Diseño de una planta industrial para la quema de cascarilla de arroz que posibilite el aprovechamiento de las cenizas como sustituto de Clinker en la producción de cemento

Abstract

Se conoce que a medida que la sociedad crece, más se urbaniza. Esto genera una alta demanda de construcción y consigo en materiales como el cemento, el cual contiene Clinker, un material altamente contaminante. Esto sitúa a la industria cementera como la tercera consumidora de energía industrial y que aporta el 8% de las emisiones a nivel mundial. Es por ello, que innovar la manera en que se produce el hormigón es muy importante para la industria actual. La cascarilla de arroz es un residuo abundante en la producción de arroz ya que representa el 20% en peso de este cereal. Por su difícil disposición, es una problemática para la industria arrocera que no cuentan con una manera de utilizar 100% este producto. Frente a dicho problema, se propone el diseño de una planta industrial de quemado de cascarilla de arroz para la producción de ceniza rica en sílice que permita el reemplazo parcial de clinker en la producción de cemento. Esta propuesta, se basa en diseñar un reactor toroidal compacto dónde se llevará a cabo la combustión, seleccionar otros equipos involucrados en el proceso de producción como el soplador, equipos para transporte de cascarilla y ceniza, almacenamiento de la ceniza y filtrado de gases de combustión que permitan cumplir con las normativas regulatorias de la calidad del aire. Además, se realizó una simulación de flujo del distribuidor de álabes que genera velocidades de deslizamiento mayores a equipos convencionales con menores caídas de presión, menor tiempo de residencia de las partículas y altas transferencias de calor, que incrementan la eficiencia de combustión que al mismo tiempo garantiza una ceniza de mayor calidad. Realizar este proyecto logró identificar los factores que inciden en la fluidización y proceso de combustión en un reactor torbed compacto. Además, se determinó que en el proceso de combustión de la cascarilla, los gases de combustión resultantes pueden ser potencialmente destinados a la producción de energía eléctrica.

It is known that as society grows, the more urbanized it becomes. This generates a high demand for construction and with it, in materials such as cement, which contains clinker, a highly polluting material. This makes the cement industry the third-largest consumer of industrial energy and contributes 8% of global emissions. Therefore, innovating how concrete is produced is very important for today's industry. Rice husks are an abundant residue in rice production, representing 20% by weight of this cereal. Due to its difficult disposal, it is a problem for the rice industry, which does not have a way to use 100% of this product. Faced with this problem, the design of an industrial rice husk burning plant is proposed for the production of silica-rich ash that allows the partial replacement of clinker in the production of cement. This proposal is based on designing a compact toroidal reactor where combustion will be carried out, selecting other equipment involved in the production process such as the blower, equipment for transporting husk and ash, ash storage and combustion gas filtering to comply with air quality regulatory standards. In addition, a flow simulation of the blade distributor was carried out, which generates higher sliding velocities than conventional equipment with lower pressure drops, shorter particle residence time and high heat transfers, which increase combustion efficiency and at the same time guarantee higher quality ash. This project succeeded in identifying the factors that affect the fluidization and combustion process in a compact torbed reactor. In addition, it was determined that in the husk combustion process, the resulting combustion gases can potentially be used for the production of electric energy.