secado y equipos de secado

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Deficinión y conceptos básicos de secado así como los equipos para secado

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SECADO Y EQUIPOS DE SECADO

Definicin

El secado consiste en separar pequeas cantidades de agua u otro liquido de un material slido con el fin de reducir el contenido de lquido residual.

FUNDAMENTO

La operacin de secado es una operacin de transferencia de masa de contacto gas- slido, donde la humedad contenida en el slido se transfiere por evaporacin hacia la fase gaseosa, en base a la diferencia entre la presin de vapor ejercida por el slido hmedo y la presin parcial de vapor de la corriente gaseosa. Cuando estas dos presiones se igualan, se dice que el slido y el gas estn en equilibrio y el proceso de secado cesa.

CLASIFICACIN

En las operaciones continuas pasan continuamente a travs del equipo tanto la sustancia a secar como el gas. La operacin discontinua en la prctica se refiere generalmente a un proceso semicontinuo, en el que se expone una cierta cantidad de sustancia a secar a una corriente de gas que fluye continuamente en la que se evapora la humedad

Clasificacin de secaderos

Secaderos en los que el solido se encuentra directamente expuesto a un gas caliente (generalmente aire) Secaderos en los que el calor es transmitido al solido desde un medio externo tal como vapor de agua condensante, generalmente a travs de una superficie metlica Los secaderos que exponen slidos a un gas caliente se llaman adiabticos o secaderos directos, en los que el calor es transmitido desde u medio externo reciben el nombre de no adiabatismo o secaderos indirectos. Los secaderos calentados por energa radiante, dielctrica o de microondas, tambin son no adiabticos.

Equipos de secadoSecaderos para slidos y pastas

comprenden secaderos de bandejas y de tamices transportadores, para materiales que no se pueden agitar, as como secadores de torre, rotatorios, de tornillo sin fin, de lecho fluidizado y flash, para materiales que se pueden agitar.

Secadores de bandejas

Los secaderos de bandejas resultan convenientes cuando la capacidad de produccin es pequea. Prcticamente pueden secar cualquier producto, pero la mano de obra necesaria para la carga y descarga da lugar a costes de operacin elevados. Frecuentemente se utilizan en el sacado de materiales valiosos tales como colorantes y productos farmacuticos. El secado por circulacin de aire sobre capas estacionarias de slidos es lento y, por consiguiente, los ciclos de secado son largos: de 4 a 48 horas por carga.

Secadores de bandejas

Pueden operar a vaco, frecuentemente con calentamiento indirecto. Las bandejas pueden estar sustituidas sobre placas metlicas huecas que se calientan con vapor de agua o con agua caliente, o bien las mismas bandejas pueden estar provistas de una cmara para la circulacin de un fluido de calefaccin. El vapor que sale del slido se retira mediante un eyector o una bomba de vaco. El secado con congelacin. O liofilizacin; Esto se realiza en secaderos especiales de bandejas para secar vitaminas y otros materiales sensibles al calor.

Secaderos de tamices transportadores con circulacin transversalUna capa de 1 a 6 pulgadas de espesor del material que se ha de secar es transportada lentamente sobre un tamiz metlico que se mueve a travs de una larga cmara o tnel de secado. En el extremo de entrada del secadero el aire generalmente pasa hacia arriba a travs del tamiz y de los slidos, mientras que cerca del extremo de descarga, donde el material est seco y puede desprender polvo, el aire circula hacia abajo a distintas secciones con el fin de alcanzar las condiciones ptimas de secado en cada punto.

Secaderos de tamiz transportador

Materiales gruesos, escamosos o fibrosos se pueden secar con circulacin transversal sin ningn pretratamiento y sin prdidas de material a travs del tamiz. Sin embargo, las pastas y las tortas de filtracin de partculas finas deben acondicionarse antes. Los agregados generalmente conservan su forma durante el secado y solamente cae una pequea cantidad de polvo a travs del tamiz.

Secaderos de Torre

Un secadero de torre contiene una serie de bandejas dispuestas unas encima de otras sobre un eje central rotatorio. La alimentacin de slidos se introduce sobre la bandeja superior y est expuesta a una corriente de aire o gas caliente que pasa sobre la bandeja. El slido es despus descargado por medio de una rasqueta y pasa a la bandeja inmediatamente inferior. De esta forma va circulando a travs del secadero, descargando el producto seco por el fondo de la torre. Los flujos de gas y de slido pueden ser en corrientes paralelas o en contracorriente.

Secadores de torreLas velocidades del gas son generalmente de 2 a 8 pies/s (0,6 a 2,4m/s). Las dos bandejas inferiores del secadero constituyen una seccin de enfriamiento de los slidos secos. El aire precalentado generalmente se introduce por el fondo de la torre y se expulsa por la parte superior, dando lugar a flujo en contracorriente. Un turbosecadero funciona parcialmente con secado superficial, como en un secadero de torre, y parcialmente en forma de lluvia de partculas cuando stas caen de una bandeja a otra.

Secaderos rotatorios

Un secadero rotatorio consiste en una carcasa cilndrica giratoria, dispuesta horizontalmente o ligeramente inclinada hacia la salida. Al girar la carcasa, unas pestaas levantan los slidos para caer despus en forma de lluvia a travs del interior de las carcasas. La alimentacin entra por un extremo del cilindro y el producto seco descarga por el otro. se calientan por contacto directo del gas con los slidos, por gas caliente que pasa a travs de un encadenamiento externo, o por medio de vapor de agua que condensa en ltimo de estos tipos recibe el nombre de secadero rotatorio con tubos instalados sobre la superficie interior de la carcasa. El ltimo de estos tipos recibe el nombre de secadero rotatorio con tubos de vapor de agua. En un secadero rotatorio directo-indirecto el gas caliente pasa primeramente a travs del encamisado y luego a travs del encamisado y luego a travs de la carcasa, donde se pone en contacto con los slidos.

Secadero rotatorio

El aire circula a travs del secadero mediante un ventilador que si se desea, descarga el calentador de aire, de forma que todo el sistema se encuentra a sobrepresin. Los secaderos rotatorios se utilizan con frecuencia para sal, azcar y todo tipo de materiales granulares y cristalinos que han de mantenerse limpios y que no se pueden exponer directamente a gases de combustin muy calientes.

Secaderos de tornillo transportador

Secadero continuo de calentamiento indirecto, que consiste esencialmente en un transportador horizontal de tornillo (o un transportador de palas) confinado dentro de una carcasa cilndrica encamisada. La alimentacin de slido entra por el otro extremo. El vapor que se desprende se retira a travs de una serie de tuberas situadas en la parte superior de la carcasa en la que se instalan varios transportadores unos encima de otros formando una bancada que est a temperatura ms baja, debido a que el slido seco, antes de su descarga, es enfriado con agua u otro refrigerante que circula por el encamisado. La velocidad de rotacin del transportador es lenta, de 2 a 30rpm. Los coeficientes de transmisin de calor estn basados en la superficie interior de la carcasa y depende de la carga de la carcasa y de la velocidad del transportador.

Secaderos de tornillo transportador

Tratan slidos demasiado finos y espesos para operar con un secadero rotatorio. Estn conjuntamente cerrados y permiten recuperar los vapores de disolvente con poco y ninguna dilucin con aire. Cuando se les acopla un alimentador adecuado, pueden operar a un vaco moderado y adaptarse a la separacin y recuperacin continua de disolventes voltiles a partir de slidos hmedos con disolventes, procedentes de operaciones de lixiviacin. Por esta razn a veces se les llama recuperadores de disolvente como los secaderos de pelcula delgada.

Secaderos de lecho fluidizadoLas partculas se fluidizan con aire o con gas en una unidad de lecho hirviente. La mezcla y la transmisin de calor son muy rpidas. La alimentacin hmeda se introduce por la parte superior del lecho y el producto seco se retira lateralmente cerca del fondo.

Secaderos de lecho fluidizado

En el secadero que se representa en la Figura 25.13 hay una distribucin al azar de los tiempos de residencia, siendo el tiempo medio tpico de permanencia de una partcula en el secadero de 30 a 120s cuando solamente se vaporiza lquido superficial, y de 15 a 30 minutos si tambin hay difusin interna. Las partculas pequeas se calientan hasta la temperatura seca del gas fluidizante a la salida; por consiguiente, los materiales tcnicamente sensibles han de secarse en un medio suspendido relativamente fro. Aun as, el gas de entrada puede estar caliente ya que la mezcla es tan rpida que la temperatura es prcticamente uniforme en todo el lecho e igual a la temperatura de salida del gas. Si hay partculas finas, que entran con la alimentacin o bien que se forman por la abrasin del lecho fluidizado, puede existir un considerable transporte de slidos con el gas que sale y ser necesario instalar ciclones y filtros de mangas para la recuperacin de finos.

Secaderos de lecho fluidizado

Algunos secaderos de lecho fluidizado poseen compartimientos fluidizados separados, a travs de los cuales pasan secuencialmente los slidos desde la entrada hasta la salida. Reciben el nombre de secaderos de flujo pistn y en ellos el se secado se pueden variar de un compartimiento est fluidizado con gas fro con el fin de enfriar los slidos antes de la descarga.

Secaderos Flash

transporta un slido hmedo pulverizado durante pocos segundos (3-4) en una corriente de gas caliente. El secado tiene lugar durante el transporte.. La temperatura del gas es elevadacon frecuencia del orden de 1200 grados F a la entrada-, pero el tiempo de contacto es tan corto que la temperatura del slido raramente supera los 100 grados F durante el secado. Por tanto, el secado Flash se puede aplicar a materiales sensibles que en otro tipo de secaderos tendran que secarse indirectamente con un medio de calefaccin mucho ms fro.

Secaderos para diluciones y suspensiones

los secadores de pulverizacin, los secaderos de pelcula delgada y secaderos de tambor evaporan completamente disoluciones y suspensiones hasta sequedad por medios trmicos.

Secaderos de pulverizacin

se dispersa una disolucin o suspensin en una corriente de gas caliente formando una niebla de gotas finas. La humedad es rpidamente evaporada de las gotitas para formar partculas residuales de slido seco que despus se separan de la corriente gaseosa. Las gotitas se forman en una cmara cilndrica de secado por la accin de boquillas de presin, b de dos fluidos o en, secaderos de gran tamao, por medio de discos de pulverizacin que giran a gran velocidad. En todos los casos es esencial conseguir que las gotitas o partculas hmedas de slido choquen con superficies slidas antes de que el secado tenga lugar.

Secaderos de pulverizacin

Las principales ventajas de los secaderos de pulverizacin son el corto tiempo de secado, que permite el secado de materiales altamente sensibles al calor, y la produccin de partculas esfricas huecas. La consistencia, densidad global, apariencia y propiedades de flujo deseadas para algunos productos, tales como alimentos o detergentes slidos. Los secaderos de pulverizacin tambin tienen la ventaja de producir, a partir de una disolucin, suspensin, o pata cremosa, en una sola etapa un producto se puede envasar fcilmente.

Secaderos de pelcula delgada

pueden aceptar una alimentacin lquida o una suspensin para dar lugar a un producto slido que fluye libremente. Generalmente se construyen en dos secciones; la primera de ellas es un secadero-agitador vertical. Aqu la mayor parte del lquido se separa de la alimentacin, y el slido parcialmente hmedo descarga en la segunda seccin, donde el contenido residual del lquido del material procedente de la primera seccin se reduce hasta el valor deseado.

Secaderos pelcula delgada

Son tiles para separar y recuperar disolventes de productos slidos. Son relativamente caros y estn limitados en cuanto al rea de transmisin de calor.

Secaderos de tambor

consiste en uno o ms rodillos metlicos calentado, en cuya superficie exterior se evapora hasta sequedad una delgada capa de lquido. El slido seco es retirado de los rodillos a medida que estos giran lentamente. El lquido de alimentacin queda confinado en la parte superior de los rodillos y limitado por placas estacionarias.

Secadores de tambor

El calor es transmitido por conduccin hacia el lquido que es parcialmente concentrado en el espacio comprendido entre los rodillos. El lquido concentrado desciende formando una capa viscosa que recubre el resto de la superficie de los tambores, dejando una delgada capa de material seco que es retirado mediante cuchillas rascadoras y cae en los transportadores situados debajo. La humedad evaporada se recoge y retira a travs de la campana situada encima de los tambores.

Secaderos de doble de tambor

Los secaderos de doble tambor son eficaces con disoluciones diluidas, disoluciones concentradas de materiales muy solubles, as como con suspensiones de partculas relativamente finas. No son adecuados para disoluciones de sales de solubilidad baja o para suspensiones de slidos abrasivos que sedimentan y crean una presin excesiva entre los tambores.

SELECCIN DEL EQUIPO DE SECADO

Consideraciones generales:

los secaderos discontinuos son generalmente los ms utilizados cuando la capacidad de produccin de slido seco es inferior a 150 o 200kg/h, mientras que los secaderos continuos casi siempre se utilizan para capacidades de produccin superiores a una o 2 tons./h . Para capacidades de produccin intermedias es preciso considerar otros factores.

Los materiales sensibles al calor han de secarse a baja temperatura operando con un medio de calefaccin de temperatura baja o en secadores flash o de pulverizacin con tiempos de contacto muy pequeos. Los cristales frgiles se tratan generalmente en secaderos de bandejas, de tornillo transportador o de torres. Tambin es preciso que el secadero opere con seguridad y economa. Los costes de operacin y mantenimiento no han de ser excesivos, la contaminacin ha de poder controlarse y el consumo de energa ha de minimizarse. Estas consideraciones pueden llegar a ser contradictorias y es preciso alcanzar una solucin de compromiso con el fin de seleccionar el secadero ptimo para un determinado servicio.

Por lo que respecta a la operacin de secado en s misma, los secaderos adiabticos son generalmente ms econmicos a pesar de la menor eficacia trmica de las unidades adiabticas aunque desafortunadamente con frecuencia se produce el arrastre de los polvos como los rotatorios y es preciso separar casi cuantitativamente estas partculas de la corriente gaseosa por lo que puede necesitarse un equipo especial que puede costar tanto como el propio secadero por lo cual pueden llegar a ser menos econmicos que uno no adiabtico en el que se utiliza poco o nada de gas y se eligen siempre para partculas muy finas o slidos demasiado reactivos qumicamente para ser expuestos a una corriente de gas. Tambin son usados para la separacin y recuperacin de los disolventes.

Los secaderos de pulverizacin, los de tambor y los de pelcula delgada pueden aceptar alimentacin lquida y convertirla directamente en un producto seco listo para ser envasado. El coste adicional de eliminar la humedad trmicamente en lugar de mecnicamente es compensado con creces por la economa que supone instalar y operar con una sola pieza de equipo en lugar de con varias. Puede ser necesario tratar la alimentacin lquida antes del secado para separar las impurezas que no deben aparecer en el producto seco, por lo que es esencial considerar el proceso de aislamiento en su conjunto y no solo de la etapa del secado.

Conclusin

La primera consideracin para elegir un proceso de secado es su facilidad de operacin; el equipo ha de ser capaz de obtener el producto deseado en la forma y velocidad especificadas. Los diferentes tipos son en buena medida complementarios y no competitivos, de forma que la naturaleza del problema de secado impone el tipo de secadero que debe utilizarse o al menos limita la eleccin a tal vez dos o 3 posibilidades. La eleccin final se decide sobre la base de los costes de inversin y operacin. Sin embargo es preciso tener en cuenta los costes de todo el sistema de separacin y no solo exclusivamente los del secado.