Universidad Autónoma del Carmen
Dependencia Académica de Ciencias Químicas y Petrolera Facultad de Química
Secadores Ingeniería Química
Alumno: Irvin Sahed Marcelo Reyes Semestre: 5to
Profesora: Dra. Julia Griselda Cerón Bretón
Secado de solidos El secado de sólidos consiste en separar pequeñas cantidades de agua u otro líquido de un material sólido, (siendo éste un proceso de transferencia de masa), con el fin de reducir el contenido de líquido residual hasta un valor aceptablemente bajo. El secado es por lo común la etapa final de una serie de operaciones y, con frecuencia, el producto que se extrae de un secador está listo para ser empaquetado. El contenido de líquido de una sustancia seca varía de un producto a otro. En ocasiones, el producto no contiene líquido, por lo que recibe el nombre de totalmente seco. Para ser considerados "secos", el producto final debe ser sólido, en forma de una hoja continua (por ejemplo, papel), piezas largas (por ejemplo, madera), partículas (por ejemplo, granos de cereales o hojuelas de maíz, arena, sal, detergente, leche en polvo). En la práctica, la energía necesaria para evaporar el líquido es suministrado en forma de calor. A veces se usan otras formas de energía como campos de radiofrecuencia, trabajo mecánico o reacciones químicas. El análisis de la operación de secado requiere conocer:
Las relaciones de equilibrio que limitan la operación, lo cual implica conocer la distribución de agua entre dos fases: La sólida del material a secar y la gaseosa del aire seco. Los métodos disponibles para realizar la operación La velocidad de secado que determina el tiempo para llevar a cabo la operación que depende de la velocidad de transferencia de calor y de la velocidad de evaporación. Los efectos colaterales del secado requieren un estudio de la velocidad de desactivación del material de interés por efectos térmicos.
El secado se lleva a cabo por una o más de las siguientes razones:
Para reducir el costo del transporte. Para obtener el material más manejable; por ejemplo jabón en polvo, colorantes, fertilizantes. Para proporcionar unas determinadas propiedades; por ejemplo la fluidez de sal común. Para evitar la presencia de humedad, que podría provocar la corrosión.
Fundamentos de Secadores Son equipos utilizados para separar un líquido de un sólido mediante la evaporación. Principalmente es utilizado para reducir o eliminar humedad. En estos equipos la fuente de calor es una corriente de gas caliente. El material para el secado puede estar estático, móvil, fluido o diluido.
Estático: Éste es un lecho denso de sólidos en el cual cada partícula descansa sobre otras, debido a la densidad de la masa de la fase sólida. Es decir, no existe movimiento relativo entre las partículas sólidas. Móvil: Éste es un tipo de lecho de sólidos ligeramente restringido en el cual las partículas están separadas apenas lo suficiente para fluir o deslizarse unas sobre otras. Por lo común el flujo es descendente por acción de la fuerza de gravedad. Fluidizado: Las partículas sólidas se sostienen por medio de fuerzas de arrastre provocadas por la fase gaseosa que pasa por los intersticios de las partículas, con una velocidad crítica dada. Diluido: Ésta es una condición de expansión total en la cual las partículas sólidas están tan separadas entre sí que prácticamente no ejercen ninguna influencia unas sobre otras.
La mayor parte de los secadores industriales operan con partículas de sólidos durante todo el ciclo de secado, o una parte de él aunque, por supuesto, algunos secan grandes piezas individuales, tales como vasijas de cerámica o láminas de un polímero. La alimentación de algunos secadores es un líquido en el que está suspendido el sólido en forma de partículas o en solución. El producto que se seca puede soportar temperaturas elevadas o tal vez requiera un tratamiento suave a temperaturas bajas o moderadas. Esto da lugar a que en el mercado exista un gran número de tipos de secadores comerciales. Las diferencias residen fundamentalmente en la manera en que los sólidos se mueven en la zona de secado y en la forma en la que se transfiere el calor. Modelos de interacción de partículas gas-sólido en los secadores: a) Flujo de gas sobre un lecho estático de sólidos. b) Flujo de gas a través de un lecho de sólidos preformados c) Acción de lluvia en un secador rotatorio d) Lecho fluidizado de sólidos. e) Flujo en paralelo gas-sólido en un secador súbito de transporte neumático.
a)
c)
b)
d)
e)
Tipos de Secadores
Tipo de secador Continuo Radiación (Infrarrojo)
Discontinuo
Conducción
Convección
Radiación (infrarrojo)
Conducción
Convección
Al vacio
Presión atmosferica
Al vacio
Presión atmosferica
Cinta transportadora.
Tornillo sin fin, pulverización.
Bandejas, secador, rotatorio.
Bandejas, túnel, rotatorios.
Secador discontinuo de radiación Se utilizan fuentes de rayos infrarrojos (secado de papel, cartón, tejido, etc.) o generadores de microondas (cerámica, celuloide, productos farmacéuticos, etc.) con el fin de que el sólido húmedo absorba calor. Secado en Bandejas El secador de bandejas, o secador de anaqueles, consiste en un gabinete, de tamaño suficientemente grande para alojar los materiales a secar, en el cual se hace correr suficiente cantidad de aire caliente y seco. En general, el aire es calentado por vapor, pero no saturado, de modo que pueda arrastrar suficiente agua para un secado eficiente.
Secador de Lecho Fluidizado Los secadores en los que los sólidos están fluidos por el gas de secado se utilizan en diversos problemas de secado. Las partículas se fluyen con aire o gas en una unidad de lecho hirviente, tal como se muestra en la figura.
La mezcla y la transferencia de calor son muy rápidas. La alimentación húmeda se introduce por la parte superior del lecho; el producto seco se retira lateralmente cerca del fondo. Si hay partículas finas presentes, ya sea que entran con la alimentación, o bien, de la ruptura de partículas del lecho fluidizado, existirá un considerable transporte de sólidos con el gas que sale y será necesario instalar ciclones y filtros de bolsa para la recuperación de finos.
Secadores de pulverización En un secador de pulverización se dispersa una solución o suspensión en una corriente de gas caliente formando una niebla de gotas muy finas. La humedad se evapora muy rápido de las gotitas para formar partículas residuales de sólido seco, que después se separan de la corriente gaseosa. Los flujos de gas y líquido pueden ser en corrientes paralelas, en contracorriente o una combinación de ambos en una misma unidad. Las gotitas se forman en una cámara cilíndrica de secado por la acción de boquillas de presión, boquillas de dos fluidos o, en secadores de gran tamaño, por medio de discos de pulverización que giran a gran velocidad.
Secador de tambor Un secador de tambor consiste en uno o más rodillos metálicos calentados, en cuya superficie exterior una delgada capa de líquido se evapora hasta secar. El sólido seco es retirado de los rodillos a medida que éstos giran muy lento. En la figura se representa un secador de tambor típico; una unidad de doble tambor con alimentación central.
El líquido es alimentado desde un canal o tubo perforado dentro de un estanque en el espacio inmediato superior y entre los dos rodillos. El estanque es confinado ahí por platos extremos estacionarios. El calor se transfiere por conducción hacia el líquido que es parcialmente concentrado en el espacio comprendido entre los rodillos. El líquido concentrado se distribuye desde el fondo del estanque como una capa viscosa que recubre el resto de la superficie de los tambores. Prácticamente se vaporiza todo el líquido al girar los tambores, dejando una delgada capa de material seco que se retira mediante cuchillas rascadoras y cae en los transportadores situados debajo. La humedad evaporada se recoge y retira a través de la campana situada encima de los tambores. Secador de banda Son aquellos equipos donde el producto se coloca sobre una banda continua que es atravesada por aire caliente. La banda, en modo continuo, está contenida dentro de un armazón metálico que realiza el necesario circuito Aero térmico. Los equipos de secado basados en el sistema ETL (extraer, transformar y cargar) se obtienen con la combinación de sus diversos elementos, cada uno definido por un circuito de aire particular.
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Secador Rotatorio Un secador rotatorio consta de un cilindro hueco que gira sobre su eje, con una ligera inclinación, para permitir el desliz de los sólidos a secar hacia la boca de salida. Se alimentan por la boca de entrada y por la boca de salida se alimenta el gas caliente, que habrá de secar a contracorriente el sólido que se desliza despacio hacia la salida, a medida que se va secando. El método de calentamiento es por contacto indirecto a través de la pared del cilindro que se calienta por el paso de los gases. Las partículas atraviesan una sección relativamente corta, a medida que se deslizan, mientras su humedad disminuye de la misma manera en que descienden. Evitar y revisar el estancamiento.
Secador Neumático El principio del Secador Neumático está basado en la suspensión de materias divididas - cristales, polvo de materia amorfa, virutas, materias desmenuzadas en una corriente gaseosa caliente que juega al mismo tiempo el papel de agente de secado y el de transporte. El Secador Neumático se caracteriza por tiempos de estancia muy cortos (del orden del segundo) y una transferencia a contracorriente. Debido a ello, es difícil obtener humedades finales muy bajas, pero este tipo de secador no recalienta el producto. Además, es muy simple y de un costo relativamente moderado.
Parámetros de diseño de secadores “Diseño y construcción de un secador rotatorio para la obtención de escamas PET” Para el diseño se realizaron ensayos en el laboratorio adquiriendo diferentes datos, mismos que sirvieron para elaborar los cálculos de ingeniería para un correcto dimensionamiento del equipo realizando una previa selección de los principales elementos que conforman el equipo, estos son: Cámara de secado, motor, ventilador, fuente de calor. El equipo fue fabricado en acero inoxidable AISI 304, y cuyas dimensiones son las siguientes: la cámara de secado tiene una longitud de 80 cm, diámetro de 38 cm, un volumen do 90L y una capacidad de 10 Kg/h; la potencia del motor es de ½ HP (373 W); la velocidad con la que trabaja el ventilador es 3600 RV, la temperatura optima de la fuente de calor es 115C. Con este equipo se logró alcanzar una eficiencia del 87,6%, cumpliendo así la especificación de este tipo de equipos. Como resultados se obtuvo una reducción de humedad del PET desde un 28% hasta 1%, en un tiempo de 0,3 horas y con una velocidad total de secado de 5,36Kg/m2 h. Concluimos que el secador rotatorio está en excelentes condiciones para el proceso de secado de PET alcanzando una reducción de la humedad de 1 %. Recomendamos que al momento de utilizar el equipo se debe tener una mascarilla, guantes, mandil, para un buen desempeño y reducir los peligros que se puedan presentar en el laboratorio. Parámetros de diseño del secador por fluidización El contenido de humedad puede expresarse en base seca o base húmeda para los cálculos de secado resulta más conveniente referirse la humedad a base seca debido a que esta permanece. Constante durante el proceso de secado.
Cálculos de la humedad Determinación de las propiedades físicas-químicas de la sustancia ( diámetro de la partícula, porosidad, densidad real) Determinación de la caída de presión El número de Reynolds Calculo de la velocidad critica o mínima de fluidización Calculo del tiempo de residencia del aire Calculo del flujo másico real del aire de secado Calculo de la velocidad de secado Calculo del tiempo total de secado Secador por fluidización Calculo de la cantidad de calor perdido, determinación en las zonas de secado. Calculo del coeficiente de transferencia de calor Calculo del calor necesario para calentar el solido
Bibliografías Operaciones Unitarias en Ingeniería Química séptima edición, Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Mc Graw, Hill. Secado de sólidos en la industria química, G. Nonhebel, A. A. H. Moss, Editorial Reverte, 2002. Ingeniería Química: Operaciones Básicas (Tomo II), J.M. Coulson, J.F. Richardson, Editorial Reverte, 2003. Ingeniería Química, Eugenio Muños Camacho, Mario Grau Ríos, UNED, Abril 2013.
Referencias https://en.wikipedia.org/wiki/Drying http://web.archive.org/web/20100510160404/http://www.doschivos.com/trabajos /tecnologia/803.htm http://dspace.espoch.edu.ec/handle/123456789/3408
