DISEÑO PARA UN SISTEMA DE OBTENCIÓN Y CRISTALIZACIÓN DE SAL
por
Jenna Alexandra Ararat Ospina
Trabajo presentado a
Profesor Juan Sebastián Ramírez
Manejo de Sólidos y Fluidos Tecnología de Alimentos Universidad del Valle 2007
Universidad del Valle Valle
Resumen DISEÑO PARA UN SISTEMA DE OBTENCIÓN Y CRISTALIZACIÓN DE SAL Por Jenna Alexandra Ararat Ospina Presentado al profesor: Juan Sebastián Ramírez
La sal es un prod product uctoo uni univers versal al cono conocid cidoo com comoo una sust sustanc ancia ia inco incolor lora, a, cri cristal staliza izada, da, desm de smen enuz uzab able le,, y so solu lubl ble, e, em empl plea eada da de desd sdee la an anti tigü güed edad ad co como mo un co cond ndim imen ento to,, indispensable para realzar el sabor de los alimentos. Existen distintos tipos de sal, como por ejemplo, la sal marina (cloruro de sodio extraído del mar), mar), la sa sall yo yodad dadaa (co (comú múnm nmen ente te ut util iliz izad adaa en la co coci cina) na) y la sal con hi hierv ervas as (enriquecida con hiervas para realzar aun mas el sabor de los alimentos y dar un valor agregado a la sal). Es muy común en la industria alimentaría utilizar procesos como la cristalización, con el fin de producir y separar sustancias disueltas en otras. Gran cantidad de productos son fabricados utilizando este método. Por ejemplo; la producción de azúcar y sal. Para la producción de sal es común utilizar agua del mar, aunque también se usa una salmuera constituida por agua y sal obtenida de la minería. La cristalización es un proceso donde interactúan operaciones donde hay transferencia tanto de masa como de energía y es aquí donde se debe implementar los conocimientos adquiridos sobre la mecánica de los fluidos. Esta es la información básica que se utilizará para diseñar el proceso de cristalización de la sal:
Universidad del Valle Valle
Resumen DISEÑO PARA UN SISTEMA DE OBTENCIÓN Y CRISTALIZACIÓN DE SAL Por Jenna Alexandra Ararat Ospina Presentado al profesor: Juan Sebastián Ramírez
La sal es un prod product uctoo uni univers versal al cono conocid cidoo com comoo una sust sustanc ancia ia inco incolor lora, a, cri cristal staliza izada, da, desm de smen enuz uzab able le,, y so solu lubl ble, e, em empl plea eada da de desd sdee la an anti tigü güed edad ad co como mo un co cond ndim imen ento to,, indispensable para realzar el sabor de los alimentos. Existen distintos tipos de sal, como por ejemplo, la sal marina (cloruro de sodio extraído del mar), mar), la sa sall yo yodad dadaa (co (comú múnm nmen ente te ut util iliz izad adaa en la co coci cina) na) y la sal con hi hierv ervas as (enriquecida con hiervas para realzar aun mas el sabor de los alimentos y dar un valor agregado a la sal). Es muy común en la industria alimentaría utilizar procesos como la cristalización, con el fin de producir y separar sustancias disueltas en otras. Gran cantidad de productos son fabricados utilizando este método. Por ejemplo; la producción de azúcar y sal. Para la producción de sal es común utilizar agua del mar, aunque también se usa una salmuera constituida por agua y sal obtenida de la minería. La cristalización es un proceso donde interactúan operaciones donde hay transferencia tanto de masa como de energía y es aquí donde se debe implementar los conocimientos adquiridos sobre la mecánica de los fluidos. Esta es la información básica que se utilizará para diseñar el proceso de cristalización de la sal:
•
Solubilidad y diagramas de fase. Sirven para escoger el equipo a utilizar en el proceso y los medos de operación.
•
Limites de la zona metaestable. Estos limites sirven para definir las condiciones de operación para evitar al máximo la formación de núcleos cristalinos indeseados e incrustaciones en las zonas de intercambio de calor.
•
Características de la formación nucleica. Estos son fenómenos mas complejos, que se ven influenciados por la temperatura, supersaturación e impurezas.
•
Características del crecimiento de los cristales. Este fenómeno como el anterior también se ve influenciado por la temperatura, supersaturación e impurezas.
•
Hidrodinámica de las suspensiones de los cristales. Las velocidades de las suspensiones de cristales deben ser muy bien especificadas para saber las ratas de recirculación. Debido a la alta presencia de sólidos, la sedimentación es inevitable, por lo tanto las velocidades deben ser bien definidas.
Al concluir este trabajo se debe diseñar un sistema de cristalización, que permita cristalizar bien sea salmuera o agua del mar con el fin de obtener cristales de sal, que puedan ser comercializadles en la industria alimentaría, destinados al consumo humano. Para esto se debe tener en cuenta aspectos como la granulometría, la composición del cristal, etc.
TABLA DE CONTENIDO
1 2
INTRODUCCION GENERALIDADES 2.1 Revisión histórica. 3 PROCESO TECNOLÓGICO 3.1 Obtención de sal marina – yodada y fluorada. 3.1.1 Etapas del proceso. 3.1.2 Diagrama de flujo. 3.1.3 Explicación del proceso. 3.2 Obtención de sal gema – yodada y fluorada. 3.2.1 Diagrama de flujo. 3.2.2 Explicación del proceso. 3.3 Elaboración de sal con hiervas, limón u otros ingredientes. 3.3.1 Diagrama de flujo. 3.4 Cristalización de la sal bien sea sal marina o sal gema. 3.4.1 Etapas del proceso. 3.4.2 Diagramas de flujo. 3.4.3 Explicación del proceso. 3.5 Evolución del proceso y equipos. 3.5.1 Partes generales de los equipos. 3.6 Modelo matemático del proceso cristalización. 3.6.1 Ecuaciones de diseño y modelos matemáticos. 3.7 Proceso tecnológico en Pequeña Escala. 3.7.1 Diagrama de flujo. 3.7.2 Descripción del proceso. 4 BIBLIOGRAFIA
LISTA DE TABLAS
Número
Página
Tabla 2.1 Diferencias entre la sal marina y la sal gema.
2
Tabla 3.1 composición de sales (electrolitos) en las aguas de mar.
5
LISTA DE ILUSTRACIONES
Número
Página
Imagen 3,1 diagrama de flujo para la obtención de sal marina.
7
Imagen 3,2 diagrama de flujo para la obtención de sal gema.
10
Imagen 3,3 diagrama de flujo para la obtención de sal con otros ingredientes.
12
Imagen 3,4 diagrama de flujo para el proceso de cristalización de la sal.
14
Imagen 3,5 diagrama de flujo del equipo de cristalización.
16
Imagen 3,6 Tanque de condensados D-843.
18
Imagen 3,7 Bomba de alimentación P-820.
18
Imagen 3,8 Bomba de recirculación P-842.
19
Imagen 3,9 Vaporizador E-842.
19
Imagen 3,10 Intercambiador E-843.
20
Imagen 3,11 Condensador E-842.
20
Imagen 3,12 Centrifuga C-842.
21
Imagen 3,13 Eyector J-844.
21
Imagen 3,14 diagrama de flujo para el balance de materia alrededor del cristalizador.
22
Imagen 3,15 diagrama de flujo para el proceso tecnológico en pequeña escala.
26
Capítulo 1
INTRODUCCIÓN Desde la antigüedad la sal, se ha comercializado como un producto muy apetecido, sobre todo por los pueblos alejados del mar. La sal no solo es el condimento por excelencia utilizado para mejorar el sabor de los alimentos, también es un efectivo conservante. Además aporta al organismo cloro y sodio, elementos que se requieren para que el mismo funcione de manera adecuada. La sal común cuando es obtenida de yacimientos no marinos generalmente se compone casi en su totalidad de cloruro sódico (NaCl), después se realiza un proceso de refinado en el que se eliminan las impurezas existentes en ella para poder comercializarlas. Al suprimir estas impurezas la sal no se apelmaza y es mas fácil de manejar y de dosificar. Es preferible consumir sal marina que sal común o refinada, pues, esta sal contiene otras sales minerales como magnesio, potasio, calcio, yodo, etc. Que contribuyen al buen funcionamiento del cuerpo. La sal se ha estado extrayendo rentablemente del agua del mar desde la antigüedad. El método tradicional es inundar estanques costeros. Al evaporarse el agua al sol, precipitan algunas impurezas. La salmuera concentrada pasa entonces a otro estanque, donde precipita la sal gema. Actualmente el 33% de la sal que se consume en el mundo procede del mar. La sal con hierbas resulta una mezcla bastante interesante, consiste en agregarle a la sal hierbas aromáticas pulverizadas, estas le confieren a los alimentos un buen sabor y además aportan menos sodio a la dieta.
Capítulo 2
GENERALIDADES El cloruro de sodio como lo llaman los químicos o sal conocida comúnmente, es un compuesto metálico usado como condimento y conservante, es además una necesidad del organismo. La función de la sal es mantener el equilibro de los líquidos corporales. Una deficiencia de sal puede desencadenarse en una deshidratación. La sal, fue durante mucho tiempo en la antigüedad una gran preocupación y búsqueda para la humanidad. Debido a que no se conocía todas las fuentes y además no se tenían técnicas para su obtención lo que hacia que se desperdiciara. La sal existe en todas partes, tanto en la tierra como en el mar. Por cada litro de agua en el océano hay alrededor de 30 gramos de sal. Según cálculos estimados en la tierra hay siete millones de kilómetros cúbicos de sal marina sin contar con la cantidad de sal gema contenida en numerosos yacimientos (minas) alrededor del globo terráqueo.Se puede obtener la sal de mesa por distintos métodos bien sea de la evaporación del agua del mar o de la pulverización de bloques extraídos en las minas de sal gema o bien de la desecación de la salmuera (sal gema y agua).
Sal marina
Sal gema
Se presenta acompañada de cloruro de Es una mezcla de cloruro de sodio y de potasio y de magnesio y de sulfato de sulfato doble de sodio y de calcio. calcio y de magnesio así como de yodo y de micropartículas orgánicas. Se recoge en las orillas del mar que Se recoge en minas provistas de gran presentan ciertas facilidades: terreno cantidad de bloque de sal. llano, agua lo suficiente mente caliente, un clima que asegure buena insolación y vientos moderados y constantes. Tabla 2.1 Diferencias entre la sal marina y la sal gema.
Se llama salinas a las instalaciones por medio de las cuales se recoge la sal del agua del mar, y minas de sal las que permiten la obtención de sal gema, en un área geográfica bastante homogénea. Por ejemplo, China se haya provista de minas de sal gema. En América del Norte se encuentran los famosos lagos salados e incluso un desierto de sal, el desierto de la Muerte, al que los indios acudían antiguamente a recoger sal, ya que desconocieron las salinas hasta la llegada de los colonizadores, en el siglo XVI. 2.1
Revisión Histórica.
Al observar las orillas del mar se hace visible la sal que se produce gracias a la evaporación del agua del mar, sobre todo en las rocas y en las arenas. En la antigüedad raspaban esta sal para ser utilizada en las cocinas. Tiempo después se tuvo la idea de recoger mas cantidad de arena y ponerla en recipientes para luego agregar agua dulce, después de colar, esta agua se cocía hasta evaporarse consiguiendo así, una mayor cantidad de sal. Este método fue utilizado hasta el siglo XVIII por diferentes culturas como los escandinavos, los irlandeses, etc., ya que permitía elaborar su propia sal y evadir así los altos impuestos que este producto implicaba. Sin embargo, la producción de sal mediante cocción consumía mucha energía y esto significó la tala de bosques. En el Sahara, del siglo III antes de nuestra era al siglo VI de nuestra era, se cocían las costras de sal recogidas en el fondo de un antiguo lago, para obtener mediante precipitaciones sucesivas -un verdadero refinado- una sal casi pura. Aun caliente, la sal se molía en bloque. Incluso en nuestros días se sigue haciendo en Níger. Los bloques de sal, se empaquetan en esteras y se transportan a lomos de camello. La sal se presento durante largo tiempo en forma de cristales gruesos, grises en el caso de la sal marina y mas blancos en el de la sal gema. Formaba parte de las tareas caseras habituales triturarla o refinarla para que se presentara en la mesa de los ricos en los magníficos saleros que ejecutaron los mas importantes orfebres.
En el siglo XIV para blanquear el color de la sal se tomaba una parte de sal gruesa y tres partes de agua y se ponían al fuego hasta obtener una mezcla homogénea; después, se colaba la mezcla con un mantel o una toalla y se ponía al fuego hasta que hirviera y se evaporara gran parte del agua, en seguida se sacaba la sal de la olla y se extendía sobre una tela para secarla al sol. Durante los últimos años el negocio de la sal tenido muchos cambios, en cuanto a procesos de obtención, maquinaria y mercado global. Las variaciones de la economía, los avances en la tecnología, etc. Ha permitido que la industria de la sal tanto en Colombia como en el mundo cobre un importante interés. En Colombia cuando cerró Álcalis en el año 93, la industria de la sal vivió una crisis que se sustento con el aporte económico por parte del Estado para mantener la explotación salinera en el país y asegurar la producción necesaria para garantizar la continuidad del servicio público de suministro de sal. La actividad salinera ha cobrado un interés creciente dentro de las labores propias del sector económico y social. La industria de productos de consumo masivo y en particular la sal, han venido ganando una mayor participación, ofreciendo nuevos productos y servicios a todo el conjunto de la economía colombiana y mundial.
Capítulo 3
PROCESO TECNOLOGICO El agua del mar contiene muchas sales disuelta, estas sustancias compuestas que se pueden considerar derivadas de un ácido por sustitución de uno o varios átomos de metal por un numero químicamente equivalente de átomos de hidrógeno.
NaCl MgCl2 MgSO4 CaSO4 K 2SO4
Sal Cloruro de sodio Cloruro de magnesio Sulfato de magnesio Sulfato de calcio Sulfato de potasio Otras
Porcentaje 78 % 10.8 % 4.7 % 3.6 % 2.5 % 0.4 %
Tabla 3.1 composición de sales (electrolitos) en las aguas de mar. Los electrolitos son sustancias (ácidos, bases, sales) que permiten que la corriente eléctrica atraviese sus soluciones acuosas. Así, la molécula de NaCl se disocia de forma electrolítica en dos iones o átomos que tienen una carga eléctrica: un ión positivo (sodio) y otro ión negativo (cloro). La sal extraída del agua del mar o de las minas de sal gema se denomina sal de primera intención, por estar producida de modo natural y no haber experimentado transformación alguna. Los distintos tipos de sal que se comercializan hoy, difieren en factores como el sabor, la granulometría, el color, la composición o la solubilidad, en fin. La procedencia del mineral, la forma de extraerlo y su posterior tratamiento y procesado influyen en el producto final.
Obtención de sal marina – yodada y fluorada.
3.1.
También conocida como técnica agrícola, aunque parezca extraño la recolección de sal marina puede ser considerada dentro de la agricultura ya que tiene lugar al aire libre después de diversas operaciones que pertenecen a una forma de cultivo. Esta técnica se refiere únicamente a la sal extraída de las salinas, donde se lleva agua de mar para que se evapore por la acción de agentes naturales (el sol y el viento). Se necesitan, por tanto, condiciones climatológicas favorables. 3.1.1. Este proceso se lleva a cabo en tres etapas: •
Transporte del agua del mar, mediante bombas, a estanques donde se controla la circulación de uno a otro estanque hasta obtener una concentración y una saturación de 280 gramos de sal por litro.
•
Transporte de esta salmuera a los cristalizadores, en estos depósitos rectangulares se permite que la sal se deposite, formando una capa de 10 centímetros de espesor.
•
Después se recoge la sal. Antes de la ultima guerra, la recolección se llevaba a cabo rastrillando a mano. En la actualidad se procede mecánicamente, por medio de palas cargadoras. La sal extraída se apila en montones, en zonas de almacenaje. Los montones se recubren de lona para su protección.
3.1.2. Diagrama de flujo.
Imagen 3,1 diagrama de flujo para la obtención de sal marina. 3.1.3. Explicación del proceso. •
Construcción de los pozos. Para esto se realizan excavaciones de 1 y 2 metros
de profundidad por 50 cm de diámetro, con una perforación en su base lo que permitirá la entrada del agua del mar es decir de la salmuera. •
Bombeo de la salmuera a las eras. Este procedimiento se realizará utilizando
bombas, para esto se deberá transportar la salmuera hasta las eras por medio de
mangueras. Las eras se encuentran separadas de los pozos aproximadamente unos 200 metros. •
Preparación y llenado de las eras. Las eras son los vasos cristalizadores, son
superficies llanas alrededor de 10 m2, bordeadas por tierra y cubiertas con una película plástica. Sobre estas superficies se vacía la salmuera. •
Evaporación de la salmuera. Esta se realiza por acción del sol y del viento, la
evaporación del agua conlleva a la formación de los cristales de sal marina. •
Recolección de la sal. Para esta operación se utiliza un cepillo de cerdas
plásticas en cada era, para reunir la sal formada y posteriormente trasportarla. •
Trasporte hacia las bodegas. Esto se realiza por medio de carretillas se
trasporta la sal hasta un camión el cual llevara la sal hacia las bodegas. •
Fluoración y yodación. La sal se introduce en tanques para efectuar la adición
de fluoruro y de yodo, se agrega una concentración mínima de fluoruro la cual corresponde a 500 gr/ton y de yodo que equivale a 250mL de solución por ton. •
Empaque. Una vez formulada adecuadamente para el consumo humano, esta
sal se introduce en bultos de 50 Kg. de capacidad. •
Acarreo del producto terminado al almacén. Se transportan los bultos de sal al
almacenaje. •
Almacenamiento de producto terminado. Este almacenamiento debe realizarse
en bodegas apropiadas, estas bodegas deben contar con una adecuada ventilación.
3.2
Obtención de sal gema – yodada y fluorada. Conocida como técnica minera, consiste en explorar yacimientos de sal gema, subterráneos o a cielo abierto, depósitos que se han formado por evaporación de los mares, y que se hallan cubiertos en mayor o menor medida por otros sedimentos. Para que actualmente un yacimiento sea rentable, debe tener una proporción de sal pura de al menos 90%, ser lo suficientemente extenso, no tener fallas o depósitos de aguas subterráneas y encontrarse en las inmediaciones de manantiales de captación de agua. Generalmente se realizan excavaciones separadas por cámaras las cuales son sostenidas por columnas. Estas columnas de sal de dimensiones calculadas por los ingenieros de minas garantizan la estabilidad del terreno de la superficie y la de las cámaras. La sal es extraída en bloques y transportada a la superficie. Antiguamente, cuadras de caballos instalados de forma permanente en el fondo de la mina llevaban a cabo el acarreo. Actualmente, el transporte es realizado por vagonetas y toda la mina cuenta con electricidad y ventilación adecuada.
3.2.1 Diagrama de flujo.
Imagen 3,2 diagrama de flujo para la obtención de sal gema. 3.2.2 Explicación del proceso. •
Explorar el yacimiento de sal gema. Para esto se realizan pruebas en dicho yacimiento con el fin de establecer si la sal es apta para su explotación.
•
Construir las cámaras para la minería. Si el yacimiento es apto para su explotación se procede a la construcción de la mina, la cual esta compuesta por cámaras separadas por columnas de sal.
•
Obtención de los bloques de sal gema. Este se realiza por medios mecánicos y la sal es extraída en bloques de tamaño apreciable.
•
Cristalización de la sal gema. Los bloques de sal deben ser disminuidos en su tamaño para poder comercializar la sal (el proceso de cristalización se explicará mas adelante).
•
Fluoración y yodación. La sal se introduce en tanques para efectuar la adición de fluoruro y de yodo, se agrega una concentración mínima de fluoruro la cual corresponde a 500 gr/ton y de yodo que equivale a 250mL de solución por ton.
•
Empaque. Una vez formulada adecuadamente para el consumo humano, esta sal se introduce en bultos de 50 Kg. de capacidad.
•
Acarreo del producto terminado al almacén. Se transportan los bultos de sal al almacenaje.
•
Almacenamiento de producto terminado. Este almacenamiento debe realizarse en bodegas apropiadas, estas bodegas deben contar con una adecuada ventilación.
3.3
Elaboración de sal con hiervas, limón u otros ingredientes. La elaboración de sal con hiervas, con limón u otros ingredientes brinda a la empresa captación de la atención del los clientes, pues la variedad de productos genera en el consumidor interés. Ya que con una sal especiada no se requiere de mas condimentos además mejora su presentación, la sal con limón es por ejemplo muy útil para la elaboración de ensaladas. La sal con hiervas se elabora mezclando la sal con una selección de diferentes hiervas deshidratadas como pueden ser; Eneldo, Albahaca, Perejil, Romero, Tomillo, etc.
La sal especiada se elabora mezclando la sal ya refinada con una selección de diferentes especias como por ejemplo; Pimentón, Pimienta, Comino, Azafrán, etc. La sal con limón se elabora mezclando la sal refinada con una cantidad de limón deshidratado en polvo. 3.3.1 Diagramas de flujo.
Imagen 3,3 diagrama de flujo para la obtención de sal con otros ingredientes. 3.4
Cristalización de la sal bien sea sal marina o sal gema. Este procedimiento se lleva a cabo con el fin de mejorar la presentación y calidad de la sal, trátese de sal gema o de sal marina. Consiste en la disolución de sal gema in situ, mediante inyecciones artificiales de agua a presión o bien mediante el lavado
natural que se lleva a cabo en manantiales salados formándose de esta forma una mezcla llamada salmuera. La salmuera obtenida por este medio limpia se depura y se trata con fuertes corrientes eléctricas, seguidamente se evapora por cocción. Si se inyecta agua a presión en el terreno perforado, esta disuelve la sal, que sube por medio de un sistema de tubos concéntricos. En la actualidad, se ha mejorado el procedimiento de cocción de la salmuera, que se lleva a cabo en pilas calentadas por fuego directo, por termocompresión de vapor, que produce una sal de cristales regulares de fina textura. 3.4.1 Este proceso se realiza de la siguiente forma: •
Se diluye la sal en agua en unos equipos llamados lixivadores. Esta salmuera
debe tener una concentración aproximada de 200 gr/L. •
La salmuera es trasportada hacia los clarificadores, que son las maquinas
donde se le realiza a la salmuera un tratamiento de remoción de impurezas, esta operación se realiza mediante la adición a la salmuera de sustancias precipitadoras de impurezas. •
Después de la limpieza, la salmuera es filtrada y tratada nuevamente, con el
fin de eliminar algunas impurezas que pudieran quedar todavía en la salmuera. •
Cuando la salmuera se encuentra limpia es llevada a los electrolizadores,
donde, se le aplica una fuerte corriente eléctrica, con el fin de que se produzca cloro (Cl2) y soda cáustica (2NaOH). •
El cloro es tratado y luego vendido, la soda cáustica se enfría y se almacena
para después ser despachada y la salmuera es llevada a el cristalizador para obtener el producto final.
3.4.2 Diagrama de flujo.
Imagen 3,4 diagrama de flujo para el proceso de cristalización de la sal. 3.4.3 Explicación del proceso. En el diagrama anterior se nota que de los electrolizadores hay tres salidas, una de soda cáustica, otra de cloro y por ultimo los efluentes salinos, estos efluentes salinos son conducidos al equipo de cristalización donde se recupera la sal existente en dichos efluentes. El cristalizador tiene como función evaporar el agua existente en el efluente salino, con el fin de recuperar la sal disuelta en esta corriente.
El cristalizador funciona de esta manera: •
El alimento del cristalizador consta de sales disueltas en agua. Esta solución
entra en el sistema por medio de una bomba, donde se mezcla con un gran caudal de solución concentrada. •
La mezcla pasa a través de un intercambiador de calor vertical de paso sencillo
donde el calor de evaporación es absorbido de la condensación de vapor saturado aplicado por el lado de la carcaza. •
La evaporación no ocurre dentro de los tubos, el calor agregado es liberado
cuando la suspensión recirculada entra al vaporizador al vacío. •
Debido a la perdida de agua se genera una supersaturación en la solución, esta
supersaturación es continuamente eliminada con el deposito de esta en los cristales existentes, lo que genera un crecimiento constante en los cristales. •
Luego la suspensión pasa a través del fondo del vaporizador, nuevamente
hacia el lado de la succión de la bomba de circulación. •
En este punto , una bomba neumática de diafragma lleva parte de la
suspensión hacia una centrífuga, en donde se retiran los cristales del liquido. El licor separado de los cristales es regresado a la vasija de evaporación. •
El vapor liberado es conducido a través de un demister (donde las posibles
gotas que arrastre el vapor son atrapadas), para luego ser llevado hacia el condensador, asegurándose así de que el vapor no arrastre posibles sales disueltas en el agua.
•
El nivel en el vaporizador es controlado por una válvula de control en la línea
de alimento. El vacío de operación es generado por medio de un eyector de vapor, manejado por un controlador de presión absoluta. •
La capacidad esta determinada por la entrada de vapor. El vapor expandido es
desupercalentado por la inyección de condensados calientes provenientes del calentador. Los condensados corren por gravedad a un tanque colector, para ser luego bombeado bajo la acción de un controlador de nivel, hacia la sección de producción de vapor.
Evolución del proceso y equipos
3.5
El equipo de cristalización esta constituido según la Imagen 3.6 diagrama de flujo de equipo de cristalización por los siguientes componente: •
D-820
Tanque de almacenamiento.
•
D-843
Tanque de condensados.
•
D-844
Tanque de sello.
•
P-820
Bomba de alimentación.
•
P-842
Bomba de recirculación.
•
P-843
Bomba de condensados.
•
P-845
Bomba de suspensión.
•
E-842
Vaporizador.
•
E-843
Intercambiador de calor.
•
E-844
Condensador
•
C-842
Centrifuga.
•
XE-843
Desupercalentador.
•
J-844
Eyector.
3.5.1 Partes generales de los equipos A continuación se describirán algunos de los equipos utilizados:
•
D-843
Tanque de condensados.
Imagen 3,6 Tanque de condensados D-843. A B C
•
P-820
Entrada de condensados. Ventilación. Salida de condensados. Bomba de alimentación.
Imagen 3,7 Bomba de alimentación P-820. La bomba P-820 se construirá con hierro dúctil para la cubierta y para el impeler y con acero inoxidable para el eje.
•
P-842
Bomba de recirculación.
Imagen 3,8 Bomba de recirculación P-842. La bomba P-842 se construirá con Monel para la cubierta y para el impeler y con KMonel para el eje.
•
E-842
Vaporizador.
Imagen 3,9 Vaporizador E-842. A B C D E a/b F G
Entrada del circuito de recirculación. Salida del circuito de recirculación. Salida de vapor. Manhole. Mirillas. Retorno del licor. Manhole.
El vaporizador estará construido en acero, contendrá un recubrimiento interno de cacho natural.
•
E-843
Intercambiador de calor.
Imagen 3,10 Intercambiador E-843. A B C D E
Entrada de salmuera. Salida de salmuera. Entrada de vapor. Salida de condensador. Ventilación.
El intercambiador estará construido por tubos de titanio y carcaza de acero.
•
E-844
Condensador
Imagen 3,11 Condensador E-842. A B C D E
Entrada de vapor. Salida de condensados. Entrada de agua. Salida de agua. Ventilación.
El condensador estará construido por acero.
•
C-842
Centrifuga.
Imagen 3,12 Centrifuga C-842. A B C ●
Entrada de salmuera. Salida de solución. Salida de cristales. J-844
Eyector.
Imagen 3,13 Eyector J-844. El eyector es un sistema de producción de vacío, consiste básicamente en una tubería de vapor que por medio de una cámara de succión descarga un chorro a alta velocidad al equipo que va a estar a vacío. El vapor recoge el gas y lo lleva a un difusor, donde la energía de velocidad se convierte en energía de presión y lo expulsa a la atmósfera.
3.6
Modelo matemático del proceso cristalización. Cuando en una solución se sabe la información correspondiente a la solubilidad de una sustancia en el solvente, se puede calcular la máxima producción de cristales puros que pueden obtenerse, por medio del enfriamiento o por medio de la evaporación del solvente de dicha solución. La producción calculada es la máxima, debido a que se asume que el licor que está en contacto con los cristales depositados, esta en el punto de saturación de la sal. Es muy común que el licor se presente en un estado de supersaturación, pero esta supersaturación no puede ser estimada con facilidad. La producción real es un poco mayor que la teórica pues los cristales de sal pueden retener parte del licor madre, luego la producción se refiere únicamente a la cantidad de cristales puros. Para calcular la producción de cristales de sal usando el método de enfriamiento, se debe conocer la concentración inicial de la sal y la solubilidad a una temperatura mas baja. Haciendo un balance de materia alrededor del cristalizador:
Imagen 3,14 diagrama de flujo para el balance de materia alrededor del cristalizador. 3.6.1 Ecuaciones de diseño y modelos matemáticos Teniendo en cuenta el diagrama del balance de materia alrededor del cristalizador y siguiendo las siguientes convenciones:
C1
Concentración inicial de la solución (Kg. sal / Kg. solvente).
C2
Concentración final de la solución (Kg. sal / Kg. solvente).
Wo
Peso inicial del solvente (Kg.).
Wf
Peso del solvente en el licor remanente (Kg.).
We
Peso del solvente evaporado (Kg.).
V
Porción de solvente evaporado (Kg. / Kg. del solvente original).
R
Relación de pesos moleculares de sal hidratada y sal anhidra.
Y
Producción de cristales (Kg.).
Se puede realizar el balance para la sal de la siguiente manera; C1 Wo R = C2 Wf R + Y
(3.1)
Y un balance para el agua; Wo = We + Wf + Y (1 – 1/R)
(3.2)
Se despeja Y de la ecuación 3.1 y se reemplaza el valor Wf de la ecuación 3.2; Y = C1 Wo R - C2 R [Wo – Wo V – Y (1 – 1/R)]
(3.3)
Reorganizando la ecuación 3.3 para despejar Y, se tiene;
(3.4)
Esta ecuación sirve para cualquier caso en general, sin importar la manera como se logre la cristalización. 3.7
Proceso tecnológico en Pequeña Escala. El proceso de la elaboración de sal requiere la intervención de distintas maquinas, las cuales tienen como finalidad la obtención de una sal pura y de excelente calidad. Además, de automatizar el proceso para obtener así un alto rendimiento en la elaboración de la sal. Para desarrollar un proyecto de elaboración de sal se requiere como mínimo los siguientes requerimientos: Potencialidad: 30 ton/h de sal lavada y 15 ton/h de sal secado. Área descubierta: 10.600 m2. Área cubierta: 2.400 m2. En el área cubierta se instalará la maquinaria para la elaboración de la sal, en el área descubierta se instalara el lavado, la sal para refinar y el deposito del producto empacado. Para la elaboración de la sal se requieren las siguientes operaciones: LAVADO. Por medio del lavado la sal será limpiada para minimizar la cantidad de impurezas que puedan existir en ella. CENTRIFUGACIÓN. Esta operación se realiza con el objeto de eliminar el agua que contiene la sal.
MOLIENDA. En este proceso se obtiene la granulometría que se quiere, de acuerdo con los requerimientos del mercado. INSERCIÓN DE ADITIVOS. Cuando la sal ha sido molida se añaden aditivos (yoduro potásico, fluoruro potásico y anticompresores) de acuerdo al tipo de sal que se quiere obtener. SECADO. Este proceso se lleva a cabo en secaderos rotantes o de lecho fluido, a fin de llevar la humedad de la sal a su mínima expresión. SELECCIONADORA. La sal se pasa por medio de tamices con el objeto de separar la sal por granulometrías y para obtener un resultado final homogéneo. La sal puede dividirse según su granulometría en sal gruesa, sal media, sal fina y polvos. EMBOLSADO. El embolsado se realiza teniendo en cuenta el mercado. Ejemplo, para el mercado industrial el producto es empacado en bolsas de 50 y 25 Kg.
3.7.1 Diagrama de flujo.
Imagen 3,15 diagrama de flujo para el proceso tecnológico en pequeña escala. 3.7.2 Descripción del proceso. •
Recepción de materia prima. Los vehículos, recipientes, etc. Utilizados para el transporte de la sal deben encontrarse en adecuadas condiciones de higiene.
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Recepción de la sal. La sal no puede provenir de procesos químicos, recuperación de salazones, pesca o de otros usos industriales.
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Recepción de envases. El envase debe cumplir con las normas de higiene y deben ser nuevos.
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Almacenamiento de envases. El almacenamiento de los envases debe hacerse en bodegas y estos no deben tener en ningún momento contacto con el suelo.
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Almacenamiento y lavado. En la zona de almacenamiento y de lavado no deben presentarse productos químicos.
