Secadores de leito fluidizado mais curtos

12 de novembro de 2014

Por Craig Anderson, MBA, e Jarrett Bowling, Almo Process, e Michael Pfeiffer e Dr. – Ing. Mathias Trojosky, Allgaier Process Technology GmbH

Com trocadores de calor integrados em um secador de leito fluidizado, a combinação de transferência de calor por condução da fluidização com transferência de calor indireta adicional das bobinas do trocador de calor reduz drasticamente o comprimento necessário do secador de leito fluidizado. A redução no comprimento do secador de leito fluidizado pode ser de até 70% utilizando este tipo de sistema. Além de reduzir a pegada do secador de leito fluidizado, também são obtidas eficiências devido à conservação térmica e menos ar necessário para fluidizar as partículas. Até 80% do calor de secagem necessário pode ser fornecido pelos trocadores de calor integrados, o que reduz drasticamente o ar necessário. Os sistemas de suprimento e exaustão de ar para o secador de leito fluidizado também são reduzidos proporcionalmente. Secadores de leito fluidizado Os secadores de leito fluidizado normalmente utilizam fluxo cruzado entre o ar de secagem e um produto úmido para realizar a secagem. A velocidade do fluxo de ar ascendente deve exceder o efeito limitante do leito do produto no secador para atingir a fluidização (conforme mostrado na ilustração). Este método de secagem depende da convecção para realizar a secagem. As partículas são imersas no ar de secagem pela suspensão por fluidização. A altura do material no leito fluidizado é limitada para preservar a eficácia do leito fluidizado típico. No geral, uma alta eficiência de secagem é alcançada. No entanto, o borbulhamento do material ocorre durante a fluidização. A formação de bolhas permite que o ar contorne o material. O ar que é capaz de contornar o material reduz a eficiência da transferência de calor fluidizado. Veja a ilustração do fluxo cruzado entre o ar e o produto em um secador de leito fluidizado típico. uniformemente apenas pelo fluxo de ar. A umidade é um elemento coesivo considerável entre partículas individuais, especialmente partículas finas. Quando a umidade é capaz de atuar como um elo entre as partículas finas, o ar tende a estabelecer canais na camada do produto. O ar de secagem passará apenas por esses canais estabelecidos sem o efeito desejado de fluidização das partículas. Esta ocorrência é muitas vezes indicada pela formação de crateras no leito do produto. Esta condição é tipicamente tratada e mitigada pela adição de vibração ao secador de leito fluidizado. No entanto, melhorias adicionais no processo podem ser alcançadas pela adição de uma fonte de calor suplementar. A adição de superfícies de aquecimento ao produto fluidizado proporciona maior eficiência ao processo. A suplementação do fluxo de ar de secagem por convecção da fluidização com calor indireto das serpentinas do trocador de calor fornece uma fonte adicional para transferência de calor. Durante a operação, esses trocadores de calor ficarão imersos no leito do produto. Até 80% da necessidade de calor pode ser fornecida por superfícies de calor indireto. Há uma redução no suprimento de ar necessário para suportar o processo em comparação com a secagem totalmente fluidizada. O principal objetivo do suprimento de ar para um secador de leito fluidizado típico é simplesmente causar a fluidização para otimizar a transferência de calor. Uma vez que uma quantidade significativa de transferência de calor pode ser realizada pelos trocadores de calor, o fluxo de ar necessário pode ser reduzido de acordo. Isso reduz o requisito mínimo de ar necessário para remover a umidade do produto. O fornecimento de ar e equipamentos de ar de exaustão para o processo também serão reduzidos proporcionalmente. O resultado é uma instalação menor, menos dispendiosa em termos de capital e mais eficiente em termos de operação. Veja a ilustração dos trocadores de calor integrados que complementam a transferência de calor A combinação da transferência de calor por convecção com o calor irradiado das serpentinas do trocador de calor melhora a capacidade de umidade do ar de secagem. Isso resulta em alta carga de água no ar de exaustão. O calor adicional, através do trocador de calor interno, provoca níveis muito elevados de evaporação de água de uma quantidade menor de ar. Consequentemente, a carga de água de exaustão é particularmente alta com risco de ponto de orvalho no tubo de exaustão. Esse risco é mitigado desviando uma pequena quantidade de ar quente da entrada do secador para o duto de exaustão. A temperatura do fluxo de ar de exaustão é ligeiramente aumentada e o ponto de orvalho é reduzido. Veja a ilustração do Secador de Leito Fluidizado com Trocadores de Calor Integrados É necessário aumentar a elevação de uma instalação para acomodar os trocadores de calor dentro do secador de leito fluidizado. A altura total do leito fluidizado aumentaria um pouco enquanto o comprimento total do leito fluidizado seria significativamente reduzido. As bobinas do trocador empilhadas horizontalmente oferecem significativamente mais oportunidades para a transmissão de calor. O aumento da altura do leito fluidizado é acompanhado pelo aumento da profundidade dos leitos do produto dentro do secador. Os leitos de produto podem ser secos de forma eficaz a uma profundidade de 1-2 m. Tipicamente, leitos profundos de produto são evitados em secadores de leito fluidizado. Isso se deve ao efeito de borbulhamento que reduz a eficiência de secagem em secadores de leito fluidizado e é precipitado por leitos profundos de produtos. No entanto, as bobinas empilhadas horizontalmente dos trocadores de calor imersas no leito do produto impedem o crescimento e a formação de bolhas. A presença das serpentinas do trocador de calor em todo o leito do produto transfere o calor uniformemente através do material. A máxima transferência de calor possível é altamente dependente do tamanho do grão do material. Maior transmissão térmica pode ser obtida com partículas mais finas no leito do produto. A vantagem de utilizar trocadores de calor integrados pode ser expressa pelo Diagrama de Mollier. A linha 1 no gráfico indica um secador de leito fluidizado típico onde a transferência de calor é fornecida apenas por ar. Nesse caso, apenas uma temperatura mais alta é capaz de aumentar a capacidade de umidade do ar. O aumento da temperatura seria o único método para reduzir a quantidade de ar de secagem necessária. Veja o Diagrama de Mollier Comparação entre o Secador de Leito Fluidizado e o Secador de Leito Fluidizado com Trocadores de Calor Integrados A curva 2 no gráfico indica o efeito das superfícies de calor adicionais fornecidas pelos trocadores de calor integrados . Conforme observado anteriormente, é necessário fornecer algum calor ao ar de exaustão devido à alta carga de água do ar. A maior temperatura do ar de exaustão e do produto é ilustrada no gráfico por ΔT. A carga de água no ar de exaustão do secador, ilustrada por ΔX, é significativamente aumentada em comparação com uma aplicação típica de secador de leito fluidizado. Isso diminui diretamente o comprimento necessário do secador de leito fluidizado, a quantidade de ar de secagem necessária e o tamanho dos sistemas de suprimento/exaustão de ar. O impacto econômico é sempre muito grande, mas mais evidente para produtos que requerem baixa temperatura para secagem. Os produtos sensíveis à temperatura têm a vantagem mais substancial para trocadores de calor integrados instalados em secadores de leito fluidizado. Consulte Instalação de bobinas de trocador de calor em um secador de leito fluidizado: Allgaier Tipo WS-HF-TK-5.00 Exemplo de aplicação• 40 toneladas métricas/h de grânulos de batata • 7 feixes de trocadores de calor imersos no leito• Umidade de alimentação de 18%• Umidade residual de <8%• Resfriamento final a <50°C• Instalação Allgaier de WS-HF-T-KVeja a imagem de Instalação Allgaier de WS-HF-TK O Allgaier-Group tem mais de 20 anos de experiência com esta tecnologia. Esse tipo de tecnologia tem sido normalmente aplicado a aplicações que requerem a remoção de grandes quantidades de umidade. Em particular, os produtos cristalinos (como o cloreto de sódio) e os produtos alimentícios têm experimentado o maior benefício dessa tecnologia. Essa tecnologia também pode ser considerada para aplicações de resfriamento. Em vez de vapor fornecido aos trocadores de calor, água fria pode ser utilizada para uma aplicação de resfriamento. Para obter mais informações, entre em contato com o ALMO Process em 513-453-6990 ou visite www.almoprocess.com.