RESOLUCION RESOLUCION DEL PROBLEMA 9.7 9,70.- La 9,70.- La planta de tratamiento de aguas de desecho de la compañía papelera OSSABAW genera cerca de 24 toneladas de lodo al dia (1tn = 1 tn métrica = 1 !g"# La consistencia del lodo es de $%& lo cual implica 'ue contiene $%& por peso de slidos ) el *alance de lí'uidos# La planta in+ierte en la actualidad 4 dlares,tn para disponer de los lodos en un relleno sanitaria# -l ingeniero ecolog ecologist ista a de la plant planta a ha determ determina inado do 'ue si se pudier pudiera a incre incremen mentar tar la consistencia del lodo a .% & es se podría incinerar ('uemar" para generar energía /til ) eliminar el pro*lema am*iental asociado con el desecho en el relleno sanitario# Descripción del prces -l lodo de la planta de tratamiento de agua de desecho (corriente A" pasa por un secador donde se +apori0a una porcin de agua del lodo# -l calor necesario para la +apori0acin pro+iene de la condensacin de +apor saturado a 4 *ar (corriente B"# -l +apor 'ue se alimenta al secador se produce en la caldera de la planta 'ue unciona con aceite a partir del agua de alimentacin a 23 (corrient (corriente e "# el calor calor re'uerido re'uerido para producir producir el +apor se trans5ere del horno de la caldera en donde se 'uema aceite com*usti*le (corriente 6" con 2%& de aire aire en e7ces e7ceso o ( corrie corriente nte -"# -l lodo lodo conce concentra ntrado do 'ue +iene +iene del del secado secadorr (corriente 8" 'ue tiene una consistencia de .%& se alimenta a un incinerador# -l +alo +alorr de calen alenttamie amient nto o del lodo odo es insu insu5c 5cie ient nte e para para mant manten ener er la temperatura del incinerador lo *astante lata para lograr la com*ustin total de modo 'ue se utili0a gas natural como com*usti*le suplementario (corriente 9"# :na corriente de aire del e7terior a 2%3 (corriente ;" se calienta a 113 ) se alimenta al incinerador de *a2& lo cual signi5ca 'ue >2& del +alor de calentamiento del aceite com*usti*le 'uemado se usa para producir +apor saturado a 4*ar a partitr del agua de alimentacin de la caldera a 23# se alimentan aceite com*usti*le a >%3 ) aire seco a 12%3 al horno de la caldera# La +elocidad de alimentacin del aire es 2%& en e7ceso de la cantidad necesaria en teoría para el consumo total del com*usti*le Ld.- el Ld.- el lodo de la planta de tratamiento de agua contiene $%& p,p de slidos (S" ) el *alance de lí'uidos (los cuales para los 5nes del pro*lema pueden tratarse como agua sola" ) entra al secador a 223# el lodo inclu)e numerosas
especies org?nicas +ol?tiles algunas de las cuales pueden ser to7icas ) de un hedor terri*le# La capacidad calorí5ca de los slidos es casi constante de 2%!<,!g3 Sec%dr. tiene una e5ciencia de %%& lo cual implica 'ue el calor transerido al lodo 2 es %%& del calor total perdido por el +apor 'ue se condensa ) el resto $ se desprende hacia los alrededores# -l secador unciona a 1atm ) el +apor de agua ) el lodo concentrado emergen a la temperatura saturacin correspondiente# -l +apor condensado sale del secador como li'uido saturado a 4 *ar# Inciner%dr. el lodo concentrado tiene un +alor de calentamiento de 1!<,!g de slidos secos# Cara una alimentacin de lodo con consistencia de .%& el incinerador re'uiere 1% SD de gas natural,tn de lodo h/medo (1 SD= 1 m$(EC-""# -l re'uerimiento terico de aire para le lodo es 2% SD de aire, 1 !< de +alor de calentamiento# Se alimenta aire con 1& en e7ceso de la cantidad necesaria teoría para 'uemar el lodo ) el gas natural# a" :se los *alances de materia ) de energía para calcular las +elocidades de Fu
Balance de solidos en el secador 0,35∗24000
m ´ 2=11200
Kg =0,75 m ´2 d
Kg d
F =11,2 tnsedimento concentr ado /d
Balance de masa en el secador 24000 = m ´ 1 + 11200
m ´ 1=12800 kg / d
Balance de energía en lugar del me0clado del secador
^
H 1=2.5 ( 100−22 ) =195 kj / kg
^
H 2=( 419,1 −92,2 )=326,9 kj / kg
^
H 3= ( 2676 −92,2 )=2584 kj / kg
^
H agua detablas B 5 ´ =∑ m ´ s H s −∑ m ´ e H e =3,56 x 10 kj / dia Q 2
^
´ Q
7
vapor=
7
3,56 x 10
=
0,55
6,47 x 10 kj
d
^
7
→ ´ Q3= 2,91 x 10 kj / d 7
Balance de energía en el +apor del secador 7
6,47 x 10 kj / d =m3 kg / d∗2133
kj / kg∗1 tn 3
10 kg
→ m3=30,3 tnagua alimento caldera / d
&'( de e)cienci% 7
combustible requerido =
8,04 x 10 0,62
8
=1,3 x 10
8
m 4=
1,3 x 10 kj / d 4
3,75 x 10 kj / kg
=3458 kg / d =3,5
kj / d
tn combustible = D dia
Aire de %li"en! %l *rn de l% c%lder% C + O 2 →C O2 4 H + O2 → 2 H 2 O S + O2 → S O2
kg ( nO )!O=3458 d 2
¿ 338
[(
)(
)(
kgC 1 kmolC 1 kmolO2 0,87 kg 12 kg 1 kmol C
)+
0,10∗1 1
0,0084∗1
∗1 +
4
32
∗1
1
kmolO2 d
(
aire alimentado( 25 exceso )=1,25 4,76
¿ 2011
kmol aire ∗29 kg d ∗1 tn kmol 3
10 kg
=58,3
kmol aire kmolO2
)(
338
kmolO2
tnaire a lacaldera = ! d
d
)
=2011
kmol aire d
]
Balance de energía en la caldera para el aire precalentado
6e la ta*la B@
kmol ∗103 d ∗2,93 kj kj kmol kj 1 H aire 12,5 " C = 2,93 → ´ Q0 =2011 =5,89 x 10 6 mol mol d
^
om*usti*le suplementario para el incinerador tn desec#o ∗195 SC$ d ∗1 kmol tn kmol n´ 6 =11,2 =97,5 d 22,4 SC$
´ gas= 0,90 $% ´ ´ $% CH 4 + 0,10 $% C 2 H 6 =0,90∗16 + 0,10∗30=17,4
(
mgas ´ = 97,5
)(
kg kmol
)
kmol kg 17,4 =1,7 tn gas natural / dia d kmol
Aire alimentado al incinerador 7
C H 4 + 2 O 2 → C O 2 + 2 H 2 O C 2 H 6+ O2 → 2 C O 2+ 3 H 2 O 2
aire paralodo=11200
aire
(
kgconc lodo 0,75 kg solidos d 1 kg conclodo
)(
19000 kj 1 kg solidos
)(
2,5 SC$ aire 4
10 kj
)(
1 kmol 22,4 Sc$
)
=1781
kmol a d
