52613443 Lou 2 Secado Por Atomizacion

7/29/2019 52613443 Lou 2 Secado Por Atomizacion

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS 2

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LABORATORIO DEOPERACIONES UNITARIAS

INTEGRANTES:

CANDIA ANTAY ERNESTO

LIMAYMANTA TINEO DANNY

REINA CONDE JACQUELINE

RIVERA MONTALVAN CARLOS

SAYRE QUILLAS MARIA LUISA

2011-1

2010

UNIFACULTAD DEINGENIERAQUIMICA Y TEXTIL

SECADO POR ATOMIZACIN


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INDICE1. OBJETIVOS:1

2. FUNDAMENTO:.1

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

4. DATOS DE LA FILTRACIN: 6

5. TRATAMIENTO DE DATOS ..7

6. OBSERVACIONES.13

7. CONCLUSIONES:..13

8. ANEXO.14

9. BIBLIOGRAFIA:.28


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3

SECADO POR ATOMIZACIN

1. OBJETIVO

y Conocer el equipo de secado por atomizacin y su funcionamiento por medio de

una corrida de prueba en el equipo.

y Conocer las relaciones existentes entre las condiciones de operacin de equipo de

secado y las caractersticas del producto final.

2. FUNDAMENTO TEORICO

El secado por atomizacin es utilizado para alimentos y/o productos orgnicos disueltosen agua.

Inicialmente, el alimento fluido es transformado en gotas, que se secan por atomizacin

en un medio continuo de aire caliente. El modo ms comn utilizado en estos tipos desecado es un ciclo abierto, tal como se muestra en la siguiente figura:

El aire de secado es calentado utilizando un reostado (calentador por resistenciaselctricas), adems, es limpiado con ciclones antes de ser lanzado a la atmsfera. En estetipo de operacin el aire que abandona el sistema todava puede contener calor. Un

segundo tipo es la utilizacin de un circuito cerrado con un medio de calefaccin (aire,

CO2, etc.). El aire se utiliza en el proceso de secado, despus se limpia, se seca y sereutiliza de nuevo en un proceso continuo. La eficiencia de este tipo de secado es superior

a la de los sistemas abiertos. En los sistemas de circuito cerrado nicamente sale delsistema el producto seco, mientras que en los de circuito abierto tambin se lanza al

exterior aire caliente, que en algunos ocasiones puede contener micro partculas.

Este tipo de secado incluye la atomizacin del alimento en un medio de secado en el quese elimina la humedad por evaporacin. 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 ytemperatura, tanto del producto como del aire de entrada.

Figura 1. Ciclo abierto, secado por atomizacin


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4

El secado por atomizacin se utilizo por primera vez en el secado de leche hacia 1900 yms tarde se aplico en huevos y caf.

Tabla 1. Efecto delproceso en algunos tamaos de gotas

Los tipos de secadores, la distancia que recorre una gota hasta que se ve afectada por

completo por el aire depende del tamao, forma y densidad de la misma. Los

atomizadores ordinarios son ms independientes del flujo de aire, mientras que en los

atomizadores finos debe considerarse el flujo de aire. El movimiento de la atomizacin se

puede clasificar de acuerdo al diseo del secadero como equicorriente, contracorriente o

flujo mezclado.


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5

figura 2. Clasificacin de secadores por medio corriente de la atomizacin

Descripcin del equipo el equipo,utilizado en el laboratorio es un equipo que

consta de las siguientes partes:y Cmara de secado.

y El atomizador.y Calentador elctrico de aire (en la actualidad se utiliza el equipo de sta manera).

y Calentador a gas del aire.

y Motor y ventilador (aspirador de aire).

Ingreso de aire presurizado,

el cual sircve para aumentar

los RPM del disco centrfugo

Ingreso de lquido a secar:

Salida en forma de

polvo, del fluido

secado.

Ingreso de slido al ciclon,

para separacin slido-aire.

El slido se recupera en la

parte inferior del ciclon.

Ingreso de

aire caliente

EQUIPO DE

SECADO POR

ATOMIZACION

CAMARA

DE

SECADO

CICLON

CONSOLA DE

MANEJO

Ingreso de aire presurizado,

el cual sircve para aumentar

los RPM del disco centrfugo

Ingreso de lquido a secar:

Salida en forma de

polvo, del fluido

secado.

Ingreso de slido al ciclon,

para separacin slido-aire.

El slido se recupera en la

parte inferior del ciclon.

Ingreso de

aire caliente

EQUIPO DE

SECADO POR

ATOMIZACION

CAMARA

DE

SECADO

CICLON

CONSOLA DE

MANEJO


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6

Figura 3. Descripcin del equipo y disco centrifugo.

Aplicacin del Spray Dryer o secado por atomizacin: Es aplicado a cualquier

producto posible de bombear emulsiones, pastas, soluciones y suspensiones de lassiguientes industrias:

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

cafs y sus sucedneos, levaduras, hidrolizados de protenas, derivados marinos,

subproductos de frigorficos, huevos, frutas y extractos de frutas.

y Farmacuticas: Antibiticos y derivados, vacunas, vitaminas, frmacos en

general.

y Cermica:Arcillas para aplicaciones diversas y especiales

y Qumica Orgnica: cidos, sales orgnicas, compuestos nitrogenados,plsticos, resinas, catalizadores y colorantes, fertilizantes, pesticidas, insecticidas,

detergentes en general, taninos naturales y sintticos etc.y Qumica Inorgnica: Compuestos de aluminio, bario, boro, cromo, azufre,

flor, yodo, magnesio, hidrxido y xidos en general.

y Celulosa: Suphite waste liquor, lignosulphonates, etc.

Secadores a nivel industrial: NIRO ATOMIZER (marca del secador por atomizacin enlaboratorio)

NIRO es especialista en sistemas de secadores por atomizacin de todos los tamaos

para aplicaciones en la industria alimenticia y qumica. Est empresa ofrece un gama

complete de productos y servicios, dependiendo de las necesidades de sus clientes.Parauna capacidad de secado dado, las propiedades del lquido a ser secado y las

caractersticas del polvo a ser producido, son cruciales y deben ser consideradas

cuidadosamente cuando se selecciona el diseo de un secador por atomizacin.Los

secadores de esta empresa son diseadas para obtener el producto que uno desea, esto se

logra realizando una simulacin con la informacin de la alimentacin que se les debe

proporcionar y las especificaciones del producto que se desea obtener.


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Esta empresa ofrece un rango completo de tamaos y capacidades, para procesos, paralaboratorios y para plantas piloto, en general los secadores que ofrecen se pueden agrupar

en las siguientes categoras: Large Systems, plantas piloto y Fluidized Spray Dryerqueexplicaremos detalladamente en el anexo del informe.

Figura 4. Equipos que proporciona NIRO ATOMIZER

3. ESQUEMA DEL EQUIPO


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4. DATOS EXPERIMENTALES

Datos tomados en la experiencia:

T1 Temperatura entrada de aire 160C 320 F


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9

T2 Tem eratura salida de aire 45C 113 F

To : Tem eratura del am iente 27C 80.6 F

Xs : fraccin de slidos en la carga 0.25

Xh : fraccin de agua en slidos de salida 0CAIRE T1 : capacidad calorfica del aire a T1 0.2432 BTU/Lb-F

CAIRE T2 : capacidad calorfica del aire a T2 0.2406 BTU/Lb-F

CAGUA T1: capacidad calorfica del agua a T1 (vapor) 0.4735 BTU/Lb-F

CAGUA T2: capacidad calorfica del agua a T2 (vapor) 0.5550 BTU/Lb-F

lVAP Tr entalpa de vaporizacin a Tr (2442 KJ/Kg) 1050 BTU/Lb

C*AGUA capacidad calorfica del agua (liquida) 1 BTU/Lb-F

Cs capacidad calorfica de los slidos de la leche 0.85 BTU/Lb-F

Tr : temperatura de referencia 20C 68 F

Troco : temperatura de roco 14 C 57.2 F

r l : densidad de la leche 1.06 gr/cc

r a : densidad del agua 1 gr/cc

s : tensin superficial del agua (20C) 72.75 dinas/cm

V : volumen tratado 300 ml

t : tiempo de operacin 2529 s

m agua: viscosidad del agua 1 cp

W tss Peso total de solido seco 66.5 gr

Datos usando la Carta Psicomtrica

T sat : temperatura de saturacin 42.00C 107.6F


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Y1: Humedad abs. de entrada 0.00700 lb agua/lb aire seco

H1 : Humedad abs. de entrada 0.01128 lb-mol agua/lb-mol aire seco

Y2: Humedad abs. de salida 0.05200 lb agua/lb aire seco

H2 : Humedad abs. de salida 0.08378 lb-mol agua/lb-mol aire seco

Clculo 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.Determi i e l humedad y temperatura de saturaci adiabtica:De la Carta Psicomtrica con:

Temperatura de bulbo seco del aire de alimentacin (To) 27 C

Temperatura de bulbo hmedo del aire de alimentacin (Th) 15 C

Humedad de la alimentacin (H1): 0.01128 lb agua/lb aire seco

de saturacin adiabtica:

Temperatura de saturacin adiabtica (TSat): 42.00 C 107.6

Seguimos la recta de saturacin adiabtica hasta cortar a la vertical de la

temperatura 2 y leemos la humedad de salida:

Humedad de salida (H2): 0.08378 lb agua/ lb. aire seco

5.2.Determi aci delflujo de entrada de la leche y delsolido obtenido:


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Flujo deentrada de la leche= t

VMa LECHE

.V!

Flujo de entrada de la leche (MA)= 0.000277 lb/s

Flujo de salida del slido= h

s

x

xMaMp

!

1

.

Flujo de salida del slido (Mp)= 0.693 lb/s

5.3.Calculo de la viscosidad de la leche:Clculo de la viscosidad de la Leche Cpo:

En la experiencia llevada a cabo en el laboratorio se utiliz el viscosmetro de Ostwald, se tuvo

registros de tiempos de paso para el agua as como para la leche:

Tiempo de paso de agua por el viscosmetro de Ostwald = (ta)

Tiempo de paso de la leche por el viscosmetro de Ostwald = (tl)

Entonces:

leche = agua * (t leche / t agua ) * (V leche/V agua )

Clculo de la tensin superficial de la leche ( l) dinas/cm:

En la experiencia se registraron las alturas de liquido en los capilares para el agua y la leche

respectivamente.

leche=(h leche/h agua)*(V leche/ V agua)* agua

5.4.Calculo delflujo de aire (caso adiabtico)Balance de humedad:

entrada - salida + generacin = acumulacin

generacin = acumulacin = 0

)).(1(

)1.(

12 YYx

xxMaG

h

hs

!


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12

G = 0.004620 lb aire seco /s

G = 0.000159 lb-mol aire seco/s

Clculo de la densidad del aire a las condiciones deentrada:

P = 1 atm.T = 301 K

n = 1.006 mol-gr/s

R = 82.06 atm. cc/g-mol K

M = 28.97 gr/gr.-mol

d aire = 0.0012 gr/cm3

Q aire = 24870.2 cm3/s

Q aire = 0.0249 m3/s

Ga = Gs*(1+ Y1)

G = 0.000159 mol-lb aire seco/s

Ga = 0.004652 mol-lb aire hmedo/s

5.5Calculo delflujo de aire (caso no adiabtico)Ecuacin general:

..... 2211 QperdHpMpHGHMHG AA !

y Tr].Y+Tr)-)(TxCpY+[(CpGs.=.HG agua11aguavapor1aire11 P

111 69.472xG.G

y Tr].Y+Tr)-)(TCp*Y+[(CpGs=.HG agua22aguavapor2aire22 P

222 xG1074.9750)*Y2+(10.8278=.HG

y Tr)-.(TaXs).Cp-a.(1+Tr)-Taa.Xs.Cs.(=a.Ha li

agua

s

BTU0.003361=a.Ha

y ]Cp*X+Cs*)X-Tr).[(1-p.(T=p.Hp li

aguahh2bh

s

BTU0.0023327p.Hp !

agua)vaporCp*Y1(Cpaire*To)-Gs(T1*ZQperdido ! Con un Z asumido de10%


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13

s

Gs

*9015.5Qperdi o !

)).(1(

)1.(

12 YYx

xxMaG

h

hs

!

Reemplazando todas las expresiones anteriores en la ecuacin del balance de energa

tendremos:

s

oaireLbGs

)sec(0.004920!

)sec(

)(0.0492592

oaireLb

aguaLbY !

s

oaireLbG

a

)sec(0.004954!

5.6Calculo de las eficiencias delproceso

Eficiencia Formula Respuesta

Eficiencia trmica global

(Egb) 01

21

TT

TTEid

! 86.47%

Eficiencia trmica ideal

(Eid) 01

1

TT

TsTEid

! 88,72%

Eficiencia trmica

evaporativa (Eev) TsT

TTEev

!

1

21 97,46%

Eficiencia de secado

entaciosolidosdea

ooductoEs

li

secPr! 0,8365


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5.7Calculo y distribuci n de tamao de partculas:y Segn Friedman:

Nmero de revoluciones por minuto N : 30800 r.p.m

Viscosidad de la leche. ul : 0,459 lb/pie-min

tensin superficial de la leche tsup: 417,44 lb/min^2

# Ventanas* altura de cada una. nh : 0,44 pie

radio del rodete r: 0,082 pie

densidad de la leche dl: 68,940 lb/pie3

alimentacin de leche Ml: 0,023 lb/min

carga del liquido en la ventana Mp: 0,052 lb/min-pie

(MP / dl*N*r2)^0,6= 0,000548

(ul/MP)^0,2 = 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

Dvs= 36,296

m

icrasD95%= 50,814 micras

Dmx.= 108,887 micras

y Segn Herring y Marshall

ML = 0,023 lb/min

(ML)^0,24 = 0,405

N = 30800,0 r.p.m.

d = 1,97 pulg

(N*d)^0,83 = 9330,482

n = 24

h = 0,236 pulg

(nh)^0,12 = 1,23


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[Escribir texto]

entonces X= (D*Nd0,83 *(nh)0,12* 10-4)/(ML0,24)

X= 2,839 *D

de donde

D= 0,352 X,,,,,,,,,,,,(5)

con los siguientes datos deN , d, Mp' y Vt en la tabla 6,12 proporcionada en la gua

Vt = velocidad tangencial = w*r = 2*pi*f*r

Vt = 264,481 pies/s

% de volumen acumulado de partculas menores queD=50%

X1/2 = 9,3

X= 86,49

% de volumen acumulado de partculas menores queD=95%

X1/2 = 12,8

X= 163,84

% de volumen acumulado de partculas menores queD=99,9%

X1/2 = 15,8

X= 249,6

en (1) D50%= 30,469 micras

D95%= 57,718 micras

D99,9%= 87,944 micras


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[Escribir texto]

6. OBSERVACIONES

Conrespecto a la influencia delas variables deoperaci

n

y Se debe mantenerla presi

n deentrada de airecomprimido a 4 Kg/cm2enelpanel de

controlconla finalidad de quela velocidad de giro delrodete sea constante30800 rpm.

y La alimentaci

n al secadorse hi oconflujoconstantepara asobtenermayoreficiencia

enel secado delas gotas altenercontactoconel aire.

Conrespecto al manejo delequipo.

y Antes de iniciar la operaci

n de secado, se debeprecalentar la cmara de secado ycerciorarse de que la corriente de aire de entrada se encuentre lo suficientementecalientepara asegurarqueelproducto que se va a obtenerseencuentre seco.

Con respecto al producto obtenido

y Inicialmente se obtuvo un producto que se caracteri! aba por mostrarse como unpolvillofino, aparentemente seco altacto. Perocuando se detuvola operaci

"

n, y sepes

el total deproducto recuperado, seprocedi a sacar residuos remanentes deproductoque estn en el interior del equipo,pero que no tenan las mismas caractersticas delproducto que s obtuvoinicialmente, ya quetena apariencia pastosa, debido a su elevadocontenido de humedad y grasas.

7. CONCLUSIONES

y Elproceso deSecadoporatomi# acininvolucra fenmenos detransferencia demasay calor. La transferencia de masa ocurre desde las partes perifricas de la gotadispersada hacia el aire caliente. La transferencia de calor ocurre hacia la gota

dispersada,ocasionandola evaporacin del solvente,ennuestrocasoAgua.

y El secadorNIR$ Atomi% ares unequipo a nivelindustrial usadopara la remocin agran escala de solventes presentes en una suspensin y se usa ampliamente enmuchas industrias.

y La humedad relativa del aireluego delcalentamiento fue muy baja, sinembargo alrecibir la humedad de las gotas dispersadas por transferencia de masa su estadorelativo de saturacin aument, aumentando a la vezla temperatura.

y Para obtenerrespuestas ms reales se debera procedera calcularelflujo de gas y suhumedad teniendoencuenta elpunto 4.10puesto queestos clculos involucrantodas

las variables medidas en el experimento, el clculopara el caso adiabtico tomaconsideraciones y aproximaciones que sonpocoprobables para obtenerunresultadoconfiable.


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[Esc& ' ( ' &

te)

to]

8. ANEXO


18/29

[Esc0 1 2 1 0

te3

to]


19/29

[Esc4 5 6 5 4

te7

to]


20/29

[Esc8 9 @ 9 8

teA

to]


21/29

[EscB C D C B

teE

to]


22/29

[EscF G H G F

teI

to]


23/29

[EscP Q R Q P

teS

to]


24/29

[EscT U V U T

teW

to]


25/29

[EscX Y ` Y X

tea

to]


26/29

[Escb c d c b

tee

to]


27/29

[Escf g h g f

tei

to]


28/29

[Escp q r q p

tes

to]


29/29

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