Seminário SprayDry

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Aprimore seus conhecimentos sobre o processo de secagem com bicos, CFD (Dinâmica de Fluido Computacional) e saiba como resolver os principais problemas enfrentados: aumento da produção e vida útil dos bicos, melhoria da densidade bulk e tamanho de particulados.

Conteúdo apresentado durante o Seminário SprayDry em março/16 pelo gerente de produto Eduardo Paris.

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Seminário SprayDry

  1. 1. SprayDry® Nozzle Seminar Eduardo Paris Gerente de Produtos Spraying Systems Co.
  2. 2. SOBRE A SPRAYING SYSTEMS
  3. 3. • Lider Mundial na Tecnologia de Pulverização – Fundada em 1937 – Matriz em Wheaton, IL USA A Spraying Systems • Conhecida pela Qualidade dos Produtos – + de 90.000 produtos – Presente em mais de 50 mercados Seminário Bicos SprayDry®
  4. 4. A Spraying Systems • Principais Aplicações Seminário Bicos SprayDry®
  5. 5. • 12 Fábricas pelo Mundo A Spraying Systems Yoko Ichiba Japan Stuttgart Germany Corporate Headquarters Wheaton, Illinois Hudson New Hampshire AutoJet Technologies Gent Belgium Sao Paulo Brazil Mid-West Technologies Springfield, Illinois LH Technologies Aabybro Denmark Seoul Korea Shanghai China Bangalore India Seminário Bicos SprayDry®
  6. 6. • 90 Escritórios de Vendas Globais • Sempre há um escritório perto de VOCÊ! A Spraying Systems Seminário Bicos SprayDry®
  7. 7. Conceito de Spray Drying e Atomização
  8. 8. Sheet Ligament Drop • O que é Pulverização? – Um conjunto de gotas movendo em um gás – Pulverizações são dinâmicas e tridimensionais • O que é atomização? – Transformação de líquido ou slurries em gotas Seminário Bicos SprayDry® Conceito de Spray Drying e Atomização
  9. 9. Seminário Bicos SprayDry® • Bico SprayDry® – Padrão Cone Oco • Cone Oco versus Cone Cheio – Cone oco é quase sempre usado – Sem “indícios” de partículas dentro do cone – Todas as gotas são expostas na corrente de ar quente Conceito de Spray Drying e Atomização
  10. 10. • Formação de Gotas For further reading please refer to: [5] D. P. Schmidt, I. Nouar, P. K. Senecal, C. J. Rutland, J. K. Martin, and R. D. Reitz. "Pressure-Swirl Atomization in the Near Field". SAE Paper 01-0496. SAE. 1999. [6] Fluent 6 User’s Guide, Vol. 1-4. 21.4.3 Spray Breakup Models. Fluent Inc., Centerra Resource Park, 10 Cavendish Court, Lebanon, NH 03766. η = Deslocamento da Lâmina ω = Frequência Angular = 2π x Frequência Seminário Bicos SprayDry® Conceito de Spray Drying e Atomização
  11. 11. • O que é Spray Drying? – A evaporação da água a partir de uma alimentação atomizada por mistura do spray e um ambiente de secagem. Seminário Bicos SprayDry® Conceito de Spray Drying e Atomização
  12. 12. Seminário Bicos SprayDry® • Vantagem da inclusão do SprayDry® – Fornece redução de peso e volume • Armazenamento e redução de custo na transportação – Mistura sendo secada podem ser soluções, suspensão ou dispersão • Café, laticínios, comidas, aromas, cosméticos, fertilizantes, detergentes, químicos, bioquímicos – Preserva produtos alimentícios • Ingredientes, café, leite, fruta, aromatizantes, amidos – Bicos SprayDry® pode ser aplicado em basicamente tudo Conceito de Spray Drying e Atomização
  13. 13. Seminário Bicos SprayDry® • Características do Sistema (Hidráulico) – Capacidade de alimentação da bomba (50% sólidos até 80%) – Pulverização a alta pressão (geralmente) • Dezenas ou centenas de kg/cm² – Produto final é um pó • Alcance estreito de partículas – Pode alterar o tamanho da partícula através da mudança da seleção de bicos e parâmetros de operação Conceito de Spray Drying e Atomização
  14. 14. Seminário Bicos SprayDry® • Estoque de alimentação – Qualquer material bombeável • soluções, slurries, pasta, gels, emulsões, materiais fundidos, multi-componentes , suspensões, ou lodo – Não pode ser extremamente sensível ao calor alimentício e farmacêutico 300-500oF (150-250oC) – Produtos químicos tem temperaturas mais elevadas, como detergentes 500-1000oF (250-500oC) – Necessita mais pressão para atomizar de acordo com o aumento da viscosidade Conceito de Spray Drying e Atomização
  15. 15. Seminário Bicos SprayDry® • Rápida evaporação da água – transportador (solução/slurry) – Atomização – Mistura com ar quente • Vaporização energética de água • Resfriamento evaporativo da partícula • Temperatura da partícula fica abaixo da temperatura de saída do ar ~175oF (80oC) • Curto tempo de permanência – Extração do pó Conceito de Spray Drying e Atomização
  16. 16. Seminário Bicos SprayDry® • Partículas Ocas (Corrente a favor) – Espaços Vazios – Aumento na área de contato – Hidratada mais facilmente Conceito de Spray Drying e Atomização
  17. 17. SELEÇÃO DO BICO SPRAYDRY®
  18. 18. • Bico é a alma do Secador – Componente crítico • Dispersa Slurry em finas gotas – Precisa ser bem distribuído dentro do secador para misturar com o gás – Tamanho de gota precisa ser compatível com as características do produto requerido • Muito grande(sub-seco) • Muito pequena (produto queimado) – Controla a taxa de alimentação dentro do secador Seleção Bico SprayDry® Seminário Bicos SprayDry®
  19. 19. 25 µm250 µm 100 µm 50 µm400 µm500 µm 300 µm 200 µm150 µm PORQUE O TAMANHO DE GOTA É IMPORTANTE? O volume de uma gota de 500 µm é igual a…. Seleção Bico SprayDry® Seminário Bicos SprayDry®
  20. 20. Seleção Bico SprayDry® • Fatores a Considerar – Tipo de bico – Vazão e pressão – Padrão de pulverização – Ângulo e cobertura da pulverização – Tipo do fluído e propriedades • Peso específico, viscosidade, Tensão superficial • Compatibilidade química e temperatura – Tamanho de gota Seminário Bicos SprayDry®
  21. 21. Seleção Bico SprayDry® • Ângulo e cobertura da pulverização – Ângulo • Depende do Bico • Muda de acordo com o aumento da pressão – Fluídos diferentes de água • Maior viscosidade, menor ângulo • Baixa tensão superficial, ângulos mais largos Seminário Bicos SprayDry®
  22. 22. Seleção Bico SprayDry® • Ângulo e cobertura do spray – Escolha o ângulo de pulverização baseado no tamanho do secador • A pulverização é bem distribuída e misturada com o gás – Cuidado ao escolher um ângulo muito aberto • Parede molhada – Considerar espaçamento dos bicos • Um jato colidindo com o outro causa gotas maiores Seminário Bicos SprayDry®
  23. 23. Ângulo de Spray 80° Ângulo de Spray 60° Seleção Bico SprayDry® • Sobreposição Seminário Bicos SprayDry®
  24. 24. • Regras – Pressão maior Menores tamanho de gotas – Vazão Maior Tamnho de gotas maiores – Mudando o tipo de bico • SK Menor tamanho de gotas • SB Tamanho de gota acima do SK • SV Tamanho de gota acima do SB • 104 Maior tamanho de gota – Ângulo maior Menor tamanho de gota Seleção Bico SprayDry® Seminário Bicos SprayDry®
  25. 25. Seleção Bico SprayDry® • Fatores afetando as propriedades do Pó tamanho de gota tamanho da partíucla mistura contendo pó densidade Bulktemperatura de ar de secagem capacidade de secagem tempo de duração pureza e cor fluidez do pó distribuiçao das gotas Distribução do tamanho da partícula Pressão de Operação Bico Ângulo dispersão do pó Capacidade Seminário Bicos SprayDry®
  26. 26. • A história do Bico SprayDry® – SX core type desde 1937 – 104 WhirlJet desde 1947 – 1951 SprayDry® Nozzle Trademark – SB core type desde 1954 – SBH and SKH início de 2000 – SV em 2010 SPRAYDRY® NOZZLE SEMINAR Seleção Bicos SprayDry® SK and SB Núcleo entalhado AA104/SSTC Whirlchamber SV Swirlchamber
  27. 27. • Vídeo– Todos os tipos de bicos operando Seleção Bico SprayDry® Seminário Bicos SprayDry®
  28. 28. • SK/SB gotas menores , AA104 gotas maiores e SV gotas intermediárias Seleção Bico SprayDry® Seminário Bicos SprayDry®
  29. 29. 0 500 1000 1500 2000 2500 Taxa de vazão in Galões por Hora (Litros por Minuto) SV SB SK (35) (69) (103) (138) (172) SSTC/104 Variação da taxa de fluxo para cada tipo Seleção Bico SprayDry® Seminário Bicos SprayDry®
  30. 30. Seleção Bico SprayDry® • Bicos SprayDry® SK e SB – Projetos dos núcleos de fendas • SK – capacidades menores – Pressões: 500 a 7000 psi (35 a 450 bar) – Capacidade: 2.8 a 400 gph (10.8 a 1460 lph) • SB – Maiores capacidades – Pressões: 500 a 7000 psi (35 a 450 bar) – Capacidade: 38.9 a 1508 gph (148 a 5700 lph) – Principais vantagens • Tamanho de gotas menores • Distribuição estreita do tamanho de gota Seminário Bicos SprayDry®
  31. 31. Seleção Bico SprayDry® Seminário Bicos SprayDry®
  32. 32. • 2SK/3SK/4SK Multi-Orifícios – Corpo Único – Múltiplos orifícios – Filtro malha 100 – Versão Compacta (sem filtro) – Aumento de Produção • Patículas mais uniformes – Melhora na eficiência do secador • SK Tamanho de gotas menores • Gotas menores evaporam mais rápido Seleção Bico SprayDry® Seminário Bicos SprayDry®
  33. 33. • Multi-Orifícios 2SK/3SK/4SK Seleção Bico SprayDry® Seminário Bicos SprayDry®
  34. 34. Cap Orifice insert Whirlchamber Lock screw Gasket Body • Bicos SprayDry® WhirlJet ® – Projeto Whirlchamber (Câmara) • Pressão: 100 a 5000 psi ( 7 a 340 bar) • Capacidade: 16.1 a 3019 gph (61.5 a 11.340 lph) • Principais Vantagens • Tamanho de gotas maiores • Distribuição estreita no tamanho de gota Seleção Bico SprayDry® Seminário Bicos SprayDry®
  35. 35. Seleção Bico SprayDry® Seminário Bicos SprayDry®
  36. 36. Seleção Bico SprayDry® • Bicos SV SprayDry® – Projeto Swirlchamber • Pressão: 200 a 10,000 psi (15 a 690 bar) • Capacidade: 7.1 a 3003 gph (27.9 a 11,371 lph) • Orifícios - 181 tamanho (0.029”- 0.210”) • Swirls - 10 tamanhos – Principais Benefícios • Pressões até 10.000 psi (690 bar) • Maior passagem máxima livre • Fácil montagem/desmontagem – Prensas de orifícios não são requerido Seminário Bicos SprayDry®
  37. 37. • SprayDry ® SV – Maior vida útil • Carbeto M • Carbeto de tungstênio de maior resistência. – Melhoria na montagem • Projeto ergonômico – Melhor entrega • Dias vs Semanas – Melhor Preço • 10% menor que o concorrente – Programa de Amostra Seleção Bico SprayDry® Seminário Bicos SprayDry®
  38. 38. Seleção Bico SprayDry® Seminário Bicos SprayDry®
  39. 39. • Bicos-OMNI – Corpo SVC – Capas Intercambiáveis – Abrange “todos” os outros bicos • SV, SK, SB and 3SBH – Usualmente usado • Plantas-piloto • Produtos diferentes Seleção Bico SprayDry® Seminário Bicos SprayDry®
  40. 40. Otimizando seu secador
  41. 41. • Ajude-nos a preencher o formulário de avaliação – Estabeleça uma linha de base • O que você almeja? – Aumentar a vida útil? – Aumentar a produção? – Gotas menores/maiores? – Aumentar/diminuir a densidade Bulk ? – Solucionar um problema • O que significa sucesso para você? Otimizando seu secador Seminário Bicos SprayDry®
  42. 42. • Guia de Probemas – Parede molhada – Sub-secagem – Sobre-secagem – Teor de umidade muito alto – Excesso de pó fino – Densidade Bulk muito baixa – Encrustação do bico – Desgaste intenso Otimizando seu secador Seminário Bicos SprayDry®
  43. 43. • Fatores que afetam as propriedades do pó – Spray drying envolve muitos fatores inter-relacionados • Exemplo: Conteúdo da mistura varia com: – Temperatura do ar de secagem, umidade, tamanho de gota, tempo de permanência das gotas • Exemplo: Distribuição do tamanho da partícula é controlado por: – Tipo do bico e capacidade, pressão, aglomeração e condições de secagem • NOTA: Ao fazer mudanças no processo, mude somente um fator de cada vez para observar propriamente a relação causa e efeito. Otimizando seu secador Seminário Bicos SprayDry®
  44. 44. • Bicos requerem manutenção devido a: – Desgate/erosão – Cavitação – Incrustação – Entupimento – Corrosão – Montagem Imprópria – Alta Temperatura • Bicos Requerem Inspeção Periódica • Não é perceptível nos estágios iniciais Otimizando seu secador Seminário Bicos SprayDry®
  45. 45. • Desgastes/Erosão – Remoção gradual de metal ou carbeto tungstênio – Slurries abrasivas desgastam em um tempo menor • Orifício Aumenta e/ou fica Distorcido • Resulta em: – Aumento na vazão – Queda de pressão – Padrão irregular do spray – Gotas Maiores Desgaste Otimizando seu secador Seminário Bicos SprayDry®
  46. 46. • Como Detectar desgaste – Verificar as propriedades do pó – Verificar as horas em operação – Teste de Vazão, Ângulo do spray, aparência do spray – Medir o diâmetro do orifício • Como reduzir o desgaste – Use materiais diferentes • Diferentes tipos de carbetos de tugnstênio (Y, M, L, YL) – Reduzir a vazão – Queda de pressão • Vai alterar o tamanho de gota Otimizando seu secador Seminário Bicos SprayDry®
  47. 47. • Cavitação Otimizando seu secador Seminário Bicos SprayDry®
  48. 48. • Corrosão e Altas temperaturas • Assegure que o material pode suportar – Concentração química – pH – Procedimentos de limpezas – Condições do ambiente • Para componentes de Tungstênio: – Use materiais de carbeto “L” para uma melhor resistência a corrosão Otimizando seu secador Seminário Bicos SprayDry®
  49. 49. SK/SB Anti-Bearding Design Otimizando seu secador • Acúmulo de material incrustante no bico – Ambiente do secador • Localização do bico • Vazão de ar – Projeto do bico • Geometria da capa • Formas • Ângulos Seminário Bicos SprayDry®
  50. 50. • Aglomeração – Re-umidificação com água • Suficiente para muitos produtos – Adição de outros químicos Otimizando seu secador Seminário Bicos SprayDry®
  51. 51. • Aglomeração – Use bicos atomizados – Séries J – FloMax® • Podem exigir sitemas aquecidos devido a alta viscosidade Otimizando seu secador Seminário Bicos SprayDry®
  52. 52. • CFD - Computational Fluid Dynamics – Busca por aumento da eficiência de secagem – Maior aproveitamento da área de secagem no interior da torre – Redução do consumo de combustível – Substituição Disco Rotativo para Bicos Spraydry – Tamanho de gota/Distribuição – Trajetória e Evaporação das Gotas Otimizando seu secador Seminário Bicos SprayDry®
  53. 53. Limpeza da Torre de Secagem, Tanques de Solução e Dutos de Transporte de Pó
  54. 54. Seminário Bico SprayDry® Objetivo do CIP • Desenvolver um sistema que irá: – Limpar; – Preservar; – Sanitizar. • O sistema também deve: – Prevenir falhas na limpeza; ou – Contaminações que afetarão o produto final.
  55. 55. Seminário Bico SprayDry® Problema: Superfícies inatingidas/Bactérias Superfícies não atingidas durante a limpeza gera: • Pontos de infecção – Preocupações com Saúde Pública; – Perda de Lotes de Produção; – Recall de Produtos;
  56. 56. Seminário Bico SprayDry® Sistemas CIP 4 fatores para limpeza: • Tempo • Temperatura • Concentração – Detergente ou sanitizante • Ação Mecânica – Vazão e Pressão
  57. 57. Seminário Bico SprayDry® Diagrama TTCM – Situação Encontrada • Limpeza Manual – Tempo; – Descontaminação; – NR33 • Encher e Esvaziar • Spray Balls – Tempo; – Elevado Volume – Efluentes – Elevado Custo com Tratamento
  58. 58. Seminário Bico SprayDry® Diagrama TTCM – Novo Método Lavadores rotativos • Alto Impacto (Ação Mecânica) • Baixo tempo
  59. 59. Seminário Bico SprayDry® Limpeza de Torre e Tanque de Preparo
  60. 60. Limpeza de Dutos de Transporte e Ciclones • Problemas Encontrados: – Longas paradas – Desmontagem para limpeza – Baixa produtividade – Perda de receita
  61. 61. Seminário Bico SprayDry® Solução
  62. 62. Seminário Bico SprayDry®
  63. 63. Seminário Bico SprayDry®
  64. 64. Discussão
  65. 65. Seminário Bicos SprayDry® Apresentado por Eduardo Paris Paulo Bonato

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