ER10D - Didacta Italia

ECOLOGIA - MEDIO AMBIENTE
ER10D - Equipo Piloto Pretratamiento Biomasa - Cód.
949201
1. Generalidades
El equipo piloto es una línea de pretratamiento y acondicionamiento de la biomasa con el objeto de incrementar y optimizar
la producción de hidrógeno y biogás en la sucesiva fase de pretratamiento anaeróbico, realizable en el equipo piloto para la
producción de hidrógeno y biogás (Didacta ER7D, cód. 949200).
El equipo ha sido diseñado de manera que las líneas de pretratamiento puedan operar tanto en serie como en paralelo,
estén en condición de tratar diferentes tipologías de biomasa lignocelulósica (astillas de madera de baja calidad, ramojos,
pajas, etc.), biomasas amiláceas o proteicas (maíz, residuos de extracción agroalimentarios), biomasas azucaradas,
residuos de biomasas oleaginosas (semillas de girasol, de colza, etc.).
El equipo permite tres diferentes tipologías de pretratamiento:
•
químico físico, basado en el proceso de Steam Explosion (SE), eventualmente precedido por acondicionamiento
químico, dirigido sobre todo hacia la biomasa de tipo lignocelulósico;
•
químico, basado en la hidrólisis ácida, tanto directamente en la biomasa misma sobre todo amilácea y proteica, como
en la lignocelulósica, eventualmente pretratada con el proceso de Steam Explosion;
•
biológico, basado en la hidrólisis enzimática, tanto de la biomasa tratada con steam explosion, como en las otras
tipologías de biomasa, a fin de permitir el estudio de los efectos de tratamientos enzimáticos de diferentes orígenes
biológicos en la sucesivas operaciones unitarias de producción de hidrógeno y biogás.
Antes de las tres líneas de pretratamiento está previsto un sistema de trituración que reduce la biomasa al tamaño deseado
para la sucesiva operación unitaria.
2. Composición
El equipo piloto pretratamiento de biomasas ER10D está compuesto por los siguientes módulos:
•
Steam explosion
•
Hidrólisis química
•
Hidrólisis enzimática
•
Grupo intercambiadores
•
Cuadro eléctrico y conexiones
•
Generación vapor
•
Molino de hojas
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3. Descripción
3.1 Sección de Steam explosion
El proceso de Steam Explosion es considerado uno de los procesos de acondicionamiento de la biomasa más eficaces,
económicos y con el menor impacto ambiental. La steam explosion se basa en la utilización de vapor saturado o
ligeramente sobrecalentado a presión también superior a 20 bar y a temperaturas hasta 240 °C, que se introduce a contacto
con el material a tratar por un tiempo determinado (a partir de algunas decenas, hasta algunos centenares de segundos) en
un reactor tipo batch o continuo. Después de dicho período el material se hace expandir rápidamente en un tanque receptor
de presión atmosférica. La repentina reducción de la presión produce una expansión violenta del vapor, con consecuente
desestructuración del material tratado. En realidad las transformaciones que se producen en la biomasa están influenciadas
no sólo por la variación de la presión, sino también por la permanencia a alta temperatura (degradación térmica) y por el
ambiente que se forma en el reactor. En efecto las condiciones operativas en el reactor favorecen procesos de degradación
de algunas componentes químicas estructurales de la biomasa, como ser la ruptura de enlaces acetados en las cadenas
lignínicas, por lo cual se produce también un ataque hidrolítico de tipo químico que puede tener niveles de agresividad
diferenciados según el tipo de biomasa y grado de severidad con el cual se actúa en la steam explosion. La sección de
steam explosion está compuesta por un reactor batch, de capacidad de aprox. 22 litros, capaz de tratar hasta 2 kg de
biomasa triturada de dimensión inferior a 2 cm; el tanque está en condición de operar a una presión de ejercicio de 26 bar
con vapor saturado y una temperatura de 227°C.
Características principales de los componentes de la sección:
•
Reactor de steam explosion (R-101), realizado en acero inoxidable AISI316, capacidad 20 litros: tanque cilíndrico
vertical, con fondo superior plano embridado y fondo inferior cónico, dotado de:
- camisa externa de introducción del vapor,
- válvula de bola de cabeza para introducción del producto con accionador neumático,
- válvula de bola de fondo para descarga del producto con accionador neumático,
- fuelle bajo válvula de fondo para compensación dilataciones térmicas,
- aislamiento,
- soportes
- condiciones de ejercicio previstas: presión máxima vapor: 26 bar, temperatura máxima vapor 227°C, caudal
máxima 60-80 kg/h (por pocos minutos);
•
Tanque de recogida material desfibrado (V-101), realizado en acero inoxidable AISI316, capacidad de aprox. 300 litros:
Recipiente cilíndrico cónico, a instalar con inclinación de 45° con fondo superior bombeado y fondo inferior embridado
bombeado, dotado de:
- camisa externa de termostatación,
- fondo inferior embridado abisagrado, abatible en vertical a 180°, con sistema de cierres de apertura rápida y
sistemas de seguridad
- soportes;
•
Recipiente de dosificación reactivo (V-102), realizado en acero inoxidable AISI316, capacidad 10 litros
•
Condensador de vapor expandido (E101) supeditado al reactor de steam explosion -características técnicas:
- intercambiador de placas realizado en AISI 316V
- potencialidad máxima 267.9 kW
- n° 5 placas
- superficie de intercambio 0.375 m2
- circuito agua (primario): capacidad máxima 4500 kg/h, velocidad 1.14 m/s,
- circuito vapor (secundario): capacidad máx.235kg/h, velocidad 0.06m/s, condiciones saturación 110,7°C a 1,5bar.
•
Recipiente recogida condensación desde el tanque de recogida del material desfibrado (V-104), realizado en acero
inoxidable AISI316, capacidad 10 litros
•
Bomba peristáltica de dosificación reactivo básico para reactor de steam explosion (P-101): capacidad máxima 1 l/min,
altura máxima de impulsión 15 m aprox..
3.2 Sección de Hidrólisis química
El reactor de hidrólisis química ha sido concebido para poder operar a temperaturas relativamente elevadas, sensiblemente
mayores de 100°C, y está dotado de sistema de termostatación idóneo para calentamiento rápido y sostenimiento de
temperaturas moderadamente elevadas. El control de temperatura está realizado regulando la introducción en la camisa de
vapor a media presión 3,5 bar rel. a temperatura de condensación de aprox. 140°C.
El enfriamiento del reactor, al final de la reacción, se efectúa introduciendo en la camisa agua de refrigeración, sin control de
temperatura. Compatiblemente con la presión de proyecto de 4 bar rel., el reactor de hidrólisis química puede operar en
pulmonación de nitrógeno a presión regulable hasta 4,5 bar.
Características principales de los componentes de la sección:
•
Reactor de hidrólisis química (R-102), realizado en acero inoxidable AISI316, capacidad útil 85 litros: tanque cilíndrico
vertical, con fondo superior bombeado embridado y fondo inferior bombeado, dotado de:
- camisa externa de termostatación
- escotilla DN100 en el fondo superior abisagrada, abatible a 180°, dotada de testigo visual, sistema de cierre de
apertura rápida, dispositivo de protección testigo visual en maniobra de apertura.
- n°4 rompeolas verticales removibles, posicionados a 90°, dimensiones 550x30 mm y 10 mm de la pared
- válvula de bola de fondo con accionador neumático de tipo ON-OFF
- aislamiento
- soporte
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•
Agitador para reactor de hidrólisis química (AG-102), realizado en acero inoxidable AISI316, de arrastre magnético, con
rodete de turbina
- diámetro rodete 180 mm,
- amplitud pala 30 mm
- longitud árbol 700 mm
- potencia eléctrica instalada 0.75 kW
- velocidad de rotación 100- 500 rpm
•
Recipiente de dosificación ácida (V-105), realizado en acero inoxidable AISI316, capacidad 20 litros
•
Recipiente de dosificación básica (V-106), realizado en acero inoxidable AISI316, capacidad 20 litros
•
Bomba volumétrica de recirculación externa (P-102): capacidad máxima 2 m3/h, altura máxima de impulsión 15 m
aprox.
•
Bomba peristáltica de dosificación reactivo ácido para reactor de hidrólisis química (P-103): capacidad máxima 1 l/min,
altura máxima de impulsión 15 m aprox.
•
Bomba peristáltica de dosificación reactivo básico para reactor de hidrólisis química (P-104): capacidad máxima 1
l/min, altura máxima de impulsión 15 m aprox.
•
Sistemas de regulación:
- Control de presión en el reactor R-101 da 1.0 ÷ 4.0 bar, realizado con válvula reguladora “nitrógeno en entrada” y
válvula reguladora “descarga”. La línea de nitrógeno está dotada de válvula reductora de presión.
- Control de temperaturas del reactor de 40 ÷ 130 °C mediante válvula de regulación sobre el vapor.
- Control pH reactor realizado para dosificación de ácido y de base.
- Control carga de agua desmineralizada según cantidad predeterminada de 10 a 100 litros mediante detector del
caudal con flujo máximo de 1.000 litros por hora, totalización del flujo y mando modulado de cierre válvula.
3.3 Sección de Hidrólisis enzimática
Considerado que las reacciones enzimáticas o biológicas se realizan generalmente a temperatura moderada, ha sido
previsto para el reactor un sistema de termostatación que, más que favorecer la velocidad de calentamiento, pueda
asegurar el control esmerado de la temperatura entre 40 y 100°C.
Está previsto un circuito externo de termostatación de recirculación en sistema cerrado, dotado de bomba de capacidad de
6 m3/hora, calentador y refrigerante del tipo de placa. Preferentemente el fluido de termostatación estará constituido por una
solución agua glicol al 50%, de modo que pueda ser utilizado hasta una temperatura de 130 °C aprox..
Un control de temperatura en el fluido de recirculación, regulable en práctica en el campo 35 ÷ 120 °C, abre la válvula del
vapor al calentador o abre la válvula del agua al refrigerante. A la temperatura de set point, ambas válvulas resultan
cerradas. Un control principal de temperatura en el reactor, regulable en práctica entre 40 y 100 °C, actúa sobre el set del
control de temperatura del fluido de termostatación. El calentador y el refrigerante del sistema actúan con salto térmico
medio entre 7 ÷ 15 °C.
Características principales de los componentes de la sección:
•
Reactor de hidrólisis enzimática (R-103), realizado en acero inoxidable AISI316, capacidad útil 85 litros: tanque
cilíndrico vertical, con fondo superior bombeado embridado y fondo inferior bombeado, dotado de:
- camisa externa de termostatación
- escotilla DN100 en el fondo superior abisagrada, abatible a 180° dotado de testigo visual, sistema de cierre de
apertura rápida, dispositivo de protección testigo visual en maniobra de apertura.
- n°4 rompeolas verticales removibles, posicionados a 90°, dimensiones 550 x 30 mm y 10 mm de distancia de la
pared
- válvula de bola de fondo con accionador neumático de tipo ON-OFF
- aislamiento
- soporte
•
Agitador para reactor de hidrólisis química (AG-102), realizado en acero inoxidable AISI316, de arrastre magnético, con
rodete de turbina
- diámetro rodete 180 mm,
- amplitud pala 30 mm
- longitud árbol 700 mm
- potencia eléctrica instalada 0.75 kW
- velocidad de rotación 100- 500 rpm
•
Recipiente de dosificación ácida (V-107), realizado en acero inoxidable AISI316, capacidad 20 litros
•
Recipiente de dosificación básica de (V-108), realizado en acero inoxidable AISI316, capacidad 20 litros
•
Bomba volumétrica de recirculación externa (P-105): caudal máximo 1 m3/h, altura máxima de impulsión 20 m aprox..
3
•
Bomba centrífuga circuito de termostatación reactor de hidrólisis enzimática: caudal máximo 6 m /h, altura máxima de
impulsión 15 m aprox..
•
Bomba peristáltica de dosificación reactivo ácido para reactor de hidrólisis química (P-107): caudal máximo 1 l/min,
altura máxima de impulsión 15 m aprox..
•
Bomba peristáltica de dosificación reactivo básico para reactor de hidrólisis química (P-108): caudal máximo 1 l/min,
altura máxima de impulsión 15 m aprox..
•
Sistemas de regulación:
- control de la temperatura del fluido de termostatación del reactor, variable entre 35 y 120 °C mediante válvula
sobre vapor y válvula sobre agua
- control temperatura en el reactor variable entre 40 ÷ 100 °C con acción sobre el set point del control de
temperatura del fluido de termostatación.
3.4 Grupo intercambiadores
Refrigerante (E-102) supeditado al reactor de hidrólisis enzimática - características técnicas:
•
intercambiador de placas realizado en AISI 316S
•
potencialidad máxima 44.5 kW
•
n° 19 placas
2
•
superficie de intercambio 0.714 m
•
circuito solución agua – glicol etilénico al 50% (primario): caudal máximo 6320 kg/h, velocidad 0.69 m/s,
•
circuito agua (secundario): caudal máximo 4495 kg/h, velocidad 0.51 m/s.
Refrigerante (E-103) supeditado al reactor de hidrólisis enzimática - características técnicas:
•
intercambiador de placas realizado en AISI 316V
•
potencialidad máxima 181.7 kW
•
n° 15 placas
2
•
superficie de intercambio 0.546 m
•
circuito agua (primario): caudal máximo 6320 kg/h, velocidad 0.92 m/s,
•
circuito vapor (secundario): caudal máx. 170 kg/h, velocidad 0.03 m/s, condiciones de saturación 126,7° C@1,84 bar.
3.5 Cuadro eléctrico y conexiones
•
•
•
•
Cuadro de mando y control
Interruptor general dotado de magnetotérmico diferencial
Interruptores de mando componentes (bombas y agitadores)
Dispositivos de seguridad
3.6 Generación vapor
Generador de vapor alta presión:
•
Producción vapor saturado: 120kg/h @ 32 bar
•
Potencia térmica producida 84 kW (72000 kcal/h)
•
Rendimiento 90%
•
Contenido de agua 27 kg
•
Alimentación de agua 2 velocidades
•
Quemador doble llama de doble estadio de gas
3
metano, consumo máximo 9.4 Nm /h
•
Cuadro eléctrico de control
•
Dispositivos de regulación y control
•
Dispositivos de seguridad
•
Potencia eléctrica requerida 1 kW aprox.
•
Dimensiones 1700x1450x1600h mm
•
Peso en vacío 750 kg
•
Diámetro chimenea: 200 mm
•
Conexiones vapor DN32
Generador de vapor baja presión:
•
Producción vapor saturado: 160kg/h @ 6 bar
•
Potencia térmica producida 105 kW (72000 kcal/h)
•
Rendimiento 88%
•
Contenido de agua 47 kg
•
Quemador doble llama de doble estadio de gas metano
3
consumo máximo 12 Nm /h
•
Cuadro eléctrico de control
•
Dispositivos de regulación y control
•
Dispositivos de seguridad
•
Potencia eléctrica requerida 1.2 kW aprox.
•
Dimensiones 1200x850x1650h mm
•
Peso en vacío 600 kg
•
Diámetro chimenea: 200 mm
1/4
•
Conexiones vapor 1”
3.7 Molino de hojas
El molino de hojas es apto para triturar varios tipos de productos con fibras, friables, de vario tipo y duros.
•
Cuerpo realizado en dos partes cerradas entre sí con la interposición de apropiadas juntas para un cierre hermético;
esta solución permite un fácil acceso a todos los órganos principales del triturador
•
Cuerpo del triturador dotado de rotor con hojas de sable y orificio hexagonal montadas en fase para cortar el producto.
La distancia entre las varias hojas es de aprox. 4-5 mm. Las hojas están posicionadas en hélice.
•
Rejilla de separación entre la cámara y la descarga del molino mismo (parte inferior). Rejilla intercambiable para
permitir un control de la granulometría.
•
Capacidad: aprox.50 kg/h de producto; dimensiones material en entrada han de ser bastante reducidas, aprox. 80 mm
•
Motor accionado por inverter para elección óptima de velocidad rotación: regulación velocidad entre 600 y 1400 rpm.
•
Bastidor de soporte en acero inoxidable AISI304
•
Piezas a contacto en acero inoxidable AISI316
•
Tolva de invitación, volumen aprox. 30 litros; la carga ha de ser efectuada en función del caudal de manera continua
•
Alimentación trifásica 220/380 V - 50/60 Hz. 3 kW.
4. Servicios requeridos
•
•
•
Alimentación eléctrica: 380V, trifásica más neutra, 50/60 Hz; 10 kW.
Alimentación hídrica: 1000 l/h, 2 bar, 10 – 15°C, de red
Agua desmineralizada para generadores vapor: 300l/h, dureza total máx permitida 5mg CaCO3/kg, pH aconsejado 9
5. Pesos y dimensiones
•
•
Peso: 3000 kg aprox.
Dimensiones totales: 5000x5000x2500 h mm aprox.
Cod. R01063/S 1007 Ed. 01 Rev. 01
La Didacta Italia en cualquier momento y sin preaviso puede efectuar variaciones que considere convenientes por exigencias
de construccion o de didacticasiempre manteniendo las caracteristicas esenciales.
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