Secador Pneumatico Flash Dryer: Funcionamento, Vantagens e Desvantagens

Secador Pneumático flash dryer o secador pneumático Figura 1 processa um fluxo contínuo de material particulado Figura 1 Exemplos de diferentes tipos de secadores pneumáticos O material é seco pelo contato com ar aquecido enquanto é transportado pela corrente de ar resfriamento e secagem não podem ser combinados em um secador o produto seco é freqüentemente resfriado em um sistema de transporte pneumático mas existem outros equipamentos de resfriamento é um equipamento simples ocupa pouco espaço e possui poucas partes móveis é viável combinar secagem e transporte vertical velocidade do gás de saída entre 1030 ms a velocidade do gás do secador flash excede a velocidade do gás dos secadores rotatório e leito fluidizado por um fator de 10 a velocidade do gás relativamente alta requer ciclones grandes ou bag houses tamanho máximo da partícula a ser seca 12 mm o pois partículas maiores não são envolvidas pelo ar e requerem um tempo de secagem maior do que aquele alcançado pelos secadores flash é susceptível a excesso de carga porque o material não pode ser transportado a altas taxas de alimentação a alta velocidade do gás pode resultar em abrasão ou formação de poeira o que aumenta os custos de manutenção a formação da poeira é promovida pela alta velocidade do gás quando partículas menores são geradas pela atrição de partículas maiores desgaste outro fator que favorece a formação de poeira tempo de residência curto a formação de poeira é um problema sério podendo culminar em explosão um aspecto que concerne a segurança do processo é o hold up mínimo dos secadores flash composição do material não pode aderir à seção de alimentação material não seco adequadamente o retromistura o moagem o combinação das duas operações o secador flash pode possuir um sistema de classificação do produto seco quando as partículas mais grosseiras retornam à seção de alimentação para secagem adicional elas podem ser cominuídas é possível colocar diversos secadores flash em série para promover tempo de residência adicional ou para secagem em diferentes condições é possível também o arranjo em série do secador flash e outro secador leito fluidizado geralmente o ar utilizado para secagem é suficiente para o transporte entretanto é importante não exceder a razão de massa sólidoar de 1 o exceções materiais grosseiros partículas de 500 m contendo pouca umidade 23 de água em peso a elevadas temperaturas 350C a degradação térmica de materiais orgânicos depende de três fatores o tempo temperatura e concentração em geral a seção de alimentação apresenta uma pequena pressão negativa o prevenção contra incrustrações o prevenção contra emissões de poeira na seção de alimentação o diâmetro do tubo de secagem pode alcançar 1 m o comprimento pode variar entre 10 e 30 m controle da operação de secagem o através do combustível ou fluxo de vapor com base na temperatura de saída do ar o secador deve ser capaz de agüentar fluxos de alimentação variáveis pois geralmente não há proteção entre o sistema de separação líquidosólido e o secador o holdup de sólidos úmidos não é facilmente controlado é recomendável não variar o fluxo de ar pois isto afeta o transporte a parte interna do secador deve ser uniforme para evitar incrustrações manutenção os secadores flash requerem até 5 de investimentos anuais Aplicações Alumina Ração animal Carbonato de cálcio Catalisadores Celulose Argila Fibra de milho Grãos destilados Sulfato de magnésio epsomita Glúten Gesso gipsita Caolim Pigmentos PVC Polietileno Polipropileno Poliestireno Proteínas Sílica Bicarbonato de sódio Amido Resinas sintéticas Madeira particulada Zeólitos Sistema simples Tempo de residência extendido Reciclo parcial Sistema combinado Sistema fechado Dois estágios Curva de temperatura e secagem EXEMPLO 1 Considerar a secagem rápida de um material orgânico constituído de partículas esféricas com diâmetro médio d50 250 μm e com umidade inicial de 10 em peso A temperatura do ar de entrada é 225C Determinar o tempo de residência das partículas sendo secas em um secador pneumático para as condições especificadas a seguir DADOS Sólido Insolúvel em água 250 μm esferas ρs 1200 kgm3 Ks 02 Wm K cps 12 kJkg K Ar ρa 129 kgm3 Ka 00300 Wm K para Ta 77C Ka 00338 Wm K para Ta 127C Ka 00373 Wm K para Ta 177C Ka 00407 Wm K para Ta 227C cpa 10 kJkg K μa 218 106 Nsm2 para Ta 100C μa 259 106 Nsm2 para Ta 200C Água cpw 419 kJkg K cpv 1886 kJkg K λ0 2504 kJkg a T 0C DADOS DE OPERAÇÃO Alimentação Tsent 20C Xent 10 Produto ṁsssaida 200 kgh Tsssaida 60C Xsaida 05 Ar ambiente Taamb 10C φaamb 60 Ar aquecido Fluxo indireto de calor Taent 225C Gás de secagem Tasaida 77C BALANÇO DE MASSA kgh Entrada Saída Água ṁwent 10 Sólidos 1990 1990 Total ṁsent 2000 ṁsent 1990 ṁw e ṁw 01ṁsent ṁw 221 kg H2Oh ṁsent 2211 kg produtoh Água evaporada ṁevap 221 10 211 kg H2Oh Balanço de energia kJh Aquecimento de água evaporação e aquecimento do vapor Q1 ṁevapλ cpvTa cpwTw 2112504 1886 77 419 20 Q1 541304 kJh Aquecimento do sólido Q2 ṁsscpsTsssaida Tsent 1990 1260 20 95520 kJh Aquecimento da água restante no sólido na saída do secador Q3 ṁwscpwTwsaida Twent 10 41960 20 1676 kJh A quantidade total de calor QT necessária para secar o material é QT Q1 Q2 Q3 541304 95520 1676 638500 kJh Considerando uma perda de calor da ordem de 20 e a eficiência de troca térmica no sistema de secagem a quantidade total de calor necessária para secagem é QT 12 225 10225 77 638500 11130608 kJh PERFIL DE TEMPERATURAS Transferência de calor QT UAΔTm ΔTm Taent Twb Tasai Twb ln Taent TwbTasai Twb 225 47 77 47 ln 225 4777 47 831 C em que Twb é a temperatura de bulbo úmido considerada ser a temperatura do sólido Equação de Froessling para cálculo do número de Nusselt Nu Nu 2 0552 Pr13 Re12 Número de Reynolds Re Re ρa VD μa ρa V d50 μa Calculando uma temperatura média do ar no secador Ta 225 772 151C A massa específica do ar para esta temperatura é ρa 129 273 273 151 083 kgm3 Para a temperatura média calculada μa 239 106 Nsm2 Considerando uma velocidade terminal de partícula V 1 ms Re ρa V d50 μa 083 1 250 106 239 106 868 Número de Prandtl Pr Pr μa cpa Ka 239 106 1 103 00356 0671 Com os valores dos números de Prandtl e de Reynolds podese calcular o número de Nusselt Nu 2 0552 Pr13 Re12 2 055206711386812 342 Para partículas esféricas o número de Nusselt é Nu Ud50 Ka em que U é o coeficiente convectivo global d50 é o diâmetro médio das partículas e Ka é a condutividade térmica do ar Explicitando o coeficiente convectivo U NuKa d50 342 00356 250 10⁶ 487 Wm²K A área requerida para a secagem das partículas é portanto Areq QT UΔTm 638500 3600 487 831 438 m² O número de partículas no secador por unidade de tempo Ṅp é Ṅp ṼT Ṽp em que ṼT ṁss ρs é o volume total de partículas no secador por unidade de tempo e Ṽp π 6 d³50 é o volume de uma partícula individual Portanto o número de partículas por unidade de tempo no secador é Ṅp 6 π ρs d³50 ṁss 6 1990 π 1200 250 10⁶³ 2027 10⁹ partículash A área superficial total que passa pelo secador por unidade de tempo é Ā Ṅp Ap Ṅp π d²50 π 2027 10⁹ 250 10⁶² 39800 m²h O tempo de residência das partículas no secador é portanto τ Areq 3600 Ā 438 3600 39800 04 s EXEMPLO 2 Produto Geral 5 tonh de um material inorgânico Temperatura de alimentação Tsent 20C Tamanho médio de partículas d50 600 μm Teor inicial de umidade Xent 15 Teor final de umidade Xsai 01 Calor específico dos sólidos cps 08 kJkgK Solubilidade em água dos sólidos 0 em peso Processo Temperatura ambiente Taamb 10C Umidade relativa do ambiente φaamb 50 Temperatura de entrada do gás no secador Taent 600C Dados águaar Calor específico da água cpw 419 kJkgK Calor específico do vapor dágua cpv 1886 kJkgK Calor latente de vaporização da água a 0C λ0 2504 kJkg Relação da massa específica do vapor dágua a 10⁵ Pa ρv 220273 T kgm³ Calor específico do ar média cpa 105 kJkgK Relação da massa específica do ar a 10⁵ Pa ρa 355273 T kgm³ Dados gás natural Poder Calorífico Inferior PCI 32 MJm³ Massa específica a 0C e 10⁵ Pa ρgnat 078 kgm³ Dados da plantapiloto Velocidade de saída do gás Vsai 20 ms Temperatura de saída do gás Tsai 120C Temperatura de saída do produto Tssai 90C o produto está seco O material não é termicamente sensível SEM APROVEITAMENTO BALANÇO DE MASSA kgh Entrada Saída Água ṁwent 5 Sólidos 4995 4995 Total ṁsent 5000 ṁsent 4995 ṁw e ṁw 015ṁsent ṁw 881 kg H₂Oh ṁsent 5876 kg produtoh Água evaporada ṁevap 881 5 876 kg H₂Oh BALANÇO DE ENERGIA kJh Aquecimento de água evaporação e aquecimento do vapor Q₁ ṁevap λ cpv Ta cpw Tw 876 2504 1886 120 419 20 Q₁ 2318352 kJh Aquecimento do sólido Q₂ ṁss cps Tssaida Tsent 4995 08 90 20 279720 kJh Aquecimento da água restante no sólido na saída do secador Q₃ ṁws cpw Twsaida Twent 5 419 90 20 1467 kJh A quantidade total de calor QT necessária para secar o material é QT Q₁ Q₂ Q₃ 2318352 279720 1467 2599539 kJh Considerando uma perda de calor da ordem de 20 e a eficiência de troca térmica no sistema de secagem a quantidade total de calor necessária para secagem é QT 125 600 10 600 120 2599539 3994083 kJh O consumo de gás natural CGN é CGN 3994083 32000 1248 m³h 9734 kgh Ponto de condensação do gás de exaustão C A quantidade de ar seco necessário para combustão estequiométrica é 1 m³ de gás natural 85 m³ de ar seco 1248 m³h de gás natural Ṽar seco Ṽar seco 85 1248 10608 m³ar secoh As propriedades psicrométricas do ar ambiente são Taamb 10C φaamb 60 Twb 65C Yaamb 00046 kgáguakgar seco h0 586 kJkgar seco e v0 082 m³kgar seco A massa específica do ar é ρa 355 273 T 355 273 10 125 kgm³ A vazão em massa de ar seco ṁar seco necessária para a combustão estequiométrica do gás natural é ṁar seco 10608 125 1326 kg ar secoh A quantidade de vapor dágua presente no ar é ṁv 1326 00046 61 kg vaporh A quantidade de vapor dágua produzida na combustão 1 m³ de gás natural 167 m³ de vapor dágua 1248 m³h de gás natural 𝟐 𝒗 𝑽v 167 1248 20842 m³vh Combustão estequiométrica do gás natural kgh Entrada Saída Gás natural 9734 Ar seco 1326 Vapor dágua 61 21452 Produtos da combustão 121492 Total 142944 142944 A quantidade total de gases na câmara de combustão é 𝑚𝑎 𝑄𝑇𝑐𝑝𝑎𝑇𝑎𝑒𝑛𝑡𝑇𝑎𝑎𝑚𝑏399408310560010644727 𝑘𝑔ℎ A quantidade de ar secundário 𝑚𝑎𝑠𝑒𝑐 é 𝑚𝑎𝑠𝑒𝑐644727142944501783 𝑘𝑔ℎ A quantidade de vapor dágua no ar secundário é 𝑚𝑣𝑠𝑒𝑐501783000462308 𝑘𝑔 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟ℎ A quantidade de ar seco no ar secundário é 𝑚𝑎𝑠𝑒𝑐5017832308499475 𝑘𝑔 𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑐𝑜ℎ A quantidade de ar que vaza para dentro do secador 𝑚𝑎𝑣𝑎𝑧 é 𝑚𝑎𝑣𝑎𝑧64472702128945 𝑘𝑔ℎ A quantidade de vapor dágua no ar que vaza para dentro do secador é 𝑚𝑣𝑣𝑎𝑧12894500046593 𝑘𝑔 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟ℎ A quantidade de ar seco no ar que vaza para dentro do secador é 𝑚𝑎𝑠𝑒𝑐128945593128352 𝑘𝑔 𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑐𝑜ℎ Processo Ar seco H₂O Total Combustão 1326 21452 142944 Ar secundário 499475 2308 501783 Vazamento 128352 593 128945 Evaporação 0 876 876 760427 111953 872380 A umidade absoluta na saída do secador pode ser calculada do balanço de massa apresentado como 𝑌𝑠𝑎𝑖1119537604270147 kg H₂Okg ar seco Para a temperatura de ar na saída do secador de 𝑇𝑎𝑠𝑎𝑖120 da carta psicrométrica a temperatura de condensação é 𝑇𝑐𝑜𝑛𝑑58 Dimensionamento da unidade de preparação do gás de secagem Para Q𝑇3994083 𝑘𝐽ℎ adquirir uma câmara de combustão com capacidade de 5000 MJℎ ou 1400 𝑘𝑊 25 de capacidade extra A vazão volumétrica de ar na câmara de secagem é 𝑉𝑎𝑚𝑎𝜌𝑎644727125515725 𝑚³ℎ A potência do ventilador 𝑃𝑣𝑒𝑛𝑡 necessária para esta vazão de ar é 𝑃𝑣𝑒𝑛𝑡𝑉𝑎𝑃36001000𝜂5157822500360010000572 𝑘𝑊 Adquiri um ventilador com um motor de 10 kW Dimensionamento do secador A vazão volumétrica de ar incluindo vazamento excluindo evaporação é 𝑚𝑎12644727773672 𝑘𝑔ℎ A massa específica do ar na saída do secador é 𝜌𝑎355273𝑇3552731200903 𝑘𝑔𝑚³ A vazão volumétrica de ar na saída do secador é portanto 𝑉𝑎𝑚𝑎𝜌𝑎773672090385678 𝑚³ℎ A massa específica do vapor na saída do secador é 𝜌𝑎220273𝑇2202731200560 𝑘𝑔𝑚³ A vazão volumétrica de vapor na saída do secador é 𝑉𝑣𝑚𝑣𝜌𝑣8760560156429 𝑚³ℎ A vazão volumétrica de ar incluindo o vapor na saída do secador é 𝑉𝑎𝑣856781564291013209 𝑚³ℎ Para a velocidade de ar de 20 𝑚𝑠 o diâmetro da câmara de secagem pode ser então calculado da vazão volumétrica de ar mais vapor na saída do secador 𝑉𝑎𝑣𝑉𝐴𝑠𝑒𝑐𝜋4 𝑉𝐷² 𝐷4𝑉𝑎𝑣𝜋𝑉042 𝑚 Adotar o diâmetro 𝐷04 𝑚 O comprimento 𝐿 da câmara de secagem pode ser dimensionado como 𝐿3𝐷3412 𝑚 Dimensionamento da unidade de exaustão de gás Potência do ventilador 1013209 30003600 1000 x 05 169 kW Utilizar um ventilador com um motor de 25kW Escolher um ciclone Pesquisa Diâmetro do secador 04 m Comprimento do secador 12 m Capacidade na câmara de combustão 1400 kW Consumo de gás natural fator de carga 15 15 x 1248 5 374 m³ton de produto Consumo de eletricidade 15 72 169 100 512 kW COM APROVEITAMENTO experimento indicam que é possível o aproveitamento de 50 do gás de exaustão para se conseguir um produto com 01 de água em peso a temperatura do gás de exaustão deve ser elevada para 125 Temperatura de saída do produto 95 e ponto de condensação do gás de exaustão 70 Balanço de massa kgh Entrada Saída H2O 881 5 Sólidos 4995 4995 5876 5000 Evaporação 881 5 876 Calor líquido kJh Q1 876 2504 1886 x 125 419 x 20 2326612 Q2 4995 x 08 95 20 299700 Q3 5 x 419 95 20 1571 QT 2627883 kJh 60 do calor é fornecido pelo gás de exaustão reciclado e reaquecido 40 é fornecido pelos gases com temperatura inicial de 10C Calor aplicado na câmara de combustão para o gás reciclado 125 x 06 x 2627883 1970912 kJh Calor aplicado na câmara de combustão para o gás fresco 125 x 04 x 60010600125 x 2627883 1632054 kJh Calor total 1970912 1632054 3602966 kJh Consumo de gás natural 360296632000 1126 m3h Ao longo do tempo por tonelada de produto 15 x 11265 338 m Top Tier Productions presents Jodi Balfour and Christopher Denham in BURNING SEASON A film by Kathy Yan Featuring Jack Dylan Grazer Vicky Krieps Jennifer Ehle David Strathairn Written and directed by Kathy Yan Produced by Justin Harrington Ben Pugh Jon Shriver Executive Producers Lee Eddy Joshua Astrachan Michael Brady Kathy Yan Director of Photography Rex Pickett Production Designer Sarah Theodore Edited by Fernanda Gascue Original Score by Andrew Hewitt Costume Designer Vanja Milic Casting by Emily Andras Laura Croft Associate Producer Nick Mitrakis First Assistant Director William Leahy Script Supervisor Second Assistant Director Daniella Dunn Production Supervisor Grace White Associate Producer Vanessa Sham Actors Agent UTA UK Sales Agent Anton Worldwide Sales Music By Spell Songs EMI Production Music Music by the Arrangement Universal Production Music with thanks to Source Music Backcountry Music Co Ltd Thanks to East West Bank The Mill Clear Angle Studios SOS Reel Studios and VMI London Giles Baillie For more info contact Top Tier Productions TG TowerFilms Official Website wwwburningseasonmoviecom BurningSeasonMovie coming soon 2024 2023 Tower Films LLC All Rights Reserved