Latte di calce (MOL Slurry) – Monitoraggio in tempo realeoring e controllare la concentrazione ottimale

Per gli ingegneri di processo, è essenziale sviluppare un metodo efficiente e affidabile per monitorare e controllare il latte di liquame di calce nella produzione del prodotto target. La chiave di questo processo è trovare un metodo che mantenga la qualità del liquame, ottenga un controllo rigoroso e reagisca prontamente a qualsiasi cambiamento nelle materie prime o nella concentrazione desiderata del liquame di calce. Questo documento discuterà lo stato attuale della produzione del latte di calce, le diverse tecniche disponibili per il controllo, i relativi vantaggi e svantaggi e delineerà l'approccio migliore per il processo di produzione considerando fattori come la concentrazione, le dimensioni del sistema, la purezza delle materie prime e il prodotto finale desiderato. , sottolineando i vantaggi di Rheonics Misuratore di densità e viscosità SRD.

1. Panoramica sul liquame di calce

Produzione di latte di liquame di calce

La produzione del latte di calce prevede la miscelazione dell'ossido di calcio, CaO, con l'acqua in una reazione di rilascio di calore chiamata spegnimento della calce. Questa reazione produce inizialmente una soluzione in polvere fine di idrossido di calcio nota come calce idrata o calce spenta. Un'ulteriore aggiunta di acqua forma la soluzione liquida chiamata latte di calce. L'impasto liquido viene generalmente miscelato a una concentrazione in cui scorre ancora facilmente ma trasporta un'elevata frazione solida di idrossido di calcio.

Per gestire in sicurezza il calore generato durante la reazione di spegnimento, è necessaria un'attrezzatura specializzata chiamata schiacciatore di calce. Il mantenimento della corretta temperatura di reazione mantiene costante la qualità dell'idrato prodotto e garantisce una buona reattività che aiuta a ridurre al minimo l'impatto ambientale e, in definitiva, a migliorare la resa del prodotto finale. Gli utilizzatori del latte di calce hanno la possibilità di spegnere la calce viva in loco o di ottenere idrossido di calcio secco pre-spento. Quest'ultimo può essere facilmente impastato con acqua senza bisogno di uno spegnitore. In alternativa, è possibile ottenere dai fornitori il latte di lime già pronto. 

Le sospensioni acquose risultanti sono caratterizzate dalla concentrazione della massa della materia solida (% di solidi), dalla reattività chimica dell'impasto liquido per neutralizzare un acido e dalla distribuzione delle dimensioni delle particelle in sospensione (controllando in parte la viscosità). Queste caratteristiche determinano le proprietà del liquame, principalmente la sua viscosità e la sua reattività.

La corretta conservazione del latte di calce è fondamentale poiché la sua qualità si deteriora nel tempo. Le particelle di idrossido di calcio reagiscono con l'anidride carbonica (CO2) nell'atmosfera, dando luogo alla formazione di carbonato di calcio (CaCO3). Ciò influisce negativamente sull'efficacia dell'impasto liquido in vari processi e applicazioni.

Figura 2: Schema del processo del liquame di latte di calce [2].

Approvvigionamento e alternative per il liquame di latte di calce

La materia prima principale per il latte di impasto liquido di calce, la calce viva, proviene dal calcare, una roccia sedimentaria composta principalmente da carbonato di calcio (CaCO₃). Il calcare è abbondante in tutto il mondo e viene estratto commercialmente in paesi con significativi depositi di calcare, tra cui Stati Uniti, Cina e India.

Esistono diverse alternative al latte o liquame di calce, principalmente nelle applicazioni in cui viene utilizzato per il controllo del pH o il trattamento dell'acqua. Queste alternative includono carbonato di sodio (carbonato di sodio), soda caustica (idrossido di sodio) e idrossido di magnesio. Tuttavia, ciascuna di queste alternative presenta una serie di vantaggi e svantaggi e la scelta spesso dipende dall’applicazione specifica e da considerazioni economiche locali.

Tabella della densità del liquame di latte di calce

Come spiegato prima, chimicamente, una sospensione di calce è una sospensione di ossido di calcio CaO in acqua, chiamata calce viva. La calce idrata Ca(OH)2 è una sospensione di particelle solide (polvere) di idrossido di calcio Ca(OH)2 – con concentrazione compresa tra il 18% e il 40% – in acqua, denominata calce idrata, ottenuta dall'idratazione della calce viva.

Il grafico successivo mostra che la densità di un impasto a base di latte di calce aumenta con la concentrazione. Questo perché le particelle di calcio presenti nel liquame sostituiscono l'acqua, che è meno densa.

Figura 3: Tabella della densità del liquame di latte di calce.

Il grafico mostra anche che la densità del latte o del liquame di calce varia con la temperatura. Questo perché le particelle di idrossido di calcio sono più solubili in acqua calda, il che riduce la densità dell'impasto liquido.

La tabella seguente mostra la densità del latte o dell'impasto di calce a diverse percentuali di CaOH2 in acqua. La densità aumenta linearmente con l'aumento della percentuale in massa di calce nel liquame. È importante notare che questi sono valori approssimativi e la densità effettiva può variare a seconda di fattori come la temperatura e la pressione.

A percentuali superiori al 30%, alcuni impasti di calce diventano piuttosto rigidi. Al 35% vengono utilizzati additivi per rendere il liquame pompabile. Generalmente, al 40%, i liquami non possono più essere pompati.

Tabella 1: Densità di riferimento dell'impasto liquido di calce [3].

Consistenza dell'impasto di calce con concentrazione

Esistono tre tipi di sospensioni di calce:

• Materiale tipo mastice umido con impasto di calce viva al 30-35%.
• Materiale cremoso che può essere colato o pompato, contenente circa il 20-25% di calce viva, noto come Latte di Lime.
• Consistenza acquosa, di colore lattiginoso, con una concentrazione inferiore al 18% circa (tipicamente 10-15% o 1-1.5 libbre/gal)

Una volta stabilizzato, il liquame di calce è una sospensione stabile e non corrosiva. La stabilizzazione avviene quando tutta l'acqua ha reagito completamente con l'idrossido di calcio.

Applicazioni industriali del liquame di latte di calce

- Trattamento delle acque: La calce ha vari usi nei processi di trattamento dell'acqua, tra cui addolcimento, agglomerazione, flocculazione e regolazione del pH. Viene comunemente aggiunto all'acqua potabile per controllare la deposizione di carbonato e prolungare la durata dei sistemi di distribuzione.

Nel trattamento delle acque reflue, la calce agisce come coagulante neutralizzando la carica sulle particelle colloidali, consentendone la facile rimozione. Inoltre favorisce la flocculazione delle impurità in sospensione, rendendo più efficace la decantazione. La calce può essere utilizzata in combinazione con sali metallici o polimeri come agente flocculante.

Inoltre, la calce può aumentare i livelli di pH dell’acqua, provocando la precipitazione di metalli pesanti sotto forma di idrossidi. Ciò rende più facile raccoglierli e rimuoverli. La calce aiuta anche a precipitare fosfati e solfati, nonché metalli pesanti, come sali insolubili che ne aumentano l'efficienza di rimozione.

Figura 4: Processo di trattamento dell'acqua e misuratore di densità e viscosità SRD

– Raffinazione dello zucchero: Il processo di purificazione del succo della barbabietola da zucchero o della canna prevede l'aggiunta di latte di calce e gas di carbonatazione. Monitoring la qualità del latte di calce in più fasi è fondamentale per ottenere migliori risultati di depurazione e un processo ottimizzato.

Figura 5: Processo di raffinazione dello zucchero e misuratore di densità e viscosità SRD

– Desolforazione dei fumi: Ampiamente utilizzato nelle centrali elettriche e nelle industrie con grandi caldaie, il liquame di latte di calce aiuta a ridurre le emissioni di anidride solforosa reagendo e neutralizzando questi gas nocivi.

– Produzione di carta: Nell'industria della carta, il liquame di latte di calce viene utilizzato per digerire il legno nel processo al solfato o kraft. Decompone la lignina presente nel legno, rendendo più efficiente la produzione della carta.

Figura 6: Processo di produzione della carta e misuratore di densità e viscosità SRD

– Produzione di acciaio: L'industria siderurgica utilizza il liquame di latte di calce per il flusso, la desolforazione e nel processo di produzione dell'acciaio con ossigeno. Aiuta a rimuovere le impurità, migliorando la qualità dell'acciaio prodotto.

– Estrazione di metalli non ferrosi: Rimozione del metallo non ferroso dal minerale nei processi di flottazione in cui il latte di calce viene utilizzato come modificatore del pH per una migliore efficacia di schiumatori e collettori o nelle reazioni di metatesi in cui viene utilizzato per precipitare il sale del metallo non ferroso. L'impasto liquido di calce viene utilizzato per controllare il valore del pH nella neutralizzazione degli acidi e nel processo di lisciviazione con cianuro nella raffinazione dell'oro.

– Produzione chimica: Ll'impasto liquido viene utilizzato come regolatore del pH, essiccante o per la reazione di metatesi.

- Costruzione: Il latte di calce viene utilizzato per la stabilizzazione del terreno per l'edilizia e come componente di materiali da costruzione.

– Decolorazione: La sospensione di calce viene utilizzata per sbiancare materiali come lino, vetro e pasta di carta.

2.Monitoring e tecniche di controllo

Metodo 1: misurazione della densità offline

• Vantaggi: Conveniente; semplice da implementare
• Svantaggi: inaffidabile; lento nel rispondere ai cambiamenti; intervento manuale
• Applicabilità: può essere utilizzato con requisiti di bassa precisione, dimensioni di sistemi più piccole o variazioni di concentrazione poco frequenti.

Questa tecnica prevede l'esecuzione di misurazioni periodiche della densità del latte o del liquame di calce utilizzando un densimetro offline. Questo densimetro è separato dal flusso del processo e richiede un intervento manuale. Questo metodo può essere conveniente e relativamente semplice da implementare; tuttavia, può essere piuttosto lento e inaffidabile in risposta ai cambiamenti di concentrazione.

Metodo 2: misurazione della densità in linea e regolazione manuale della velocità di avanzamento

• Vantaggi: misurazioni della densità più rapide; maggiore precisione rispetto al metodo 1
• Svantaggi: regolazione lenta delle velocità di avanzamento; intervento manuale; rischi di errore umano
• Applicabilità: ciò potrebbe essere utile nei casi in cui la concentrazione del liquame non cambia frequentemente e la manodopera è disponibile per le regolazioni manuali.

Qui, un densimetro in linea come il Rheonics il misuratore di processo SRD viene utilizzato per misurare continuamente la densità del latte o del liquame di calce. Questo misuratore fornisce un monitoraggio in tempo realeoring del flusso di processo, rendendolo più rapido e accurato rispetto alle misurazioni offline. Tuttavia, le regolazioni della velocità di alimentazione vengono ancora gestite manualmente, il che può comportare tempi di reazione più lenti e potenziali errori umani, come la diluizione eccessiva o insufficiente della soluzione.

Metodo 3: monitoraggio in linea automaticooring e controllo (consigliato)

• Vantaggi: misurazioni accurate in tempo reale; regolazioni rapide dei controlli; scarso intervento umano; qualità costante
• Svantaggi: costo di installazione iniziale più elevato
• Applicabilità: ideale per sistemi più grandi, frequenti cambiamenti di concentrazione o requisiti di alta precisione.

Questo metodo utilizza un densimetro di processo in linea come il Rheonics misuratore di processo SRD per monitorare la densità del liquame di latte di calce in tempo reale, combinato con un semplice controller per regolare automaticamente le velocità di alimentazione. Questa configurazione fornisce misurazioni accurate della densità e consente al controller di effettuare regolazioni rapide in risposta ai cambiamenti di concentrazione, mantenendo la qualità del liquame e ottenendo un controllo rigoroso. Sebbene questo metodo comporti un costo di installazione iniziale più elevato, i vantaggi di qualità costante, prestazioni e coinvolgimento ridotto di manodopera lo rendono la scelta consigliata.

Figura 7: Densimetro di processo in linea SRD controllo della massa di concentrazione del latte di liquame di calce

3. Rheonics Misuratore di densità di processo in linea SRD

I Rheonics Il densimetro di processo in linea SRD è un densimetro in linea ideale per il controllo della densità del latte di calce in uno spegnitore di calce. L'SRD è preciso e affidabile e può funzionare in un'ampia gamma di temperature e pressioni.

Figura 8: Rheonics Misuratore di densità e viscosità in linea SRD

Idoneità al controllo dello schiacciamento della calce

I Rheonics Il misuratore di densità di processo in linea SRD è particolarmente adatto per il controllo dello spegnimento della calce per i seguenti motivi:

• Ampio intervallo di temperature: L'SRD può funzionare in un intervallo di temperature compreso tra -40 e 300 °C (da -40 a 572 °F), che copre l'intero intervallo di temperature di uno spegnitore di calce.
• Alta precisione: L'SRD ha una precisione di 0.001 g/cc (con una precisione maggiore disponibile), che è sufficiente per la maggior parte delle applicazioni di spegnimento della calce poiché risolve variazioni di massa/concentrazione inferiori all'1%.
• Tempi di risposta rapidi: L'SRD ha un tempo di risposta rapido inferiore a 1 secondo, che consente il controllo in tempo reale dello schiacciacalce.
• Facile da installare: L'SRD è un densimetro facile da installare, senza necessità di alcuna calibrazione o procedura di messa in servizio. Il sensore può essere installato nel serbatoio o nella linea in 5 minuti e alimentato per avviare la misurazione.
• Facile integrazione con PLC: Supporto per un'ampia gamma di protocolli industriali e PLC. Controlla la gamma di PLC e protocolli utilizzati da SRD utilizzati dai clienti per l'integrazione con il PLC e l'IPC scelti.
• Misura simultanea di viscosità e temperatura: È stato dimostrato che la viscosità del liquame di calce è un buon indicatore della qualità del liquame di calce. L'SRD è in grado di rilevare la degradazione correlata all'invecchiamento dei liquami di calce [1].

Tabella 2: Confronto tra vari fanghi di calce nelle vasche e le loro proprietà di invecchiamento. [1]

Utilizzando Rheonics SRD per Monitoring Liquami alternativi 

Il densimetro di processo in linea, Rheonics SRD è uno strumento versatile che può essere utilizzato per monitoring non solo il latte di liquame di calce, ma anche le sue alternative come il carbonato di sodio, la soda caustica e l'idrossido di magnesio. Date le diverse densità e caratteristiche di flusso di queste sostanze, il Rheonics La precisione e la regolabilità di SRD lo rendono una scelta eccellente per monitoring le loro concentrazioni in tempo reale. Ciò garantisce che vengano utilizzate le quantità corrette, mantenendo il livello di pH o l'efficienza del trattamento ottimali. Inoltre, l'integrazione del Rheonics SRD con sistemi di controllo consente regolazioni automatiche, garantendo un funzionamento senza interruzioni, indipendentemente dal materiale in uso.

I vantaggi di utilizzare Rheonics densimetro di processo in linea SRD

• Misurazione online in tempo reale della densità, il processo può essere controllato e gestito in modo continuo senza la necessità di campioni di misurazione
• Uscita diretta da misuratore di densità, peso specifico, concentrazione, °Be (Gradi Baumé), °Bx (Gradi Brix)
• Uso efficiente del liquame di calce, miglioramento della qualità e risparmio sui costi
• Misuratore affidabile, ripetibile, riproducibile e accurato
• Misura diretta senza influenza della temperatura operativa, presenza di solidi nel fluido
• Ottimizzare la resa del processo produttivo utilizzando liquami di calce
• Facile installazione in linee di processo, serbatoi, reattori senza necessità di cella di flusso esterna
• Utilizza lo stesso misuratore anche per misurare il prodotto finale, utilizzando l'uscita diretta nell'unità scelta (°Bx, °Be, SG, concentrazione e altre).

Figura 9: Installazione del densimetro SRD nel serbatoio e nella linea di ricircolo

Vantaggi di Rheonics densimetro basato su risonatore torsionale bilanciato (BTR) rispetto alle alternative

• Misurazione diretta della densità invece che attraverso principi di misurazione empirici basati sull'assorbimento di microonde o radiazioni (i metodi basati su microonde e radiazioni accertano la variazione relativa dell'assorbimento e la mettono in relazione con la densità attraverso la calibrazione del fluido e necessitano di una ricalibrazione periodica)
• Misurazione diretta al centro della linea di flusso anziché alla parete (come nelle misurazioni basate su elettrodi)
• Nessun impatto dei depositi sulle pareti (contro gli effetti severi delle tecnologie basate sulle microonde)
• Semplifica l'elemento sensibile con le certificazioni EHEDG e 3-A, elimina ogni possibilità di intasamento (rispetto alle tecnologie basate sul diapason)
• Capacità di lavorare sia con fluidi a bassa che ad alta viscosità
• Non è necessaria la ricalibrazione durante la messa in servizio o nel corso della vita utile 
• Verifica della calibrazione integrata per soddisfare le norme FDA e altre norme di controllo qualità

Tabella 3: Confronto tra vari densimetri basati su diverse tecnologie.

4. Strategia di implementazione

L'implementazione del monitoraggio automatico in lineaoring e il sistema di controllo può essere suddiviso nelle seguenti fasi:

Selezione dell'attrezzatura: 

La scelta di un densimetro in linea appropriato come il Rheonics SRD è il primo passo. Assicurati di scegliere un modello che soddisfi i requisiti specifici del tuo processo, come le caratteristiche del liquame e il livello desiderato di precisione di controllo. Scopri tutte le varianti SRD qui.

Installazione: 

Il densimetro in linea può essere installato direttamente nella tubazione di processo o in un serbatoio, a seconda dei requisiti applicativi specifici. Revisione Rheonics Requisiti di installazione dell'SRD. 

Per l'installazione sulla linea di processo:

Rheonics Il densimetro SRD può essere facilmente integrato in una tubazione esistente, grazie alle connessioni di processo personalizzabili e alle varianti della sonda sensore. 

Le principali tipologie di installazione sono perpendicolari e orizzontali al tubo. La decisione viene presa in base alle limitazioni di installazione di spazio, funzionalità, tipo di fluido e altro. Vedere la tabella successiva con un confronto tra i due per Milk of Lime Slurry.

Tabella 4: Installazione di tubi in linea – Confronto parallelo e perpendicolare 

Per l'installazione del serbatoio:

Per le installazioni in serbatoi, recipienti o reattori, non solo l'elemento sensibile SRD deve essere libero da ostruzioni, ma la sonda del sensore deve essere lontana da oggetti in movimento che potrebbero colpire l'unità durante il funzionamento.

Rheonics le soluzioni più comuni per l'installazione nei serbatoi sono l'uso dell'adattatore per montaggio sul serbatoio – TMA-34N e l'uso di sonde a inserimento lunghe come SRD-X5. Entrambi consentono un'installazione sicura e affidabile senza la necessità di svuotare il serbatoio. La tabella successiva confronta entrambe le opzioni.

Tabella 5: Installazione del serbatoio in linea – Confronto tra adattatore per montaggio su serbatoio e sonda a inserimento lungo 

Per un ulteriore esame, visitare l'articolo su a confronto tra installazione in linea in serbatoio e tubazione. 

Calibrazione e test: 

Una volta installato, il densimetro deve essere testato per garantire misurazioni accurate. Questa fase include la verifica che le letture del contatore corrispondano alla densità nota del liquame e la regolazione del contatore secondo necessità.

Integrazione con sistemi di controllo: 

Il densimetro dovrebbe essere integrato con i sistemi di controllo. Ciò consente la regolazione automatica della velocità di alimentazione in risposta ai cambiamenti nella densità del liquame.

Seguendo questa strategia di implementazione, è possibile garantire un'installazione e un funzionamento di successo di un monitoraggio in linea automaticooring e sistema di controllo per il latte di liquame di calce. Ciò porterà a un migliore controllo del processo, a una qualità uniforme del liquame e a migliori prestazioni del prodotto finale.

Migliori pratiche per il mantenimento di Monitoring e sistemi di controllo

1. Assicurarsi che tutto il carbonato di calcio abbia reagito con l'acqua per formare una sospensione stabile; ciò richiede del tempo. La misurazione SRD può mostrare quando la densità (e la viscosità) si è stabilizzata, il che significa una stabilizzazione completa.
2. Verifica regolare della calibrazione del densimetro in linea, garantendo misurazioni affidabili.
3. Manutenzione e pulizia periodiche del densimetro per evitare incrostazioni e garantire il corretto funzionamento.
4. Ispezione di routine del controller PID e di altre apparecchiature di controllo per mantenere un sistema complessivamente ottimizzato.
5. Formazione adeguata del personale preposto al monitoraggiooring e sistemi di controllo per gestire le variazioni delle materie prime, risolvere potenziali problemi e garantire la sicurezza.
6. Implementazione delle procedure operative standard (SOP) per monitoring, controllo e reporting per facilitare la comunicazione e mantenere un flusso di lavoro coerente ed efficiente.

Utilizzando un monitoraggio in linea automaticooring e metodo di controllo, gli operatori possono mantenere e controllare con sicurezza la qualità del latte del liquame di calce per ottenere le prestazioni e la sicurezza del prodotto finale desiderato.

5. CONCLUSIONE

Monitoring e il controllo del latte del liquame di calce è un aspetto critico di molti processi industriali. La scelta della tecnica dovrebbe considerare fattori quali precisione, dimensione del sistema e frequenza dei cambiamenti di concentrazione. Tuttavia, per prestazioni ottimali e qualità costante, consigliamo di utilizzare un monitoraggio in linea automaticooring e metodo di controllo. Una corretta manutenzione e aderenza alle SOP garantiranno risultati affidabili fornendo allo stesso tempo. Rheonics densimetro di processo in linea con uscita della viscosità, SRD è un'eccellente aggiunta al set di strumenti degli operatori per monitorare, controllare e ottimizzare la consistenza dei loro liquami di calce ottenendo un ROI elevato.

Riferimenti

[1]: Kutlubay, G. (2016) Processo per la produzione di un latte di calce spenta di grande finezza e latte di calce di grande finezza così ottenuto. WO 2016/037972 A9 

[2]:  Kemppainen, J. (2016) Modellazione e validazione del processo di produzione del latte di calce.

[3]: Associazione Nazionale della Calce. Proprietà dei tipici prodotti commerciali a base di calce 

[4]: Panoramica del mercato globale dei liquami di calce 2019-2025, rapporto sulle ricerche di mercato

[5]: S&D Sucden. Flusso del processo dello zuccherocharts

[6]: Wikipedia. Liquame di latte di lime

[7]: Associazione dello zucchero 

[8]: Associazione cartacea 

[9]: Associazione per il trattamento delle acque