CLARIFICACIÓN HORIZONTAL

 Conferencia presentada por Francisco Claver Delgado R . En el Curso: “Algunos Aspectos del Procesamiento de Aceite de Palma”, Bucaramanga - COLOMBIA, Diciembre 1993.


 

OBJETIVO  DE LA CLARIFICACIÓN:  

 

Es una etapa de purificación del aceite  crudo extraído  de las Prensas, con el fin de eliminar el agua, el lodo y la materia celular.

Para tener una Clarificación eficiente se requiere:

a)  Desarenamiento estático:  Desarenador  con  conos de  drenaje donde se decantan y evacuan la arena e impurezas pesadas.

b)  Tamizado del aceite bruto (mezcla de aceite,  agua,  lodos  y materia celular):  Para eliminar la materia celular, materias extrañas  de  mayor tamaño y facilitar la separación  de  los Demás componentes de la mezcla.

C),  Bombeo de la Mezcla:  Se hace ya sea  por Bombas  Centrifugas de   bajas  revoluciones  o por  Bombas  de  Diafragmas.  Las primeras  emulsifican y dificultan la decantación; las  segundas  realizan un bombeo por sistema de bache continuo que permite  que  la mezcla no se emulsifique  y  por   consiguiente facilita la decantación y recuperación del aceite.

D)  Calentamiento   de  la mezcla :  Con  calentadores  de  vapor directo,  con Serpentín o con Intercambiadores de  tubos;  es necesario  subir la temperatura entre 90 grados a  95  grados para que la mezcla pueda separarse por decantación  estática.

e)  Separador primario o Clarificador  Horizontal  Continuo:   En este  equipo  ocurre la separación por  decantación  estática debido  a  la  diferencia de densidad y con la  ayuda  de  la temperatura, de los dos componentes principales de la mezcla: aceite  y las aguas lodosas.   El aceite recuperado  contiene algo de humedad y lodos livianos que es  necesario   eliminar para obtener una buena calidad del aceite.

Las  aguas lodosas por su parte, contienen lodos, agua y  una porción  de  aceite  que no es  recuperado  en  el  Separador primario y que es necesario hacerlo en forma dinámica con  la ayuda de las Centrífugas deslodadoras y los Decanters.

En   el  Separador  Primario, se  busca  recuperar  la  mayor cantidad posible del aceite.

 

DESCRIPCIÓN  DE  LA CLARIFICACIÓN HORIZONTAL:

 

Es  un  tanque de forma cuadrangular  horizontal,  más largo  que ancho,  con  dos  (2)  troncopirámides  en  el  fondo  con  aislamiento  térmico  para  conservación  de la temperatura.  Provisto de  un  colector  de  alimentación en el extremo  anterior y   de otro  colector  de  descarga  de las aguas lodosas en el  extremo posterior,  asi  como  de un dispositivo de altura ajustable para la  salida  del  aceite.   La mezcla de aceite, agua, lodos  entra suavemente  por  el   colector   de   alimentación  y  durante  el recorrido  a  lo  largo  del  equipo  el  aceite  va   separándose de  la   mayor   parte   de  los   sólidos   en   suspensión   que permanecen en el  agua.  El aceite con humedad  y lodos livianos, sale  por  medio del dispositivo especial de altura ajustable que lo recoje  en  la parte más alta de la capa superior.   Las aguas lodosas  con algún contenido de aceite (6% a 10%)  en cambio,  se evacúan mediante un colector en el extremo final que las toma del fondo.  El nivel de descarga de las aguas lodosas está situado un un poco más bajo que el nivel de descarga del aceite y esto es logico debido a que el agua es más pesada que el aceite.  Si el dispositivo de ajuste de la salida  del aceite  se coloca a un mayor nivel, la capa de aceite será más alta y ocurre lo  contrario  si el ajuste es hacia abajo. La cantidad de líquido bruto alimentado al sistema y el tamaño de la capa de aceite determinan  el tiempo de retención del  aceite en el separador estático.

 

El  separador  funciona  en forma continua y se ajusta automáticamente al tipo de alimentación.  Es recomendable mantener una capa de  aceite,  en  el separador, de 50 a 60 cms  para  darle  buena residencia  a los lodos y evitar que estos arrastren aceite.   Si la capa de aceite es pequeña entonces los lodos salen rápidamente del separador aumentando las pérdidas de aceite.

 

Unas  Válvulas  de  drenaje están provistas en  los  fondos  para evacuar  arena  y  otros sedimentos, una o  dos  veces  por  día, dependiendo de la cantidad que traiga consigo  la materia  prima; Es buena práctica pasar estos drenajes a los tanques de lodos que alimentan las Centrifugas deslodadoras.

 

En  algunas  Extractoras  han establecido  no   realizar   estos drenajes,  porque  si  no  se es consciente al hacerlos, se puede perder   una   cantidad  de  aceite.  

 

PRINCIPIO FÍSICO DE LA DECANTACIÓN ESTÁTICA:

 

Da  =  Densidad especifica del aceite

DI  =  Densidad especifica de las aguas lodosas

V   =  Volumen de la gota de aceite

Fa' =  Fuerza de ascenso en el vacío de la gota de aceite

Fa  =  Fuerza neta de ascenso de la gota de aceite

Wa  =  Peso de la gota de aceite

f   =  Fricción de la gota de aceite con las aguas lodosas

 

Fa' =  V x DI

  Wa  =  V x Da

Entonces:

 

Fa  =  Fa' - Wa - f

Fa  =  V * DI - V * Da - f

Fa  =  V (DI - Da) - f

Aprox. DI - Da = 0.1  entre 40  °C a 100   °C

Fa  =  0.1 V - f

Por consiguiente:  Fa es más grande si V es más grande.

 

La   velocidad  de  separación  del  aceite  puro  de  la  mezcla bruta,  depende  del  tamaño  del Glóbulo  o  Celda  del  aceite, entre   más   grande   sea    éste    más    rápida    será    la recuperación;  de   ahi  la  importancia   de  no   repartir   el aceite    en    partes    muy   pequeñas   y   de   no   producir emulsificaciones   (tener  en cuenta para el sistema de bombeo de la mezcla al calentador de aceite).

Sinembargo,   de  todas  formas,  el aceite bruto proveniente  de la  extracción  contiene  una pequeña cantidad de aceite suspendído,  en  formas  de  pequeñas  celdas de un tamaño del  orden  de los  micrones,  que  en  la práctica no pueden ser  separadas  en el separador primario y constituyen una pérdida permanente.

 

Un  incremento  en  esta  pérdida   ocurre  bajo  las  siguientes condiciones:

- Operación  por largo tiempo del Digestor lleno teniendo  la Prensa parada.

- Cuando hay ebullición de la mezcla de aceite crudo.

- Por  cavitación de las Bombas Centrifugas debido a la  alta temperatura de la mezcla de aceite crudo.

El  uso   de  vapor  directo  tiende a atomizar  el  aceite  que ocasiona  emulsificación del  mismo;  pero  no se puede dejar  de aplicar  este  procedimiento  porque  es el más eficiente  método de  mantener   temperatura,  cuando   hay   deficiencias   en  la generación de vapor. 

 

TIEMPO DE RESIDENCIA:

 

En    la  Clarificación   estática,  su   rendimiento    depende básicamente   del   tiempo  de  residencia  (buena  capacidad)  y podría  pensarse  que  un  tiempo  de  por lo menos  4  horas  de residencia  seria  lo  ideal  para  los clarificadores  del  tipo horizontal, aunque con dos (2) horas hay buena capa de aceite.

De todas formas, la experiencia, ha demostrado que entre mayor sea la capacidad de este equipo contra la capacidad de  procesamiento de  fruta, más eficiencia se tiene y se recupera más cantidad  de aceite sin tanto apremio.

 

Para  determinar  el  tiempo de  residencia  en  una  extractora, conociendo   su   capacidad  de   procesamiento,   capacidad   de clarificación, extracción de aceite y la dilución, tenemos:

 

TR  =  Tiempo de residencia en horas

Vm  =  Mezcla  (aceite,  agua, lodos)  a  la  clarificación  en Ton/hora.

Fp  =  Cantidad de fruta procesada en Ton/hora.

Ac  =  Cantidad de aceite a la clarificación en Ton/hora.

Ve' =  Capacidad del Clarificador en Ton.

Ve  =  Volumen del Clarificador en m3

%E  =  Extracción de aceite % Fp

D  =  Densidad promedio de la mezcla (0.90)

 

Para  entender el procedimiento, vamos a exponer el caso  de  una extractora de 20 Ton/hora FFB, con 23% de extracción de aceite  y un  volumen  de  clarificación de 32 m3 .  Cuál es  el  tiempo  de residencia en la clarificación, si:

a)  Dilución  es 1 a 1

b)  Dilución es  1 a 0.75

En primera instancia tenemos:

Fp  =  20 Ton/hora

%E  =  23%

Vc  =  32 m3

 

 D = ( Vc' / Vc )

 Vc' =  D  x  Vc

 Vc' =  (0.9 ) x ( 32 ) = 28.8 Ton.

 

Ac  =  Fp x %E

Ac  =  20 x 23%  =  4.6 Ton/hora de aceite

 

a) Dilución 1 a 1

Significa  que teóricamente tenemos 35% de aceite y 35%  de  agua del total de Vm.

Vm  =  Ac x (100/35)

Vm  =  4.6 x (100/35) = 13.1 Ton/hora de mezcla

así la composición de esta mezcla sería:

4.6 Ton/hora aceite (35%)

4.6 Ton/hora agua   (35%)

3.9 Ton/hora lodos  (30%)

                                                               13.1 Ton/hora de mezcla                                                               

TR   =    ( Vc' / Vm ) = (28.8/13.1) = 2.2 horas

 

b)  Dilución 1 a 0.75

 

Significa en este caso, que estamos agregando el 75% del agua que en el caso de la dilución 1:1, asi que la nueva composición  de la mezcla es:

4.6 Ton/hora aceite (38.3%)

3.5 Ton/hora agua   (29.2%)

3.9 Ton/hora lodos  (32.5%)

                                                          12.0 Ton/hora de mezcla                                                              

TR = ( 28.8 / 12.0 ) = 2.4 horas

 

Para  determinar la capacidad del Separador primario,  conociendo la capacidad de procesamiento de fruta y el tiempo de residencia:

 

Vamos a suponer una extractora de 15 Ton/hora FFB, con un  tiempo de  residencia  en  la clarificación de 2.5 horas.   Cuál  es  la capacidad del Clarificador horizontal?

TR = ( Vc´ / Vm )    de donde    2.5 = ( Vc´/ Vm )

                                               Vm = ( 62% al 70% ) x Fp  para dilución 1 a 1

                                               Depende del potencial de aceite de la fruta.

Asumimos  70%,  porque desconocemos el % de  extracción  en  esta planta de beneficio primario.

Vm  =  70% x 15  =  10.5 Ton/hora

Vc' =  2.5 x Vm  =   2.5 x 10.5 Ton/hora =  26.3 Ton.

Vc = ( Vc´ / D ) = ( 26.3 / 0.9 )

Con estos datos  podemos concluir que un exceso  en  la capacidad del  separador  primario, no perjudica ni es excesiva y en cambio un   defecto  causa  grandes  complicaciones  y pérdidas  en   la recuperación  del  objetivo  principal de las Extractor as que  es el  aceite.   Ver  anexos TIEMPO  DE  RESIDENCIA  EN  EXTRACTORAS COLOMBIANAS/EXTRANJERAS.

 

TEMPERATURA:

 

En  todo  el  proceso,  la relativa alta temperatura es  de primordial importancia porque la viscosidad  del  aceite  influye en su  recuperación,  pero  se  debe  tener  la  precaución de no recalentarlo  porque  tendríamos  deterioro  de  la  calidad  con con respecto a la fijación de su color y  la  oxidación que es un buen   problema   en   el   proceso  de  la  refinación.  Lo más importante en  la  etapa  previa  a la  decantación,  es mantener la   temperatura   de  la  mezcla  lo  más  alto  que  se  pueda sin caer  en  la  oxidación. La oxidación comienza más o menos a los 110 grados  centígrados,  es  por   esta razón que la temperatura ideal es de 90  a  95 grados centígrados. Si la mezcla  a  separar se mantiene con baja temperatura, entonces la densidad del aceite se asemejará  la densidad de  las  aguas lodosas,   dificultando  la  separación  estática  y   aumentando considerablemente las pérdidas de aceite.

 

DENSIDAD DEL ACEITE:

 

La densidad del aceite es la relación entre su peso y su volumen, y en este caso está afectada por la temperatura. Aplicando  el  método de la norma AOAC  26.004  establecida  para aceites,  grasas y ceras; podemos determinar la variación  de  la densidad  con  respecto  a un cambio de  temperatura,  usando  la siguiente expresión:

 

D'  =  D  -  0.000675  (T - 30  °C)

 

Donde:

D"  =  Densidad a una temperatura T

D   =  Densidad a una temperatura de 30  °C

T   =  Temperatura para D'

0.000675  Factor de corrección para 1 °C

 

Ejemplo:  Vamos a determinar la densidad del aceite de palma para una temperatura de 93 °C

D'  =  0.9048 - 0.000675 (93°C – 30°C)

D'  =  0.862275

De la misma forma, podemos encontrar la densidad para cualquier temperatura.  Ver anexo DENSIDAD DEL ACEITE DE PALMA AFRICANA  EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA.

 

DILUCIÓN:

 

La  dilución  usada  en  la Clarificación es de 1:1 (35% agua  Vs 35%  aceite),  Encontrada  experimentalmente  y que  dependen  de varios   factores  tales  como  sólidos, tipo de suelo,  tipo  de cosecha,   etc.;  estas  condiciones  son  diferentes  en   cada sitio,   por   lo tanto  es  necesario  experimentar  con  varias diluciones para encontrar la que se ajuste a nuestro caso. "La  Clarificación  con  exceso de  agua se vuelve Ineficiente  y no puede dejar de echarle agua porque se vuelve  Ineficiente"  Ing. CARLOS BELTRAN.

 

Es  tan  importante  hacerle  un  buen control a la dilución  que en   algunas  Extractoras   están programando  la  implementación del   Control   Automático  de  la dilución en  la Clarificación, para   garantizar   continuamente  la homogeneidad de  la  misma, puesto  que  la  operación  manual no  lo garantiza,  a pesar  de las  verificaciones  por  laboratorio  que  se realizan  con  una regularidad, pues el capricho de los operarios es algo difícil de controlar.

 

EFECTOS DE LA MADUREZ SOBRE LA CLARIFICACIÓN

Uno de los factores que dificultan  la Clarificación  es el grado de  "madurez" del fruto; el fruto verde ocasiona la formación  de una "Tercera Capa" o capa intermedia entre el aceite y las  aguas lodosas.  Esta capa está constituida por sustancias coloidales  y mucilagos (almidones, pectinas y otros carbohidratos), que causan dificultades  y  ocasionan aumentos de pérdidas de aceite  en  la Clarificación.

Existen parámetros fundamentales que influyen directamente en  la separación  del  aceite, entre los cuales tenemos la edad de la palma y el grado de maduración de los racimos.

Las  Palmas  jóvenes de fruto TENERA asi como los  frutos  verdes contienen  mayor cantidad de almidones y sustancias pecticas  que las palmas adultas y/o maduras.

Es   bueno  aclarar  que  el  grado de maduración de la fruta  de palma  africana,  cambia  de  una  región  a otra, y  depende  de factores  climáticos  tales  como las lluvias y la influencia  de la  radiación  solar.   Por consiguiente la maduración  irregular o  no  completa  es  la consecuencia de un largo verano anterior, falta  de  buen  riego y falta de radiación solar, caso típico de la Zona Norte.

 

INNOVACIONES EN EL CLARIFICADOR HORIZONTAL:

Últimamente  se han introducido en estos equipos,  unos  pequeños cambios que ayudan a un mejor desempeño de los mismos.

El  Dispositivo  de altura variable con  antiespumante,  ha  sido reemplazado  por una cubeta de casi el mismo ancho del  separador con un  antiespumante  y  conservando  la  condición  de  altura variable, lo que permite recuperar en forma más rápida el aceite.

A  cambio de los tradicionales tomamuestras, se están  instalando mirillas  rectangulares en vidrio para observar  directamente  el comportamiento de la separación de la mezcla.  Tienen instalación de  vapor directo en los conos mediante eyectores, usado para  el arranque  del equipo (romper almidones) y un Serpentín  de  vapor que  sirve  para  ayudar a mantener la  temperatura  sin  que  se presente ebullición de la mezcla.

De  otro lado es bueno considerar la sección transversal  de  los Clarificadores:  Generalmente en el horizontal ésta área es mayor que en el vertical, obteniéndose una mayor posibilidad que  todas las  gotas de aceite asciendan más rápidamente a  la  superficie, evitando  saturaciones  del mismo cuando el  proceso  general  es continuo (24 horas).

 

 

TIEMPO DE RESIDENCIA (Horas) EN PLANTAS DE BENEFICIO PRIMARIO COLOMBIANAS

PLANTA

Clarificación

( m3 / ton )

Prensado

( ton / hora )

% clarific / prensado

Residencia

Dilucion 1 : 1

Residencia

Dilución 1 : 0.75

1 30 / 27 25 108 1.5 1.7
2 32 / 28.8 20 144 2.2 2.4
3 32 / 28.8 17 169 2.5 2.8
4 30 / 27 20 135 2.1 2.3
5 30 / 27 18 150 2.4 2.7

 

 

 TIEMPO DE RESIDENCIA (Horas) EN PLANTAS DE BENEFICIO PRIMARIO EXTRANJERAS

PLANTA

Clarificación

(  ton  )

Prensado

( ton / hora )

% clarific / prensado

Residencia

Dilucion 1 : 1

Residencia

Dilución 1 : 0.75

KLUANG 40 12 334 5.4 6.3
KLUANG 40 24 167 2.7 3.2
KLUANG 40 36 111 1.8 2.1
TUNGUD 30 12 250 4.0 4.6
TUNGUD 30 24 125 2.0 2.3
TUNGUD 30 36 83 1.3 1.5
LOBE 15 16 94 1.5 1.7
N'DIAN 20 28 72 1.2 1.4