52613443 Lou 2 Secado Por Atomizacion

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

LABORATORIO LABORATORI O DE OPERACIONES UNITARIAS 2

2010

UNII UN FACULTAD DE INGENIERÍA QUIMICA Y TEXTIL

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS SECADO POR ATOMIZACI ATOMIZACIÓN ÓN INTEGRANTES: CANDIA ANTAY ERNESTO LIMAYMANTA TINEO DANNY REINA CONDE JACQUELINE RIVERA MONTALVAN CARLOS SAYRE QUILLAS MARIA LUISA

2011-1

1


LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS 2

INDICE 1. OBJETIVOS:«««««««««««««««««««««««««««1

2. FUNDAMENTO:«««««««««««««««««««««««««.1

3. ESQUEMA DEL EQUIPO----------EQUIPO-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6

4. DATOS DE LA FILTRACIÓN FILTRACIÓN:: «««««« «««««««««««« «««««««««««« ««««««««« «««6 6

5. TRATAMIENTO TRATAMIENTO DE DATOS «««««« «««««««««««« «««««««««««« «««««««««. «««..7 .7

6. OBSERVACIONES«««««««««««««««««««««««««.13

7. CONCLUSIONES:«««««««««««««««««««««««««..13

8. ANE ANEXO««««««««««««««««««««««««««««««. XO««««««««««««««««««««««««««««««.14 14

9. BIBLIOGRAFIA:««««««««««««««««« BIBLIOGRAFIA:««««««««««« «««««««««««« «««««««««.2 «««.28 8

2



SECADO POR ATOM IZACIÓN 1. OBJETIVO y

Conocer el equipo de secado por atomización y su funcionamiento por medio de una corrida de prueba en el equipo.

y

Conocer las relaciones existentes entre las condiciones de operación de equipo de secado y las características del producto final.

2. FUNDAM ENTO TEORICO El secado por atomización es utilizado para alimentos y/o produ ctos orgánicos disueltos en agua. Inicialmente, el alimento fluido es transformado en gotas, que se secan por atomización en un medio continuo de aire caliente. El modo más común utilizado en estos tipos de secado es un ciclo abierto, tal como se muestra en la siguiente figura:

El aire de secado es calentado utilizando un reostado (calentador por resistencias eléctricas), además, es limpiado con ciclones antes de ser lanzado a la atmósfera. E n este tipo de operación el aire que abandona el sistema todavía puede contener calor. Un segundo tipo es la utilización de un circuito cerrado con un medio de calefacción (aire, CO 2 , etc.). El aire se utiliza en el proceso de secado, después se limpia, se seca y se reutiliza de nuevo en un pr oceso continuo. La eficiencia de este tipo d e secado es superior a la de los sistemas abiertos. En los sistemas de circuito cerrado únicamente sale del sistema el producto seco, mientras que en los de circuito abierto también se lanza al exterior aire caliente, que en algunos o casiones puede contener micro partículas.

Este tipo de secado incluye la atomización del alimento en un medio de secado en el que se elimina la humedad por evaporación. El secado se realiza hasta que se llega al nivel de humedad fijado para el producto. Este secado se controla por las condiciones de flujo y temperatura, tanto del producto como del aire de entrada.

Figura 1. Ciclo abierto, secado por atomización

3



El secado por a tomización se utilizo por primera vez en el secado de leche hacia 1900 y más tarde se aplico en huevos y café.

Tabla 1. Efecto del proceso en algunos tamaños de gotas

Los tipos de secadores, la distancia que recorre una gota hasta que se ve afectada por completo por el aire depende del tamaño, forma y densidad de la misma. Los atomizadores ordinarios son más independientes del flujo de aire, mientras que en los atomizadores finos debe considerarse el flujo de aire. El movimiento de la atomización se puede clasificar de acuerd o al diseño del secadero como equi corriente, contracorriente o flujo mezclado.

4



figura 2. Clasificación de secadores por medio corriente de la atomización

Descripción del equipo el equipo, utilizado en el laboratorio es un equipo que consta de las siguientes partes: Cámara de secado. y y El atomizador. Calentador eléctrico de aire (en la actualidad se utiliza el equipo de ésta manera). y y Calentador a gas d el aire. y Motor y ventilador (aspirador de aire).

Ingreso de líquido a secar:

Ingreso de aire presurizado, el cual sircve para aumentar los RPM del disco centrífugo

EQUIPO DE SECADO POR ATOMIZACION

CICLON

Ingreso de sólido al ciclon, para separación sólido-aire. El sólido se recupera en la parte inferior del ciclon.

CAMARA DE SECADO

CONSOLA DE

Ingreso de aire caliente Salida en forma de polvo, del fluido secado.

5

MANEJO



Figura 3. Descripción del equipo y disco centrifugo.

A plicación del ³Spray Dryer´ o secado por atomización: Es aplicado a cualquier produ cto posib le de bomb ear emulsiones, pastas, soluciones y susp ensiones de las

siguientes industrias: y

Alimenticias: Tales como cereales y extractos de plantas, lacticinios en general,

cafés y sus sucedáneos, levaduras, hidrolizados de proteínas, derivados marinos, subproductos d e frigoríficos, huevos, frutas y extractos de frutas. y

F armacéuticas: Antibióticos y derivados, vacunas, vitaminas, fármacos en

general. y y

C erámica: Arcillas para aplicaciones diversas y especiales

Ácidos, sales orgánicas, compuestos nitrogenados, Química Orgánica: plásticos , resinas, catalizadores y colorantes, fertilizantes, pesticidas, insecticidas, detergentes en general, taninos naturales y sintéticos etc. Compuestos de aluminio, bario, boro, cromo, azufre, flúor, yodo, magnesio, hidróxido y óxidos en general.

y

Química Inorgánica:

y

C elulosa:

S uphite waste liquor, lignosulphonates, etc.

Secad ores a nivel industrial: NIRO ATO M IZ ER (marca del secador por atomización en

laboratorio) NIRO es especialista en sistemas de secadores por atomización de todos los tamaños para aplicaciones en la industria alimenticia y quí mica. Está empresa ofrece un gama complete de productos y servicios, dependiendo de las necesidades de sus clientes. Para una capacidad de secado dado, las propiedades del líquido a ser secado y las características del polvo a ser producido, son cruciales y deben ser consideradas cuidadosamente cuando se selecciona el diseño de un secador por atomización.Los secadores de esta empresa son diseñadas para obtener el producto que uno desea, esto se

logra realizando una simulación con la información de la alimentación que se les debe propor cionar y las esp ecificacio nes del p roducto que se desea obtener.

6



Esta empresa ofrece un rango completo de tamaños y capacidades, para procesos, para laboratorios y para plantas piloto, en general los secadores que ofrecen se pueden agrupar en las siguientes categorías: Large S ystems, plantas piloto y F luidized Spray Dryer que explicaremos detalladamente en el anexo del informe.

Figura 4. Equipos que proporciona NIRO ATOM IZER

3. ESQUE M A DEL EQUIPO

7



4. DATOS EXPERI ME NTALES Datos tomados en la experiencia: T1

Temperatura entrada de aire

160ºC

8

320

ºF



T2

Tem eratura salida de aire

45 º C

113

º F

To :

Tem eratura del am iente

27 º C

80.6

º F

Xs :

fracción de sólidos en la carga

0.25

Xh :

fracción de agua en sólidos de salida

0

C AIRE T1 : capacidad calorífica del aire a T 1

0.2432

BTU/Lb-º F

C AIRE T2 : capacidad calorífica del aire a T 2

0.2406

BTU/Lb-º F

C AGUA T1: capacidad calorífica del agua a T 1 (vapor)

0.4735

BTU/Lb-º F

C AGUA T2: capacidad calorífica del agua a T 2 (vapor)

0.5550

BTU/Lb-º F

1050

BTU/Lb

l VAP Tr

entalpía de vaporización a Tr

(2442 KJ/Kg)

C* AGUA

capacidad calorífica del agua (liquida)

1

BTU/Lb-º F

Cs

capacidad calorífica de los sólidos de la leche

0.85

BTU/Lb-º F

Tr :

tem peratura de referencia

20 º C

68

º F

Trocío :

tem peratura de rocío

14 º C

57.2

º F

rl:

densidad de la leche

1.06

gr/cc

ra:

densidad del agua

1

gr/cc

s:

tensión superficial del agua

72.75

dinas/c m

V:

volumen tratado

300

ml

t:

tiem po de operación

2529

s

1

cp

66.5

gr

(20 º C)

m agua: viscosidad del agua W tss

Peso total de solido seco

Datos usando la Carta Psicométrica T sat :

tem peratura de saturación

42.00 º C

9

107.6 º F



Y1:

Humedad abs. de entrada

0.00700

lb agua/lb aire seco

H 1 :

Humedad abs. de entrada

0.01128

lb-mol agua/lb-mol aire seco

Y2:

Humedad abs. de salida

0.05200


H 2 :

Humedad abs. de salida

0.08378

lb-mol agua/lb-mol aire seco

Cálculo del flujo de leche

Ma :

flujo de entrada de la leche

0.12574 gr/s.

0.000277 lb/seg.

Mp :

flujo de salida de la leche

0.03144 gr/s.

0.693

lb/seg.

5. TRATAMIENTO DE DATOS 5.1. Det ermi

i

e l humedad y t emperat ura de sat uraci

ad i abáti ca:

De la Carta Psicométrica con:

Temp eratura d e bulbo s eco d el air e de alim entación (To)

2 7 °C

Temp eratura d e bulbo húm edo d el air e de alim entación (Th)

15 °C

Humedad de la alimentación (H 1):

0.01128


de saturación adiabática:

Temperatura

de saturación adiabática (TSat ):

42.00 ºC

107.6°

Seguimos la r ecta d e saturación adiabática hasta cortar a la v ertical de la

temp eratura 2 y leemos la hume dad d e salida: Humedad de salida (H 2):

5.2. Det ermi aci

0.08378

lb agua/ lb. aire seco

del f lu jo de ent rada de l a l eche y del soli do obt eni do:

10



Ma !

Flujo de entrada d e la l eche= Flujo

V LECHE .V

t

0.000277 lb/s

de entrada de la leche (MA)=

Mp

!

Flujo de salida d el sólido = Flujo

Ma. x s

1 x h 

0.693 lb/s

de salida del sólido (Mp )=

5.3. Cal cul o de l a vi scosi dad de l a l eche: Cálculo d e la viscosidad d e la L ech e ʅ Cpo: En la experiencia ll evada a cabo e n el laboratorio s e utilizó el viscosím etro de Ostwald, se tuvo registros de tiempos de paso para el a gua así como para la l ech e: Tiempo de paso de ag ua por el viscosím etro de Ostwald = (ta) Tiempo de paso de la l eche por el viscosím etro de Ostwald = (tl) Entonces: ʅ lech e = ʅag ua * (t l eche / t a gua ) * ( V leche/ V agua )

Cálculo d e la tensión sup erficial de la leche (ʍ l) dinas/cm:

En la exp eriencia se registraron las alturas d e liquido en los capilar es para el agua y la l eche respectivam e nte.

ʍ l eche=(h leche/h a g ua)*( V le che/ V ag ua)* ʍ a gua

5.4. Cal cul o del f lu jo de ai re (caso ad ia báti co) Balance de humedad:

entrada - salida + generación = acumulación

generación = acumulación = 0

G

Ma.(1 x s 

!

(1 x h ).(Y 2 



x h )



Y 1 ) 11



0.004620 0.000159

G = G =

lb air e seco /s lb-mol air e seco/s

Cálculo d e la densidad d el air e a las condicion es de entrada: P =

1 atm.

T =

301 K

n =

1.00 6 mol-gr/s

R =

82.06 atm. cc/g-mol K

M=

28.97 gr/gr.-mol

d air e =

0.001 2 gr/cm

Q air e =

2487 0.2 cm /s

Q air e =

0.02 49 m /s

3

3

3

Ga = Gs*(1+ Y 1 ) 0.000159 0.004652

G = Ga =

5.5 Cal cul o del f lu jo de ai re (caso no ad ia báti co) Ecuación general:

G1 . H 1  M A H . A y

y

y

!

G 2 H . 2  M p . H p  Q perd .

G 1 .H 1 = Gs. [(Cp aire + Y1 xCp va por agua )(T1 - Tr ) + Y1 .P agua Tr] G 1 . 1 69.472xG 1 G 2 .H 2 = Gs [(Cp aire + Y2 * Cp va por agua )(T2 - Tr ) + Y2 .P agua Tr] G 2 .H 2 = (10.8278 + Y2 * 1074.9750) xG 2 a.Ha =

a.Xs.Cs.( Ta - Tr ) + a.(1 - Xs).Cp agua li .(Ta - Tr ) BTU

a.Ha = 0.003361 y



s

p.H p

= p.(T 2bh - Tr ).[(1 - X h ) * Cs + X h * Cp agua li ]

p.H p

!

Qperdido

0.0023327

!

BTU s

Z * Gs(T1 - To) * (Cpaire 

Con un Z asumido de 10%

12

Y1 * Cp va por agua)

mol -lb aire seco/s mol -lb aire húmedo/s


Q perdi o 5.9015 * G s !



G

Ma.(1 x s 

!

(1 x h ).(Y 2 




s

x h )



Y 1 )

Reemplazando todas las expresiones anteriores en la ecuación del balance de energía tendremos:

Lb ( aire sec o )

G s

!

0.004920

Y 2

!

0.049259

Ga

!

0.004954

s Lb ( agua )

Lb ( aire sec o )

Lb ( aire sec o) s

5.6 Cal cul o de l as ef i ci enci as del proceso

Eficiencia

Formula

Eficiencia térmica global (Egb)

Eid !

Eficiencia térmica ideal (Eid)

Eid !

Eficiencia térmica evaporativa (Eev)

E ev !

Eficiencia de secado

E s

!

T 1  T 2 T 1  T 0 T 1  Ts T 1  T 0 T 1  T 2

T 1  Ts Pr od uct o sec o

sol idosdea li entacio

13

Respuesta 86.47 % 88,72% 97,46 % 0,8365

5.7 Cal cul o y d is t ri b uci n de t amaño de par tí cul as: y

Según Friedman: N úm ero

d e revoluciones por minuto

N

Viscosidad d e la l ech e.

:

30800 r.p.m

ul :

te nsión sup erficial de la l eche

0,459 lb/pi e -min

tsup:

# V entanas* altura d e cada una .

nh :

0,44 pie

r:

0,082 pie

radio del rodet e d ensidad d e la l eche alim entación d e lech e car ga d el liquido en la v entana

417,44 lb/min^2

dl:

68,94 0 lb/pi e3

Ml:

0,023 lb/min

Mp:

(MP / dl*N *r2)^0,6 = (ul/MP)^ 0,2

0,052 lb/min-pie

0,000 548

1,543

=

(tsup*nh/Mp2)^0,1 =

4,638

Entonces Dvs = K'*r*(Mp/dl*N*r2)0,6*(ul/Mp)0,2 *(tsup.*nh/Mp)0,1

Dvs=

0,00011908 pies 36,296 micras

Dvs= D95%= Dmáx.=

y

icras

50,814

m

108,887

m

icras

Según Herring y Marshall ML =

0,023 lb/min

(ML)^0,24 =

0,405

N=

30800,0

d=

1,97 pulg

(N*d)^0,83 =

9330,482

n=

24

h= (nh)^0,12 =

r.p.m.

0,236 pulg 1,2 3

entonces

X=

(D*Nd0,83 *(nh)0,12* 10-4)/(ML 0,24)

X=

2,839 *D

D=

0,352 X,,,,,,,,,,,,(5)

de donde

con los si guie ntes datos d e N , d, Mp' y Vt en la tabla 6,12 proporcionada e n la guía Vt =

velocidad tan gencial = w*r = 2*pi*f*r

Vt =

264,481 pies/s

% de volum e n acumulado d e partículas m e nor es qu e D=50%

X1/2 =

9, 3

=

86,49

X

% de volum e n acumulado d e partículas m e nor es qu e D=95 %

X1/2 =

12, 8

=

163,8 4

X

% de volum e n acumulado d e partículas m e nor es qu e D=99, 9%

X1/2 =

1 5, 8

=

249,6

X

e n ( 1)

[Escribir texto]

D5 0%

= D 95 % = D99,9% =

30, 469 micras 5 7,718 micras 87,9 44 micras

6. OBSERVACIONES Con res pecto a la inf luencia de las var iables de oper aci n y

Se

de be mantener la presi n de entr ada de aire com pr imido a 4 Kg/cm2 en el panel d e

control con la f inalidad de que la v elocidad de giro del rodete sea constante 30800 rpm. y

La

alimentaci n al secador se hi o con f lu jo constante par a así o btener mayor ef iciencia

en el secado de las gotas al tener contacto con el aire. Con res pecto al mane jo del equi po. y

Antes

de iniciar la oper aci n de secado, se de be prec alentar la cámar a de secad o y cercior ar s e de qu e la corr iente de aire de entr ada se encuentre lo su f icientemente caliente par a asegur ar qu e el producto que s e va a o btener se encuentre s eco. C on respect o al prod uct o obt enid o

y

Inicial mente

se o btuvo un pro ducto que se car acter i aba por mostr ar se como un polvillo f ino, a parentemente s eco al tacto. Pero cuando se detuvo la oper aci n, y se pesó el total de producto recu per ado, s e procedió a sacar residuos remanentes de pro ducto que están en el inter ior del equi po, pero que no tenían las mismas car acter ísticas del producto que s o btuvo inicialmente, ya que tenía a p ar iencia pastosa, de bido a su elevado contenido de humedad y gr asas.

7. CONCLUSIONES y

El proces o

y

El

y

La

y

de Secado por atomi ación involucr a fenómenos d e tr ansferencia de masa y calor . La tr ansferencia de masa ocurre desde las par tes per ifér icas de la gota dis per sada hacia el aire caliente. La tr ansferencia de calor ocurre ha cia la gota dis per sada, ocasionando la eva por ación del solvente, en nuestro caso Agua. secador NIR Atomi ar es un equi po a nivel industr ial usado par a la remoción a gr an escala de solventes presentes en una sus pensión y se usa am pliamente en muchas industr ias. humedad relativa del aire luego del calentamiento f ue muy ba ja, sin embar go al reci bir la humedad de las gotas dis per sadas por tr ansferencia de masa su estado relativo de satur ación aumentó, aumentando a la vez la tem per atur a. Par a o btener res puestas más reales s e de ber ía proceder a calcular el f lu jo de gas y su humedad teniendo en cuenta el punto 4.10 p uesto que estos cálculos involucr an todas las var iables medidas en el exper imento, el cálculo par a el caso adiabático toma consider aciones y a proximaciones qu e son poco pro bables par a o btener un resultado conf iable.

[Escribir texto]

8 .

[Esc

ANEXO

te to]

[Esc

te to]

[Esc

te to]

[Esc

te to]

[Esc

te to]

[Esc

te to]

[Esc

te to]

[Esc

te to]

[Esc

te to]

[Esc

te to]

[Esc

te to]

[Esc

te to]

[Esc

te to]

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