Ventajas del uso de inyección directa de vapor para calefacción con camisa de agua caliente

Alcanzar la temperatura perfecta cada vez es parte integral del procesamiento químico cuando se utiliza calefacción encamisada. Estas camisas están diseñadas para controlar la temperatura de cocción usando una camisa de enfriamiento o calentamiento alrededor del recipiente a través del cual circula un fluido de enfriamiento o calentamiento.

Dos métodos principales para calentar un reactor encamisado son el vapor y el agua caliente. El vapor suele ser el primer método de calentamiento para muchos en la industria debido a su disponibilidad y facilidad de uso, pero cada vez más ingenieros químicos comienzan a ver las ventajas del calentamiento con agua caliente en reactores encamisados.

Una camisa calentada por agua tiene un intercambio de calor uniforme comprobado entre la camisa y las paredes del recipiente. Esto asegura un control uniforme de la temperatura en las distintas etapas, eliminando los puntos calientes y quemados y evitando el choque térmico para un mejor control de calidad.

Los procesadores químicos se han inclinado comúnmente hacia el uso de vapor como fuente de calor en aplicaciones de reactores encamisados. Primero, el vapor se inyecta directamente en la camisa y se calienta a la temperatura de reacción química deseada. Luego, el recipiente pasa por una fase de enfriamiento para devolver el producto a las temperaturas de manipulación seguras (o su temperatura inicial) para el siguiente paso del proceso.

La siguiente fase comienza con la eliminación de todo el vapor y el condensado recogidos en la parte inferior de la camisa antes de introducir agua de refrigeración. Si el agua de enfriamiento no se agrega correctamente a la camisa, el cambio drástico de temperatura puede causar un choque térmico que puede agrietar y dañar los recipientes revestidos de vidrio o las soldaduras en los tanques de acero.

El calentamiento con vapor es la técnica de calentamiento menos complicada, ya que la temperatura constante del vapor es económica y sencilla, pero es ineficiente en algunas aplicaciones. El calentamiento con vapor no ofrece un control preciso de la temperatura, debido a la distribución desigual del vapor y las temperaturas más altas de la camisa. Esto hace que se desarrollen puntos calientes, lo que agrava los problemas de calentamiento desigual del producto. Esto aumenta la posibilidad de que el producto se queme y reduce la calidad del producto.

El uso de agua caliente para calentar reactores encamisados ​​resuelve muchos de los problemas que presenta el uso de calor de vapor. La más importante es que la temperatura de la chaqueta se puede controlar con mayor precisión con agua caliente. Debido a que el agua caliente distribuye el calor de manera más uniforme, es más fácil eliminar los puntos calientes que pueden hacer que el producto se queme, lo que mejora la calidad del producto. El agua caliente también se puede templar para aumentar a medida que aumenta la temperatura del producto para eliminar grandes gradientes que pueden ocurrir cuando se usa vapor en la camisa.

Algunas reacciones químicas pueden pasar por una fase de calentamiento, una fase de enfriamiento y luego volver al calor varias veces. Un sistema de agua caliente puede calentar, mantener y enfriar un proceso introduciendo agua fría o templada a un ritmo controlado. El agua para la chaqueta se puede calentar gradualmente hacia arriba o hacia abajo a las temperaturas deseadas, eliminando la posibilidad de un choque térmico. Esto hace que el proceso sea más ágil, ya que no hay necesidad de detener la producción y esperar como cuando se usa vapor.

Calentar agua es la necesidad más común en la fabricación hoy en día. El agua debe calentarse (a menudo a una temperatura precisa), ya sea que el agua se use para procesar alimentos, metales, pulpa o papel o cualquier otro producto básico consumido.

Los procesadores químicos tienen varias opciones cuando calientan agua, dos de las cuales son un método de calentamiento indirecto (como un intercambiador de calor) o un método de calentamiento directo.

Los métodos de calentamiento indirecto calientan el agua a través de una barrera o pared de transferencia de calor, que generalmente tiene una tasa específica de conducción de calor. Los métodos de calentamiento directo transfieren el calor directamente al agua y proporcionan una transferencia de calor instantánea. La mayoría de los ingenieros químicos están familiarizados con los intercambiadores de calor y los utilizan para sus procesos, pero es posible que muchos no sepan mucho sobre el calentamiento por inyección de vapor de contacto directo.

A diferencia de los métodos de calentamiento indirecto, la inyección directa de vapor (DSI) no tiene una barrera de transferencia de calor como un intercambiador de calor. Si bien los intercambiadores de calor pueden ser necesarios para algunas aplicaciones, las barreras de transferencia de calor tienen una tasa de conducción de calor específica que puede prolongar el tiempo de respuesta del dispositivo a los cambios del proceso.

Por otro lado, los calentadores DSI no tienen barrera. Pueden responder instantáneamente a un controlador de temperatura, lo que garantiza que no haya demoras en el arranque, ya que la temperatura del fluido cambiará inmediatamente con los cambios del flujo de vapor regulado. Los calentadores DSI se pueden regular con la misma rapidez y precisión que el circuito de control puede medir y responder a los cambios de temperatura. Esta transferencia instantánea de calor proporciona dos ventajas principales: control preciso de la temperatura y eficiencia energética.

Más del 20% de la energía del vapor puede presentarse como calor sensible. Debido a que es tanto el calor latente como el sensible del vapor, un calentador DSI requiere menos flujo de vapor para un proceso determinado que los métodos de calentamiento indirecto. Además, el retorno de condensado no es necesario para un sistema DSI porque toda la energía del vapor se transfiere al proceso. En esencia, se recupera el 100% de la energía del condensado. Las diferentes válvulas de control DSI utilizan varios principios físicos para su funcionamiento. Cada uno de estos esquemas de control proporciona múltiples niveles de precisión de control de temperatura y otros requisitos de mantenimiento.

La calefacción DSI también ofrece otras ventajas que no forman parte de un sistema indirecto. Estos ahorros también pueden conducir a un diseño general de la planta más eficiente, desde necesidades de mantenimiento reducidas/eliminadas hasta el tamaño compacto que requiere menos espacio en el piso. La tecnología DSI también incorpora un control de temperatura preciso, que ahorra energía al calentar los fluidos a temperaturas exactas mientras reduce los puntos de ajuste y la demanda de energía, lo que da como resultado una mejor calidad del producto.

En lugar de introducir solo vapor en la camisa, una solución de calentamiento DSI calienta instantáneamente el agua que luego rodea el recipiente con camisa a una temperatura uniforme. La tecnología DSI puede garantizar un calentamiento preciso, eliminando los puntos calientes y quemados al mismo tiempo que permite transiciones suaves de calentamiento a enfriamiento sin choque térmico.

Randy Pinto es gerente regional de ventas en Hydro-Thermal. Se le puede contactar en [email protected]. Para obtener más información, visite hydro-thermal.com.