Trabalho Sobre Processos de Secagem

7/29/2019 Trabalho Sobre Processos de Secagem

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NDICE

1. INTRODUO .................................................................................................................... 2

2. FUNDAMENTOS TERICOS ............................................................................................ 3a) Separao por secagem ..................................................................................................... 3

b) Secagem ............................................................................................................................ 3

3. O MECANISMO DE MOVIMENTO DE HUMIDADE DURANTE A SECAGEM ......... 4

a) Teoria da difuso de secagem ........................................................................................... 4

b) Teoria capilar de secagem ................................................................................................. 5

4. CLASSIFICAO DOS TIPOS DE SECADORES ........................................................ 5

a) Secadores de tnel ............................................................................................................. 5

b) Secadores rotativos............................................................................................................ 6

c) Secadores de tambor.......................................................................................................... 7

d) Secadores de pulverizao ................................................................................................ 7

5. ESQUEMA GERAL DOS TIPOS DE SECADORES.......................................................... 8

6. FUNO DA SECAGEM.................................................................................................... 9

7. EQUAO GERAL DA OPERAO UNITRIA ........................................................... 9

8. INDSTRIA NACIONAL QUE USA O PROCESSO DE SECAGEM ............................ 10

9. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................. 12


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Processo de separao por secagem Tecnolgia Qumica 1

Da Silva, Celso Jlio 2

1. INTRODUOToda indstria qumica envolve um conjunto de processos: Processos Qumicos,

Processo de Estocagem de materiais, Processos de compras, Processos de pagamentos,

etc. os processos qumicos podem ser constitudos por uma sequencia de etapas muitodiferentes, que tem princpios fundamentais independentes da substncia que esta sendo

operada e de outras caractersticas do sistema (Foust et all, 1982).

O conceito de operaes unitrias, na engenharia qumica, esta baseado na filosofia de

que uma sequencia amplamente varivel de etapas pode ser reduzido a operaes

simples, ou a reaces, que so idnticas independentemente do material que esta sendo

processado. Este princpio foi apresentado pela primeira vez, com clareza, pelo

engenheiro A. D. Little, em 1915:

Qualquer processo qumico em qualquer escala, pode ser decomposto numa srie

estruturada do que se podem denominar, operaes unitrias, como moagem,

homogeneizao, aquecimento, calcinao, absoro, condensao, lixiviao,

cristalizao, filtrao, dissoluo, electrlise, etc. (Foust et all, 1982).

Numerosos mtodos tm sido desenvolvidos para realizar essas separaes e existem

distintas operaes unitrias come esse fim. Na prtica, existem muitos problemas de

separao tendo o engenheiro de escolher o mtodo que melhor se adapte a resoluo

(McCabe & Smith, 1991).

Como claro, a separao de uma soluo, ou de uma mistura fisicamente homogenia,

exige que haja uma transferncia preferencial de um constituinte para uma segunda fase

que possa ser fisicamente separada da mistura residual. Ilustram este efeito a

desumidificao do ar pela condensao ou pelo congelamento da parte da humidade,

ou o uso de um solvente liquido que insolvel no material inerte no extrado. Na

operao de separao pode estar envolvida qualquer de duas fases que tenha uma

distribuio preferencial dos constituintes e que pode ser facilmente separada do

restante. possvel que seja muito difcil separar duas fases slidas; um lquido e um

gs, ou um slido, usualmente, so separados com facilidade; dois lquidos com

densidades aproximadamente iguais e sem tenso interfacial podem resistir a todos os

meios prticos de separao, a menos que se altere uma das fases, a base fsica para os

processos de separao a diferena de composio das fases em equilbrio (Foust et

all, 1982).


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2. FUNDAMENTOS TERICOSa) Separao por secagem

Processo de separao: um processo que permite separar componentes de uma

mistura, tanto em pequena escala, como nos laboratrios, quanto em grande, como naindstria qumica e diversas.

A separao por secagem uma tcnica de separao dos componentes de uma mistura

que tem como base a diferena de composio das fases em equilbrio, aplica-se a

transferncia de um lquido que est num slido molhado para uma fase gasosa no

saturada.

b) SecagemA secagem uma operao unitria de retirada de gua de um produto por evaporao

ou sublimao, mediante aplicao de calor sob condies controladas.

Na secagem de um slido hmido, mediante um gs a uma temperatura e a uma

humidade fixa, manifesta-se sempre um certo tipo de comportamento. Imediatamente

depois do contacto entre a amostra e o meio secante, a temperatura do slido ajusta-se

at atingir um regime permanente. A temperatura do slido e a velocidade de secagem

podem aumentar ou diminuir para chegarem s condies do regime permanente. Neste

regime, uma prova de medida de temperatura mostra que a temperatura da superfcie do

slido molhado a temperatura de bulbo-humido do meio secante. As temperaturas no

interior do slido tendem a ser iguais temperaturas de bulbo hmido do gs, mas a

concordncia entre elas imperfeita em virtude das defasagens entre o movimento de

massa e o de calor. Uma vez que as temperaturas do slido tenham atingido a

temperatura do bulbo hmido do gs, elas permanecem bastante estveis e a taxa de

secagem tambm permanece constante. O perodo termina quando o slido atinge o teor

de humidade crtico. Alm deste ponto, a temperatura da superfcie eleva-se e a taxa desecagem cai rapidamente. O perodo da taxa decrescente pode ser bem mais dilatado

que o perodo de taxa constante, embora a remoo de humidade seja muito menor. A

taxa de secagem aproxima-se de zero, num certo teor de humidade de equilbrio, que o

menor teor de humidade atingvel, no processo de secagem, com o slido nas condies

a que esta submetido. O fundamento da secagem baseado na teoria de transferncia de

massa e calor juntamente com balano de massa e energia (Foust et all, 1982).


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Em alguns casos, a secagem uma parte essencial do processo de fabrico, como por

exemplo no fabrico de papel ou no tempero de madeira (Coulson & Richardson, 2002).

Na maioria das indstrias de processamento, a secagem efectuada por uma ou mais

das seguintes razes:

a) Para reduzir o custo do transporte.b) Para fazer com que um material mais adequado para o tratamento, como, por

exemplo, com sabo em p, materiais corantes e fertilizantes.

c) Para proporcionar propriedades definidas, tais como, por exemplo, mantendo anatureza de escoamento livre do sal.

d) Para remover a humidade que pode levar corroso de outra forma. Umexemplo a secagem de combustveis gasosos ou benzina antes da clorao.

Em geral, a secagem de slidos consiste em separar pequenas quantidades de gua e

outros lquidos de um material slido com o fim de reduzir o teor de lquidos residuais

at um valor aceitavelmente baixo (McCabe & Smith, 1991).

3. O MECANISMO DE MOVIMENTO DE HUMIDADE DURANTE ASECAGEM

a) Teoria da difuso de secagemNa teoria da difuso, a taxa de circulao de gua para a interface de ar regulada por

meio de equaes de taxa similares queles para a transferncia de calor.Esta teoria se

apoia exclusivamente sobre a lei de FICK, que expressa que o fluxo de massa por

unidade de rea proporcional ao gradiente de concentrao de gua. Utilizando a lei de

FICK na equao de balano de massa de gua no interior do produto, vem:

Esta lei de FICK simplificada, j que ela despreza a inter difuso, mas esta hiptese

justificada, uma vez que a gua migra dentro de uma matriz fixa. Independentemente

dos trabalhos sobre secagem. Entretanto, estas solues se aplicam aos slidos de

formas geomtricas simples (corpos semi-infinitos; placas, cilindros e esferas). E

quando a difusividade constante:


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A taxa de secagem pode ser calculada diferenciando estas equaes (Coulson &

Richardson, 2002).

b) Teoria capilar de secagemA teoria de secagem capilar tem sido proposto para explicar o movimento da humidadeno leito durante a secagem da superfcie.

Krischer & Krll (citado por DAUDIN, 1983) expem em detalhe a teoria do

movimento capilar de gua lquida dentro de sistemas simples constitudos de alguns

tubos capilares e dentro de sistemas complexos como os corpos porosos. O princpio o

seguinte: para um tubo capilar isolado, a presso de suco e ento a ascenso da gua

dentro do capilar, proporcional tenso superficial da gua e inversamente

proporcional a seu raio. Admitindo-se que a tenso capilar finalmente associada aoteor de gua, estes autores estabelecem uma lei geral na qual o factor de potencialidade

o gradiente de teor de gua. Os autores tambm agregam a este fluxo de gua lquida,

um fluxo de vapor de gua que se teria dentro dos poros depois da retirada do lquido

(Coulson & Richardson, 2002).

4. CLASSIFICAO DOS TIPOS DE SECADORES Secador transportador/tnel Secador rotatrio, a gravidade e flash Secador a tambor Secador pulverizador (spray dryer). Secador de bandeja Secador congelador

a) Secadores de tnelEm secadores de tnel, uma srie de bandejas ou carrinhos so movidos lentamente

atravs de um tnel de comprimento, que pode ou no ser aquecido, e a secagem

realizada sob uma corrente de ar quente. Secadores de tnel so usados para a secagem

da cera de parafina, gelatina, sabo, utenslios de cermica, e onde o rendimento to

grande que os secadores de gabinete individual que implicaria muito manuseio.

Alternativamente, o material colocado sobre um transportador de correia que passa


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atravs do tnel, um arranjo que bem adequado para a operao de vcuo (Coulson &

Richardson, 2002).

Figura 1. (fonte: Foust et all, 1982)

b) Secadores rotativosA secagem contnua de materiais em grande escala num secador rotativo, o qual

constitudo por um invlucro relativamente longo cilndrico montado sobre roletes e

conduzido a uma velocidade baixa. A concha suportada com um pequeno ngulo em

relao horizontal, de modo que o material alimentado na extremidade mais alta vai

deslocar atravs do secador por aco da gravidade, e os gases quentes ou o ar utilizado

como meio de secagem so alimentados quer a extremidade superior do secador para

dar co-corrente ou de fluxo na extremidade de descarga da mquina, para dar o fluxo de

contracorrente (Coulson & Richardson, 2002).

Figura 2. (fonte: www.manfredinieschianchi.com/305-02-4PO-secadoresrotativos.htm)


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c) Secadores de tamborSe uma soluo ou suspenso executado em uma rotao lenta do cilindro aquecido a

vapor, a evaporao tem lugar e os slidos podem ser obtidos sob uma forma seca. Este

o princpio bsico utilizado em todos os secadores de tambor. A alimentao para um

secador de tambor nico pode ser do mergulho, panela, ou tipo splash. O agitador evita

sedimentao de partculas, e o disseminador por vezes usado para produzir um

revestimento uniforme sobre o tambor (Coulson & Richardson, 2002).

Figura 3. (fonte:http://www.pl.all.biz/pt/g59672/)

d) Secadores de pulverizaoA gua pode ser evaporada a partir de uma soluo ou de uma suspenso de partculas

slidas atravs da pulverizao da mistura para um recipiente por meio do qual uma

corrente de gases quentes passada. Deste modo uma grande rea interfacial

produzida e, consequentemente, uma elevada taxa de evaporao obtido.

Na secagem por pulverizao, que necessrio para atomizar e distribuir, em condiescontroladas, uma grande variedade de lquidos, as propriedades dos quais vo desde os

de solues, emulses, disperses e, ao mesmo lamas e gis. A maioria dos

atomizadores vulgarmente empregues so concebidos para lquidos simples, que

mvel lquidos Newtonianos. Quando atomizadores so empregues para as lamas,

pastas, lquidos e tendo propriedades anormais, existe uma grande degradao do

desempenho e, em muitos casos, atomizadores podem ser rapidamente desgastada e

danificado, de modo a tornar-se intil. H, portanto, muito a ser ganho por considerar

vrios tipos e modelos de atomizador para que uma seleco adequada pode ser feita
http://www.pl.all.biz/pt/g59672/http://www.pl.all.biz/pt/g59672/http://www.pl.all.biz/pt/g59672/http://www.pl.all.biz/pt/g59672/


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para o dever dado. Neste contexto, um atomizador definido como um dispositivo que

faz com que o lquido a ser desintegrado em gotas encontram-se dentro de um intervalo

de tamanho especificado, e que controla a sua distribuio espacial (Coulson &

Richardson, 2002)

Figura 4. (fonte: http://www.cn.all.biz/pt/g71679/)

5. ESQUEMA GERAL DOS TIPOS DE SECADORES

Figura 5. (fonte: PARK et all)


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6. FUNO DA SECAGEMA secagem tem a finalidade de eliminar um lquido voltil contido num corpo no

voltil, atravs de evaporao, portanto, a operao na qual a actividade de gua de

um alimento diminuda pela remoo da gua, atravs de sua vaporizao. O tipo desecagem a ser utilizado depende, dentre outros factores, do produto a ser desidratado, da

sua constituio qumica e das caractersticas fsicas do produto final desejado (Foust et

all, 1982).

7. EQUAO GERAL DA OPERAO UNITRIAA transferncia de massa e calor, em condies de escoamento turbulento ao redor da

gota lquida, permite que a taxa de secagem seja expresso como:

Sendo que:

Integrando a equao 1, para a condio inicial (t=0; d=d0) e condio final (t=tc;

d=0), e isolando o tempo temos:

O limite do integral para a condio de contorno igual a zero, pois neste perodo a gota

considerada como um lquido puro. Portanto, na condio de ponto de transio de

taxa de secagem constante para o decrescente, o lquido puro no contm slidos.

Por outro lado, se considerarmos a condio final (t=tc; d=dc), a expresso fica:

A velocidade de evaporao em gotas contendo slidos menor que a velocidade em

gotas de lquido puro. A presena de slidos provoca um decrscimo na presso de

vapor do lquido. A formao da estrutura slida altera o processo de secagem, assim a

taxa neste perodo decrescente expressa como:


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Integrando esta equao 4, para a condio inicial (t=0; X = XBSc) e condio final

(t=td; X= XBSf), e isolando o tempo temos:

Portanto a equao para estimar o tempo total de secagem, a soma das equaes 3 e 5,

ser:

Sendo Xa humidade do produto, t o tempo de secagem do produto, h coeficiente de

transmisso de calor,A rea superficial da gota, calor latente de evaporao da gua, d

dimetro da gota, Re o nmero de Reynolds, T a diferena de temperatura entre o

produto e o ar, tc tempo de secagem no perodo de taxa constante (C) do produto, td

tempo de secagem no perodo de taxa decrescente (C) do produto, l a densidade do

lquido (kg/m3), co calor latente de vaporizao da gua no perodo de taxa constante

(J/kg gua), do calor latente de vaporizao da gua no perodo de taxa decrescente

(J/kg gua), do o dimetro inicial da gota (m), Kg a condutividade trmica do ar

(W/m.K), Taa temperatura do ar quente (C), Twa temperatura de bulbo hmido do ar

(C), s a densidade do produto slido (kg/m3), dc o dimetro da gota no tempo de

transio das taxas de secagem (m), XBsc a humidade do semi-slido no perodo de

transio das taxas de secagem, base seca (kg gua/kg produto),XBSfa umidade final do

slido, base seca (kg gua/kg slido seco) e Tma mdia da diferena de temperatura

entre o ar e o produto ao longo do secador (C).

8. INDSTRIA NACIONAL QUE USA O PROCESSO DE SECAGEMUma indstria que usa a secagem para a separao a aucareira de Xinavane.

O processo de fabricao de acar inicia-se aps passar pelas etapas de extraco e

tratamento do caldo. O xarope resultante bombeado para os tachos de cozimento para

a cristalizao do acar. O cozimento feito em duas etapas, sendo que na primeiraainda ocorre a evaporao da gua do xarope para a cristalizao da sacarose. O produto


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resultante desse cozimento uma mistura de cristais de sacarose com o licor-me (mel).

Na segunda etapa, ocorre o processo de nucleao, em que so produzidos pequenos

cristais de tamanho uniforme.

A separao dos cristais de sacarose do mel feita por meio de centrifugao, no qual

so obtidos dois produtos: o acar e o melao. O melao enviado para a fabricao de

lcool, enquanto o acar destinado ao secador para a retirada da humidade contida

nos cristais. Aps a secagem, o acar levado ao silo para ser ensacado e estocado.


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9. BIBLIOGRAFIA Coulson and Richardsons. (2002). CHEMICAL ENGINEERING: Particle

Technology and Separation Processes. volume 2. Fifth Edition. New York. 494-

527pp. FOUST et all. (1982). Princpios das Operaes Unitrias. 2a Edio. LTC

Editora. Rio de Janeiro.

Mccabe et all. (1991). Operaciones Unitrias Eningenieria Quimica, 4a Edicin,Mcgraw-hill. Espaa;

ARAJO, Pietra Fagundes. Torres de Separao por Absoro, Adsoro eDestilao.

Kajiyama & Park. influncia da umidade inicial da alimentao no tempo desecagem em secador atomizador. Revista Brasileira de Produtos

Agroindustriais, Campina Grande, v.10, n.1, p.1-8, 2008 ISSN 1517-8595.

Acedido em 22 de Outubro de 2012 pelas 17h:48 em:

http://www.deag.ufcg.edu.br/rbpa/rev101/Art1011.pdf.

PARK et all. (2006). Seleo de Processos e Equipamentos de Secagem.Palestra, 01 de agosto. Acedido em 17 de Outubro de 2012 pelas 11h:00 em:

http://www.feagri.unicamp.br/ctea/.../selprcequipsec.pdf.

Rogrio Haruo Sakai; Andr Ricardo Alcarde,Fabricao do acar. Acedidoem 22 de Outubro de 2012 pelas 01h:18 em:

http://www.agencia.cnptia.embrapa.br.
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]

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