SECADOR POR LECHO FLUIDIZADO FLUIDIZADO 1. GENE GENERA RALI LIDA DADE DES S El nombre de fuidización recibe el proceso en el que está en contacto un sólido con un fuido (gas o líquido) en el cual el lecho ormado por partículas sólidas namente divididas se levanta y se agita por medio de una corriente ascendente de fuido El secado por fuidización es una t!cnica que se utiliza para eliminar la humedad humedad de un sólido mediante mediante el paso de un gas o de un líquido líquido a trav!s trav!s de un lecho por donde pasa el sólido "a velocidad del fuido debe ser tal que que los los sóli sólido dos s fote foten n en !l !l "a prin princi cipa pall vari variab able le en el proc proces eso o de fuidización es mantener la temperatura constante# preestablecida por el operador# durante todo el tiempo que dura el secado por lo que se debe de neut neutra raliz lizar ar la temp temper erat atura ura ambi ambien ente te## cont conten enid ido o de hume humeda dad d de los los materiales "os secadores de lecho fuidizado utilizan partículas de $ a % milímetros de diámetro# debido a que la velocidad del gas es el doble de la mínima velocidad de fuidización# traba&ando en una operación continua el tiempo de secado es de '$ minutos# pero en secadores batch de algunos productos armac!uticos puede durar de $ horas E*isten E*isten diversas ormas de secado secado por lecho lecho fuidizado fuidizado pueden pueden traba&ar traba&ar en batch o ser continuos# ser de ciclos abiertos en los que se evapora el agua o de ciclo cerrado en los l os que se evaporan los l os solventes orgánicos El proceso proceso de secado secado por fuidización fuidización se desarrolla desarrolla en equipos equipos que pueden pueden tener tener divers diversas as congu congurac racione iones s depen dependie diendo ndo de las caract caracterí eríst sticas icas
del del
prod produc ucto to nal nal los los más más comu comune nes s son son los los lech lechos os fuid fuidiz izad ados os circ circul ular ares es## rectangulares# rectangulares# con o sin bafes El
proc proces eso o de fuid fuidiz izac ació ión n se desar desarro roll lla a al hace hacerr pasa pasarr un gas gas que que
generalmente es aire a una velocidad determinada de orma continua a trav!s de una cama con peroraciones donde se deposita el producto# el aire es calentado y es obligado a pasar a trav!s del producto# fuidizándolo y removiendo la humedad# al salir este del lecho# es dirigido a un dispositivo de recolección de polvos que usualmente es un ciclón +ecador de lecho fuidizado tiene varias venta&as,
-ltas tasas de transerencia de calor y masa +e pueden secar materiales con un contenido de humedad del $. al
• •
/. 0 "os tiempos de secado son mínimos respecto a los otros secadores secadores 1ueden secarse productos orgánicos como inorgánicos
• •
2. TIPOS TIPOS DE LECHOS LECHOS FLUID FLUIDIZA IZADOS DOS 2.1. Lecho fuidizad fuid izado o o! "a#che$ "a#c he$ Este secador puede utilizarse con una amplia variedad de materiales como polv polvos os nos nos## cris crista tale les2 s2 incl incluy uyen endo do mate materia riale les s sens sensibl ibles es al calo calorr como como guisantes# trigo# lente&a utilizando temperaturas relativamente ba&as
2.2.
F%uidiza F%ui dizaci&' ci&' de a!#(cu% a!# (cu%a$ a$
3n lecho de partículas se empieza a fuidizar cuando la uerza de arrastre debida al fu&o es igual al peso de las mismas
(
)(
Pérdida Sección de presión dellecho del lecho lecho
)=(
)(
)(
volumen fracción peso peso específico específico del lecho lecho dellecho aparente aparente del sólido sólido
) Ec,$'
"o mismo que,
∆ P . S = SLmf ( ( 1− ε mf ) ( ρs− ρg )
Ec,$$
4onde
ε mf es la porosidad para la fuidización incipiente
). FACTORES ACTORES DE DE FLUIDI FLUIDIZACI* ZACI*N N ).1. +ELOCIDAD ,INI,A DE FLUIDIZACI*N "a velocidad a la empieza la fuidización del lecho se conoce como velocidad mínima de fuidización en este punto e*iste un equilibrio dinámico entre la uerza de campo y gravitatorio e&ercido sobre las partículas
"a uerza gravitatoria e&ercida por las partículas viene dada por l a e*presión,
Fg=( ρ ρ p− ρ ) SL ( 1− ε ) g
Ec,'' 4onde, ρ p= densidad densidad dela de la partícula partícula ρ= densida densidad d del fluido fluido
S = sección sección de pasode la comunaque comunaque contienelas contienelas partícula partículass L=altura altura dellecho
ε = porosidad porosidad g= gravedad
"a uerza que el fuido e&erce sobre el lecho de las partículas es la presión y que se calcula por, F p =( −∆ P ) S
Ec,'$ 4onde ,
−∆ P=caída caída de la presión presión S = sección sección de paso paso de la comunaque comunaque contie contiene ne las partícu partículas las
1ara el cálculo de la velocidad mínima de fuidización deben igualarse las dos uerzas# la gravedad y la presión donde Fg= F p o lo que es lo mismo,
( ρ p − ρ ) SL ( 1−ε ) g =(−∆ P ) S Ec,'
"a e*presión de la caída de presión viene dada por la ecuación de Ergun
(−∆ P ) L
=150
(1 −ε )2 n 3
2
ε dp
v + 1,75
( 1− ε ) ρ ε d p
v
2
Ec,'% Esta ecuación depende de del tipo de r!gimen de circulación del fuido como ,
).2.
R-i/e' de de ci ci!cu%aci&' de de% fu fuido
Ta"%a ).201 R-i/e' de ci!cu%aci&' de% fuido R-i/e' La/i'a!
(−∆ P ) L
R-i/e' Tu!"u%e'#o
(−∆ P ) L
=150
( 1 −ε )2 n
=1,75
3
2
ε dp
( 1 −ε ) ρ 3
ε d p
R-i/e' T!a'$i#o!io
( 1− ε mf ) ( ρ p − ρ ) g =150
).).
A%#u!a de% %echo
v
v
2
v ( ¿ ¿ mf ) )2 ( 1− εmf )2 n 3
2
ε mf dp
v mf + 1,75
( 1 −ε m 3
ε mf
-l aumentar la velocidad de circulación del fuido a trav!s del lecho# no solo aumenta la caída de presión tambi!n aumenta la porosidad es debido a que la altura del lecho tambi!naumenta Este aumento de altura de lecho esta ligado
al
aumento
de
porosida idad#
de
orma
que
las las
porosidades
corr corres espo pond ndie ient ntes es a dos dos altu alturas ras cual cualqu quie iera ra está están n relac elacio iona nada das s por por la siguiente e*presión, e*presión, L1 ( 1 −ε 1 ) = L2 ( 1− ε 2 )
Ec,' 4onde, L=altura altura dellecho
ε = porosidad porosidad
).. ..
PRD PRDID IDA A DE PRES PRESI* I*N N EN EL LEC LECHO FLUID UIDIZAD IZADO O
+e considera un lecho granular de partículas a trav!s del cual asciende un fuido +e acepta que las partículas sólidas que componen el lecho son independie independientes ntes## estando estando soportadas soportadas sobre una placa porosa 5ientras el fuido circule por el lecho y las partículas est!n &as# la p!rdida de carga se podrá calcular mediante la ecuación de Ergun +i se aume aument nta a la veloc velocid idad ad se lleg llega a a un punto punto en el que el
∆P
es
má*ima# má*ima# correspond correspondiente iente a la velocidad velocidad mínima de fuidización fuidización (donde (donde el delta p es igual al peso de las partículas entre la sección transversal del lecho) "as partículas partículas empiezan empiezan a moverse moverse y al aumentar la velocidad velocidad del fuido el lec lecho se e*pans pansio iona na mient ientra ras s que que
∆P
permanec permanece e prácticame prácticamente nte
constante2 las partículas están en orma de lecho fuido +i la velocidad del fuido aumenta todavía más# las partículas empiezan a ser arrastradas por !ste y acaba por desaparecer del lecho zona de elutriación "a aparició aparición n del del
∆ P má* se debe a que al iniciar la fuidización tendrá
que romper las posibles agregaciones de partículas que se vayan ormando
Fi.3 )..01
Fue'#e,http,66777virtualunaleduco6cursos6sedes6manizales6%.8..96lecciones6cap:6leccion:;%htm
. ECUACION ECUACIONES ES PARA PARA EL DISE4O DISE4O DEL SECADO SECADOR R POR FLUIDIZACI*N
.1.
X =
C5%cu%o de %a hu/edad6 7
peso sólido hmedo ( !ghmedo )− peso sólido seco ( !g seco seco) peso del sólido seco (!g sólidoseco sólidoseco )
Ec,%''
.2. .2.
De#e De#e!/ !/i' i'ac aci& i&' ' de de %a$ %a$ !o !oie ieda dade de$ $ 8$i 8$ico co9u 9u(/ (/ic ica$ a$ de% de%
/a#e!ia% a $eca! .2.1.De#e!/i'aci&' de %a de'$idad !ea%3
ρ s =
m " 2 −" 1
Ec,%$'' 4onde, m =masa masa del del sólid sólido o a secar secar
" 2="olumen olumen del agua " 1="olumen olumen de agua agua despla# despla#ado ado por el sólido sólido
.2.2.De#e!/i'aci&' de% di5/e#!o de %a a!#(cu%a a s=
S p " p
Ec,%$$' 4onde, S p= superfici superficiee de la partícula " p= volumen volumende dela la partícula partícula
.2.).De#e!/i'aci&' de %a o!o$idad
ε = 1−
Ec,%$' 4onde, ρl =densidad dellíquido ρs =densida densidad d del sólido sólido
.2..De#e!/i'aci&' de% :o%u/e' de% %echo
ρl ρs
" l=
$% 4
2
L
Ec,%$%'
4onde, " l= volumendellecho % = %i&metro del lecho
L= 'ltura dellecho del lecho fluidi#ado
.).
De#e!/i'aci&' de de %a %a ca ca(da de de %a %a ! !e$i&' ∆ P= L ( ρs− ρ l)( 1 −ε )
Ec,%'
4onde, L=altura altura dellecho fluidi#a fluidi#ado do
ρl =densidad dellíquido ρs =densida densidad d del sólido sólido
ε = porosidad porosidad gc =factor gravitacional
g= gravedad
..
De#e!/i'aci&' de de% '; ';/e!o de de Re Re<'o%d$
( ) g gc
( ℜ=
% p vρ )
Ec,%%' eynolds es igual o inerior a %. es laminar y si es superior se considera fu&o turbulento
.=.
De#e!/i'aci&' de %a :e%ocidad c!(#ica o /('i/a de
fuidizaci&' v mf =0,756
√(
ρs − ρg ρg
)
g ε mf % p
Ec,%9'
.>.
C5%cu%o de %a :e%ocidad e' e% $ecado! o! %echo
fuidizado * c =
Ec,%?' 3sando la ecuación anterior se calcula el período poscrítico
=. ?ALANC ?ALANCE E DE ,ASA ,ASA @ ENERG ENERGA A Fi. =01
( )
S −d+ ' dt
=.1.
?ALANCE DE ,ASA
+ 1 ,s + - 2 ,= + 2 , S + - 1 ,
Ec,9''
=.2.
?a%a'ce de e'e!(a . s 1 , s+ . ' 2 , = . s 2 , S + . ' 1 ,+ q p
Ec,9$'
=.2.1.E'#a%ia de% $&%ido 9$ 9$$ $ Entr Entrad ada a c ( ¿ ¿ ps + + 1) / s 1 . s 1=¿
Ec,9$'' 9$ 9$ +alid +alida a
c ( ¿ ¿ ps + + 2) / s 2 s 2=¿
Ec,9$$'
=.2.2.Ca%cu%o de %a e'#a%(a de% ai!e
c ( ¿ ¿ p' +- 2 )/ 2 +/ 1 - 2 . ' 2=¿
Ec,9$$'
=.2.).De#e!/i'aci&' e' %a$ zo'a$ de $ecado
/ 0=/ ' 2−
1 PS. , s 1 P'. P'. ,
( / s 2−/ 2 )
Do'de
/ ' =/ ' 1 +
1 PS. ,s 1 P'. P'. ,
( / 2 −/ s1 )
1 PS = 1 p + X 1 p
=.2..C5%cu%o de ca%o! 'ece$a!io a!a ca%e'#a! e% $&%ido q =1 Ps , s ∆ /
=.2.=.C5%cu%o de ca%o! 'ece$a!io a!a e:ao!a! e% aua de% $&%ido q = 2 3evap 4
>. Pa!#e Pa!#e$ $ de u' e9ui e9uio o de de $eca $ecado! do! de %ech %echo o fuidi fuidiza zado do @ig ?'
B.
A%icacio'e$ =tiles s B.1. +on muy =tile
Fue'#e3 en la pre prepara paración ción de muest muestras# ras# investigació investigación n y desa desarr rrollo ollo +eca de
orma or ma cuid cuidados adosa a y sin sobrecalenta sobrecalentamient miento o puntu puntual al mate materiale riales s a grane granell en las áreas de química orgánica# inorgánica y armacia# sin importar si el material es grueso# no# cristalino# broso o de estructura laminar
B.2. Estos secadores de lecho fuidizado son utilizados para deshidratar minerales# productos químicos# productos agrícolas y residuos procesados procesados "a tecnología de estrato fuidicado continua es altamente potencial para realzar del
B.).
produ pr oducto cto de las car caract acterí erísti sticas cas del cos costum tumbr bre e esp espec ecíc ícos os a gra granel nel de las mer mercan cancí cías# as# apuntado apun tado u optim optimizada izada unc uncionan ionan con el proceso proceso entero con unas o más caracterís características ticas como co mo la se sequ qued edad ad## microencapsulación
?I?LIOGRAFA
la ag aglo lome mera raci ción ón##
la gr gran anul ula aci ción ón de dell
aerros ae osol ol##
la ca capa pa o
el