Hornos Vertical Para Calcinacion

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    HORNOS VERTICAL PARACALCINACIONEstos hornos probablemente son los ms usados para rendimientos trmicos de hasta 43.9 MW.

    En la seccin de radiacin, los tubos estn colocados o colgados verticalmente en forma de crculo

    alrededor de los quemadores del piso. Esto hace que la llama sea paralela a los tubos en la

    seccin de radiacin. Este tipo de horno puede disearse con o sin la seccin de conveccin.

    1)TIPOS1.1 HORNOS SIN SECCIN DE CONVECCIN:

    Son muy econmicos en trminos de inversin, pero debido a que la temperatura de los gases de

    escape a la salida del horno es muy alta (8001000C) (15001800F), este tipo de horno tiene una

    eficiencia muy baja. Este arreglo requiere de un mnimo de rea de planta, y las cargas tpicas

    estn entre 0.15 y 2.9 MW.

    1.2 HORNOS CON SECCIN DE CONVECCIN HORIZONTAL:Ubicada encima de la seccin de radiacin, proporcionan un diseo muy eficiente y econmico que

    requiere un mnimo de rea de planta. Los gases de combustin fluyen hacia arriba a travs del

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    banco de conveccin y posteriormente a la chimenea. La seccin de proteccin consiste de dos

    filas de tubos ubicados en el fondo de la seccin de conveccin. La seccin de conveccin puede

    no justificarse en hornos muy pequeos, es decir, menores de 1.5 MW (5 M M BTU/h), o en hornos

    instalados en lugares donde el costo de combustible es extremadamente bajo. La mayora de las

    instalaciones nuevas con hornos de tubos radiantes verticales son de este tipo. Las cargas tpicas

    estn entre 2.9 y 29.3 MW.

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    1.3 HORNOS CON LA SECCIN DE CONVECCININTEGRADA VERTICALMENTE:Se usaron mucho, pero actualmente rara vez se escogen para nuevas instalaciones. Los mismos

    tubos son usados para los servicios de radiacin y conveccin. La porcin de conveccin de lostubos usualmente tiene una superficie de forma extendida para incrementar el coeficiente de

    transferencia de calor por conveccin. En este tipo de horno slo se debe quemar gas o

    combustibles destilados, debido a que la seccin de conveccin es casi imposible de limpiar.

    La rapidez de calcinacin est controlada principalmente por el suministro de calor del

    combustible.

    Segn Wuhrer, Satterfield y Feakes, la rapidez qumica de descomposicin de la caliza a 900C es

    relativamente elevada.

    En aplicaciones Industriales, la calcinacin puede efectuarse en varios tipos de hornos.

    Para la calcinacin de caliza gruesa, el ms til es el Horno de Cuba. En el caso de material mixto o de terrones que se desintegran durante el proceso puede

    utilizarse un Horno Rotatorio.

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    Finalmente, en el caso de material con tamao pequeo y uniforme de las partculas lacalcinacin puede efectuarse en una cama fluidizada.

    Dependiendo de lo que se encuentre disponible, el combustible puede ser gas, petrleo o coque.

    2)CARACTERSTICAS

    El horno se carga con una mezcla de roca caliza y coque. Se introduce aire por el fondo del horno y, tambin por el fondo se retira la caliza quemada. El horno puede dividirse en tres zonas:

    1) ZONA DE PRECALENTAMIENTO:En esta zona la carga slida se precalienta hasta 800C a contracorriente con los gases

    calientes del horno, pero no se presenta la calcinacin, no hay combustin de coque.

    2) ZONA DE REACCINEn esta zona tiene lugar el quemado del coque y la descomposicin de la caliza. La

    caliza quemada se sobrecalienta hasta una temperatura promedio estimada de 1000C.

    Adems, se supone que los gases que salen de la zona de reaccin tienen una

    temperatura de 900C, es decir, salen 100C ms calientes que el material slido que

    entra a esta zona.

    3) ZONA DE ENFRIAMIENTO:Aqu, la caliza calcinada se enfra con el aire fro a contracorriente. Se supone que la

    caliza quemada se enfra hasta 100C.

    Zona de

    Reaccin

    Zona de

    Precalentado

    Zona de

    Enfriamiento

    +

    Aire

    Gases

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    3 BALANCE DE ENERGA Y DE MATERIADe la Energa Libre de Gibbs, sabemos que para una reaccin: Esta ecuacin relaciona la Entalpa de Reaccin con la Entropa de la misma, para obtener una

    funcin de estado (slo depende del estado inicial y del estado final), la Energa Libre, la cual si:

    La reaccin es Espontnea +La reaccin es no es Espontnea

    La reaccin est en EquilibrioPara el caso de la calcinacin de la caliza, sta generalmente est formado de y ;entonces es necesario conocer la Energa libre de cada elemento, y con esta ecuacin ver a que

    TEMPERATURA, la reaccin se hace ESPONTNEA.

    PARA EL CASO DE +

    + Rango: [298K1112K] + Rango: [1112K1473K] + Rango: [298K1112K] + Rango: [1112K1764K] Rango: [298K2500K]EL para la reaccin se calcula con:

    DE Rango: [298K1112K]

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    DE Rango: [1112K1473K]Cuando

    Se presenta su

    PARA EL CASO DE + + Rango: [298K922K] + Rango: [298K922K] Rango: [298K2500K]DE

    Rango: [298K922K]Cuando Se presenta su Graficando:

    Conclusiones:

    -60

    -40

    -20

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    140

    0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

    G(K

    J)

    TEMPERATURA (K)

    G v/s TEMPERATURA

    RX. ESPONTNEA

    RX. NO ESPONTNEA

    MgCO3

    CaCO3

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    De la Grfica vemos que para la Reaccin de descomposicin del MgCO3, se necesitanTemperaturas mayores a su .

    Para descomponer CaCO3, una temperatura mayor a la de su Por lo general la caliza est formada de CaCO3 y MgCO3, entonces de la grfica, una

    Temperatura adecuada para la Calcinacin sera En el Horno, como vimos se distinguen distintas zonas con distintas temperaturas, entonces:

    Se producen 3 reacciones principales:

    + +

    +

    Teniendo esta informacin como punto de partida, ahora, es necesario calcular la cantidad de

    COQUE para una determinada cantidad de Caliza Alimentada. Para resolver esto haremos uso del

    BALANCE DE ENERGA.

    La caliza solo est formada de CaCO3 y MgCO3, en las proporciones:

    1 mol de CaCO3 1 mol de MgCO3

    Y que el coque es 100% Carbono.

    Zona de Reaccin2

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    BALANCE DE ENERGAPara realizar este balance se har uso delMTODO DEL CICLO HABER. +

    + +

    + +

    PARA EL CASO DE

    = +

    = +

    Del balance General:

    + Donde:

    +

    Datos:

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    n Sustancia

    KcalTEMP.

    Kcal

    1 -151.79 1273.15 11.96 + + 1 -94.051 1173.15 10.25

    + +

    1 -288.51 1073.15 20.64

    +

    +

    + Kcal

    Como Vemos esta Reaccin es Endotrmica, es decir necesita para su descomposicin

    PARA EL CASO DE

    = +

    = +

    Del balance General:

    +

    Donde:

    +

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    Datos:

    nSustancia

    Kcal TEMP.

    Kcal

    1 -143.76 1273.15 11.26 + + 1 -94.051 1173.15 10.25

    + +

    1 -265.74 1073.15 20.76 + +

    + Kcal

    Como Vemos esta Reaccin es Endotrmica, es decir necesita para su descomposicin.

    PARA EL CASO DE

    + =

    = +

    Del balance General:

    + Donde:

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    +

    Datos:

    n Sustancia

    KcalTEMP.

    Kcal

    1 0 1073.15 3.12 + + 1 -94.051 1173.15 10.25

    + +

    1 0 1273.15 7.70 + +

    + Kcal

    Como Vemos esta Reaccin es Exotrmica, es decir libera , el signo negativo, indica esedesprendimiento.

    De los anteriores anlisis, se resalta que es slo la Rx. De Combustin del Coque (para nuestro

    caso 100% C) la que proporciona el calor necesario para descomponer CaCO3 y MgCO3,

    procedentes de la piedra caliza.

    De los Resultados anteriores vimos que se necesitan, para calcinar:

    + Y que de la combustin del coque (100%C) se obtiene:

    Utilizando una Regla de tres Simple:

    +

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    CONCLUSINPara Calcinar y , se necesitan EXCESO DE AIRE:Para que se produzca una completa combustin del Coque, introduciremos AIRE EN exceso, que

    puede variar de 20 a 40 %.

    Recordando que: Exceso de AIRE = Exceso de O2Para el ejemplo prctico que tenamos proporcionaremos: 25% de exceso de AIRE.

    COMPOSICIN DEL AIREEl aire est compuesto de:

    SUSTANCIAN2 79O2 21

    BALANCE DE MATERIA:Ya realizado el Balance de Energa, las ecuaciones anteriormente planteadas quedan de la

    siguiente forma:

    + +

    + Considerando el aire en Exceso: 25 de =0.1927

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    El AIRE TOTAL contiene =0.9634 moles de y 3.6242 moles de + +

    + +

    +

    Realizando su Balance Molar

    Realizando el Balance de Masa:

    ENTRA SALESust. n Masa Sust. n Masa

    CaCO3 1.00 100.10 CO2 2.77 121.91MgCO3 1.00 84.30 MgO 1.00 40.30

    C 0.77 9.25 CaO 1.00 56.10O2 0.77 24.66

    218.31 218.31

    CaCO3 1 CO2 2.77

    MgCO3 1.00

    C 0.77 O2 EXCESO 0.19

    N2 3.62

    O2 0.77 CaO 1.00

    O2 EXCESO 0.19 MgO 1.00

    N2 3.62

    1

    2

    3

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    BIBLIOGRAFA

    1. FUNDAMENTOS DE METALURGIA EXTRACTIVA

    Terkel Rosenquist

    2. BALANCE DE MATERIA Y ENERGA

    Ing. RUIZ NIZAMA, Jos L.

    3. PRINCIPIOS Y CLCULOS BSICOS DE LA ING. QUMICA

    David m. Himmelblau

    4. MANUAL Y TABLAS DE DATOS FISICOQUMICOS Y TERMODINMICOS

    Ing. PACHECO ACERO, Luis Antonio.

    5. QUMICA

    CHANG, Raymond