Producción de pentaborato de sodio en un secador spray. Condiciones operativas. Balances energéticos

J. VELASCO; G. VILLAFLOR ; FLORES, JORGE E.; BISONARD, EDUARDO R.

Lima

Congreso; CAIP´2013; 2013

En este trabajo se realiza el estudio experimental de las condiciones de operación de un secadero spray (Perry, 2000; Nonhebel, 2002) para la obtención de pentaborato de sodio (Mary, 2008), determinando la cantidad de agua a evaporar, la temperatura de la solución a alimentar y las temperaturas de entrada y salida al secadero de los gases de combustión. Se realizan experiencias para seleccionar el tipo de boquilla y la presión de trabajo a utilizar, ya que una buena pulverización en la boquilla favorece la evaporación de la solución y la formación de los cristales. Se analizan distintas alternativas para minimizar el uso de agua de disolución (Flores, 2004), que en la etapa posterior de secado se debe eliminar, consiguiendo así un ahorro de la energía consumida con la consecuente disminución del CO2 producido, los consumos energéticos del secador spray y las pérdidas de calor en el sistema. Por ensayos preliminares realizados en el secador spray, se determina la temperatura a la cual se comienza a alimentar la solución de pentaborato. Asimismo se determina la necesidad de cambiar el quemador utilizado por otro de mayor potencia calorífica a fin de obtener cristales totalmente secos. Los ensayos experimentales permiten verificar la obtención de pentaborato de sodio (Ware & Whitacre, 2004; Wilkie & Morgan, 2009; Lebow, 2004) a través de análisis químicos de los cristales obtenidos, obteniéndose un contenido promedio de B2O3 del 58,09 % frente al teórico de 58,98%. A fin de realizar la simulación del proceso, se desarrolló un programa de computación que permite realizar los balances de materia y de energía del proceso. El mismo permite determinar el calor necesario para evaporar el agua, así como la cantidad de combustible a utilizar, el calor liberado, el caudal y la composición de los gases de combustión producidos (Villaflor et al, 2008). El programa desarrollado es una herramienta útil para el cálculo de los balances de materia y energía del proceso de obtención de pentaborato de sodio y su utilización permite obtener información rápida y confiable del proceso como ser: el análisis de distintas alternativas para minimizar el agua de disolución, los consumos energéticos de la etapa del secado spray y las pérdidas de calor en el sistema. De las experiencias realizadas se observa que las condiciones operativas a tener en cuenta son: i) La solución de pentaborato obtenido, que presenta impurezas que pueden afectar a la boquilla de pulverización, debe ser filtrada previamente. ii) El control de la temperatura de la solución debe ser riguroso a fin de evitar su enfriamiento y la formación de cristales. iii) La obtención de una buena pulverización en la boquilla favorece la evaporación y se debe trabajar con una presión acorde a la boquilla utilizada. iv) Es fundamental el control de las temperaturas de entrada y salida determinándose iniciar la alimentación de la solución de pentaborato cuando la temperatura de salida de los gases es de alrededor de los 200 ºC.