Leite de Limão (MOL Slurry) – Monitoramento em tempo realoring e controlando a concentração ideal

Para engenheiros de processo, é essencial desenvolver um método eficiente e confiável para monitorar e controlar o leite de pasta de cal na produção do produto alvo. A chave para este processo é encontrar um método que mantenha a qualidade da pasta, obtenha um controle rígido e reaja prontamente a quaisquer alterações nas matérias-primas ou na concentração desejada da pasta de cal. Este documento discutirá o estado atual da produção de leite de limão, diferentes técnicas disponíveis para controle, seus benefícios e desvantagens, e descreverá a melhor abordagem para o processo de produção, considerando fatores como concentração, tamanho do sistema, pureza da matéria-prima e produto final desejado. , enfatizando os benefícios Rheonics Medidor de densidade e viscosidade SRD.

1. Visão geral da pasta de limão

Produção de pasta de leite de limão

A produção de leite de cal envolve a mistura de óxido de cálcio, CaO, com água em uma reação de liberação de calor chamada hidratação de cal. Esta reação produz inicialmente uma solução em pó fino de hidróxido de cálcio conhecida como cal hidratada ou cal apagada. A adição adicional de água forma a solução líquida chamada leite de cal. A pasta é normalmente misturada até uma concentração onde ainda flui facilmente, mas carrega uma alta fração sólida de hidróxido de cálcio.

Para lidar com segurança com o calor gerado durante a reação de hidratação, é necessário um equipamento especializado denominado apagador de cal. Manter a temperatura de reação adequada mantém a qualidade do hidrato produzido consistente e garante uma boa reatividade que ajuda a minimizar o impacto ambiental e, em última análise, a melhorar o rendimento do produto final. Os usuários de leite de cal têm a opção de apagar a cal virgem no local ou obter hidróxido de cálcio seco pré-apagado. Este último pode ser facilmente misturado com água sem a necessidade de apagador. Alternativamente, leite de limão pronto pode ser obtido nos fornecedores. 

As suspensões aquosas resultantes são caracterizadas pela concentração da massa da matéria sólida (% de sólidos), pela reatividade química da pasta para neutralizar um ácido e pela distribuição dos tamanhos das partículas em suspensão (controlando em parte a viscosidade). Estas características determinam as propriedades da pasta, principalmente a sua viscosidade e a sua reatividade.

O armazenamento adequado do leite de cal é crucial, pois sua qualidade se deteriora com o tempo. As partículas de hidróxido de cálcio reagem com o dióxido de carbono (CO2) na atmosfera, resultando na formação de cal carbonática de cálcio (CaCO3). Isto afeta negativamente a eficácia da pasta em vários processos e aplicações.

Figura 2: Esquema do processo de pasta de leite de cal [2].

Fornecimento e alternativas para pasta de leite de limão

A principal matéria-prima para o leite de pasta de cal, a cal viva, é proveniente do calcário, uma rocha sedimentar composta principalmente de carbonato de cálcio (CaCO₃). O calcário é abundante em todo o mundo e é extraído comercialmente em países com depósitos significativos de calcário, incluindo EUA, China e Índia.

Existem diversas alternativas à pasta de leite de cal, principalmente em aplicações onde seu uso é para controle de pH ou tratamento de água. Essas alternativas incluem carbonato de sódio (carbonato de sódio), soda cáustica (hidróxido de sódio) e hidróxido de magnésio. No entanto, cada uma destas alternativas apresenta o seu próprio conjunto de vantagens e desvantagens, e a seleção depende frequentemente da aplicação específica e de considerações económicas locais.

Tabela de densidade de pasta de leite de limão

Conforme explicado anteriormente, quimicamente, uma pasta de cal é uma suspensão de óxido de cálcio CaO em água, chamada cal virgem. A cal hidratada Ca(OH)2 é uma suspensão de partículas sólidas (pó) de hidróxido de cálcio Ca(OH)2 – concentração entre 18% e 40% – em água, conhecida como cal hidratada, obtida a partir da hidratação da cal viva.

O próximo gráfico mostra que a densidade de uma pasta de leite de cal aumenta com a concentração. Isso ocorre porque as partículas de cálcio na lama deslocam a água, que é menos densa.

Figura 3: Tabela de densidade da pasta de leite de limão.

O gráfico também mostra que a densidade do leite da pasta de cal varia com a temperatura. Isto ocorre porque as partículas de hidróxido de cálcio são mais solúveis em água quente, o que reduz a densidade da pasta.

A tabela a seguir mostra a densidade do leite da pasta de cal em diferentes porcentagens de CaOH2 em água. A densidade aumenta linearmente com o aumento da percentagem mássica de cal na lama. É importante observar que estes são valores aproximados e a densidade real pode variar dependendo de fatores como temperatura e pressão.

Em percentagens acima de 30%, algumas pastas de cal tornam-se bastante rígidas. A 35% são usados ​​aditivos para tornar a pasta bombeável. Geralmente, a 40%, as polpas não podem mais ser bombeadas.

Tabela 1: Densidade de referência da pasta de cal [3].

Consistência da pasta de limão com concentração

Existem três tipos de suspensões de cal:

• Material úmido tipo massa com 30-35% de pasta de cal viva.
• Material cremoso que pode ser derramado ou bombeado, contendo cerca de 20-25% de cal viva – conhecido como Leite de Lima.
• Consistência aquosa, cor leitosa, com uma concentração inferior a cerca de 18% (normalmente 10-15% ou 1-1.5 lb/gal)

Uma vez estabilizada, a pasta de cal é uma suspensão estável e não corrosiva. A estabilização ocorre quando toda a água reagiu totalmente com o hidróxido de cálcio.

Aplicações industriais de pasta de leite de limão

- Tratamento de água: A cal tem vários usos em processos de tratamento de água, incluindo amolecimento, aglomeração, floculação e ajuste de pH. É comumente adicionado à água potável para controlar a deposição de carbonato e prolongar a vida útil dos sistemas de distribuição.

No tratamento de águas residuais, a cal atua como coagulante, neutralizando a carga das partículas coloidais, permitindo que sejam facilmente removidas. Promove também a floculação das impurezas em suspensão, tornando a decantação mais eficiente. A cal pode ser usada em combinação com sais metálicos ou polímeros como agente floculante.

Além disso, a cal pode aumentar os níveis de pH da água, causando a precipitação de metais pesados ​​como hidróxidos. Isso torna mais fácil coletá-los e removê-los. A cal também auxilia na precipitação de fosfatos e sulfatos, bem como de metais pesados, como sais insolúveis, aumentando sua eficiência de remoção.

Figura 4: Processo de tratamento de água e medidor de densidade e viscosidade SRD

– Refino de Açúcar: O processo de purificação do caldo de beterraba sacarina ou de cana envolve a adição de leite de cal e gás de carbonatação. Monitoraroring a qualidade do leite de cal em múltiplas etapas é crucial para alcançar melhores resultados de purificação e um processo otimizado.

Figura 5: Processo de refino de açúcar e medidor de densidade e viscosidade SRD

– Dessulfurização de gases de combustão: Utilizado extensivamente em usinas de energia e indústrias com grandes caldeiras, a pasta de leite de cal ajuda a reduzir as emissões de dióxido de enxofre ao reagir e neutralizar esses gases nocivos.

– Fabricação de Papel: Na indústria de papel, a pasta de leite de cal é utilizada para digerir madeira no processo sulfato ou kraft. Ele decompõe a lignina presente na madeira, tornando a produção de papel mais eficiente.

Figura 6: Processo de fabricação de papel e medidor de densidade e viscosidade SRD

– Produção de Aço: A indústria siderúrgica utiliza pasta de leite de cal para fundente, dessulfurização e no processo básico de fabricação de aço com oxigênio. Auxilia na remoção de impurezas, melhorando a qualidade do aço produzido.

– Mineração de metais não ferrosos: Remoção de metais não ferrosos do minério em processos de flotação onde o leite de cal é utilizado como modificador de pH para melhor eficácia de espumantes e coletores ou em reações de metátese onde é utilizado para precipitar o sal do metal não ferroso. A pasta de cal é usada para controlar o valor do pH na neutralização de ácidos e no processo de lixiviação de cianeto no refino de ouro.

– Fabricação química: LA pasta de tempo é usada como ajustador de pH, dessecante ou para reação de metátese.

- Construção: O leite de cal é utilizado para estabilização de solos na construção e como componente de materiais de construção.

– Branqueamento: A pasta de cal é usada para branquear materiais como linho, vidro e pasta de papel.

2. Monitoraroring e Técnicas de Controle

Método 1: Medição de Densidade Offline

• Benefícios: Econômico; simples de implementar
• Desvantagens: Não confiável; lento na resposta às mudanças; Intervenção manual
• Aplicabilidade: Pode ser usado em requisitos de baixa precisão, sistemas menores ou alterações de concentração pouco frequentes.

Esta técnica envolve a realização de medições periódicas da densidade da pasta de leite de cal usando um medidor de densidade off-line. Este medidor de densidade é separado do fluxo do processo e requer intervenção manual. Este método pode ser rentável e relativamente simples de implementar; no entanto, pode ser bastante lento e pouco confiável em resposta a mudanças de concentração.

Método 2: Medição de densidade em linha e ajuste manual da taxa de alimentação

• Benefícios: Medições de densidade mais rápidas; maior precisão do que o Método 1
• Desvantagens: Ajuste lento das taxas de avanço; Intervenção manual; riscos de erro humano
• Aplicabilidade: Isto pode ser útil em casos onde a concentração da polpa não muda com frequência e a mão de obra está disponível para ajustes manuais.

Aqui, um medidor de densidade em linha como o Rheonics medidor de processo SRD é usado para medir continuamente a densidade da pasta de leite de cal. Este medidor fornece monitoramento em tempo realoring do fluxo do processo, tornando-o mais rápido e preciso do que medições off-line. No entanto, os ajustes da taxa de alimentação ainda são feitos manualmente, o que pode resultar em tempos de reação mais lentos e em potencial erro humano, como diluição excessiva ou insuficiente da solução.

Método 3: Monit Inline Automáticooring e controle (recomendado)

• Benefícios: Medições precisas em tempo real; ajustes rápidos de controle; baixa intervenção humana; qualidade consistente
• Desvantagens: Maior custo de instalação inicial
• Aplicabilidade: Ideal para sistemas maiores, mudanças frequentes de concentração ou requisitos de alta precisão.

Este método emprega um medidor de densidade de processo em linha como o Rheonics medidor de processo SRD para monitorar a densidade da pasta de leite ou cal em tempo real, combinado com um controlador simples para ajustar as taxas de alimentação automaticamente. Esta configuração fornece medições de densidade precisas e permite que o controlador faça ajustes rápidos em resposta a alterações de concentração, mantendo a qualidade da pasta e alcançando um controle rígido. Embora esse método tenha um custo inicial de instalação mais alto, os benefícios de qualidade consistente, desempenho e envolvimento reduzido de mão de obra tornam-no a escolha recomendada.

Figura 7: Medidor de densidade de processo em linha SRD para controle de massa de concentração de lama de cal

3. Rheonics Medidor de densidade de processo em linha SRD

A Rheonics Medidor de densidade de processo em linha O SRD é um medidor de densidade em linha ideal para controlar a densidade do leite de cal em um apagador de cal. O SRD é preciso e confiável e pode operar em uma ampla faixa de temperaturas e pressões.

Figura 8: Rheonics Medidor de densidade e viscosidade em linha SRD

Adequação para controle de apagador de limão

A Rheonics O medidor de densidade de processo em linha SRD é adequado para controle de extinção de cal pelos seguintes motivos:

• Ampla faixa de temperatura: O SRD pode operar em uma faixa de temperatura de -40 a 300 °C (-40 a 572 °F), que cobre toda a faixa de temperatura de um apagador de cal.
• Alta precisão: O SRD tem uma precisão de 0.001 g/cc (com maior precisão disponível), o que é suficiente para a maioria das aplicações de apagadores de cal, pois resolve alterações de massa/concentração inferiores a 1%.
• Tempo de resposta rápido: O SRD tem um tempo de resposta rápido de menos de 1 segundo, o que permite o controle em tempo real do apagador de cal.
• Fácil de instalar: O SRD é um medidor de densidade fácil de instalar, sem necessidade de quaisquer etapas de calibração ou comissionamento. O sensor pode ser instalado no tanque ou linha em 5 minutos e ligado para iniciar a medição.
• Fácil integração com PLC: Suporte para uma ampla gama de protocolos industriais e PLC. Confira a faixa de PLC e protocolos usados ​​pelo SRD que são usados ​​pelos clientes para integração com o PLC e IPC de sua escolha.
• Medição simultânea de viscosidade e temperatura: A viscosidade da pasta de cal é demonstrada como um bom indicador da qualidade da pasta de cal. O SRD pode detectar a degradação relacionada ao envelhecimento da pasta de cal [1].

Tabela 2: Comparação de várias pastas de cal em tanques e suas propriedades de envelhecimento. [1]

Utilizando Rheonics SRD para Monitoring Pastas Alternativas 

O medidor de densidade de processo em linha, Rheonics SRD, é uma ferramenta versátil que pode ser usada para monitoraroring não apenas pasta de leite de cal, mas também suas alternativas, como carbonato de sódio, soda cáustica e hidróxido de magnésio. Dadas as diferentes densidades e características de fluxo dessas substâncias, o Rheonics A precisão e a capacidade de ajuste do SRD tornam-no uma excelente escolha para monitoramento.oring suas concentrações em tempo real. Isto garante que as quantidades corretas estão sendo utilizadas, mantendo o nível ideal de pH ou a eficiência do tratamento. Além disso, a integração do Rheonics O SRD com sistemas de controle permite ajustes automáticos, proporcionando uma operação perfeita, independente do material utilizado.

Benefícios do uso Rheonics medidor de densidade de processo em linha SRD

• Medição online de densidade em tempo real, o processo pode ser controlado e operado continuamente sem necessidade de amostras de medição
• Saída direta do medidor de densidade, gravidade específica, concentração, °Be (Graus Baumé), °Bx (Graus Brix)
• Uso eficiente de pasta de cal, melhorando a qualidade e economizando custos
• Medidor confiável, repetível, reproduzível e preciso
• Medição direta sem influência da temperatura operacional, presença de sólidos no fluido
• Otimize o rendimento do processo de produção usando pasta de cal
• Fácil instalação em linhas de processo, tanques e reatores sem necessidade de célula de fluxo externa
• Use o mesmo medidor para medir também o produto final, utilizando a saída direta na unidade de sua escolha (°Bx, °Be, SG, concentração e outros).

Figura 9: Instalação do medidor de densidade SRD no tanque e linha de recirculação

Vantagens de Rheonics medidor de densidade baseado em ressonador torcional balanceado (BTR) sobre alternativas

• Medição direta de densidade em vez de através de princípios de medição empíricos baseados na absorção de microondas ou radiação (métodos baseados em microondas e radiação determinam a mudança relativa na absorção e a relacionam com a densidade através de calibração de fluido e precisam de recalibração periódica)
• Medição direta no centro da linha de fluxo em vez de na parede (como em medições baseadas em eletrodos)
• Nenhum impacto de depósitos nas paredes (contra o efeito severo das tecnologias baseadas em microondas)
• Agiliza o elemento de detecção com certificações EHEDG e 3-A, elimina qualquer chance de entupimento (em comparação com as tecnologias baseadas em diapasão)
• Capacidade de trabalhar com fluidos de baixa e alta viscosidade
• Não há necessidade de recalibração durante o comissionamento ou durante a vida útil 
• Verificação de calibração integrada para atender à FDA e outras normas de controle de qualidade

Tabela 3: Comparação de vários medidores de densidade baseados em diferentes tecnologias.

4. Estratégia de Implementação

A implementação do monit in-line automáticooring e o sistema de controle pode ser dividido nas seguintes etapas:

Seleção de Equipamentos: 

A seleção de um medidor de densidade em linha apropriado como o Rheonics SRD é o primeiro passo. Certifique-se de escolher um modelo que atenda aos requisitos específicos do seu processo, como as características da pasta e o nível desejado de precisão de controle. Descubra todas as variantes do SRD aqui.

Instalação: 

O medidor de densidade em linha pode ser instalado diretamente na tubulação do processo ou em um tanque, dependendo dos requisitos específicos da aplicação. Análise Rheonics Requisitos de instalação do SRD. 

Para instalação de linha de processo:

Rheonics O medidor de densidade SRD pode ser facilmente integrado a uma tubulação existente, devido às conexões de processo personalizáveis ​​e às variantes de sonda do sensor. 

Os principais tipos de instalação são perpendiculares e horizontais ao tubo. A decisão é tomada com base nas restrições de instalação de espaço, funcionalidade, tipo de fluido e outras. Veja a próxima tabela com uma comparação dos dois para Leite de Lima Slurry.

Tabela 4: Instalação de tubulação em linha – Comparação paralela e perpendicular 

Para instalação em tanque:

Para instalações em tanques, vasos ou reatores, não apenas o elemento sensor SRD precisa estar livre de obstruções, mas a sonda do sensor deve estar longe de objetos em movimento que possam atingir a unidade durante a operação.

Rheonics as soluções mais comuns para instalação em tanques são o uso do Tank Mount Adapter – TMA-34N, e o uso de sondas de inserção longas como o SRD-X5. Ambos permitem uma instalação segura e confiável sem a necessidade de esvaziar o tanque. A próxima tabela compara as duas opções.

Tabela 5: Instalação do tanque em linha – Comparação entre adaptador de montagem em tanque e sonda de inserção longa 

Para uma análise mais aprofundada, visite o artigo em um comparação entre instalação em linha em tanque e tubulação. 

Calibração e Teste: 

Uma vez instalado, o medidor de densidade deve ser testado para garantir medições precisas. Esta etapa inclui verificar se as leituras do medidor correspondem à densidade conhecida da pasta e ajustar o medidor conforme necessário.

Integração com Sistemas de Controle: 

O medidor de densidade deve ser integrado aos sistemas de controle. Isto permite ajustes automáticos da taxa de alimentação em resposta a alterações na densidade da pasta.

Seguindo esta estratégia de implementação, você pode garantir uma instalação e operação bem-sucedidas de um monitor embutido automáticooring e sistema de controle para leite de pasta de cal. Isso levará a um melhor controle do processo, qualidade consistente da pasta e melhor desempenho do produto final.

Melhores práticas para manter o Monitoring e Sistemas de Controle

1. Certifique-se de que todo o carbonato de cálcio reagiu com a água para formar uma suspensão estável; isso leva algum tempo. A medição SRD pode mostrar quando a densidade (e a viscosidade) se estabilizou, o que significa estabilização completa.
2. Verificação regular da calibração do medidor de densidade em linha, garantindo medições confiáveis.
3. Manutenção e limpeza periódica do medidor de densidade para evitar incrustações e garantir o funcionamento adequado.
4. Inspeção de rotina do controlador PID e outros equipamentos de controle para manter um sistema geral otimizado.
5. Treinamento adequado do pessoal que supervisiona o monitoring e sistemas de controle para lidar com variações nas matérias-primas, solucionar possíveis problemas e garantir a segurança.
6. Implementação de procedimentos operacionais padrão (SOPs) para monitoramentooring, controle e relatórios para facilitar a comunicação e manter um fluxo de trabalho consistente e eficiente.

Usando um monitor embutido automáticooring e método de controle, os operadores podem manter e controlar com segurança a qualidade da pasta de leite de cal para alcançar o desempenho e a segurança do produto final desejado.

5. Conclusão

Monitoring e controlar o leite da pasta de cal é um aspecto crítico de muitos processos industriais. A escolha da técnica deve considerar fatores como precisão, tamanho do sistema e frequência de alterações de concentração. No entanto, para um desempenho ideal e qualidade consistente, recomendamos o uso de um monitor automático em linha.oring e método de controle. A manutenção adequada e a adesão aos POPs garantirão resultados confiáveis ​​e, ao mesmo tempo, fornecerão. Rheonics medidor de densidade de processo em linha com saída de viscosidade, o SRD é um excelente complemento ao conjunto de ferramentas dos operadores para monitorar, controlar e otimizar a consistência de sua pasta de cal, alcançando alto ROI.

Referências

[1]: Kutlubay, G. (2016) Processo de Fabricação de Leite de Cal Apagada de grande finura e Leite de Cal de grande finura assim obtido. WO 2016/037972 A9 

[2]:  Kemppainen, J. (2016) Modelagem e validação do processo de produção de leite de cal.

[3]: Associação Nacional do Limão. Propriedades de produtos comerciais típicos de cal 

[4]: Visão geral do mercado global de lama de cal 2019-2025, relatório de pesquisa de mercado

[5]: S&D Sucden. Fluxo do Processo de Açúcarharts

[6]: Wikipédia. Pasta de leite de limão

[7]: Associação do Açúcar 

[8]: Associação de Papel 

[9]: Associação de tratamento de água