Diseño de una instalación para el aprovechamiento de agua y energía de los gases de salida en un atomizador de la industria cerámica

Abstract

[ES] El sector de fabricación de baldosas cerámicas español (primer fabricante de la UE) se encuentra ante una situación de transformación inminente, impulsada por el pacto verde europeo, incorporando nuevos cambios para la reducción del consumo de agua y energía, con vistas a mejorar su sostenibilidad futura.

Una etapa fundamental en el proceso de fabricación de baldosas cerámicas es el secado por atomización de la mezcla de materias primas molturada en suspensión acuosa. La atomización es una operación básica que consiste en la transformación de una suspensión en un polvo seco granulado, mediante la atomización del primero en aire caliente a elevada temperatura. Las corrientes de aire caliente y húmedo con cierta concentración de partículas en suspensión, saliente del atomizador, pasan por un filtro de mangas donde se elimina gran parte de las partículas en suspensión remanentes en la corriente.

Un atomizador convencional de la industria cerámica es capaz de producir 30000 kg/h de producto atomizado, con una capacidad de evaporación máxima de 13500 L/h de agua. Esa agua evaporada sale junto a la corriente de gases de combustión por la chimenea del filtro de mangas con un caudal medio seco de 29126 Nm3/h y una humedad del gas de aproximadamente 0,15 kg/Nm3.

Con el fin de mejorar la eficiencia energética y sostenibilidad del proceso de atomización, en este trabajo de final de Máster se diseñará un equipo que permita la recuperación del calor latente de cambio de fase y el calor sensible de la corriente de gases residuales generada por un atomizador convencional. Se empleará un fluido que captará el calor sensible y posteriormente ese fluido será utilizado para calentar la suspensión que entra en el atomizador. Por otro lado, gracias al calor latente de cambio de fase recuperado en la condensación se obtendrá parte de la corriente de agua y ésta, de gran pureza, se puede reutilizar en otras etapas del proceso. Finalmente, se evaluará el tiempo a partir del cual se recupera la inversión necesaria para ejecutar la instalación propuesta y, por tanto, la viabilidad económica de esta mejora.

[CAT] El sector de fabricació de rajoles ceràmiques (primer fabricant de la UE) es troba davant una situació de transformació imminent, impulsada pel pacte verd europeu, incorporant nous canvis per a la reducció del consum d'aigua i energia, amb vista a millorar la seua sostenibilitat futura. Una etapa fonamental en el procés de fabricació de rajoles ceràmiques és l'assecat per atomització de la mescla de matèries primeres molturades en suspensió aquosa. L'atomització és una operació bàsica que consisteix en la transformació d'una suspensió en una pols seca granulada, mitjançant l'atomització del primer en aire calent a elevada temperatura. Els corrents d'aire calent i humit amb una certa concentració de partícules en suspensió, sortint de l'atomitzador, passen per un filtre de mangues on s'elimina gran part de les partícules en suspensió romanents en la corrent. Un atomitzador convencional de la indústria ceràmica és capaç de produir 30 000 kg/h de producte atomitzat, amb una capacitat d'evaporació màxima de 13 500 L/h d'aigua. Aqueixa aigua evaporada ix al costat del corrent de gasos de combustió per la ximenera del filtre de mangues amb un cabal mig sec de 29 126 Nm3/h i una humitat del gas d'aproximadament 0,15 kg/Nm3 . Amb la finalitat de millorar l'eficiència energètica i sostenibilitat del procés d'atomització, en aquest treball de final de Màster es dissenyarà un equip que permeta la recuperació del calor latent de canvi de fase i el calor sensible de la corrent de gasos residuals generada per un atomitzador convencional. S'emprarà un fluid que captarà el calor sensible i posteriorment aqueix fluid és utilitzat per a calfar la suspensió que entra en l'atomitzador. D'altra banda, gràcies al calor latent de canvi de fase es podrà recuperar part del corrent d'aigua i aquesta, de gran puresa, es pot reutilitzar en altres etapes del procés. Finalment, s'avaluarà el temps a partir del qual es recupera la inversió necessària per a executar la instal·lació proposada i, per tant, la viabilitat econòmica d'aquesta millora.

[EN] The Spanish ceramic tile manufacturing sector (first manufacturer in the EU) is constantly changing, driven by the European Green Deal, incorporating new changes to reduce water and energy consumption, improving its future sustainability.

A fundamental stage in the ceramic tile manufacturing process is spray drying the mixture of raw materials in aqueous suspension. Atomization is a basic operation that consists of drying a suspension into granulated powder by atomizing the former with hot air at high temperature. The streams of hot and humid air with a certain concentration of particles, coming out of the atomizer, pass through a bag filter where a great part of the particles in suspension remaining in the stream are eliminated.

A conventional atomizer in the ceramics industry can produce 30 000 kg/h of atomized product, with a maximum evaporation capacity of 13 500 L/h of water. This evaporated water leaves the flue gas stream through the baghouse stack with an average dry flow rate of 29 126 Nm3/h with a humidity of approximately 0.15 kg/Nm3.

To improve the energy efficiency and sustainability of the atomization process, this master¿s final project will design an equipment that allows the recovery of the latent heat and the sensible heat of the waste gas stream generated by a conventional atomizer. A fluid will be used that will capture sensible heat and later that fluid will be used to heat the suspension that enters the atomizer. On the other hand, thanks to the latent heat of phase change recovered in the condensation, part of the water current will be obtained and this, of great purity, can be reused in other stages of the process. Finally, the time from which the investment necessary to execute the proposed installation is recovered and, therefore, the economic viability of this improvement will be evaluated.