Método para detección online de cambios de tamaño de partícula en un granulador de urea mediante monitoreo de fluctuaciones de presión

CARLOS RENAUDO; BERTIN, DIEGO; VERONICA BUCALA

Congreso; IX Congreso Argentino de Ingeniería Química; 2017

PLAPIQUI-AAIQ

Dentro de las diversas operaciones unitarias que involucran sistemas particulados, la granulación de finos es una técnica muy empleada para favorecer el aumento de tamaño de partícula (Ennis, 1996). En particular, el proceso de granulación fundida en lechos fluidizados consiste en atomizar un material fundido sobre un lecho de partículas sólidas fluidizado mediante aire. Esta operación se aplica en industrias tales como la alimentaria, minera, de fertilizantes y farmacéutica (Ennis, 1996). Una aplicación de vital importancia en Argentina y en el mundo del proceso de granulación fundida es la producción de urea. Se estima que la demanda de urea a nivel mundial tendrá un crecimiento anual del 2% hacia el año 2020 debido al incremento en consumo en América Latina y el sur de Asia (Heffer and Prud?homme, 2016).En la producción de urea granulada en lechos fluidizados, existen dos mecanismos diferentes para producir el aumento de tamaño de las partículas: recubrimiento (adherencia exitosa de las gotas de ligante sobre el material particulado y posterior solidificación de las mismas) y aglomeración (pegado de dos partículas mojadas por ligante para formar una nueva partícula de mayor tamaño) (Litster et al., 2004). El recubrimiento es el mecanismo deseado de crecimiento debido a que permite obtener gránulos prácticamente esféricos, de tamaños similares y adecuada resistencia a la rotura (Veliz et al., 2015). Más aún, la formación de aglomerados tiende a modificar la distribución de tamaños de las partículas o bien conducen a la parada de la unidad (por ejemplo, defluidización del lecho por aglomeración descontrolada). En este contexto, el objetivo de este trabajo es identificar los indicadores o variables operativas claves para la detección anticipada de problemas que concluyen en parada de planta y definir variables manipuladas para evitar o postergar la puesta fuera de servicio de la unidad industrial.En la literatura, se han propuesto varios métodos para monitorear la hidrodinámica de lechos fluidizados e inferir tamaños de partícula. La mayoría de los métodos se basan en la caída de presión o las medidas de diferencia de temperatura en el lecho. Sin embargo, trabajos de literatura previos (Schouten y Van den Bleek, 1998, van Ommen et al., 2001) muestran que las diferencias de presión y temperatura no son suficientes para inferir anticipadamente la formación de aglomerados (i.e., cambios bruscos de tamaño de partícula) y prever una defluidización inminente. Por lo tanto, la aglomeración no puede ser detectada hasta que se produce la defluidización. El régimen burbujeante característico de los granuladores de urea está caracterizado por fluctuaciones de presión generadas por el movimiento de paquetes preferenciales de aire que se mueven a través del lecho fluidizado y colapsan en su superficie. Estas fluctuaciones dependen de las condiciones del proceso, tales como la velocidad del aire de fluidización y la masa y granulometría de las partículas (Nijenhuis et al., 2007). Dado que las fluctuaciones de presión contienen mucha información sobre la dinámica del lecho fluidizado (Bi et al., 1995), es atractivo basar un método de monitoreo en estas fluctuaciones además de hacerlo con los valores promedio de la presión.La propiedad más simple de las fluctuaciones de presión a considerar es la desviación estándar (Nijenhuis et al., 2007). En este trabajo, se realizaron diversos ensayos experimentales de fluidización en un granulador escala piloto, modificando la velocidad del aire de fluidización, el tamaño de partícula y la masa de sólidos. Para cada experiencia, se tomaron medidas de presión en el lecho en un periodo de tiempo, empleando transductores de presión. Dichas medidas fueron transformadas en señales procesables por computadora, a las que se le calculó la desviación estándar (DEFP: desviación estándar de las fluctuaciones de presión). Para una masa de 2 kg de urea con tamaño 3 mm, se realizaron ensayos experimentales en condiciones de fluidización incipiente (i.e., sin burbujas) y se aumentó gradualmente la velocidad del aire de fluidización. Esta experiencia permitió demostrar el efecto del pasaje de burbujas en el lecho sobre las fluctuaciones de presión, y correlacionar DEFP con la velocidad del lecho. Este conjunto de experiencias fue repetido para otras masas y diámetros de partícula. Se demostró que el tamaño de partícula influye significativamente en la variable DEFP y, por lo tanto, es posible inferir cambios de tamaño de partícula (i.e., formación de aglomerados) monitoreando presiones en el granulador.Se espera generar una herramienta de utilidad industrial que permita realizar acciones correctivas en planta a fin de evitar operar en condiciones que produzcan partículas que no cumplen con las propiedades deseadas o también permitir operar la planta en intervalos de tiempo más prolongados sin necesidad de realizar parada del sistema por limpieza.