A secagem por pulverização é um processo amplamente utilizado na formação de partículas e na secagem industrial. Converte matérias-primas líquidas, como soluções, emulsões e suspensões bombeáveis, em produtos sólidos sob a forma de pós, grânulos ou aglomerados.
As torres convencionais de secagem por pulverização utilizam geralmente uma configuração em cocorrente, com entrada de ar quente na parte superior e saída na parte inferior. Este sistema apresenta várias limitações. Em primeiro lugar, o tempo de permanência do ar quente na torre é relativamente curto, pelo que uma quantidade significativa de calor é descarregada antes de ser totalmente aproveitada, causando um desperdício considerável de energia. Em segundo lugar, os sistemas convencionais têm dificuldade em produzir materiais granulados sem poeiras que satisfaçam requisitos exigentes de controlo de poeiras.
Por isso, os sistemas tradicionais de secagem por pulverização são mais adequados para aplicações em que o controlo preciso da distribuição granulométrica do produto seco não é essencial. Os materiais obtidos apresentam frequentemente uma distribuição ampla, com variações consideráveis de tamanho e uma quantidade significativa de finos misturados no produto acabado.
Estas limitações tornam os sistemas convencionais menos adequados para aplicações que exigem partículas de tamanho uniforme numa distribuição estreita e produtos de elevada pureza com contaminação mínima por poeiras. Para satisfazer estes requisitos cada vez mais exigentes, os sistemas convencionais com entrada superior e saída inferior necessitam de maior otimização.
O desenvolvimento da indústria química aumenta a procura de produtos granulados e as expectativas de qualidade. No processamento alimentar, os consumidores valorizam cada vez mais o sabor, a qualidade e a preservação dos nutrientes. O crescimento e o envelhecimento da população mundial também aumentam a procura de produtos farmacêuticos, elevando as exigências de desempenho dos equipamentos de secagem farmacêutica. Entretanto, regulamentos ambientais cada vez mais exigentes levam os fabricantes a melhorar o desempenho ambiental dos seus processos produtivos.
Atualmente, os clientes esperam que os equipamentos de secagem por pulverização consumam menos energia, ofereçam maior eficiência e reduzam as emissões de poeiras nos gases de exaustão. As tecnologias e os equipamentos inovadores que satisfazem estes requisitos são essenciais para manter a competitividade no mercado.
Inovação tecnológica e desenvolvimento de produtos
Com base na experiência industrial, no conhecimento técnico acumulado e no investimento contínuo em investigação e desenvolvimento, a Jiangsu Longxin dedicou anos ao desenvolvimento de uma nova solução: o secador por pulverização com leito fluidizado DPG. Esta tecnologia deu origem a um novo produto associado ao pedido de patente n.º 202422015805.5.
O secador por pulverização com leito fluidizado combina a secagem em leito fluidizado e a secagem por pulverização, permitindo um controlo mais eficaz da forma e do tamanho das partículas.
O sistema incorpora uma estrutura melhorada de leito fluidizado integrado e uma conceção otimizada da placa distribuidora. O maior intervalo de ajuste da velocidade do ar de fluidização melhora a fluidização do material e o crescimento das partículas, proporcionando uma distribuição granulométrica mais uniforme, maior esfericidade e melhores propriedades de fluidez e solubilidade. Estas características ajudam a satisfazer requisitos exigentes de qualidade dos grânulos em vários setores e alargam as aplicações potenciais do equipamento na produção de elevado valor acrescentado.
A otimização adicional da geometria, das dimensões e do sistema de distribuição de ar quente da câmara de secagem favorece um contacto mais uniforme entre o ar e o material. O desenvolvimento e a aplicação de atomizadores avançados também aceleram a secagem e melhoram a eficiência produtiva, ajudando a satisfazer as necessidades de produção em grande escala.
Os desenvolvimentos futuros poderão incorporar funções adicionais, como inspeção em linha, limpeza automática e controlo inteligente. Estas capacidades poderão automatizar ainda mais o funcionamento, melhorar a estabilidade e a fiabilidade do processo, reduzir os custos de mão de obra e os erros operacionais e reforçar a gestão da produção e a competitividade.
Fluxo do processo do secador por pulverização com leito fluidizado
O secador por pulverização com leito fluidizado substitui a configuração convencional em cocorrente, com entrada superior e saída inferior, por uma disposição de fluxo misto com a entrada de ar quente e a saída de ar de exaustão na parte superior.
O novo sistema incorpora um leito fluidizado no interior da torre e um sistema de retorno de finos que recircula as partículas finas para aglomeração e granulação. Este sistema pode encaminhar os finos para a parte superior da torre para aglomeração ou devolvê-los à parte inferior, onde colidem e se aglomeram com as gotículas descarregadas por bocais de alta pressão especialmente concebidos.
1. Preparação da matéria-prima
A matéria-prima é pré-tratada por mistura, dissolução, preparação de misturas ou outros processos adequados para obter um líquido apto para atomização. A alimentação preparada é depois transportada por tubagens até ao sistema de alimentação do secador.
2. Aquecimento do ar
O ar passa por um aquecedor até atingir a temperatura necessária. O ar quente entra na parte inferior do leito fluidizado e atravessa a placa distribuidora, contactando com o material e fluidizando as partículas. Assim, são asseguradas as condições térmicas e de fluxo de ar necessárias para a secagem e a granulação subsequentes.
3. Atomização da suspensão
A alimentação líquida é pressurizada por equipamentos como uma bomba de diafragma e introduzida na torre através dos bocais. A energia de pressão é convertida em energia cinética, forçando a suspensão para cima e formando uma película líquida a alta velocidade, que depois se divide em gotículas finas.
O tamanho das gotículas diminui geralmente com o aumento da pressão de atomização, enquanto o caudal do bocal aumenta aproximadamente com o quadrado da pressão nas condições de funcionamento correspondentes.
4. Secagem das gotículas e formação de partículas esféricas
As gotículas atomizadas interagem com o ar quente num padrão de fluxo misto no interior da torre. O ar quente entra por um distribuidor no teto e forma uma corrente descendente, enquanto as gotículas são pulverizadas para cima, na corrente de ar quente.
A elevada área superficial das gotículas permite uma evaporação rápida da humidade em contacto com o ar quente. A tensão superficial ajuda a manter a forma esférica enquanto as gotículas encolhem durante a secagem, até se formarem grânulos esféricos secos.
Os grânulos depositam-se gradualmente na torre e separam-se do ar quente.
5. Granulação em leito fluidizado
As partículas finas arrastadas para cima pelo ar quente do leito fluidizado entram em contacto com as partículas sólidas húmidas descendentes na zona de atomização e granulação. Por revestimento, ligação e aglomeração, as partículas aumentam gradualmente de tamanho.
O licor-mãe ou o ligante também pode ser fornecido aos bocais por bombas de pressão ou outros equipamentos de pressurização. Após a atomização, o líquido reveste as superfícies das partículas fluidizadas ou promove a ligação entre partículas.
A repetição das etapas de fluidização, revestimento e secagem permite que os grânulos cresçam até atingir o tamanho pretendido.
6. Descarga e recolha dos grânulos
Os grânulos que atingem o tamanho necessário são descarregados pela saída do leito fluidizado e transferidos para o sistema de recolha do produto acabado.
Um ventilador de extração ligado à secção superior da torre, em forma de funil, arrasta as partículas mais finas juntamente com o ar de secagem para o sistema de captação de poeiras.
7. Captação de poeiras e tratamento dos gases de exaustão
O sistema de captação de poeiras é composto por separadores ciclónicos de elevada eficiência, filtros de mangas, ventiladores centrífugos e outros componentes.
O ventilador de extração conduz o ar com partículas finas a um separador ciclónico de elevada eficiência, onde a maioria das partículas é separada e recolhida num recipiente na parte inferior.
O gás de exaustão restante, com uma pequena quantidade de partículas ultrafinas, passa depois por um filtro de mangas para completar a remoção e recolha das poeiras. Este tratamento reduz as emissões de partículas antes de o gás tratado ser descarregado pela chaminé.
8. Monitorização e controlo do sistema
O quadro de controlo elétrico e os sensores de campo instalados na entrada de ar, na saída do produto e noutros pontos fundamentais monitorizam e controlam as principais etapas da secagem.
São monitorizados e ajustados parâmetros como a temperatura, a pressão, a velocidade do ar e o caudal do material, para manter um funcionamento estável e uma qualidade consistente do produto.
Diagrama P&ID do secador por pulverização com leito fluidizado
Vantagens do secador por pulverização com leito fluidizado
1. Qualidade do produto
Excelente morfologia das partículas: o sistema produz grânulos com uma distribuição granulométrica uniforme e elevada esfericidade, proporcionando boas propriedades de fluidez, solubilidade e dispersibilidade. Estas características podem melhorar o desempenho do produto em aplicações alimentares e farmacêuticas, nas quais a solubilidade e a dispersibilidade são importantes.
Elevada pureza do produto: a evaporação rápida da humidade ajuda a obter produtos de elevada qualidade com propriedades consistentes. O sistema foi concebido para responder a requisitos exigentes de qualidade e estabilidade em vários setores.
2. Desempenho produtivo
Secagem rápida: a atomização gera numerosas gotículas finas e aumenta consideravelmente a área disponível para a transferência de calor e de massa. A humidade pode evaporar em segundos a dezenas de segundos, melhorando significativamente a eficiência produtiva. O curto tempo de secagem é especialmente útil para materiais termossensíveis, ajudando a reduzir a degradação térmica e a preservar os princípios ativos e os nutrientes quando são selecionadas condições adequadas.
Produção contínua: o equipamento foi concebido para funcionar de forma estável com controlo automatizado, permitindo uma produção industrial contínua e em grande escala. O ajuste do tipo de bocal, da pressão, do caudal de alimentação, da temperatura de secagem e da velocidade do ar permite controlar o processo e manter uma qualidade consistente. A automatização também reduz o trabalho manual e os custos de mão de obra, melhorando a eficiência e o desempenho económico.
Granulação numa só etapa: a secagem e a granulação são integradas num único processo que converte diretamente a alimentação líquida em produtos granulados. Isto pode eliminar as etapas posteriores de moagem e peneiração, simplificar o processo, reduzir a área ocupada e o investimento e minimizar as poeiras e as perdas de material associadas a operações adicionais.
3. Versatilidade de materiais
Ampla compatibilidade com materiais: o sistema pode processar soluções, suspensões, emulsões e outras matérias-primas líquidas. Pode ser configurado para materiais com diferentes características, incluindo termossensíveis, de elevada viscosidade e muito higroscópicos, para aplicações nos setores químico, alimentar, farmacêutico, cerâmico e outros.
Adequado para matérias-primas com elevada humidade: o equipamento pode processar continuamente materiais com um elevado teor inicial de humidade. Consoante as propriedades do material e os requisitos do processo, algumas matérias-primas podem ser processadas diretamente sem uma etapa de pré-secagem separada, simplificando o processo e reduzindo os custos operacionais.
4. Eficiência energética e desempenho ambiental
Melhor aproveitamento energético: a secagem pode decorrer com uma temperatura de exaustão relativamente baixa. Em comparação com algumas configurações convencionais, isto pode reduzir as perdas de calor, melhorar o aproveitamento térmico e diminuir o consumo de energia e os custos de produção.
Baixas emissões de poeiras: o equipamento incorpora um sistema eficaz de captação de poeiras, com separadores ciclónicos e filtros de mangas, para separar e recuperar as partículas finas dos gases de exaustão. Isto ajuda a reduzir as emissões de partículas e a cumprir os requisitos ambientais aplicáveis.
5. Operação e manutenção
Operação simples: o equipamento foi concebido para facilitar a utilização e pode combinar o controlo totalmente automático e manual através de uma interface, como um grande ecrã tátil a cores. Os operadores podem adaptar as definições aos requisitos de produção e monitorizar o estado do equipamento em tempo real para manter um funcionamento estável.
Manutenção prática: a conceção estrutural permite desmontar e limpar os principais componentes com maior facilidade, simplificando a manutenção e as intervenções habituais. Isto pode reduzir os custos e os tempos de paragem, além de prolongar a vida útil do equipamento.
Aplicações do secador por pulverização com leito fluidizado
1. Indústria alimentar
- Produtos lácteos: produção de leite em pó, soro de leite em pó e produtos semelhantes. Após o pré-tratamento, as matérias-primas lácteas líquidas são secas por pulverização para obter pós mais fáceis de armazenar e transportar, ajudando a preservar os componentes nutricionais.
- Condimentos: granulação e secagem de temperos de frango, glutamato monossódico, sal e outros condimentos para melhorar a fluidez e a solubilidade.
- Bebidas: secagem e granulação de café, chá, sumos de fruta e outros produtos para bebidas, para obter formulações instantâneas.
- Aditivos alimentares: secagem e conformação de aditivos como sorbato de potássio, pectina e vitaminas, para favorecer a qualidade, a estabilidade, o armazenamento e o manuseamento do produto.
2. Indústria química
- Catalisadores: produção de catalisadores de polimerização, petroquímicos e de outros tipos. A secagem e a granulação controladas podem produzir partículas com uma distribuição granulométrica uniforme e atividade adequada, favorecendo o desempenho catalítico.
- Corantes: secagem e granulação de corantes dispersos, reativos e outros corantes para melhorar a dispersibilidade e a solubilidade.
- Sais inorgânicos: transformação de sulfato de zinco, carbonato de cálcio, sulfato de potássio e outros sais inorgânicos em pós ou grânulos que satisfaçam requisitos específicos do produto.
- Compostos químicos: secagem e conformação de materiais como catalisadores orgânicos, sílica precipitada, metassilicato de sódio e fluoreto de potássio, para melhorar o manuseamento e satisfazer os requisitos das aplicações industriais.
3. Indústria farmacêutica
- Formulações farmacêuticas: preparação de grânulos a partir de antibióticos, vitaminas, medicamentos antipiréticos e analgésicos e outros materiais farmacêuticos. A melhoria da fluidez e da solubilidade pode facilitar a formulação e o fabrico subsequentes.
- Formulações de medicina tradicional chinesa: secagem e granulação de extratos de plantas concentrados para ajudar a resolver as dificuldades associadas à elevada viscosidade e à secagem. Os grânulos obtidos são mais fáceis de armazenar, transportar e utilizar.
4. Indústria cerâmica
- Matérias-primas cerâmicas: secagem por pulverização e granulação de suspensões com alumina, zircónia, magnésia, titânia e outros materiais cerâmicos. Os grânulos obtidos podem apresentar tamanhos uniformes e boa fluidez, favorecendo a conformação cerâmica e a qualidade do produto.
5. Aplicações ambientais
- Tratamento de águas residuais: secagem e solidificação de lamas para reduzir o volume e o peso e facilitar o manuseamento e a eliminação posteriores.
- Tratamento de gases residuais: produção de adsorventes, catalisadores e outros materiais utilizados para adsorver ou decompor poluentes nos gases de exaustão.
6. Outras aplicações
- Polímeros: secagem e granulação de polímeros como E-PVC, materiais à base de estireno, resinas de ureia-formaldeído (UF) e de fenol-formaldeído (PF), para melhorar o manuseamento, o processamento e a qualidade.
- Materiais magnéticos: secagem e conformação de materiais magnéticos, ajudando a manter as propriedades e a qualidade necessárias.
- Materiais eletrónicos: secagem e granulação de matérias-primas utilizadas no fabrico eletrónico para satisfazer os requisitos de produção de componentes eletrónicos.
Melhorias técnicas do secador por pulverização com leito fluidizado
1. Otimização do sistema de ar quente
Aumento da temperatura do ar de entrada: com uma temperatura de saída constante, aumentar adequadamente a temperatura de entrada aumenta o calor total fornecido ao sistema e o calor transferido para o material por unidade de massa de ar. Se a capacidade de produção se mantiver, poderá reduzir-se o caudal de ar necessário, ajudando a diminuir o consumo de energia e a melhorar a eficiência térmica. Contudo, a temperatura de entrada deve manter-se dentro dos limites do equipamento e do material. Em geral, não deve ultrapassar 600°C, para evitar danos em componentes como o distribuidor de ar no topo da torre.
Redução da temperatura de exaustão: com uma temperatura de entrada constante, reduzir a temperatura de exaustão aumenta a diferença entre a entrada e a saída, permitindo utilizar mais calor na secagem. Isto pode melhorar o aproveitamento térmico. No entanto, uma temperatura de exaustão demasiado baixa pode deixar o pó excessivamente húmido; em algumas aplicações, temperaturas inferiores a aproximadamente 75°C podem prejudicar a secagem.
Recuperação de calor residual: podem instalar-se equipamentos que recuperem a energia dos gases de exaustão para pré-aquecer o ar de entrada ou os materiais de alimentação. Entre as soluções habituais encontram-se os permutadores de calor e os permutadores com tubos de calor, que transferem calor dos gases para o ar ou os materiais de entrada, reduzindo o desperdício e melhorando o aproveitamento energético global.
2. Otimização da estrutura do equipamento
Otimização da câmara de secagem: ajustar a geometria, as dimensões e a estrutura interna pode melhorar a distribuição do ar e reduzir as zonas de estagnação. Isto favorece um contacto mais uniforme entre o ar quente e o material, acelera a secagem e melhora a eficiência. Entre as possíveis melhorias incluem-se novos elementos de orientação do ar e a otimização da relação altura/diâmetro da câmara.
Melhoria do desempenho do atomizador: atomizadores mais eficientes e precisos podem produzir gotículas de tamanho mais uniforme e menor diâmetro. O aumento da área superficial resultante acelera a evaporação, reduz o tempo de secagem e pode diminuir o consumo de energia. Atomizadores centrífugos ou de pressão melhorados podem aumentar o desempenho da secagem e a eficiência energética global.
3. Melhoria do desempenho do equipamento
Melhoria do controlo de qualidade dos grânulos: a otimização adicional do leito fluidizado integrado e da placa distribuidora, juntamente com um maior intervalo de ajuste da velocidade do ar de fluidização, pode melhorar a fluidização e o crescimento das partículas. Isto favorece uma distribuição granulométrica mais uniforme, maior esfericidade e melhores propriedades de fluidez e solubilidade, para satisfazer os requisitos exigentes de vários setores.
Alargamento da compatibilidade com materiais: o ajuste dos materiais de construção, da estrutura e dos parâmetros do equipamento pode melhorar o processamento de matérias-primas especiais, incluindo as de elevada viscosidade, termossensíveis e propensas à aglomeração. Isto pode alargar as aplicações a vários setores e processos produtivos.
4. Poupança de energia e otimização ambiental
Conceção energeticamente eficiente: podem instalar-se permutadores de calor de elevada eficiência e sistemas de recuperação de calor residual na saída do secador, para recuperar o calor de exaustão e pré-aquecer o ar ou os materiais de entrada. Estas medidas ajudam a reduzir o consumo de energia e a melhorar o aproveitamento térmico.
Melhoria do tratamento dos gases de exaustão: os sistemas avançados podem combinar separadores ciclónicos de elevada eficiência, filtros de mangas e lavadores húmidos, para reduzir ainda mais as emissões de partículas e ajudar a cumprir normas ambientais mais exigentes. Poderão também desenvolver-se tecnologias adicionais de purificação para reduzir as emissões de compostos orgânicos voláteis (VOC) e de outros poluentes, quando aplicável.
5. Desenvolvimento do controlo inteligente
Maior automatização: os sensores avançados, os sistemas de automatização e o controlo informático podem monitorizar e ajustar automaticamente, em tempo real, parâmetros fundamentais, como o caudal de alimentação, a temperatura, a humidade e a pressão de atomização. Isto ajuda a estabilizar a secagem, manter uma qualidade consistente e reduzir o trabalho manual e os erros operacionais.
Monitorização remota e análise de dados: os sistemas remotos permitem acompanhar o estado do equipamento, ajustar os parâmetros de funcionamento e receber alarmes de avaria através de uma rede. A análise de grandes volumes de dados pode ser utilizada para avaliar a produção e apoiar a otimização do processo, a melhoria da eficiência e a qualidade do produto.
6. Conceção compacta e integração do sistema
Conceção compacta: podem desenvolver-se configurações mais pequenas e compactas do secador por pulverização com leito fluidizado para pequenas e médias empresas e aplicações laboratoriais. Mantendo o desempenho necessário, estas conceções podem reduzir a área ocupada, os requisitos de espaço, o investimento e os custos operacionais.
Sistemas produtivos integrados: o secador por pulverização com leito fluidizado pode ser integrado com equipamentos a montante e a jusante, incluindo sistemas de pré-tratamento, moagem e peneiração, para criar uma linha contínua automatizada. Esta integração pode melhorar a eficiência e a consistência da qualidade, reduzindo as perdas intermédias de material e os riscos de contaminação.
7. Soluções e serviços personalizados
Engenharia personalizada: a conceção e o fabrico do equipamento podem ser adaptados aos requisitos específicos do cliente, incluindo as propriedades do material, a capacidade de processamento, o tamanho de partícula pretendido e o processo produtivo. Isto permite adaptar a configuração, as dimensões e os parâmetros de funcionamento a cada aplicação.
Assistência técnica abrangente: os serviços podem abranger não só o fabrico, mas também a instalação, a colocação em serviço, a formação dos operadores, o serviço pós-venda e o apoio técnico. Estes serviços ajudam a utilizar e a manter o equipamento de forma eficaz, favorecem a fiabilidade a longo prazo e melhoram a satisfação do cliente.
Diagramas do fluxo do processo do secador por pulverização com leito fluidizado
- Diagrama de fluxo do processo 1: torre de secagem por pulverização de fluxo misto, baixa temperatura e corpo largo
- Diagrama de fluxo do processo 2: torre de secagem por pulverização em cocorrente e a alta pressão
