Apuntes hornos

Apuntes de Cátedra Cálculo y Diseño HORNOS DE PROCESOS

Cátedra de Tecnología de la Energía Térmica

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I.

GENERALIDADES

Definición: Un horno de proceso es un equipo constituído por un cerramiento metálico, revestido interiormente por una pared refractaria aislante, dentro del cual se dispone un serpentín tubular, por el que circula un producto que se desea calentar y/o evaporar, pormedio del calor liberado por la combustión de un combustible sólido, líquido o gaseoso, que es inyectado convenientemente al horno.

Conducto de humos Sección Convectiva

Deflector

Sección “pantalla” Sección radiante

Quemador
Fig.1. Partes constitutivas de un horno típico

Sistema de precalentamiento de aire

Un horno consiste de: a) Un hogar o “zona radiante”, que provee el espaciodonde ocurre el mezclado completo entre el combustible (nebulizado en caso de ser líquido) y el aire; y la combustión misma de la mezcla. b) Una “zona convectiva” donde se aprovecha el calor de los gases de combustión que salen de la zona radiante por medio de un banco de tubos c) Un conducto colector de gases de combustión, que recoge los gases que han cedido calor d) Una chimenea, cuya funciónes proporcionar el tiraje necesario para la circulación de los gases de combustión. Los tubos de la zona convectiva que también están expuestos a la radiación se conocen como tubos de protección, o “escudos” y se consideran incorporados a la zona radiante.

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Fig. 2. Esquema interior de un horno

Debido a las altas temperaturas reinantes en lazona radiante, el calor es transferido fundamentalmente por radiación; por lo que los tubos deben disponerse de forma tal que la absorción de calor sea uniforme y eficiente. En cuanto a la posición, los tubos pueden disponerse ya sea en forma vertical u horizontal, como se aprecia en la figura siguiente:

Fig. 3. Ubicación de tubos en el horno

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II.

TIPOS DE HORNOS-CLASIFICACIÓN

1. Clasificación según su aplicación a) Calentamiento de producto previo al fraccionamiento: Es la aplicación más frecuente en refinerías y plantas petroquímicas. La carga líquida pasa a través del equipo, donde se eleva su temperatura y generalmente sufre una vaporización parcial, como ocurre en la destilación en vacío o atmosférica. En la destilaciónatmosférica se eleva la temperatura desde aproximadamente 220 hasta 360-370oC, con un grado de vaporización del 50-60%

Fig. 4. Destilación en vacío

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Fig. 5. Destilación atmosférica

b) Precalentamiento de cargas previo a reacciones: Se calienta el producto al nivel de temperatura necesario para que ocurra una reacción, que tiene lugar enun equipo cercano que forma parte de la misma unidad a la que pertenece el horno. Ejemplos: Hornos de las unidades de reformado catalítico, en los que circulan hidrocarburos gaseosos, para obtener gasolinas de altos octanajes. Los saltos de temperatura son bajos en estos casos: 90-100oC; y las presiones del orden de 20 a 40 Kg/cm2. Calentamiento de multicomponentes en fases mixtas e hidrógeno(hidro-craqueo). Los saltos de temperatura son de 320 a 450oC, y las presiones hasta 200 Kg/cm2.

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Fig. 6. Hidrocraqueo

c) Rehervidores de columnas de fraccionamiento: La carga es tomada del fondo de la columna, parcialmente vaporizada y retornada a la misma. El equipo actúa con pequeñas diferencias de temperatura entre entrada y salida . b)Suministro de calor a un fluido intermedio Se emplean para calentar un fluido que no cambia de fase en el proceso y actúa como fluido intermedio para suministro de calor a procesos dentro de la planta. Se utilizan: gasoil, Dowtherm,etc. c) Suministro de calor a fluidos viscosos para facilitar su manejo: Posibilitan el bombeo de productos pesados, disminuyendo la potencia de bombeo. Ejemplo:...