Aspectos Basicos Del Secado

7/23/2019 Aspectos Basicos Del Secado

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From liquid - to powder - to perfection

Temas básicos en el secado

por aspersión



PTS-Anhydro A10eng. - page 2

Temas principales en el secado por aspersiónIntroducción

Principios del secado

Formación de la partícula

Calentamiento del aire

Diseño de la cámara

Separación del producto seco y aspectosambientales

Detalles en el diseño

Control del sistema de secadoSeguridad en el secado

Economía en la operación




Introducción




Secado por aspersión - Introducción

Definición.- Es la transformación de un líquido en

un polvo al convertir el líquido en una nube de

particulas y ponerlas en contacto con un gas

caliente.

Antecedentes.- Se conocen aplicaciones

industr iales en leche y detergentes desde 1920,

sin embargo mucho antes de esta fecha seconocen los principios del secado por

aspersión, en la literatura y los patentes se

tienen algunos referentes al huevo desde 1865,

el pionero es el Sr. Samuel Percy y sus

patentes de 1872.




Selección del tipo de secado de acuerdo a las

características físicas de la alimentación

El secado de acuerdo a las características

de Alimentación

Liquido (solución)

Liquido (concentrado)

Lechada (Slurry)

Suspensión

Pasta, bombeable

Pasta, no- bombeable

Torta de filtración (Filter cake), cohesiva

Torta de filtración (Filter cake), no-cohesiva

Partículas

Granulados, aglomerados

Polvo

S p r a y d

r y e r

F l u i d b

e d

S p i n f l a s

h d r y e r




Usos en el área de lácteos

Fórmulas Lácteas

Leche en polvo descremada

Leche en polvo enteraPolvo de alta grasa

Polvo de Yoghurt

Bases para productos lácteos

Lactosa

Suero de Leche

035




Usos en el área de alimentos

Huevo

Gelatina

Sabores Naturales

Extractos de hierbas

Café y Té

Jugos de frutas

Crema de cocoLevadura

Ingredientes:

Maltodextrina, etc.




Usos en el área Química

Químicos a granel

Químicos finosColorantes

Petroquímicos

Agroquímicos

Fertilizantes

Productos

Biotecnológicos

Detergentes




Principios de secado




Balance de energía y materia

1

2

3

4

1. Entrada de aire (Ga), (Ta)1, (Qa)1,( H1)

2. Entrada de producto (MS), (Ts)1, (Qs)1,( Ws)1.

3. Salida de aire (Ga), (Ta)2, (Qa)2,( H2)

4. Entrada de producto (MS), (Ts)2, (Qs)2,

( Ws)2.

Premisas= lo que entra es igual a lo que sale

El calor que entra es igual al que sale mas lo que se pierdeMs: Kg/hr sólidos B.S.

Ws: humedad de los

sólidos por kg B.S.Ts: Temperatura del

producto

Ta: temperatura del aire

H: humedad absoluta del

aire




Carta Psicométrica

Vapor de agua en

el aire a 1.0133

bar

0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20

100

50

400

350

300

250

200

150

8000

6000

5000

4000

3000

X kJ/kg

Δ H / Δ X

k J / k g

H k J / k g

6 0 0 5 0 0

4 0 0 3 0 0

2 0 0 1 0 0

1.2

1.1

1.0

0 .9

0 .8

0 .7

0 .6

p r o p a n e

toC

rkg/m3

o i l

n a

t .

g a s

4 0

, 0 0

0

2 0

, 0 0

0

Secado por Aspersión – Principios de secado




Etapas del secado por aspersión

• Atomización de la alimentación al Secador

Rotatorio

Boquillas

• Contacto de la nube de aspersión con el aire:

Co- corriente

Contra-corriente

Mixto

• Evaporación de la nube

• Separación del producto seco del aire de secado

Separación parcial en la cámara

Separación del polvo en la unidad de separación





El secado de gotas en aire caliente

Relación entre la

temperatura del

aire y la del

producto y el

tiempo del

secado

100

500

200

300

400

Temperatura del aire

Temperatura del producto

Principio del secado

1

23 4

5

1 Transferencia de calor al sólido por convección

2 Transferencia de calor interna

3 Evaporación

4 Difusión interna del vapor de agua

5 Transferencia de masa externa por convección del agua al

aire

Fin del secado

Temperaturao

C





Perfil Típico de Temperatura

dentro de un Secador 200 -110 oC

110 -105 oC

105 -100 oC

100 - 95 oC

95 - 80 oC

80 - 60o

C60 - oC

T entrada : 200 oC

T salida : 100 oC





Efecto de la temperatura de entrada

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

6500

7000

7500

8000

100 130 160 190 220 250 280 310 340 370 400

Temperatura de entrada de aire,oC

C o n s u m o d e e n e r g í a ,

K J / k g

Temperatura de salida

40 0C arriba del punto de roció








Atomizadores Centrífugos

Atomizadores

centrífugos de

0,5 - 1200 kW.

Atomizadores

acoplados directa e

indirectamente

Capacidades hasta

100 t/h




Secado por Aspersión – Formación de la partícula

El distribuidor de aire y un atomizador rotatorio




H19P nozzle atomizer

Las lanzas individuales se pueden cambiar durante la

operación

Secado por Aspersión – Formación de la partícula




Secado por Aspersión – formación de la partícula

HP nozzle atomizer “ Atomizador de alta

presión”El Atomizador HP es flexible y permite regresar los

finos para su aglomeración.

Central

nozzle

Product

Product

Fines

Air

distributor

Peripheral

nozzle





Micro photos

Típicas Fotos de partículas formadas por atomización

Pressure nozzle atomization

Centrifugal atomization





La operación de aspersión es afectada por: La presión, densidad del

líquido y la viscosidad del líquido.

• El ángulo de Aspersión: se requiere un mínimo de presión para generarun ángulo de espreado 1.4 atm. (20 psi), al aumentar la presión

disminuye el ángulo.

• Efectos de las variables en el tamaño de partícula:

Efecto de la capacidad en el tamaño de la partícula, Normalmente si se trabajapor debajo de la capacidad de la boquilla, el tamaño de la partícula ira

disminuyendo hasta llegar a la capacidad. El flujo está ligado a la presión.

Partículas más pequeñas se formaran con boquillas de mayor ángulo.

A mayor presión menor tamaño de partícula.

A mayor viscosidad mayor tamaño de partícula. La viscosidad está relacionada

con la densidad (mayor o menor materia) y la temperatura.




Secado por Aspersión – Calentamiento de Aire

Clasificaciones de tipo de Calentadores

• Directo: GN, GLP, Combustoleo

• Indirecto: GN, GLP, Vapor, Electr icidad, Líquido térmico

Calentamiento de Aire





Requerimiento específico de aire para secado

10

100

1000

0 50 100 150 200 250

Temperatura de Aire de entrada C

k g A i r e p

o r k g a g u a e v a p





Clasificaciones de tipo de secadores

Directo e indirecto





Calentador indirecto de gas




Secado por Aspersión – Diseño de la Cámara






Distribución del tamaño de la partícula

1

10

100

1 10 100 1000

Diámetro de la partícula en mm.

P o r c e n t a j e e n p e s o

en una etapa Dos etapas Tres etapas

Multi etapas SBD agglomerador.





Flujo de Aire y producto

A = Aire

F = Producto (Feed) A

F

Co-Current

Counter-Current Mixed Flow

A

AF

AF

A

A AF

A

F F A F A

A




Sistema de Secado por aspersión en

la Industria Láctea y de Alimentos

Secado en una etapa (1CSD)






Secado en dos etapas (2CSD)

Salida de producto






Secado en 3 etapas con retorno de finos

(3CSD)

1 Calentador de aire

2 Distribuidor de

aire

3 Atomizador

4 Sist. alimentación

5 Cámara desecado

6 L.F. integrado

7 L.F. externo

8 Manejo de aire del

L.F.

9 Ciclón recolector 10 Filtro de bolsas

12

3

5

4

6

8 7

9

10








Secado por Aspersión – Aspectos técnicos

•Ciclones

•Filtros de bolsas•Lavador húmedo

•Precipitador electrostático

•Oxidador térmico (VOC)

Separación del producto seco y

aspectos ambientales




Separación del producto seco y aspectos

ambientales

Recuperación de Producto




Separación del producto seco y aspectos ambientales

Filtro de Bolsas CIP-able

Aire limpio Aire de limpieza por pulsos

Finos en limpiezaSeparación de producto





ambientales

Environmental concerns - scrubber





ambientales

Filtro de bolsas.




Secado por Aspersión – Detalles de diseño

Detalles de Diseño del secado por aspersión





Tiempo de residencia

Corto.- De 10 a 15 segundos, recomendado pata polvos

finos no sensitivos al tratamiento térmico,conteniendo altas cantidades de humedad no l igada,no higroscópicos.

Medio.- de 25 a 35 segundos, recomendado para polvossemi-gruesos con tamaño medio de partícula por

debajo de 180 micras, para productos sensitivos yresistentes al tratamiento térmico, humedad residualrequerida baja (3 al 1%), higroscópicos.

Largo. - 40 segundos o mas, recomendado para polvosmuy gruesos con tamaño medio de partícula de 200

a 275 micras, no sensibles al tratamiento térmico yhumedad residual muy baja (menor a 0.5%)





Temperatura de entrada

Se usa el mayor valor posible basado en la sensibil idad al

tratamiento térmico, efecto del calor en la estructura química del

producto (degradación o descomposición), riesgo de explosión o

incendio del producto, ,máxima temperatura recomendable para la

operación del equipo.

Temperatura de salida

La determina la humedad residual requerida.

S d A ió D t ll d di ñ




Generalidades para selección de sistema de atomización

Condición Atomización

Rotatoria Boquillas

Cámara de secado

Co — corriente si si

Contra corriente no si

Flujo cruzado no si

Rotatoria Boquillas

Propiedades de la alimentación

Soluciones y emulsiones

Baja viscosidad si si

Al ta viscosidad si no

Emulsiones

No abrasiva si si

Medio abrasiva si si

Muy abrasiva si no

Flujo de alimentación

Menor a 3 m3/hr si si

Mayor a 3 m3/hr si no

Gota/Tamaño de partícula (mean)

De 30 a 120 micras si no

De 120 o 250 micras no si





Sistema de separación y limpieza del aire

De bajo costo y mantenimiento con facil idad de

limpieza, la mejor opción son los ciclones. Decosto medio, muy eficiente y específicamentepara plantas de descarga en un solo punto yproductos de alto valor, con temperaturas deaire exhausto por debajo de los 110ºC, lorecomendable son los fil tros de bolsas.

Cuando la recuperación de producto esimportante, pero es más los requerimientosambientales. la combinación de ciclones ylavador húmedo es lo mas adecuado.

En caso de presentar alto volúmenes de VOC’s serequerirá de un oxidador térmico o un lavadorHúmedo químico





La combinación de Venti lador de suministro y Exhausto

El ventilador de suministro es colocado en el lado de entrada de aire a lacámara. Este venti lador fuerza el aire a través del calentador y el dispersorde aire hasta que entra en la cámara y el ventilador de exhausto evacua elaire introducido a la cámara, más el agua evaporada y los aires auxil iares delsistema.

Usando esta combinación, el sistema obtiene gran flexibil idad en lo querespecta a la presión de operación de la cámara. El venti lador de suministroesta dimensionado para balancear el venti lador de exhausto y la cámarapuede operar a presiones cerca de la atmosférica si se requiere- Lo normales operar la cámara a una presión que osci la de cero a —10 mm c.a.

La presión de operación de la cámara con frecuencia controla la carga de polvoque el aire exhausto acarrea hacia el sistema de separación y l impieza de

gases. De esta manera, la presión de operación de la cámara puede serajustada para obtener la carga de polvo óptima para eficientar la operacióndel sistema de separación y l impieza de gases.





Presión de operación de la cámara.El correcto balance entre los ventiladores de suministro y exhausto, determina la

presión de operación de la cámara. De esta manera, por medio de la apertura

de las compuertas de regulación de flujo incorporadas a la succión de losventiladores o en la actualidad la uti lización de variadores de frecuencia, sepuede variar el flujo de aire que desplaza cada venti lador Por ejemplo, si laapertura de la compuerta del venti lador de suministro excede la capacidad deevacuación (incluyendo aires auxiliares y la evaporación) del ventilador deexhausto, entonces el sistema se presiona y se presentan anomalías en ladistribución del aire, depósi tos en las paredes de la cámara, alto acarreo de

polvo al sistema de limpieza, alta temperatura de producto, etcEn el caso contrario, la cámara trabaja en una condic ión de alto vacío, causando

primero una reducción en la capacidad de la planta (por la falta de aire secopara transportar el agua evaporada), disminución de la temperatura deexhausto y aumento en la humedad residual del producto.

En la condición de vacío existe por lo regular un sistema de protección

(interruptor de baja presión), que inhabilita el ventilador de exhausto paraprevenir una situación de colapsamiento de la cámara





Criterios importantes en el diseño de una

planta de secado por aspersión

Capacidad

Propiedad del producto

Seguridad

Habilidad de la planta (tiempos muertos,cambios de producto)

Consideraciones ambientales

Costos de operación





Secado por Aspersión – Control del sistema

Control del Sistema de Secado por Aspersión









Ajuste de la presión de Operación

El ajuste de la presión de operación de la cámara se efectúa através del control de la apertura de la compuerta de regulaciónde flujo del venti lador de exhausto. Esta apertura esta regidapor un controlador de presión localizado en el cuerpo delsecador y transmite una señal de apertura o cierre que esdirectamente proporcional al vacío de la cámara, esto es, altovacío, entonces cierra la compuerta y viceversa.

La presión dentro del secador, de esta manera, solo varia por lamanipulación de la apertura/cierre de la compuerta deregulación de flujo de aire del ventilador de suministro,haciéndose la compensación al punto de ajuste (set point) delcontrolador, por medio de la apertura/cierre de la compuertadel ventilador de exhausto.





Control de la temperaturas de Operación

Temperatura de entrada.-

Es normalmente constante, manteniendo de esta manera unaentrada fija de energía al sistema, por medio del control de flujode combustible (en el caso de calentadores directos o indirectos)o el de vapor (en el caso de calentadores de aire indirectos)

Temperatura de salida o del aire exhaustoDado que la temperatura de entrada es preferible mantenerla

constante, la temperatura de salida del sistema es controlada pormedio de un loop que ajusta la cantidad de alimentación enviadaal sistema. El control de este flujo puede ser por medio de unaválvula de control o por medio de la variación de la velocidad dela bomba de alimentación.





Seguridad en la Operación de Secado

Secado por Aspersión – Seguridad

S d A ió S id d




Métodos para protegerse de una explosión de polvo

Métodos:

• Venteo

• Supresión

• Contención

• Gas inerte como medio de secado


S d A ió S id d




Venteo

Ventajas:

• Tecnología ampliamente conocida e

información para su dimensionamiento

• Relativamente baja inversión

Desventajas:

• El producto se lanza a la atmósfera

• Mayor efecto psicológico cuando se activa

• Menor flexibil idad en el arreglo de planta ( Plantlayout).


S d A ió S id d




Venteo de una explosión de polvo


S d A ió S id d




Supresión

Ventajas:

• Contiene la explosión dentro del secador

Desventajas:

• Muy alto costo de inversión• Requiere servicio de mantenimiento constante

de especialistas

• Requiere de mucha instrumentación

• Contamina la planta y el producto si se activapor error


Secado por Aspersión Seguridad




Contención

Ventajas:• Contiene la explosión

• No requiere instrumentación especial

• No se util iza ningún medio de extinción

Desventajas:

• Se requiere equipo diseñado a muy altas

presiones

• El mantenimiento y l impieza de la planta se

dificulta• Costo de inversión muy alto






Gas inerte como medio de secado

Ventajas:• Elimina la posibilidad de que ocurra una

explosión

• Virtualmente ninguna cantidad de gas escapara

de la planta

Desventaja:

• Mayor complicación del diseño de la planta y del

control

• Consume gas inerte• Consume agua de enfriamiento






Explosión

Factores que se requieren:• Producto flamable

• Oxigeno

• Fuente de ignición

Medidas para contrarrestar la explosión:

• Remover el oxigeno

• Eliminar las fuentes de ignición








Diagrama de una planta de circuito cerrado

A

13

2

B

6 G

F

4

D

5

E

C

A alimentaciónB vapor

C agua de enfriamiento

D polvo

E solvente

F nitrógeno

G venteo de gas

1 Tanque de

alimentación

2 atomizador

3 Cámara de secado

4 ciclón

5 condensador

6 Calentador de gas






Secador por aspersión de circuito cerrado






Sistema de bajo oxigeno (Lo-Ox)

Air heater

Combustion

air inlet

Air outlet

Powder

outletCondensate

Scrubber/

condenser

Air inlet






Secador por aspersión de bajo oxigeno

(Low-Ox)


Secado por Aspersión – Economía en la operación




Economía en la operación.

• Mayor temperatura posible sin degradar el producto.

• Mayor tiempo de uti lización de la planta en continuo.

• Utilización de los sistemas automáticos de control en

especial los variadores de frecuencia.

• Utilización de sistemas de recuperación de calor.

• Evitar perdidas de calor (fugas).

Secado po spe s ó co o a e a ope ac ó

Secado por Aspersión – Economía en la operación




Sistemas ecológicos de recuperación de calor

p p p

Conclusión




IntroducciónPrincipios del secado


Calentamiento del aire



ambientales

Detalles en el diseño

Control del sistema de secado

Seguridad en el secado

Economía en la operación




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Aspectos Basicos Del Secado