El sistema de horno rotatorio se usa para el procesamiento de materiales y consta de equipos de operación unitaria y otros componentes que se agregan entre sí. Quizás el más importante sea el reactor rotatorio, que se considera el corazón del proceso y, por lo tanto, es importante prestarle atención especial. El reactor rotatorio normalmente es un cilindro horizontal largo inclinado sobre su eje. En la mayoría de las aplicaciones del proceso de horno rotatorio, el objetivo es impulsar reactores de lecho específicos, que, por razones cinéticas o termodinámicas, necesitan temperaturas frecuentemente elevadas.
Existen varios diseños de hornos rotatorios, cada uno específico para el proceso que sea requerido. Aunque la mayoría de los hornos consisten en estructuras cilíndricas rectas, los diseños con forma de campana poseen beneficios que los tamaños de tambor variables pueden aportar a la aplicación del proceso. Con respecto a los accesorios internos del horno, la mayoría de los hornos de combustión directa están revestidos con materiales refractarios por varias razones, pero los propósitos principales son aislar y proteger el casco del horno del daño térmico y ahorrar energía. Los hornos también pueden estar equipados con presas para aumentar el tiempo de residencia del material o con levantadores para ayudar a que los materiales fluyan axialmente. Ofrecemos un diseño mejorado del sistema de elevadores, ampliando la longitud y el diámetro del actual para recuperar y guiar la mayor cantidad de material posible de regreso al proceso.
Dependiendo de la velocidad de rotación del horno, el movimiento del lecho en el plano transversal puede caracterizarse como deslizamiento, hundimiento, rodadura, cascada, catarata y centrifugación. El movimiento del lecho centrífugo ocurre a velocidades críticas y altas. Esta es una condición extrema en la que todo el material del lecho gira con la pared del tambor. El movimiento en cascada ocurre a velocidades de rotación relativamente altas y es una condición en la que la altura del borde delantero del material se eleva por encima de la superficie del lecho y las partículas caen en cascada o en forma de lluvia sobre la superficie libre. Sin embargo, operar el horno rotatorio en cualquiera de estas condiciones es poco común debido a problemas de desgaste y formación de polvo.
Las aplicaciones de secado utilizan la alta exposición de partículas al fluido de transferencia de calor asociada con el modo en cascada y el efecto de separación es causado por el componente de fuerza centrífuga. Por ejemplo, comenzando en el otro extremo, es decir, a velocidades de rotación muy bajas y avanzando progresivamente hacia velocidades más altas, el lecho generalmente pasa del deslizamiento, en el que la mayor parte del material del lecho, en masa, se desliza contra la pared, al hundimiento, por el cual un segmento del material a granel en la cuña de corte se vuelve inestable, cede y se vacía por la pendiente, al rodamiento, que implica una descarga constante sobre la superficie del lecho. En el modo de hundimiento, el ángulo de reposo dinámico varía de manera cíclica, mientras que en el modo de rodadura el ángulo de reposo permanece constante.
En el modo de rodadura, donde se maximiza la mezcla en tambor rotatorio, se pueden discernir dos regiones distintas, la región de cizallamiento, llamada capa activa, formada por partículas cerca de la superficie libre, y la región pasiva o de flujo tapón en la parte inferior donde la velocidad de cizallamiento es cero. El modo particular elegido para una operación depende de la intención de la aplicación.
Debido a la baja eficiencia térmica de los hornos largos anteriores y la necesidad de eficiencia de combustible, la mayoría de los diseños apuntan a maximizar la mezcla y la transferencia de calor. Para lograr esto, los hornos suelen estar equipados con recuperadores de calor, como precalentadores, en los que se recupera parte de la energía de los gases de escape para precalentar la alimentación antes de que ingrese al horno. Aunque los enfriadores se utilizan con frecuencia para enfriar el producto para una manipulación segura del material, también se utilizan para recuperar la energía, que de lo contrario se desperdiciaría, como en los hornos antiguos, para precalentar el aire de combustión y/o para satisfacer otras necesidades energéticas.
Otras características pertinentes incluyen los elementos internos, como las presas de constricción y los levantadores, que afectan el tiempo de residencia. Dado que el cilindro está parcialmente lleno y gira sobre su eje horizontal, el espacio libre o espacio abierto sobre el lecho depende de la profundidad del lecho y, por lo tanto, de la carga del horno.
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