El secado por pulverización es un proceso ampliamente utilizado para la formación de partículas y el secado industrial. Convierte materias primas líquidas, como soluciones, emulsiones y suspensiones bombeables, en productos sólidos en forma de polvo, gránulos o aglomerados.
Las torres convencionales de secado por pulverización suelen funcionar en cocorriente, con entrada de aire caliente por la parte superior y salida por la parte inferior. Este sistema presenta varias limitaciones. En primer lugar, el tiempo de permanencia del aire caliente en la torre es relativamente corto, por lo que se evacúa una cantidad importante de calor antes de aprovecharlo plenamente, con un considerable desperdicio de energía. En segundo lugar, los sistemas convencionales tienen dificultades para producir materiales granulados sin polvo que satisfagan requisitos estrictos de control del polvo.
Por ello, los sistemas tradicionales de secado por pulverización resultan más adecuados cuando no es fundamental controlar con precisión la distribución granulométrica del producto seco. Los materiales obtenidos suelen presentar una distribución amplia, con variaciones considerables de tamaño y una cantidad importante de finos mezclados con el producto acabado.
Estas limitaciones hacen que los sistemas convencionales sean menos adecuados para aplicaciones que exigen partículas de tamaño uniforme dentro de una distribución estrecha y productos de alta pureza con una contaminación mínima por polvo. Para satisfacer estos requisitos cada vez más exigentes, es necesario seguir optimizando los sistemas convencionales con entrada superior y salida inferior.
El desarrollo de la industria química aumenta la demanda de productos granulados y las expectativas de calidad. En la industria alimentaria, los consumidores prestan más atención al sabor, la calidad y la conservación de nutrientes. El crecimiento y el envejecimiento de la población mundial también incrementan la demanda de productos farmacéuticos y elevan las exigencias de los equipos de secado farmacéutico. Al mismo tiempo, unas normativas ambientales cada vez más estrictas impulsan a los fabricantes a mejorar el comportamiento ambiental de sus procesos.
Actualmente, los clientes esperan que los equipos de secado por pulverización consuman menos energía, ofrezcan mayor eficiencia y reduzcan las emisiones de polvo en los gases de escape. Las tecnologías y los equipos innovadores que satisfacen estas necesidades son esenciales para mantener la competitividad en el mercado.
Innovación tecnológica y desarrollo de productos
Gracias a su experiencia industrial, sus conocimientos técnicos acumulados y una inversión sostenida en investigación y desarrollo, Jiangsu Longxin ha dedicado años a desarrollar una nueva solución: el secador por pulverización con lecho fluidizado DPG. Esta tecnología se ha convertido en un nuevo producto asociado a la solicitud de patente n.º 202422015805.5.
El secador por pulverización con lecho fluidizado combina el secado en lecho fluidizado y el secado por pulverización, lo que permite controlar con mayor eficacia la forma y el tamaño de las partículas.
El sistema incorpora una estructura mejorada de lecho fluidizado integrado y un diseño optimizado de la placa distribuidora. El mayor intervalo de ajuste de la velocidad del aire de fluidización mejora la fluidización del material y el crecimiento de las partículas, dando lugar a una distribución granulométrica más uniforme, mayor esfericidad y mejores propiedades de fluidez y solubilidad. Estas características ayudan a satisfacer requisitos exigentes de calidad de los gránulos en distintos sectores y amplían las aplicaciones potenciales del equipo en la fabricación de alto valor añadido.
La optimización adicional de la geometría, las dimensiones y el sistema de distribución de aire caliente de la cámara de secado favorece un contacto más uniforme entre el aire y el material. El desarrollo y la aplicación de atomizadores avanzados también aceleran el secado y mejoran la eficiencia productiva, ayudando a satisfacer las necesidades de fabricación a gran escala.
Los desarrollos futuros podrían incorporar funciones adicionales, como inspección en línea, limpieza automática y control inteligente. Estas capacidades podrían automatizar aún más el funcionamiento, mejorar la estabilidad y la fiabilidad del proceso, reducir los costes laborales y los errores operativos y reforzar la gestión de la producción y la competitividad.
Flujo del proceso del secador por pulverización con lecho fluidizado
El secador por pulverización con lecho fluidizado sustituye la configuración convencional en cocorriente, con entrada superior y salida inferior, por una disposición de flujo mixto con la entrada de aire caliente y la salida de aire de escape en la parte superior.
El nuevo sistema incorpora un lecho fluidizado dentro de la torre y un sistema de retorno de finos que recircula las partículas finas para su aglomeración y granulación. Este sistema puede dirigir los finos a la parte superior de la torre para aglomerarlos o devolverlos a la parte inferior, donde chocan y se aglomeran con las gotas descargadas por boquillas de alta presión de diseño específico.
1. Preparación de la materia prima
La materia prima se somete a pretratamientos de mezcla, disolución, preparación de mezclas u otros procesos adecuados para obtener un líquido apto para la atomización. A continuación, la alimentación preparada se transporta por tuberías al sistema de alimentación del secador.
2. Calentamiento del aire
El aire pasa por un calentador hasta alcanzar la temperatura requerida. El aire caliente entra por la parte inferior del lecho fluidizado y atraviesa la placa distribuidora, entra en contacto con el material y fluidiza las partículas. De este modo se proporcionan las condiciones térmicas y de flujo de aire necesarias para el secado y la granulación posteriores.
3. Atomización de la suspensión
La alimentación líquida se presuriza mediante equipos como una bomba de diafragma y se introduce en la torre a través de las boquillas. La energía de presión se transforma en energía cinética y fuerza la suspensión hacia arriba, formando una película líquida a alta velocidad que posteriormente se rompe en gotas finas.
El tamaño de las gotas generalmente disminuye al aumentar la presión de atomización, mientras que el caudal de la boquilla aumenta aproximadamente con el cuadrado de la presión en las condiciones de funcionamiento correspondientes.
4. Secado de las gotas y formación de partículas esféricas
Las gotas atomizadas interactúan con el aire caliente siguiendo un patrón de flujo mixto dentro de la torre. El aire caliente entra por un distribuidor situado en el techo y forma una corriente descendente, mientras que las gotas se pulverizan hacia arriba, en la corriente de aire caliente.
La gran superficie de las gotas permite que la humedad se evapore rápidamente al contacto con el aire caliente. La tensión superficial ayuda a mantener la forma esférica mientras las gotas se contraen durante el secado, hasta formar gránulos esféricos secos.
Los gránulos se depositan gradualmente en la torre y se separan del aire caliente.
5. Granulación en lecho fluidizado
Las partículas finas arrastradas hacia arriba por el aire caliente del lecho fluidizado entran en contacto con las partículas sólidas húmedas descendentes en la zona de atomización y granulación. Mediante recubrimiento, unión y aglomeración, las partículas aumentan gradualmente de tamaño.
El licor madre o el aglutinante también puede suministrarse a las boquillas mediante bombas de presión u otros equipos de presurización. Tras la atomización, el líquido recubre las superficies de las partículas fluidizadas o favorece su unión.
La repetición de las etapas de fluidización, recubrimiento y secado permite que los gránulos crezcan hasta alcanzar el tamaño deseado.
6. Descarga y recogida de gránulos
Los gránulos que alcanzan el tamaño requerido se descargan por la salida del lecho fluidizado y se transfieren al sistema de recogida del producto acabado.
Un ventilador de extracción conectado a la sección superior de la torre, en forma de embudo, arrastra las partículas más finas junto con el aire de secado hasta el sistema de captación de polvo.
7. Captación de polvo y tratamiento de los gases de escape
El sistema de captación de polvo consta de separadores ciclónicos de alta eficiencia, filtros de mangas, ventiladores centrífugos y otros componentes.
El ventilador de extracción conduce el aire con partículas finas a un separador ciclónico de alta eficiencia, donde se separa la mayor parte de las partículas y se recoge en un recipiente situado en la parte inferior.
El gas de escape restante, con una pequeña cantidad de partículas ultrafinas, pasa después por un filtro de mangas para completar la separación y recogida del polvo. Este tratamiento reduce las emisiones de partículas antes de evacuar el gas tratado por la chimenea.
8. Supervisión y control del sistema
El armario de control eléctrico y los sensores de campo instalados en la entrada de aire, la salida del producto y otros puntos clave supervisan y controlan las principales etapas del secado.
Se supervisan y ajustan parámetros como la temperatura, la presión, la velocidad del aire y el caudal del material para mantener un funcionamiento estable y una calidad uniforme del producto.
Diagrama P&ID del secador por pulverización con lecho fluidizado
Ventajas del secador por pulverización con lecho fluidizado
1. Calidad del producto
Excelente morfología de las partículas: el sistema produce gránulos con una distribución granulométrica uniforme y una elevada esfericidad, lo que proporciona buenas propiedades de fluidez, solubilidad y dispersabilidad. Estas características pueden mejorar el comportamiento del producto en aplicaciones alimentarias y farmacéuticas, donde la solubilidad y la dispersabilidad son importantes.
Alta pureza del producto: la rápida evaporación de la humedad ayuda a obtener productos de alta calidad con propiedades uniformes. El sistema está diseñado para responder a requisitos exigentes de calidad y estabilidad en distintos sectores.
2. Rendimiento productivo
Secado rápido: la atomización genera numerosas gotas finas y aumenta considerablemente la superficie disponible para la transferencia de calor y masa. La humedad puede evaporarse en unos segundos o decenas de segundos, lo que mejora significativamente la eficiencia productiva. El breve tiempo de secado resulta especialmente útil para materiales termosensibles, ya que ayuda a reducir la degradación térmica y a conservar los principios activos y nutrientes cuando se seleccionan las condiciones adecuadas.
Producción continua: el equipo está diseñado para funcionar de manera estable con control automatizado, lo que permite una producción industrial continua y a gran escala. El ajuste del tipo de boquilla, la presión, el caudal de alimentación, la temperatura de secado y la velocidad del aire permite controlar el proceso y mantener una calidad uniforme. La automatización también reduce el trabajo manual y los costes laborales, a la vez que mejora la eficiencia y el rendimiento económico.
Granulación en una sola etapa: el secado y la granulación se integran en un único proceso que convierte directamente la alimentación líquida en productos granulados. Esto puede eliminar las etapas posteriores de molienda y tamizado, simplificar el proceso, reducir el espacio ocupado y la inversión, y minimizar el polvo y las pérdidas de material asociados a operaciones adicionales.
3. Versatilidad de materiales
Amplia compatibilidad con materiales: el sistema puede procesar soluciones, suspensiones, emulsiones y otras materias primas líquidas. Se puede configurar para materiales de distintas características, incluidos los termosensibles, de alta viscosidad y muy higroscópicos, para aplicaciones en los sectores químico, alimentario, farmacéutico, cerámico y otros.
Adecuado para materias primas con elevada humedad: el equipo puede procesar continuamente materiales con un alto contenido inicial de humedad. Según las propiedades del material y los requisitos del proceso, algunas materias primas pueden procesarse directamente sin una etapa de presecado independiente, lo que simplifica el proceso y reduce los costes operativos.
4. Eficiencia energética y comportamiento ambiental
Mejor aprovechamiento energético: el secado puede realizarse con una temperatura de escape relativamente baja. Frente a algunas configuraciones convencionales, esto puede reducir las pérdidas de calor, mejorar el aprovechamiento térmico y disminuir el consumo energético y los costes de producción.
Bajas emisiones de polvo: el equipo incorpora un sistema eficaz de captación de polvo, con separadores ciclónicos y filtros de mangas, para separar y recuperar las partículas finas de los gases de escape. Esto ayuda a reducir las emisiones de partículas y a cumplir los requisitos ambientales aplicables.
5. Operación y mantenimiento
Manejo sencillo: el equipo está diseñado para facilitar su uso y puede combinar el control totalmente automático y manual mediante una interfaz, como una gran pantalla táctil en color. Los operarios pueden adaptar los ajustes a los requisitos de producción y supervisar el estado del equipo en tiempo real para mantener un funcionamiento estable.
Mantenimiento práctico: el diseño estructural permite desmontar y limpiar los componentes principales con mayor facilidad, lo que simplifica el mantenimiento y las intervenciones habituales. Esto puede reducir los costes y los tiempos de parada, además de prolongar la vida útil del equipo.
Aplicaciones del secador por pulverización con lecho fluidizado
1. Industria alimentaria
- Productos lácteos: producción de leche en polvo, suero de leche en polvo y productos similares. Tras el pretratamiento, las materias primas lácteas líquidas se secan por pulverización para obtener polvos más fáciles de almacenar y transportar, ayudando a conservar sus componentes nutricionales.
- Condimentos: granulación y secado de condimentos de pollo, glutamato monosódico, sal y otros condimentos para mejorar su fluidez y solubilidad.
- Bebidas: secado y granulación de café, té, zumos de frutas y otros productos para bebidas, con el fin de obtener formulaciones instantáneas.
- Aditivos alimentarios: secado y conformado de aditivos como sorbato de potasio, pectina y vitaminas para favorecer la calidad, la estabilidad, el almacenamiento y la manipulación del producto.
2. Industria química
- Catalizadores: producción de catalizadores de polimerización, petroquímicos y de otros tipos. El secado y la granulación controlados pueden producir partículas con una distribución granulométrica uniforme y una actividad adecuada, favoreciendo el rendimiento catalítico.
- Colorantes: secado y granulación de colorantes dispersos, reactivos y otros colorantes para mejorar su dispersabilidad y solubilidad.
- Sales inorgánicas: transformación de sulfato de zinc, carbonato de calcio, sulfato de potasio y otras sales inorgánicas en polvos o gránulos que satisfagan requisitos específicos del producto.
- Compuestos químicos: secado y conformado de materiales como catalizadores orgánicos, sílice precipitada, metasilicato de sodio y fluoruro de potasio para mejorar su manipulación y satisfacer los requisitos de las aplicaciones industriales.
3. Industria farmacéutica
- Formulaciones farmacéuticas: preparación de gránulos a partir de antibióticos, vitaminas, medicamentos antipiréticos y analgésicos y otros materiales farmacéuticos. La mejora de la fluidez y la solubilidad puede facilitar la formulación y la fabricación posteriores.
- Formulaciones de medicina tradicional china: secado y granulación de extractos vegetales concentrados para ayudar a resolver las dificultades asociadas a la elevada viscosidad y al secado. Los gránulos obtenidos son más fáciles de almacenar, transportar y utilizar.
4. Industria cerámica
- Materias primas cerámicas: secado por pulverización y granulación de suspensiones con alúmina, zirconia, magnesia, titania y otros materiales cerámicos. Los gránulos obtenidos pueden ofrecer tamaños uniformes y buena fluidez, favoreciendo el conformado cerámico y la calidad del producto.
5. Aplicaciones ambientales
- Tratamiento de aguas residuales: secado y solidificación de lodos para reducir su volumen y peso y facilitar su posterior manipulación y eliminación.
- Tratamiento de gases residuales: producción de adsorbentes, catalizadores y otros materiales utilizados para adsorber o descomponer contaminantes en los gases de escape.
6. Otras aplicaciones
- Polímeros: secado y granulación de polímeros como E-PVC, materiales estirénicos, resinas de urea-formaldehído (UF) y de fenol-formaldehído (PF), para mejorar su manipulación, procesamiento y calidad.
- Materiales magnéticos: secado y conformado de materiales magnéticos, ayudando a mantener las propiedades y la calidad requeridas.
- Materiales electrónicos: secado y granulación de materias primas utilizadas en la fabricación electrónica para satisfacer los requisitos de producción de componentes electrónicos.
Mejoras técnicas del secador por pulverización con lecho fluidizado
1. Optimización del sistema de aire caliente
Aumento de la temperatura del aire de entrada: con una temperatura de salida constante, elevar adecuadamente la temperatura de entrada aumenta el calor total suministrado al sistema y el calor transferido al material por unidad de masa de aire. Si la capacidad de producción no cambia, puede reducirse el caudal de aire necesario, lo que ayuda a disminuir el consumo energético y mejorar la eficiencia térmica. No obstante, la temperatura de entrada debe mantenerse dentro de los límites del equipo y del material. En general, no debe superar los 600°C para evitar daños en componentes como el distribuidor de aire situado en la parte superior de la torre.
Reducción de la temperatura de escape: con una temperatura de entrada constante, reducir la temperatura de escape aumenta la diferencia entre entrada y salida y permite aprovechar más calor para el secado. Esto puede mejorar el aprovechamiento térmico. Sin embargo, una temperatura de escape demasiado baja puede dejar el polvo excesivamente húmedo; en algunas aplicaciones, temperaturas inferiores a aproximadamente 75°C pueden perjudicar el secado.
Recuperación del calor residual: pueden instalarse equipos que recuperen la energía de los gases de escape para precalentar el aire de entrada o los materiales de alimentación. Entre las soluciones habituales figuran los intercambiadores de calor y los intercambiadores de tubos de calor, que transfieren calor de los gases al aire o a los materiales de entrada, reduciendo las pérdidas y mejorando el aprovechamiento energético global.
2. Optimización de la estructura del equipo
Optimización de la cámara de secado: ajustar su geometría, dimensiones y estructura interna puede mejorar la distribución del aire y reducir las zonas de estancamiento. Esto favorece un contacto más uniforme entre el aire caliente y el material, acelera el secado y mejora la eficiencia. Entre las posibles mejoras se incluyen nuevos elementos de guiado del aire y la optimización de la relación altura/diámetro de la cámara.
Mejora del rendimiento del atomizador: unos atomizadores más eficientes y precisos pueden producir gotas de tamaño más uniforme y menor diámetro. El aumento de superficie resultante acelera la evaporación, acorta el tiempo de secado y puede reducir el consumo energético. Los atomizadores centrífugos o a presión mejorados pueden aumentar el rendimiento de secado y la eficiencia energética global.
3. Mejora del rendimiento del equipo
Mejora del control de calidad de los gránulos: la optimización adicional del lecho fluidizado integrado y de la placa distribuidora, junto con un mayor intervalo de ajuste de la velocidad del aire de fluidización, puede mejorar la fluidización y el crecimiento de las partículas. Esto favorece una distribución granulométrica más uniforme, mayor esfericidad y mejores propiedades de fluidez y solubilidad, para satisfacer los requisitos exigentes de distintos sectores.
Ampliación de la compatibilidad con materiales: los ajustes de los materiales de construcción, la estructura y los parámetros del equipo pueden mejorar el tratamiento de materias primas especiales, incluidas las de elevada viscosidad, termosensibles y propensas a la aglomeración. Esto puede ampliar sus aplicaciones en distintos sectores y procesos productivos.
4. Ahorro energético y optimización ambiental
Diseño de bajo consumo energético: pueden instalarse intercambiadores de calor de alta eficiencia y sistemas de recuperación de calor residual en la salida del secador para recuperar el calor de escape y precalentar el aire o los materiales de entrada. Estas medidas ayudan a reducir el consumo energético y mejorar el aprovechamiento térmico.
Mejora del tratamiento de gases de escape: los sistemas avanzados pueden combinar separadores ciclónicos de alta eficiencia, filtros de mangas y lavadores húmedos para reducir aún más las emisiones de partículas y facilitar el cumplimiento de normas ambientales más estrictas. También podrían desarrollarse tecnologías adicionales de depuración para reducir las emisiones de compuestos orgánicos volátiles (VOC) y otros contaminantes cuando proceda.
5. Desarrollo del control inteligente
Mayor automatización: los sensores avanzados, los sistemas de automatización y el control informático pueden supervisar y ajustar automáticamente en tiempo real parámetros clave, como el caudal de alimentación, la temperatura, la humedad y la presión de atomización. Esto ayuda a estabilizar el secado, mantener una calidad uniforme y reducir el trabajo manual y los errores operativos.
Supervisión remota y análisis de datos: los sistemas remotos permiten consultar el estado del equipo, ajustar los parámetros de funcionamiento y recibir alarmas de avería a través de una red. El análisis de grandes volúmenes de datos puede utilizarse para evaluar la producción y apoyar la optimización del proceso, la mejora de la eficiencia y la calidad del producto.
6. Diseño compacto e integración del sistema
Diseño compacto: pueden desarrollarse configuraciones más pequeñas y compactas del secador por pulverización con lecho fluidizado para pequeñas y medianas empresas y aplicaciones de laboratorio. Manteniendo el rendimiento requerido, estos diseños pueden reducir el espacio ocupado, las necesidades de instalación, la inversión y los costes operativos.
Sistemas productivos integrados: el secador por pulverización con lecho fluidizado puede integrarse con equipos anteriores y posteriores, incluidos los sistemas de pretratamiento, molienda y tamizado, para crear una línea continua automatizada. Esta integración puede mejorar la eficiencia y la uniformidad de calidad y reducir las pérdidas intermedias de material y los riesgos de contaminación.
7. Soluciones y servicios personalizados
Ingeniería personalizada: el diseño y la fabricación del equipo pueden adaptarse a los requisitos específicos del cliente, incluidas las propiedades del material, la capacidad de procesamiento, el tamaño de partícula deseado y el proceso productivo. Esto permite adaptar la configuración, las dimensiones y los parámetros de funcionamiento a cada aplicación.
Asistencia técnica integral: los servicios pueden abarcar no solo la fabricación, sino también la instalación, la puesta en marcha, la formación de operarios, la posventa y el soporte técnico. Estos servicios ayudan a utilizar y mantener el equipo de forma eficaz, favorecen su fiabilidad a largo plazo y mejoran la satisfacción del cliente.
Diagramas del flujo del proceso del secador por pulverización con lecho fluidizado
- Diagrama de flujo del proceso 1: torre de secado por pulverización de flujo mixto, baja temperatura y cuerpo ancho
- Diagrama de flujo del proceso 2: torre de secado por pulverización en cocorriente y a alta presión
