Presentación Tratamiento de Aguas Industriales Parte 2

TRATAMIENTO DE AGUAS INDUSTRIALES PARTE 2

1Hildebrando Loayza León

3.3 BALANCES DE MATERIA

• Tiene por objetivo determinar todos los flujos involucrados en el sistema de generación de vapor.

• Nos permite hacer las mejoras necesarias para optimizar el proceso.

• Permite hacer el diseño de varios equipos para el suministros de agua.

• Permite determinar las cantidades de productos químicos a dosificar en las calderas. 2

Hildebrando Loayza León

Balance de Materia


Balance de Materia

VAPOR

REPOSICIÓN

PERDIDAS

PURGA

ALIMENTACIÓN

A

B

P

V

RETORNO DE CONDENSADO

C


Conceptos

1. Agua de reposición: es la cantidad necesaria para completar el ingreso a la caldera. Generalmente es agua blanda y a temperatura ambiente.

2. Retorno de condensado: Es el vapor que ha cambiado de estado a fase líquida a la misma presión de vapor; generalmente se recupera entre el 50 al 85%, el resto se pierde.

3. Agua de alimentación: Es la suma del agua de reposición y el condensado, debe de ingresar los mas caliente posible (mayor al 90ºC)


Conceptos

4. Vapor: Es el medio de energía necesario para los requerimientos de planta. Sale saturado o sobrecalentado. Generalmente es un dato conocido ya que toda caldera viene con una capacidad especifica ya sea en BHP o Tn/hr.

5. Pérdidas: Es el vapor no aprovechado, sale como condensado, generalmente se queda en las trampas de vapor y en el manifold.

6. Purga: Es la cantidad de agua necesaria que se retira de la caldera de manera intencional con el objetivo de mantener un nivel de concentración adecuado.


Conceptos

7. Ciclos de concentración: es el número de veces que el agua de la caldera permanece en el sistema, se mide mediante la relación de sales entre agua de alimentación y en el agua de caldera:

CC = STDP/STDA

8. % Purga: es la relación con respecto al agua de alimentación.

%P = P/A = STDA/STDP = 1/CC7


Balance de Materia

Variables a considerar:• B : Flujo de agua blanda (m3/hr)

• A : Agua de alimentación (m3/hr).

• C : Retorno de condensado (m3/hr).

• V : Flujo de vapor (BHP, Tn/hr., m3/hr).

• P : Purga (m3/hr)

• STDB : Sólidos Tot. Disueltos agua blanda.

• STDA : Sólidos tot. Disueltos alimentación.

• STDC : Sólidos tot. Disueltos condensado.


Balance de materia

• STDP : Sólidos tot. Disueltos de la purga.

• CC : Ciclos de concentración de la caldera.

• %P : porcentaje de purga.

• %DT : % dispersión de dureza total.

• %Fe : % dispersión de hierro.

• %SiO2 : % dispersión de sílice.


Balance de materia

Datos de ingreso:• Flujo de vapor: BHP, Tn/hr, HP, etc.

• Calidades de agua:

Reposición: pH, M, F, Cl, SDT, DT, SiO2,

Alimentación: pH, M, F, Cl, STD, DT, Fe,SiO2

Caldera: pH, M, F, Cl, STD, DT, Fe, SiO2, SO3

Condensado: pH, DT, STD, Fe.

• %Purga = STDA/STDP

• CC = STDP/STDA


Balance de Materia

• Balance global en la caldera:

A = V + P ……….(1)

• Balance por componentes:

A X STDA = V X STDV + P X STDP

Despejando:

P/A = STDA/STDP ………(2)

pero: %P = STDA/STDP ………..(3)

(3) y (2) en (1) : A = V(1 - %P) ……..(4)11


Balance de Materia

De (4) y (1): P = V – A ……….(5)

• Balance global en el TK desaereador:

A = B + C ………..(6)

• Balance por componentes:

A x STDA = B x STDB + C x STDC

despejando:

B = A x STDA/STDB ………(7)

(7) en (6): C = A – B ……….(8)12Hildebrando Loayza León

Balance de materia

Vapor = retorno de condensado + pérdidas

V = C + pérdidas

PERDIDAS = V – C ………….(9)

– Cálculo de dispersiones: es la cantidad de sales a retirar del sistema por medio de las purgas. Se ubican dentro de las estructura del polímero, evitando su depositación en los tubos de las calderas. Se mide de 0 – 100%, mientras mas alto, mejor. Su cálculo es por medio de un balance de materia en la caldera.


Balance de Materia

600 RETORNO DE CONDENSADO80% FLUJO: 4,77 Tn/hr140 60,6%500200 AMINA NEUTRALIZANTE

17,8 DOSIS: 0,46 Kg/día0,15,4

0,01 VAPOR SATURADO CONDENSADO4500 NO RECUPERADO400 SECUESTRANTE 7,53 Tn/hr 2,75 Tn/hr1,95 DE OXIGENO150 DOSIS: 0,36 Kg/día5 SISTEMA DE

GENERACIÓN DE VAPORCICLOS DE CONCENTRACIÓN: 22,5

87%FLUJO: 3,10 m3/hr FLUJO: 7,88 Tn/hr 124%

PURGASFLUJO : 0,35 Tn/hr

% PURGA: 4,4%DOSIS: 300 ppm

2,41 Kg/día

13/02/2008

RECUP. COND:

FECHA:

DERIVADOS DEL MAÍZHUACHIPA

CLIENTE:

CIUDAD:

TANQUE DE ALIMENTACIÓN

HIERRO TOTAL ALIMENT ppm

ALC. TOTAL REPOSICIÓN ppm

% DISPERSIÓN DE SILICE :

STD AGUA DE CALDERA ppm

SILICE ALIMENTACIÓN ppm

FLUJO DE VAPOR:HIERRO TOTAL CALDERA ppm

PROCESOS

OXIGENO DISUELTO ppm

AGUA POZO

AGUA DE REPOSICIÓN AGUA DE ALIMENTACIÓN

ANTIINCRUSTANTE

CISTERNA DE

AGUA BLANDA

% DISPERSIÓN DE HIERRO :ABLANDADOR

CISTERNA

BALANCE DE MASA

SILICE EN CALDERA ppm

STD AGUA CONDENSADO ppm

CLORUROS CALDERA ppm

CAPACIDAD NOMINAL EN BHP

STD AGUA ALIMENT. ppm

CLORUROS ALIMENT. ppm

EFICIENCIA DE OPERACIÓN

STD AGUA REPOSICIÓN ppm


3.4 Sistema de Ablandamiento

• El origen de los distintos contaminantes del agua, depende de la química de la tierra.

• Consideramos carbonatos de calcio y magnesio, constituyentes mas comunes y están presentes en abundancia sobre la tierra (muy insolubles).

• Estas sales poco solubles, reaccionan con el CO2

existentes en el agua superficial. La reacción transforma los carbonatos en bicarbonatos solubles y libera calcio y magnesio en el agua.

• A nivel industrial existe un fuerte motivo para tratar las sales de dureza, y el mecanismo mas económico de retirarlo es por ablandamiento.


Sistema de Ablandamiento


Mecanismo de Ablandamiento


Fases del Ablandamiento






Consideraciones del Proveedor


Consideraciones del Proveedor


Diseño de Ablandadores

Se requiere diseñar un sistema ablandador para reponer agua al tanque desaireador que alimenta a un caldero de 600 BHP pirotubular, La calidad del agua fuente es como sigue:– Dureza Total= 360 ppm CaCO3– STD= 500 ppm– Sílice= 18 ppm SiO2– Flujo= 3.1 m3/hr., ciclo de trabajo: 18 Hr.– Sulfatos= 170 ppm SO4– Cloruros= 42.6 ppm Cl– Alcalinidad Total= 160 ppm CaCO3


Diseño de AblandadoresPaso Nº 1:

Balance de cationesCa 2+ 306 ppm CaCO3Mg 2+ 54 ppm CaCO3Na+ 73 ppm CaCO3TotalCationes 433Balance de AnionesAlc. Total 160 ppm CaCO3Cl 73 ppm CaCO3SiO3 23 ppm CaCO3SO4 177 ppm CaCO3Total Aniones 433


Diseño de AblandadoresPaso Nº 2: Cálculo del volumen de resina

Por datos del proveedor, la capacidad de Intercambio de la resina varia entre 25 Kgrano/ft3 y 35 Kgrano/ft3.Además se conoce que 17.1 ppm CaCO3 equivale a 1 grano/galón de resina.Se Tiene:

Flujo de Agua: 3.1 m3/hr = 819 GPH

Dureza: 360 ppm CaCO3 = 21 grano/gal

Capacidad de Intercambio: 25000 gr/ft3

Ciclo de Trabajo: 18 horas25



Para obtener 3.1 m3/hr. de agua blanda, requerimos que nuestro ablandador tenga 13 ft3 de resina catiónica ciclo sodio.

)....(.

............ 3ftOINTERCAMBICAPACIDAD

OPERACIÓNDECICLOxAGUADEFLUJOxTOTALDUREZAV =

3sin

33sin

13

38.12/25000

18../21..../819

ftV

ftftgrano

hrxgalgranoxhrGalV

are

are

=

==


Diseño de Ablandador

Paso Nº3: Volumen de Agua blanda

operacióndeciclopormV

galgalgrano

ftgranoxftV

blandaagua

blandaagua

........58.58

19.15476/21

/25000....13

3..

33

..

=

==

Nuestro ablandador producirá 58.58 m3 de agua blanda por un período de 18 horas de operación, luego del cual la resina pasa a un período de regeneración con una solución de salmuera.


Diseño de un ablandador

Paso Nº 4: Regeneración. Consumo de SalEmpleamos Sal industrial (NaCl) para la regeneración y recuperación de la capacidad de intercambio de las resinas.

La cantidad recomendada según especif.: 15 Lb NaCl/ ft3 al 10%.La densidad del NaCl 10%: 1.16 Kg/Lt.


Diseño de un Ablandador

Se requiere un tanque de salmuera de aproximadamente 1 m3 para preparar la solución al 10%

SalmueraLtLtKg

KgSalmueradeVolumen

KgalSalmueradeSoluciónónregeneraciSaldeKgSaldeConsumo

sallbareftxareftLbNaClSaldeConsumo

..862/16.1

1000....

1000%10......../....100....

..221sin13....sin/17.... 33

==

==

==


Diseño de un Ablandador

Paso Nº 5: Regeneración.Se realiza una regeneración lenta que oscila entre 0.5 – 1.0 gal/min x ft3 resina

min35....

min35min/6.24

.862....

min/6.24....min/5.6sin13....min/5.0Re 33

=

==

===

ónregeneracideTiempoLtsalmueraLtónregeneracideTiempo

LtónregeneracideFlujogalareftxxftgalgeneración



Regeneración. Enjuague:Se realiza un enjuague lento y uno rápido.

El enjuague lento generalmente oscila entre 2 a 5 veces el volumen de resina.

El enjuague rápido se realiza a una tasa de 1.5 gal/min x ft3 resina

Volumen de Enjuague: Se requiere aprox. 25 – 50 gal/ft3 resina



Se requiere aprox. 20 minutos de enjuague rápido antes de poner en servicio el ablandador.

Normalmente el ciclo de trabajo del ablandador es a una tasa de 6 – 8 gal/min x ft2 área superficial.

( )( )min20

min/5.19390....

390sin13sin/30....min/5.19sin13sinmin/5.1..

....728..26132..

33

33

3

==

==

==

===

galgalEnjuaguedeTiempo

galareftareftgalEnjuaguedeVolumengalareftarexftgalrápidoEnjuague

enjuagueaguaLtaguaftxlentoEnjuague


GRACIAS

HILDEBRANDO LOAYZA LEÓ[email protected]


Presentación Tratamiento de Aguas Industriales Parte 2

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