación.
Un separador ciclónico está compuesto básicamente por un cilindro vertical
con fondo cónico, dotado de una entrada tangencial normalmente
rectangularr, La corriente gaseosa cargada con las partículas sólidas se
introduce de manera tangencial en el recipiente cilíndrico a velocidades de
aproximadamente 30m/s, saliendo el gas limpio a través de una abertura
central situada en la parte superior. Por tanto, se observa que el modelo de
flujo seguido por el gas dentro de los ciclones es el de un doble vórtice.
Primero el gas realiza una espiral hacia abajo y por la zona exterior, para
después ascender por la zona interior describiendo igualmente una hélice.
Las partículas de polvo, debido a su inercia, tienden a moverse hacia la
periferia del equipo alejándose de la entrada del gas y recogiéndose en un
colector situado en la base cónica. Se trata de un equipo muy eficaz a
menos que la corriente gaseosa contenga una gran proporción de partículas
de diámetro inferior a unos 10 .m. Aunque se puedan emplear ciclones para
separar partículas con diámetros mayores de 200 .m, esto no suele ser muy
frecuente ya que los sedimentadores por gravedad o los separadores por
inercia resultan normalmente más efectivos y menos sujetos a abrasión. Se
puede emplear tanto para gases cargados de polvo como de niebla, es decir,
para pequeñas partículas líquidas.
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La eficiencia de un ciclón está determinada en gran medida por su tamaño.
Se ha comprobado que los ciclones de menor diámetro son los que
proporcionan mejores eficacias en la separación de partículas. Asimismo se
observa que la altura total del equipo también afecta a la eficacia,
aumentando ésta con la altura. Según este criterio se consideran los
siguientes tipos:
Muy eficientes (98 - 99%)
Moderadamente eficientes (70- 80%)
De baja eficiencia (50%)
Existen también los denominados hidrociclones que se encargan de separar
las partículas sólidas de líquidos.
En general sus aplicaciones son muy parecidas a las de los filtros de
mangas. Los ciclones se pueden emplear también como equipos de limpieza
previos a los filtros de mangas y cuentan con la ventaja de que pueden ser
diseñados para tratar con un rango de condiciones químicas y físicas más
amplio que cualquier otro equipo de captación de partículas.
Los ciclones se pueden disponer bien en serie, buscando una mejor
separación de los sólidos, o bien en paralelo si se ha de hacer frente a
grandes caudales. Se suelen emplear para el control de la contaminación del
aire de determinadas fuentes, tales como plantas generadoras de
electricidad a partir de combustibles fósiles, en hornos de tostación,
refinerías petrolíferas, molinos de pasta de papel e incineradores.
Entre las aplicaciones de los ciclones hay que destacar también las de los
hidrociclones, muy utilizados por ejemplo para la depuración de aguas
residuales y en otros sistemas de lavado.
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FILTROS DE MANGAS
Los filtros de mangas son considerados como los equipos más
representativos de la separación sólido-gas mediante un medio poroso. Su
función consiste en recoger las partículas sólidas que arrastra una corriente
gaseosa, esto se consigue haciendo pasar dicha corriente a través de un
tejido.
El tamaño de las partículas a separar por los filtros de mangas será entre 2 y
30 µm. Sin embargo, no es usual disponer de medios filtrantes con poros tan
pequeños como para retener las partículas que transporta el gas, debido a
que los diámetros de éstas son extraordinariamente pequeños. Por tanto la
filtración no comienza a efectuarse de manera efectiva hasta que no se han
acumulado una cierta cantidad de partículas sobre la superficie de la bolsa
en forma de torta filtrante.
Así puede decirse que el sistema de filtración que se da en los filtros de
mangas es análogo al de los filtros por torta, donde el medio filtrante actúa
únicamente como soporte de la torta y es ésta la que realiza realmente la
operación.
Los filtros de mangas constan de una serie de bolsas con forma de mangas,
normalmente de fibra sintética o natural, colocadas en unos soportes para
darles consistencia y encerrados en una carcasa de forma y dimensiones
muy similares a las de una casa. El gas sucio, al entrar al equipo, fluye por el
espacio que está debajo de la placa a la que se encuentran sujetas las
mangas y hacia arriba para introducirse en las mangas. A continuación el
gas fluye hacia afuera de las mangas dejando atrás los sólidos. El gas limpio
fluye por el espacio exterior de los sacos y se lleva por una serie de
conductos hacia la chimenea de escape.
Contienen además una serie de paneles para redireccionar el aire,
dispositivos para la limpieza de las mangas y una tolva para recoger las
partículas captadas. La eliminación de polvo o de las pequeñas gotas que
arrastra un gas puede ser necesaria bien por motivos de contaminación,
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para acondicionar las características de un gas a las tolerables para su
vertido a la atmósfera, bien como necesidad de un proceso para depurar una
corriente gaseosa intermedia en un proceso de fabricación.
La característica principal que diferencia unos tipos de filtros de mangas de
otros es la forma en que se lleve a cabo su limpieza.
Continuos: la limpieza se realiza sin que cese el paso del aire por el
filtro.
Discontinuos: es necesario aislar temporalmente la bolsa de la
corriente de aire. Según este criterio, se tienen tres tipos principales
de filtros de mangas, por sacudida, sacudida y aire inverso y aire
inverso.
Para seleccionar el tipo de manga necesaria se debe tener en cuenta que
debe cumplir una serie de condiciones como:
Ser resistente química y térmicamente al polvo y al gas
Que la torta se desprenda fácilmente
Que la manga recoja el polvo de manera eficiente
Que sea resistente a la abrasión ocasionada por el polvo
El caudal y la velocidad del gas
La separación del sólido se efectúa haciendo pasar el aire con partículas en
suspensión mediante un ventilador, a través de la tela que forma la bolsa, de
esa forma las partículas quedan retenidas entre los intersticios de la tela
formando una torta filtrante. De esta manera la torta va engrosando con lo
que aumenta la pérdida de carga del sistema. Para evitar disminuciones en
el caudal se procede a efectuar una limpieza periódica de las mangas.
Una vez superada la fase inicial, los filtros de mangas son equipos muy
eficientes (sus eficacias sobrepasan con frecuencia el 99,9%), con lo que su
aplicación en la industria es muy alta.
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La eficiencia del filtro será baja hasta que se forme sobre la superficie del
tejido filtrante una capa que constituye el medio filtrante para la separación
de partículas finas.
La limitación más importante que se da en los filtros de mangas es la debida
a la temperatura, ya que se debe tener en cuenta el material del que está
constituida la tela para conocer la temperatura máxima que se puede aplicar.
Así para fibras naturales la temperatura máxima a aplicar es alrededor de
90ºC. Los mayores avances dentro de este campo se han dado en el
desarrollo de telas hechas a base de vidrio y fibras sintéticas, que han
aumentado la temperatura máxima aplicable hasta rangos de 230 a 260 ºC.
Otros factores que pueden afectar a la operación del filtro de mangas son el
punto de rocío y el contenido de humedad del gas, la distribución del tamaño
de las partículas y su composición química.
Los filtros de mangas aparecen en todos aquellos procesos en los que sea
necesaria la eliminación de partículas sólidas de una corriente gaseosa. Los
filtros de mangas son capaces de recoger altas cargas de partículas
resultantes de procesos industriales de muy diversos sectores, tales como:
cemento, yeso, cerámica, caucho, química, petroquímica, siderúrgica,
automovilística, cal, minera, amianto, aluminio, hierro, coque, silicatos,
almidón, carbón, anilina, fibras de granos, etc.
Así pues la recogida de polvo o eliminación de partículas dispersas en gases
se efectúa para finalidades tan diversas como:
Control de la contaminación del aire; como la eliminación de cenizas
volantes de los gases de escape en una central eléctrica.
Reducción del costo de mantenimiento de los equipos; como la
filtración de la toma de aire de un motor o el tratamiento del gas de
tostación de piritas previo a su entrada a una planta de ácido sulfúrico
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Eliminación de peligros para la salud o para la seguridad; como la
recogida de polvos silíceos y metálicos resultantes de equipos de
molienda y trituración y en algunas operaciones metalúrgicas y en el
ensacado.
Mejora de la calidad del producto; como la limpieza del aire para la
producción de productos farmacéuticos o de película fotográfica.
LAVADOR DE GASES EN SECO
“Lavado de gases” es el término general que se aplica a los procedimientos
de limpieza o purificación de emisiones gaseosas, tanto en industria como
en laboratorio, recurriendo a un líquido como medio colector. Los
contaminantes del aire así tratado (lavado) son separados del flujo
gaseoso al entrar en contacto con un líquido, ya sea por empaque
húmedo, aspersión, burbujeo u operaciones equivalentes. Los lavadores de
gases son utilizados ampliamente para la eliminación de polvos, nieblas,
vapores y olores, así como para la neutralización de gases tóxicos. El líquido
lavador puede ser agua, aceite, una solución alcalina o agua ozonizada,
dependiendo de los contaminantes a eliminar.
La extracción de SO2 de corrientes de gases de combustión ha presentado
un problema especialmente difícil, porque el SO2 está presente en
concentraciones de menos de 0.5% en una mezcla compleja de otros gases
y partículas a temperaturas elevadas. Aunque la concentración de SO 2 es
baja, la cantidad que descargan los procesos es muy grande.
La figura siguiente es un bosquejo de lavador típico de cal o piedra caliza y
otros componentes complementarios de procesamiento de lodos para
extraer SO2 de los gases de escape de la combustión. En el lavador el SO 2
reacciona con la cal piedra caliza y forma sulfitos o sulfatos sólidos que
permanecen en solución o suspensión en la lechada. Los olidos se separan
de la lechada en tanques de sedimentación convencionales, y el liquido que
contiene un poco de sólidos en suspensión, se enriquece adicionando mas
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cal o pierda caliza y después se recircula. El sulfito se guarda en piletas o
estanques, o se transforma en sulfato (estabilización de los lodos) por
oxidación en tanques de aireación. El sulfito es tixotrópico (es decir, se
sedimenta como un gel, no como un sólido) El sulfato es un sólido estable
(yeso) que se puede utilizar en la industria de la construcción si no está
contaminado con otros compuestos o sustancias.
Figura 6. Esquema de un Sistema lavador de lechada de cal/piedra caliza para extraer SO 2, de forma selectiva de
gases de combustión de combustibles fósiles
Entre los reactivos comunes de lechada para extraer SO 2 se encuentran la
cal (CaO), la cal apagada [Ca(OH)2  (CaO + H2O)], piedra caliza (CaCO3 +
MgCO3; CaCO3 > 50% de la masa) y dolomita (MgCO3 + CaCO3; MgCO3 >
50% de la masa). Algunas de las reacciones que se llevan a cabo (en seco a
temperaturas altas en el horno, o en húmedo en un lavador y tanques de
lodos) son las siguientes:
CaO + SO2 ↔ CaSO3 (en seco)
CaCO3 + SO2 + H2O ↔ CaSO3 + CO2 + H2O+ (en húmedo)
2CaSO3 + O2 ↔ 2CaSO4
2CaCO3 + 2SO2 + O2 + 2H2O ↔ 2CaSO3 + 2CO2 + 2H2O+ (en húmedo)
2 CaO + 4 NO2 + O2 → 2 Ca(NO3)2
CaO + NO+ O2 ↔ Ca(NO2)2
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En tiempos recientes, el concepto de lavado en seco para extraer SO2 ha
ganado aceptación. En los lavadores en seco se rocían gotas de lechada
liquida que contiene muy poco agua dentro de una corriente gaseosa
calientes. El líquido se evapora mientras se absorbe el SO 2 y se llevan a
cabo reacciones químicas similares a las que ocurren en los lavadores
húmedos. Las partículas solidas se recolectan con las cenizas finas en el
precipitador o cámara de sacos. Las ventajas de los lavadores en seco son
que se produce un polvo seco, con el cual se evitan problemas asociados
con la eliminación de una lechada liquida o lodos húmedos, por otra parte se
requiere mucha menos agua, se reducen los costos de bombeo de lechadas
liquidas y el equipo necesario, y también se eliminan casi por completo la
corrosión y la obstrucción de las secciones del lavador donde se está
recirculando una lechada.
Es necesario señalar que los absorbedores (lavadores) para la extracción de
SO2 de los gases de combustión son “quimiabsorbedores”. Esto significa que
el SO2 se extrae por reacción química con aditivos del líquido del lavador y
no por retención como el gas original disuelto en el líquido. Estos procesos
no son regenerativos y por lo tanto descargan material del cual es necesario
deshacerse. Parte del CaSO4 puede venderse como yeso para construcción
y uso agrícola si se genera un producto aceptablemente puro; otros
materiales se desechan en estanques de almacenamiento.
Metodología
Con el fin de plantear el sistema de separación de emisiones de las
chimeneas de ingenios azucareros, es importante considerar y conocer las
variables que intervienen y las necesarias para el diseño e implementación
de dichos procesos de separación. Hoy en día, de las emisiones a la
atmósfera que son generadas por los ingenios sólo se consideran como
contaminantes a las partículas sólidas totales (PST), dióxidos de azufre
(SO2), y óxidos de nitrógeno (NOx), mientras que el exceso de aire generado
está normado pero no causa un efecto adverso como contaminante y por
otro lado el dióxido de carbono aún no se encuentra normado. Debido a
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esto, será necesario conocer tanto la concentración hasta el la velocidad de
flujo de dichas corrientes gaseosas para la correcta selección de métodos y
equipos para la separación. Al mismo tiempo estas emisiones están ligadas
a la cantidad de combustible consumido (combustible fósil quemado en la
combustión) por tonelada de caña y al bagazo introducido en calderas para
la generación de calor durante la combustión, incluyendo en éste último el
aire para que se lleve a cabo.
Los gases de chimenea contaminantes del Ingenio azucarero son: el dióxido
de azufre y óxidos de nitrógeno, normados por NOM-085-SEMARNAT-1994,
Contaminación atmosférica – fuentes fijas – para fuentes fijas que utilizan
combustibles fósiles sólidos, líquidos o gaseosos o cualquiera de sus
combinaciones, que establece los niveles máximos permisibles de emisión a
la atmósfera de humos, partículas suspendidas totales, bióxido de azufre y
óxidos de nitrógeno y los requisitos y condiciones para la operación de los
equipos de calentamiento indirecto por combustión, así como los niveles
máximos permisibles de emisión de bióxido de azufre en los equipos de
calentamiento directo por combustión. Donde se sujetan los valores
contemplados por las emisiones de sus ductos de descarga en función de la
capacidad térmica y la frecuencia de las mediciones de las emisiones a la
atmósfera.
Se realizará un estudio descriptivo en base a los objetivos planteados de
diseño y propuesta de un sistema de filtración de los contaminantes
provenientes de las emisiones en las chimeneas de Ingenios Azucareros, Se
seleccionará el ingenio azucarero “San Cristóbal” por la transparencia y
confianza que se depositó en nosotros como investigadores, poniendo así al
descubierto la necesidad de un sistema de limpieza de contaminantes para
implementarlo y presentar así una industria limpia además de sustentable,
que se podrá llevar a cabo con los conocimientos obtenidos durante las
diferentes materias de formación académica durante el desarrollo como
Ingenieros químicos, se obtendrán resultados precisos para el avance
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científico aplicable en la industria fabril de igual forma basándose en la
obtención de datos y registros por investigación científica y de campo.
Para la obtención de información se recurrió a procedimientos de
investigación documental que nos permitiera conocer los principios en los
que están basados las separaciones físicas y métodos para la separación de
gases en particular. Considerando que se ignoraba el funcionamiento de la
industria y las vías de desalojo de los contaminantes que se enviaban a la
atmosfera, se realizó una visita guiada. Donde se obtuvieron datos precisos
y confiables otorgados de manera profesional y transparente por ingenieros
de la empresa.
Entre los beneficios envueltos en este estudio se encuentran: la reducción
de contaminantes a la atmósfera de partículas solidas totales con la
colocación de un separador de partículas tipo ciclón, eliminación de gases
contaminantes en las emisiones como dióxido de azufre y óxidos de
nitrógeno por medio de un lavador de gases en seco, y evitando la salida de
partículas solidas que se generen en el proceso anterior con un filtro de
mangas. También cabe mencionar que se presentan intermediarios para
dejar como una última instancia el diseño como es llevarlo solo a simulación
y comprobar de manera teórica su correcto funcionamiento.
El procedimiento experimental a seguir es a partir de la salida de gases y
partículas de los hornos donde se realiza la quema del bagazo para producir
calor, se realizaría la implementación de un equipo ciclón de los más
empleados dentro de las operaciones de separación de partículas sólidas de
una corriente gaseosa, donde el funcionamiento en general sucede cuando
el gas de partículas entra de manera tangencial cerca de la tapa del ciclón,
el flujo del gas es forzado en un espiral hacia abajo donde la fuerza y la
inercia centrífugas causan a las partículas el movimiento hacia fuera, chocan
con la pared externa, y después resbalan hacia abajo hacia el fondo del
dispositivo. Cerca del fondo del ciclón, el gas invierte su espiral hacia abajo y
se mueve hacia arriba en un espiral interno más pequeño, y como gas limpio
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sale a través de la abertura (tubo) central por la parte superior, y las
partículas del fondo salen del ciclón a través de una pipa sellada por una
válvula de aleta por resorte o una válvula rotatoria.
Una vez pasado el ciclón, la corriente gaseosa proveniente aún lleva consigo
algunas partículas y en la composición gaseosa se encuentra: dióxido de
azufre y óxidos de nitrógeno los cuales pasarán a través de un lavador de
gases, en los cuales se rocían gotas de lechada liquida que contiene muy
poca agua dentro de la corriente gaseosa caliente. El líquido se evapora,
mientras se absorbe el SO2 y NOx, se llevan a cabo reacciones químicas
similares a las que ocurren en los lavadores húmedos. Las partículas solidas
se recolectan con las cenizas finas en el precipitador o cámara de sacos. Sin
embargo algunas partículas pequeñas suspendidas no precipitan por lo tanto
pasan a través de un filtro de mangas que se encargará de recoger las
partículas diminutas que arrastra la corriente gaseosa, esto se consigue
haciendo pasar dicha corriente a través de un tejido seleccionado
dependiendo de las características físicas y químicas de las partículas,
además de la temperatura del flujo.
A continuación se presenta un diagrama de bloques indicando los procesos
de separación:
Entrada de gases y Cenizas
Separador de recolectadas
partículas sólidas
Cenizas tipo
ciclón
NOx
y
SO2
Salida de gases
sin contaminantes
Absorción de NOx y Recolección de
Corriente partículas con un
SO2 con Lavador de
de gas
gases en seco filtro de mangas
Partículas
formadas de
CaSO3
Figura 7. Diagrama General de la Metodología a emplear en este proyecto
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Las ventajas del desarrollo del sistema se basa como primer paso en la
aplicación de un separador de partículas donde las razones del uso extenso
de ciclones son: su bajo costo, no tienen ninguna pieza móvil, y pueden ser
construidas para soportar condiciones de funcionamiento ásperas y
temperaturas altas de la corriente de gas proveniente de las calderas; los
lavadores en seco produce un polvo seco, con el cual se evitan problemas
asociados con la eliminación de una lechada liquida o lodos húmedos, por
otra parte se requiere mucha menos agua, se reducen los costos de bombeo
de lechadas liquidas y el equipo necesario, y también se eliminan casi por
completo la corrosión y la obstrucción de las secciones del lavador donde se
está recirculando una lechada; y por ultimo un filtro de mangas donde la
separación del sólido se efectúa haciendo pasar el aire con partículas en
suspensión mediante un ventilador, a través de la tela que forma la bolsa, de
esa forma las partículas quedan retenidas entre los intersticios de la tela
formando una torta filtrante. De esta manera la torta va engrosando con lo
que aumenta la pérdida de carga del sistema.
BALANCE GENERAL:
A partir de los siguientes datos recolectados:
Cantidad
Material Composición
registrada (ton)
Caña que ingresó al ingenio en la
2,013,307.299 100 %
zafra 2008-2009
Agua de imbibición agregada para
mejorar la extracción de la Sacarosa 435,840.74 21.648 %
en un 15 %
Jugo Extraído de la caña 1,831,495.465 90.97 %
Bagazo obtenido al final de la zafra (100+21.648)%-
617,653.141
2008-2009 90.97%= 30.678%
Se obtiene:
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Ingenio San Cristóbal
Zafra 2008-2009
2,013,307.299 ton de Caña 1,831,495.465 ton de Jugo Extraído
+ 435,840.74 ton de Agua de Imbibición + 617,653.941 ton de Bagazo
2,449,148.039 ton Gran Total ENTRADA 2,449,148.039 ton Gran Total SALIDA
BALANCE DE LA COMBUSTIÓN.
A partir de los siguientes datos:
Para el bagazo:
Para conocer el bagazo destinado a la combustión en calderas se calcula a
partir de:
Fuente de bagazo Entrada (+) o Salida(-) Cantidad en toneladas (ton)
Bagazo almacenado de la
(+) 1,000,000.00
zafra 2007-2008.
Bagazo obtenido en zafra
(+) 617,653.141
2008-2009.
Bagazo almacenado para
(-) 5,000.00
la zafra 2009-2010.
Bagazo vendido a
(-) 12,680.00
papelera Kimberly-Clark.
Gran Total destinado a
600,962.41
calderas
Para el combustóleo:
Partiendo que por cada kg de bagazo se ocupan 9.5 litro de combustóleo:
1 kg de bagazo  9.5 combustóleo
600,962.41 kg de bagazo  x= 19,126,419.34 de combustóleo ocupados
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Se obtiene:
Calderas
600,962.413 ton de Bagazo Composiciones desconocidas
19,126,419.34 de combustóleo de:
SO2
NOx
CO2
Aire en Exceso
PST
COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL BAGAZO.
Debemos conocer la composición del bagazo para calcular las
concentraciones de los contaminantes resultantes de la combustión.
Teniendo una humedad (ω) de 0.515 de las 600,962.413 ton de bagazo:
Relación
Componente Composición
Humedad/Composición
Humedad ω=0.515 0.515
Carbono (C) 0.47(1- ω) 0.22795
Hidrógeno (H) 0.065(1- ω) 0.031525
Oxígeno (O2) 0.44(1- ω) 0.2134
Cenizas (z) 0.025(1- ω) 0.012125
Total 1.0000
COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL COMBUSTÓLEO.
Componente Composición (%)
Azufre (S) 2.07
Nitrógeno (N2) 1.04
Cenizas (z) 0.05 %
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Limpieza de las emisiones contaminantes en las chimeneas de Ingenios Azucareros.
Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica.
Obtención de título de Ingeniero Químico
Efectuándose las siguientes reacciones químicas:
S + O2 → SO2…..95%
2S + 3O2 → 2 SO3….5%
N2 + O2→2NO
N2 + 2O2→ 2NO2
BALANCES POR COMPONENTES
a) Cenizas del Bagazo
Conociendo su composición y el flujo másico del bagazo se tiene:
Calderas
600,962.413 ton de Bagazo 7286.66 ton de Cenizas
Xz= 0.012125
b) Cenizas del Combustóleo.
Si el y conociendo su densidad
kg/m3 se obtiene una masa de
de combustóleo. Por lo tanto:
Calderas
18,544.500 ton de combustóleo 9.27225 ton de Cenizas
Xz= 0.012125
c) Azufre del Combustóleo.
Calderas
18,544.500 ton de combustóleo 383.8711 ton de Cenizas
Xz= 0.0207
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Cronograma de Actividades
Semestre Semestre Semestre
Actividad/Periodo Enero-Julio Agosto 2009- Enero-Julio
2009 Febrero 2010 2010
Conocer el área física en
donde se tiene pensado
•
instalar dicho sistema
Investigar las
composiciones y flujos
másicos de las corrientes •
de gas.
Obtener los balances de
materia para determinar las
cantidades generadas de •
cada contaminante
Realizar una investigación
de campo para determinar
el mejor sistema de •
separación para cada caso.
Calcular y determinar las
mediciones y
especificaciones de cada •
equipo
Llevar a cabo un análisis
económico para determinar •
la inversión total
Determinar si el proyecto es
viable o no lo es • •
En caso de ser viable
proponerlo al ingenio •
En caso de no serlo,
replantear los objetivos
•
específicos.
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Referencias:
Ingeniería ambiental
Glynn, J. Henry; Escalona y García, Héctor Javier, Burton Ian
Traducido: Héctor Javier Escalona y García
Colaborador J. Glynn Henry, Ian Burton
Edition: 2, illustrated
Editorial Pearson Educación, 1999
778 páginas
Fecha de publicación: 23 de marzo de 2009
Área responsable: SUBSECRETARIA DE FOMENTO Y NORMATIVIDAD
AMBIENTAL
http://www.semarnat.gob.mx/leyesynormas/Pages/normasoficialesmexicanas
vigentes.aspx
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