Diseño y modelamiento de un sistema de lecho fluidizado para ablandamiento con cal

Abstract

En la presente tesis de investigación, se ha estudiado el proceso de ablandamiento empleando los principios inmersos en los reactores pellet, esto es, el empleo de un lecho fluidizado de granos sobre los que la cristalización de CaCO3 tiene lugar. Se procedió a revisar la teoría fundamental de ablandamiento de los reactores Pellet y de esta revisión se puede dividir el estudio de los reactores pellet en tres partes fundamentales: 1. Estudio del equilibrio químico en el agua a) Estudio del sistema de carbonatos b) Estudio de la solubilidad del CaCO3 2. Estudio de la Cinética de Cristalización del CaCO3 y el balance de masa en reactores pellet. 3. Estudio de la hidrodinámica del Lecho Fluidizado A partir de esta teoría, se ha desarrollado un modelo matemático que a través de programas por computadora, nos permite estimar la altura de lecho requerida para ciertas condiciones referenciales de frontera y finalmente calcular el volumen del reactor y requerimientos de potencia para el sistema. En general, la ecuación que relaciona la porosidad con la velocidad superficial incorporada en Program2, es más satisfactoria con los datos experimentales y es la que al final se empleó en Program4 (programa desarrollado en el software MATLB que nos permite predecir la altura de lecho requerida para conseguir un ablandamiento dado). El estudio del equilibrio de carbonatos y presencia de complejos asociados al calcio y magnesio, nos permitió desarrollar Program3, un programa que calcula la concentración de todos los solutos presentes en el agua cruda. La teoría de los equilibrios químicos, Cinética de Cristalización del CaCO3 y la hidrodinámica del lecho fluidizado, están todos incorporados en Program4, un programa que muestra como son los perfiles de concentración de Calcio Total, pH, porosidad y área superficial específica(S) como funciones de la altura del reactor. Program4 proporciona la altura del lecho requerida para ablandar el agua desde una concentración inicial en calcio Cal (por ejemplo, el calcio total inicialmente presente en el agua cruda) hasta una concentración final Ca2 (por ejemplo Ca2=Cal-Cabicarbonato, donde Cabicarbonnto es la concentración de calcio asociada al anión bicarbonato). En la parte experimental, se diseñó un equipo que nos permitió la toma de datos experimentales de la hidráulica del lecho fluidizado (se trabajó con 3 tamaños de partícula) y también nos permitió la toma de datos para establecer los perfiles experimentales del Calcio Total, Dureza Càlcica, Dureza Magnésica, Alcalinidad y pH como funciones de la altura del reactor.