Caso de estudio

Máxima eficiencia de recuperación gracias al sistema de ciclones Hurricane

Advanced Cyclone Systems, representado en España por Codols10/10/2014

Cyclones Hurricane para maximizar la recuperación de proteínas derivadas de la leche en un proceso de secado por vaporización MSD (Multi Stage Dryer) en la empresa danesa Arla Foods (92.140 m3/h a 65°C).

Introducción

Advanced Cyclone Systems SA (ACS), representado en España por Codols, ha diseñado y suministrado un sistema de ciclones Hurricane, para maximizar la recuperación de proteínas derivadas de la leche, en un secadero por vaporización MSD (Multi Stage Dryer) de Niro para Arla Foods, en Holstebro, Dinamarca.

Arla Foods es un fabricante mundial de productos lácteos que pertenece a una cooperativa de productores de leche. Tiene instalaciones de producción en 13 países y oficinas de ventas en 20 países, con un total de más de 19.000 colaboradores. Sus productos se venden bajo marcas conocidas como Arla, Lurpak y Castello en más de 100 países. El volumen de negocios en 2011 fue de 64 mil millones de DKK - Coronas Danesas (incluyendo los negocios de MUH y Milk Link), con 12 mil millones de kg de leche vendidos.

Identificación del problema y solución

Los ciclones existentes en el secadero 3 (SD3) tenían una eficiencia de separación del 96,9% (emisiones de aproximadamente 500 mg/ Nm³). El aire de salida traía emisión parcial de producto, que se perdía, ya que era capturado por un lavador húmedo que estaba instalado aguas bajo.

Las pérdidas totales anuales alcanzaban unas 320 toneladas, lo que representaba varios millones de euros.

A fin de diseñar el sistema más eficiente para este caso, se recogió una muestra de polvo en los ciclones existentes y se midió por dispersión láser, para obtener la distribución de tamaño de partículas (DTP). Con la información de la tasa de recuperación de los ciclones existentes y de las emisiones actuales, ACS ha podido reconstruir la DTP y concentración de sólidos (en mg/Nm³) a la salida del secadero (Fig. 1).

Fig. 1. Esquema del proceso existente.

ACS analizó en detalle el caso y confirmó que la eficiencia de separación se podría aumentar con dos nuevos ciclones numéricamente optimizados (Hurricane). El modelo de previsión ACS (PACyc) ha estimado una eficiencia de separación global entre un 98,9 y un 99,27% con el sistema Hurricane, en las mismas condiciones de operación y pérdida de carga.

Ciclones Hurricane

Los ciclones Hurricane, son ciclones numéricamente optimizados, patentados por ACS. Las geometrías Hurricane maximizan la separación de polvo para cada tipo de aplicación, mientras que minimiza el ‘reentrainment’ y mantiene la pérdida de carga en niveles razonables. Los ciclones Hurricane proporcionan eficiencias impresionantes en captura de polvos muy finos, con un diámetro medio en volumen (MVD) de menos de 5μm.

Fig. 2. Distribución de tamaño de partículas utilizado en las simulaciones (Coulter).

Estos ciclones son el fruto de la resolución de problemas no convexos, no lineares, formulados y resueltos después de años de trabajo, en colaboración con la Facultad de Ingeniería de Oporto e incorporan las más recientes innovaciones sobre el impacto de la aglomeración en la eficiencia de separación del ciclón (Chemical Engineering Diario 162 (2010) 861 -876). Un solo Hurricane es más eficiente que cualquier otro ciclón conocido, disponible en el mercado, para la misma pérdida de carga.

Bases de diseño

Producto en polvo [Proteínas de la leche]
Distribución de tamaño de partículas [Fig. 2]
Localización [Interior]
Caudal real (m3/h) [92.140]
Temperatura (°C) [65]
Concentración de polvo a entrada, en base seca (mg/Nm3) [16.928]

Fig. 3. Curvas de máxima y mínima de eficiencia fraccional previstas, con los valores de eficiencia global correspondientes.

Resultados

Situación de referencia anterior:

Eficiencia de separación de los ciclones existentes (%) [96.9]

Emisiones de los ciclones existentes (mg/Nm³) [500]

Resultados esperados con ciclones Hurricane:

Eficiencia prevista con sistema Hurricane (%) [98.9 a 99.27]

Pérdida de carga total (kPa) [1.9 +/- 20%]

Emisiones previstas (mg/Nm³) [117-156]

Resultados verificados:

Las mediciones confirmaran una reducción del 70% en emisiones y una eficiencia global de más del 99,1%.

Implantación general del equipo

Este sistema estaba compuesto por dos ciclones Hurricane ø 2800 mm instalados en paralelo, cada uno con una mini-tolva para la roto-válvula de bloqueo de aire, dos puertas de inspección y boquillas CIP para limpieza automática. Todo el equipo fue fabricado en acero inoxidable AISI 316L con acabado alimentario.

Fig 4. Plano de implantación general.

Conclusiones

Las previsiones de eficiencia de separación coincidieron con los resultados experimentales. La eficiencia de separación maximizada por los Hurricane proporcionó una reducción de pérdidas de producto de alrededor del 70%, resultando en un ahorro considerable para la empresa (estimado entre 1 y 2 millones de euros al año).

El éxito de esta instalación, llevó al suministro de 2 ciclones Hurricane (HR ø2100mm diseñados para un caudal de 57.878m3/h a 75°C) para otro secadero similar, en la misma planta de producción.