Leche de cal (MOL Slurry): monitorización en tiempo realoring y controlar la concentración óptima

Para los ingenieros de procesos, es esencial desarrollar una Método eficiente y confiable para monitorear y controlar la lechada de cal en la producción del producto objetivo.. La clave de este proceso es encontrar un método que mantenga la calidad de la lechada, logre un control estricto y reaccione fácilmente a cualquier cambio en las materias primas o a la concentración deseada de la lechada de cal. Este documento analizará el estado actual de la producción de lechada de lima, las diferentes técnicas disponibles para el control, sus ventajas e inconvenientes, y describirá el mejor enfoque para el proceso de producción teniendo en cuenta factores como la concentración, el tamaño del sistema, la pureza de la materia prima y el producto final deseado. , destacando los beneficios de Rheonics Medidor de densidad y viscosidad SRD.

1. Descripción general de la lechada de cal

Producción de lechada de cal

La producción de lechada de cal implica mezclar óxido de calcio, CaO, con agua en una reacción de liberación de calor llamada apagado de la cal. Esta reacción produce inicialmente una solución en polvo fino de hidróxido de calcio conocida como cal hidratada o cal apagada. La adición adicional de agua forma la solución líquida llamada lechada de cal. La suspensión típicamente se mezcla hasta una concentración en la que todavía fluye fácilmente pero lleva una alta fracción sólida de hidróxido de calcio.

Para manejar de forma segura el calor generado durante la reacción de apagado, se requiere un equipo especializado llamado apagador de cal. Mantener la temperatura de reacción adecuada mantiene constante la calidad del hidrato producido y garantiza una buena reactividad que ayuda a minimizar el impacto ambiental y, en última instancia, mejorar el rendimiento del producto final. Los usuarios de lechada de cal tienen la opción de apagar la cal viva en el sitio u obtener hidróxido de calcio seco previamente apagado. Este último se puede mezclar fácilmente con agua sin necesidad de apagador. Alternativamente, se puede obtener lechada de lima ya preparada de los proveedores. 

Las suspensiones acuosas resultantes se caracterizan por la concentración de la masa de la materia sólida (% de sólidos), la reactividad química de la suspensión para neutralizar un ácido y la distribución de los tamaños de las partículas en suspensión (controlando en parte la viscosidad). Estas características determinan las propiedades de la suspensión, principalmente su viscosidad y su reactividad.

El almacenamiento adecuado de la lechada de lima es fundamental ya que su calidad se deteriora con el tiempo. Las partículas de hidróxido de calcio reaccionan con el dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera, dando como resultado la formación de cal carbonato de calcio (CaCO3). Esto afecta negativamente a la eficacia de la suspensión en diversos procesos y aplicaciones.

Figura 2: Esquema del proceso de lechada de cal [2].

Abastecimiento y alternativas para la lechada de cal

La principal materia prima para la lechada de cal, la cal viva, proviene de la piedra caliza, una roca sedimentaria compuesta principalmente de carbonato de calcio (CaCO₃). La piedra caliza abunda en todo el mundo y se extrae comercialmente en países con importantes depósitos de piedra caliza, incluidos Estados Unidos, China y la India.

Existen varias alternativas a la lechada de cal, principalmente en aplicaciones donde se utiliza para el control del pH o el tratamiento del agua. Estas alternativas incluyen carbonato de sodio (carbonato de sodio), soda cáustica (hidróxido de sodio) e hidróxido de magnesio. Sin embargo, cada una de estas alternativas tiene su propio conjunto de ventajas e inconvenientes, y la selección a menudo depende de la aplicación específica y de las consideraciones económicas locales.

Tabla de densidad de lechada de cal

Como se explicó anteriormente, químicamente, una lechada de cal es una suspensión de óxido de calcio CaO en agua, llamada cal viva. La cal hidratada Ca(OH)2 es una suspensión de partículas sólidas (polvo) de hidróxido de calcio Ca(OH)2 -entre el 18% y el 40% de concentración- en agua, conocida como cal hidratada, obtenida a partir de la hidratación de la cal viva.

El siguiente gráfico muestra que la densidad de una lechada de cal aumenta con la concentración. Esto se debe a que las partículas de calcio en la suspensión desplazan el agua, que es menos densa.

Figura 3: Tabla de densidad de la lechada de cal.

El gráfico también muestra que la densidad de la lechada de cal varía con la temperatura. Esto se debe a que las partículas de hidróxido de calcio son más solubles en agua caliente, lo que reduce la densidad de la suspensión.

La siguiente tabla muestra la densidad de la lechada de cal a diferentes porcentajes de CaOH2 en agua. La densidad aumenta linealmente con el aumento del porcentaje en masa de cal en la suspensión. Es importante tener en cuenta que estos son valores aproximados y que la densidad real puede variar dependiendo de factores como la temperatura y la presión.

En porcentajes superiores al 30%, algunas lechadas de cal se vuelven bastante rígidas. Al 35% se utilizan aditivos para hacer que la suspensión sea bombeable. Generalmente, al 40%, los lodos ya no se pueden bombear.

Tabla 1: Densidad de referencia de la lechada de cal [3].

Consistencia de lechada de cal con concentración.

Existen tres tipos de suspensiones de cal:

• Material húmedo parecido a una masilla con un 30-35 % de lechada de cal viva.
• Material cremoso que se puede verter o bombear y que contiene entre un 20 y un 25 % de cal viva, conocido como lechada de lima.
• Consistencia acuosa, de color lechoso, con una concentración inferior a aproximadamente el 18 % (típicamente 10-15 % o 1-1.5 lb/gal)

Una vez estabilizada, la lechada de cal es una suspensión estable y no es corrosiva. La estabilización ocurre cuando toda el agua ha reaccionado completamente con el hidróxido de calcio.

Aplicaciones industriales de la lechada de cal

- Tratamiento de aguas: La cal tiene varios usos en los procesos de tratamiento de agua, incluido el ablandamiento, la aglomeración, la floculación y el ajuste del pH. Comúnmente se agrega al agua potable para controlar la deposición de carbonatos y extender la vida útil de los sistemas de distribución.

En el tratamiento de aguas residuales, la cal actúa como coagulante al neutralizar la carga de las partículas coloidales, lo que permite eliminarlas fácilmente. También favorece la floculación de las impurezas en suspensión, haciendo más eficiente la decantación. La cal se puede utilizar en combinación con sales metálicas o polímeros como agente floculante.

Además, la cal puede aumentar los niveles de pH del agua, provocando la precipitación de metales pesados ​​en forma de hidróxidos. Esto hace que sea más fácil recogerlos y eliminarlos. La cal también ayuda a precipitar fosfatos y sulfatos, así como metales pesados, como sales insolubles que mejoran su eficiencia de eliminación.

Figura 4: Proceso de tratamiento de agua y medidor de densidad y viscosidad SRD

- Azucar refinada: El proceso de purificación del jugo de remolacha azucarera o de caña implica la adición de lechada de cal y gas de carbonatación. monitororing La calidad de la lechada de cal en múltiples etapas es crucial para lograr mejores resultados de purificación y un proceso optimizado.

Figura 5: Proceso de refinación de azúcar y medidor de densidad y viscosidad SRD

– Desulfuración de gases de combustión: Utilizado ampliamente en plantas de energía e industrias con calderas grandes, la lechada de cal ayuda a reducir las emisiones de dióxido de azufre al reaccionar y neutralizar estos gases nocivos.

– Fabricación de Papel: En la industria papelera, la lechada de cal se utiliza para digerir la madera en el proceso de sulfato o kraft. Descompone la lignina presente en la madera, haciendo más eficiente la producción de papel.

Figura 6: Proceso de fabricación de papel y medidor de densidad y viscosidad SRD

- Producción de acero: La industria del acero utiliza lechada de cal para fundente, desulfuración y en el proceso básico de fabricación de acero con oxígeno. Ayuda a eliminar impurezas, mejorando la calidad del acero producido.

– Minería de metales no ferrosos: Eliminación de metales no ferrosos del mineral en procesos de flotación donde se utiliza lechada de cal como modificador del pH para una mejor eficacia de los espumantes y recolectores o en reacciones de metátesis donde se utiliza para precipitar la sal del metal no ferroso. La lechada de cal se utiliza para controlar el valor del pH en los procesos de neutralización ácida y lixiviación con cianuro en la refinación de oro.

– Fabricación de productos químicos: LLa suspensión de tiempo se utiliza como ajustador de pH, desecante o para reacciones de metátesis.

- Construcción: La lechada de cal se utiliza para la estabilización de suelos en la construcción y como componente de materiales de construcción.

– Blanqueo: La lechada de cal se utiliza para blanquear materiales como lino, vidrio y pulpa de papel.

2. Monitorearoring y técnicas de control

Método 1: medición de densidad sin conexión

• Beneficios: Rentable; simple de implementar
• Desventajas: Poco confiable; lento en responder a los cambios; intervención manual
• Aplicabilidad: Puede usarse en requisitos de baja precisión, tamaños de sistemas más pequeños o cambios de concentración poco frecuentes.

Esta técnica implica tomar mediciones periódicas de la densidad de la lechada de cal utilizando un densímetro fuera de línea. Este densímetro está separado del flujo del proceso y requiere intervención manual. Este método puede resultar rentable y relativamente sencillo de implementar; sin embargo, puede ser bastante lento y poco confiable en respuesta a los cambios de concentración.

Método 2: Medición de densidad en línea y ajuste manual de la velocidad de alimentación

• Beneficios: Mediciones de densidad más rápidas; mayor precisión que el método 1
• Inconvenientes: Ajuste lento de las tasas de alimentación; intervención manual; riesgos de error humano
• Aplicabilidad: Esto podría ser útil en casos donde la concentración de la lechada no cambia con frecuencia y hay mano de obra disponible para ajustes manuales.

Aquí, un densímetro en línea como el Rheonics El medidor de proceso SRD se utiliza para medir continuamente la densidad de la lechada de cal. Este medidor proporciona monitorización en tiempo real.oring del flujo del proceso, haciéndolo más rápido y preciso que las mediciones fuera de línea. Sin embargo, los ajustes de la velocidad de alimentación todavía se manejan manualmente, lo que puede resultar en tiempos de reacción más lentos y posibles errores humanos, como diluir excesiva o insuficientemente la solución.

Método 3: Monitoreo automático en líneaoring y control (recomendado)

• Beneficios: Mediciones precisas en tiempo real; ajustes de control rápidos; baja intervención humana; calidad consistente
• Desventajas: mayor costo de instalación inicial
• Aplicabilidad: Ideal para sistemas más grandes, cambios frecuentes de concentración o requisitos de alta precisión.

Este método emplea un medidor de densidad de proceso en línea como el Rheonics medidor de proceso SRD para monitorear la densidad de la lechada de cal en tiempo real, combinado con un controlador simple para ajustar las tasas de alimentación automáticamente. Esta configuración proporciona mediciones de densidad precisas y permite que el controlador realice ajustes rápidos en respuesta a cambios de concentración, manteniendo la calidad de la pulpa y logrando un control estricto. Si bien este método conlleva un costo de instalación inicial más alto, los beneficios de una calidad y un rendimiento constantes y una menor participación de mano de obra lo convierten en la opción recomendada.

Figura 7: Medidor de densidad de proceso en línea SRD control de masa de concentración de lechada de cal

3. Rheonics Medidor de densidad de proceso en línea SRD

El Rheonics El medidor de densidad de proceso en línea SRD es un medidor de densidad en línea ideal para controlar la densidad de la lechada de cal en un apagador de cal. El SRD es preciso y confiable y puede funcionar en una amplia gama de temperaturas y presiones.

Figura 8: Rheonics Medidor de densidad y viscosidad en línea SRD

Idoneidad para el control del apagador de cal

El Rheonics El medidor de densidad de proceso en línea SRD es muy adecuado para el control del apagador de cal por las siguientes razones:

• Amplio rango de temperatura: El SRD puede funcionar en un rango de temperatura de -40 a 300 °C (-40 a 572 °F), lo que cubre todo el rango de temperatura de un apagador de cal.
• Alta precisión: El SRD tiene una precisión de 0.001 g/cc (con mayor precisión disponible), que es suficiente para la mayoría de las aplicaciones de apagadores de cal, ya que resuelve cambios de masa/concentración de menos del 1 %.
• Rápido tiempo de respuesta: El SRD tiene un tiempo de respuesta rápido de menos de 1 segundo, lo que permite el control en tiempo real del apagador de cal.
• Fácil de instalar: El SRD es un densímetro fácil de instalar, sin necesidad de ningún paso de calibración o puesta en marcha. El sensor se puede instalar en el tanque o en la línea en 5 minutos y se puede alimentar para iniciar la medición.
• Fácil integración con PLC: Soporte para una amplia gama de protocolos industriales y PLC. Compruebe el rango de PLC y protocolos utilizados por SRD que utilizan los clientes para integrarse con su PLC e IPC de su elección.
• Medición simultánea de viscosidad y temperatura: Se ha demostrado que la viscosidad de la lechada de cal es un buen indicador de la calidad de la lechada de cal. SRD puede detectar la degradación de la lechada de cal relacionada con el envejecimiento [1].

Tabla 2: Comparación de varias lechadas de cal en tanques y sus propiedades de envejecimiento. [1]

Utilizando Rheonics SRD para Monitoring Lodos alternativos 

El medidor de densidad de proceso en línea, Rheonics SRD, es una herramienta versátil que se puede utilizar para monitorearoring no sólo la lechada de cal, sino también sus alternativas, como la carbonato de sodio, la sosa cáustica y el hidróxido de magnesio. Dadas las diferentes densidades y características de flujo de estas sustancias, el Rheonics La precisión y capacidad de ajuste del SRD lo convierten en una excelente opción para monitorizaroring sus concentraciones en tiempo real. Esto garantiza que se utilicen las cantidades correctas, manteniendo el nivel de pH óptimo o la eficiencia del tratamiento. Además, la integración de la Rheonics SRD con sistemas de control permite ajustes automáticos, proporcionando un funcionamiento perfecto, independientemente del material utilizado.

Beneficios del uso de Rheonics densímetro de proceso en línea SRD

• Medición de densidad en línea en tiempo real; el proceso se puede controlar y operar continuamente sin necesidad de muestras de medición.
• Salida directa del medidor de densidad, gravedad específica, concentración, °Be (Grados Baumé), °Bx (Grados Brix)
• Uso eficiente de la lechada de cal, mejorando la calidad y ahorrando costes
• Medidor confiable, repetible, reproducible y preciso
• Medición directa sin influencia de la temperatura de funcionamiento, presencia de sólidos en el fluido.
• Optimizar el rendimiento del proceso de producción utilizando lechada de cal.
• Fácil instalación en líneas de proceso, tanques y reactores sin necesidad de celda de flujo externa
• Utilice el mismo medidor para medir también el producto final, utilizando la salida directa en la unidad de su elección (°Bx, °Be, SG, concentración y otras).

Figura 9: Instalación del densímetro SRD en el tanque y la línea de recirculación

Ventajas de Rheonics Densímetro basado en resonador torsional equilibrado (BTR) sobre alternativas

• Medición directa de la densidad en lugar de a través de principios de medición empíricos basados ​​en la absorción de microondas o radiación (los métodos basados ​​en microondas y radiación determinan el cambio relativo en la absorción y lo relacionan con la densidad a través de la calibración del fluido y necesitan una recalibración periódica)
• Medición directa en el centro de la línea de flujo en lugar de en la pared (como en las mediciones basadas en electrodos)
• Sin impacto de depósitos en las paredes (contra el efecto severo de las tecnologías basadas en microondas)
• Agiliza el elemento sensor con certificaciones EHEDG y 3-A, elimina cualquier posibilidad de obstrucción (en comparación con las tecnologías basadas en diapasón)
• Capacidad para trabajar con fluidos de baja y alta viscosidad.
• No es necesario volver a calibrarlo durante la puesta en servicio ni a lo largo de su vida útil 
• Verificación de calibración incorporada para cumplir con la FDA y otras normas de control de calidad

Tabla 3: Comparación de varios densímetros basados ​​en diferentes tecnologías.

4. Estrategia de implementación

La implementación de monitorización automática en línea.oring y el sistema de control se puede dividir en los siguientes pasos:

Selección de Equipo: 

La selección de un densímetro en línea apropiado como el Rheonics DRS es el primer paso. Asegúrese de elegir un modelo que coincida con los requisitos específicos de su proceso, como las características de la pulpa y el nivel deseado de precisión de control. Descubra todas las variantes de SRD aquí.

Instalación: 

El densímetro en línea se puede instalar directamente en la tubería de proceso o en un tanque, según los requisitos específicos de la aplicación. Revisar Rheonics Requisitos de instalación de SRD. 

Para instalación de línea de proceso:

Rheonics El densímetro SRD se puede integrar fácilmente en una tubería existente, gracias a las conexiones de proceso personalizables y a las variantes de sonda del sensor. 

Los principales tipos de instalación son perpendiculares y horizontales a la tubería. La decisión se toma en base a las restricciones de instalación de espacio, funcionalidad, tipo de fluido y otros. Consulte la siguiente tabla con una comparación de los dos para lechada de lima.

Tabla 4: Instalación de tuberías en línea: comparación paralela y perpendicular 

Para instalación de tanque:

Para instalaciones en tanques, recipientes o reactores, no solo el elemento sensor SRD debe estar libre de obstrucciones, sino que la sonda del sensor debe estar alejada de objetos en movimiento que puedan golpear la unidad durante la operación.

Rheonics Las soluciones más comunes para la instalación en tanques son el uso del adaptador de montaje en tanque – TMA-34N y el uso de sondas de inserción largas como la SRD-X5. Ambos permiten una instalación segura y fiable sin necesidad de vaciar el depósito. La siguiente tabla compara ambas opciones.

Tabla 5: Instalación del tanque en línea: comparación del adaptador de montaje del tanque y la sonda de inserción larga 

Para una revisión más detallada, visite el artículo sobre un Comparación entre instalación en línea en tanque y tubería. 

Calibración y prueba: 

Una vez instalado, el densímetro debe probarse para garantizar mediciones precisas. Este paso incluye verificar que las lecturas del medidor coincidan con la densidad de lodo conocida y ajustar el medidor según sea necesario.

Integración con Sistemas de Control: 

El densímetro debe integrarse con los sistemas de control. Esto permite ajustes automáticos de la velocidad de alimentación en respuesta a cambios en la densidad de la lechada.

Si sigue esta estrategia de implementación, puede garantizar una instalación y funcionamiento exitosos de un monitor automático en línea.oring y sistema de control de lechada de cal. Esto conducirá a un mejor control del proceso, una calidad constante de la pulpa y un mejor rendimiento del producto final.

Mejores prácticas para mantener el Monitoring y sistemas de control

1. Asegúrese de que todo el carbonato de calcio haya reaccionado con el agua para formar una suspensión estable; esto lleva algún tiempo. La medición SRD puede mostrar cuándo la densidad (y la viscosidad) se ha estabilizado, lo que significa una estabilización completa.
2. Verificación periódica de la calibración del densímetro en línea, lo que garantiza mediciones confiables.
3. Mantenimiento y limpieza periódicos del densímetro para evitar incrustaciones y garantizar su correcto funcionamiento.
4. Inspección de rutina del controlador PID y otros equipos de control para mantener un sistema optimizado en general.
5. Capacitación adecuada del personal que supervisa el monitor.oring y sistemas de control para manejar variaciones en las materias primas, solucionar problemas potenciales y garantizar la seguridad.
6. Implementación de procedimientos operativos estándar (SOP) para monitoring, control y generación de informes para facilitar la comunicación y mantener un flujo de trabajo consistente y eficiente.

Mediante el uso de un monitor automático en líneaoring y método de control, los operadores pueden mantener y controlar con confianza la calidad de la lechada de cal para lograr el rendimiento y la seguridad del producto final deseado.

5. Conclusión

Monitoring y controlar la lechada de cal es un aspecto crítico de muchos procesos industriales. La elección de la técnica debe considerar factores como la precisión, el tamaño del sistema y la frecuencia de los cambios de concentración. Sin embargo, para un rendimiento óptimo y una calidad constante, recomendamos utilizar un monitor automático en línea.oring y método de control. El mantenimiento adecuado y el cumplimiento de los POE garantizarán resultados confiables y, al mismo tiempo, proporcionarán. Rheonics Medidor de densidad de proceso en línea con salida de viscosidad, SRD es una excelente adición al conjunto de herramientas de los operadores para monitorear, controlar y optimizar la consistencia de su lechada de cal logrando un alto retorno de la inversión.

Referencias

[1]: Kutlubay, G. (2016) Proceso de fabricación de una lechada de cal apagada de gran finura y una lechada de cal de gran finura así obtenida. WO 2016/037972 A9 

[2]:  Kemppainen, J. (2016) Modelado y validación del proceso de producción de lechada de cal.

[3]: Asociación Nacional de la Lima. Propiedades de los productos típicos de cal comercial 

[4]: Descripción general del mercado global de lechada de cal 2019-2025, informe de investigación de mercado

[5]: Grupo S&D Sucden. Flujo del proceso de azúcarcharts

[6]: Wikipedia. Lechada de cal

[7]: Asociación Azucarera 

[8]: Asociación de papel 

[9]: Asociación de tratamiento de agua