Secado de materias primas en procesos de molienda

                     

Las materias primas utilizadas en la industria cementera contienen, cantidades apreciables de humedad al ser explotadas en las canteras. Las arcillas pueden tener hasta 10-25 % de humedad, las calizas hasta 6-10 %, las arenas hasta 20 %, etcétera. Para los procesos actuales por vía seca, los materiales deben ser secados antes o durante el proceso de molienda.

Existen tres tipos de secado en el proceso de molienda:

Secado simultaneo con molienda. Característico de los molinos antiguos de baja capacidad que no tienen cámara de secado. El material es alimentado en el mismo sentido de los gases y utiliza parte de la primera cámara para el proceso de secado. En este sistema el calor suministrado al molino se puede disminuir debido al calor generado por la molienda, que es la energía del motor transformada en calor y que es proporcional a la longitud y carga de bolas del molino. La máxima humedad que puede evaporar un molino de bolas, utilizando solo el calor generado por la molienda, sin necesidad de calor adicional es de 1.5% de agua en relación a la cantidad de material alimentado.                                                                                

Fig 1: Secado simultáneo con la molienda

Sistema de secado y molienda simultánea. Los molinos de rodillos sobre pista trabajan, fundamentalmente, como instalaciones de molienda y secado simultáneo, en la figura 2 se representa el esquema de trabajo de un molino de rodillo sobre pista como instalación de molienda y secado simultáneo.

Fig 2. Sistema de secado y molienda simultaneo

Sistema de molienda con cámara de secado. Para lograr una mayor capacidad de secado, el molino está dotado de una cámara de secado previa al molino, esta va provista de placas levantadoras de chapa, pero sin cuerpos moledores. Entre la cámara de secado y el molino hay un diafragma de separación. Los dos muñones de apoyo del molino sirven para la entrada y salida del material y también para los gases, sin embargo, con esta disposición la cantidad de gases de entrada al molino está limitada por el diámetro de los muñones, por lo tanto, también se limita la cantidad de agua que puede evaporar en el interior del molino. Normalmente la cámara de secado entrega el material a la cámara de molienda con una humedad entre 1.0 y 1.5%, para terminar de evaporar el resto de la humedad con el calor generado por la molienda. La máxima humedad que permite el sistema es entre 6 y 8%, siempre y cuando se manejen gases calientes a 600°C provenientes de un generador externo.

         

Fig 3. Sistema de molienda con cámara de secado

El presente procedimiento establece una metodología para calcular el caudal de gases que debe suministrarse en los procesos de molienda.

DESARROLLO DEL MODELO ANALÍTICO DE CALCULO

El calor de vaporización ganado por el material es igual al calor perdido o cedido por el gas.

Q_{w =} Q_gas )                                                                         [1]

                                                                               

m_{w x} L_{w =} m_{gas x} C_{p x} ΔT                                                      [2]

                                                          

donde:

m_w = flujo másico del material húmedo en ton/hr.

L_w = calor latente de evaporación del agua (586 Kcal/Kg)

m_gas = flujo másico de gas a la salida del molino.

C_p = calor especifico del gas en Kcal/Kg ^oC.

Cálculo del agua evaporada procedente de los materiales (Kg/h).

KgH₂O/hr = W _X 1000[(H_IN – H_OUT)/ (100 – H_IN)]

Donde, W = producción del Molino ton/hr secas.

H_IN = % de humedad a la entrada.

H_out = % de humedad a la salida.

Para evaporar el agua requerimos cierta cantidad de calor que está dada por el calor latente de evaporación (586 Kcal/Kg para el agua).

Remplazando en la ecuación [2]

m_{w x} L_{w =} m_{gas x} C_{p x} ΔT    ;  m_gas = q _x δ

m_{w x} C (q _x δ) _x C_p x ΔT          

     

586 _x W _X 1000[(H_IN – H_OUT)/ (100 – H_IN)] = q _x δ x C_p x (T_IN – T_OUT)   [3]

Donde:

L_{w =} 586 Kcal/kg

m_w = Flujo masico del material húmedo en ton/hr

q = caudal de gases (Nm³/hr)

C_p = C_p del gas de escape = 0.23 + 0.00005 _x T_IN

T_IN = temperatura del gas entrada molino ( ^oC).

T_OUT = temperatura del gas salida molino ( ^oC).

δ = densidad del gas = [(1.5 + 1.3 _x (α- 1))/α], Kg/Nm³

α = 1 + 0.065 _x O₂;  O₂ a la entrada del molino.

Para hallar el caudal necesario para secar el material 
despejamos q(Nm³/hr) de la ecuación [3]      

                          

Nm³/hr _necesario(q)=586 _x W _X 1000[(H_IN – H_OUT)/ (100 – H_IN)]/ δ x C_p x (T_IN – T_OUT) [4]

Gas disponible de la torre precalentadora.

Nm³/hr = [1.3/ (1 – (% aire exceso/100)] x Tpd_ckx1000/24             [5]

% aire exceso = O₂/0,21; O₂ a la salida de la torre precalentadora.

Tpd_ck = producción diaria del horno.

Si el caudal de gas necesario para el secado supera el caudal de gas disponible del horno (ecuación [4] es mayor que ecuación [5]), habrá que incorporar más gases y más calor por medio de un generador de gases o aire residual de la parrilla. Otra solución es bajar la exigencia de humedad del material a la salida, o bajar la producción del molino.