Essiccatori a letto fluido più corti

12 novembre 2014

Di Craig Anderson, MBA, e Jarrett Bowling, Almo Process, e Michael Pfeiffer e Dr. – Ing. Mathias Trojosky, Allgaier Process Technology GmbH

Con gli scambiatori di calore integrati in un essiccatore a letto fluido, la combinazione del trasferimento di calore conduttivo dalla fluidizzazione con il trasferimento di calore indiretto aggiuntivo dalle serpentine dello scambiatore di calore riduce drasticamente la lunghezza richiesta dell'essiccatore a letto fluido. Utilizzando questo tipo di sistema, la riduzione della lunghezza dell'essiccatore a letto fluido può arrivare fino al 70%. Oltre a ridurre l'ingombro dell'essiccatore a letto fluidizzato, l'efficienza viene ottenuta anche grazie alla conservazione termica e alla minore aria necessaria per fluidificare le particelle. Fino all'80% del calore di asciugatura richiesto può essere fornito dagli scambiatori di calore integrati, riducendo drasticamente il fabbisogno d'aria. Anche i sistemi di alimentazione e scarico dell'aria per l'essiccatore a letto fluido sono proporzionalmente ridotti. Asciugatori a letto fluidoGli essiccatori a letto fluido utilizzano in genere il flusso incrociato tra l'aria di essiccazione e un prodotto umido per eseguire l'essiccazione. La velocità del flusso d'aria verso l'alto deve superare l'effetto limitante del letto del prodotto nell'essiccatore per ottenere la fluidificazione (come mostrato nell'illustrazione). Questo metodo di essiccazione si basa sulla convezione per ottenere l'essiccazione. Le particelle vengono immerse nell'aria di essiccazione mediante sospensione mediante fluidificazione. L'altezza del materiale nel letto fluido è limitata per preservare l'efficacia del tipico letto fluido. Nel complesso si ottiene un'elevata efficienza di asciugatura. Tuttavia, durante la fluidificazione si verificano bolle del materiale. Il gorgogliamento consente all'aria di bypassare il materiale. L'aria che è in grado di bypassare il materiale riduce l'efficienza del trasferimento di calore fluidizzato. Vedere l'illustrazione del flusso incrociato tra aria e prodotto in un tipico essiccatore a letto fluido I solidi sfusi a grana molto fine (<200 micron) con elevata umidità superficiale possono essere difficili da fluidificare uniformemente solo dal flusso d'aria. L'umidità è un notevole elemento di coesione tra le singole particelle, in particolare le particelle fini. Quando l'umidità riesce a fungere da legame tra le particelle fini, l'aria tende a creare dei canali nello strato del prodotto. L'aria di essiccazione passerà solo attraverso questi canali stabiliti senza l'effetto desiderato di fluidificazione delle particelle. Questo evento è spesso indicato dalla formazione di crateri nel letto del prodotto. Questa condizione viene generalmente affrontata e mitigata aggiungendo vibrazioni all'essiccatore a letto fluido. Tuttavia, è possibile ottenere un ulteriore miglioramento del processo aggiungendo una fonte di calore supplementare. L'aggiunta di superfici riscaldanti al prodotto fluidizzato fornisce una maggiore efficienza al processo. L'integrazione del flusso d'aria di essiccazione convettiva derivante dalla fluidificazione con il calore indiretto proveniente dalle serpentine dello scambiatore di calore fornisce un'ulteriore fonte di trasferimento di calore. Durante il funzionamento, questi scambiatori di calore saranno immersi nel letto del prodotto. Fino all'80% del fabbisogno termico può essere fornito da superfici termiche indirette. Si verifica una riduzione della fornitura d'aria necessaria per supportare il processo rispetto all'essiccazione interamente fluidificata. Lo scopo principale dell'alimentazione d'aria per un tipico essiccatore a letto fluido è semplicemente quello di provocare la fluidificazione per ottimizzare il trasferimento di calore. Poiché una parte significativa del trasferimento di calore può essere effettuata dagli scambiatori di calore, il flusso d'aria necessario può essere ridotto di conseguenza. Ciò riduce il fabbisogno minimo di aria necessario per rimuovere l'umidità dal prodotto. Anche le apparecchiature di alimentazione e scarico dell'aria per il processo saranno ridotte proporzionalmente. Il risultato è un'installazione più piccola, meno costosa in termini di capitale e più efficiente in termini di funzionamento. Vedere l'illustrazione degli scambiatori di calore integrati che integrano il trasferimento di calore. La combinazione del trasferimento di calore convettivo con il calore irradiato dalle serpentine dello scambiatore di calore migliora la capacità di umidità. dell'aria di essiccazione. Ciò si traduce in un elevato carico di acqua nell'aria di scarico. Il calore aggiuntivo, attraverso lo scambiatore di calore interno, provoca livelli molto elevati di evaporazione dell'acqua da una minore quantità di aria. Di conseguenza, il carico di acqua di scarico è particolarmente elevato con rischio di punto di rugiada nel tubo di scarico. Questo rischio viene mitigato deviando una piccola quantità di aria calda dall'ingresso dell'asciugatrice al condotto di scarico. La temperatura del flusso d'aria di scarico aumenta leggermente e il punto di rugiada diminuisce. Vedere l'illustrazione dell'essiccatore a letto fluido con scambiatori di calore integrati È necessario aumentare l'elevazione di un'installazione per ospitare gli scambiatori di calore all'interno dell'essiccatore a letto fluido. L'altezza complessiva del letto fluido verrebbe leggermente aumentata mentre la lunghezza complessiva del letto fluido verrebbe notevolmente ridotta. Le batterie dello scambiatore impilate orizzontalmente offrono molte più possibilità di trasmissione del calore. La maggiore altezza del letto fluido è abbinata ad una maggiore profondità dei letti del prodotto all'interno dell'essiccatore. I letti del prodotto possono essere asciugati efficacemente a una profondità di 1-2 m. In genere, negli essiccatori a letto fluido si evitano letti di prodotto profondi. Ciò è dovuto all'effetto di gorgogliamento che riduce l'efficienza di essiccazione negli essiccatori a letto fluido ed è precipitato dai letti di prodotto profondi. Tuttavia, le serpentine impilate orizzontalmente degli scambiatori di calore immersi nel letto del prodotto ostacolano la crescita e la formazione di bolle. La presenza delle serpentine dello scambiatore di calore in tutto il letto del prodotto trasferisce il calore in modo uniforme attraverso il materiale. Il massimo trasferimento di calore possibile dipende fortemente dalla dimensione dei grani del materiale. Una trasmissione termica più elevata può essere ottenuta con particelle più fini nel letto del prodotto. Il vantaggio di utilizzare scambiatori di calore integrati può essere espresso dal diagramma di Mollier. La linea 1 nel grafico indica un tipico essiccatore a letto fluido in cui il trasferimento di calore è fornito solo dall'aria. In questo caso solo una temperatura più elevata è in grado di aumentare la capacità di umidità dell'aria. L'aumento della temperatura sarebbe l'unico metodo per ridurre la quantità di aria di asciugatura richiesta. Vedere il diagramma di Mollier Confronto tra essiccatore a letto fluido e essiccatore a letto fluido con scambiatori di calore integrati La curva 2 nel grafico indica l'effetto delle superfici di calore aggiuntive fornite dagli scambiatori di calore integrati . Come notato in precedenza, è necessario fornire un po' di calore all'aria di scarico a causa dell'elevato carico d'acqua dell'aria. La temperatura più elevata dell'aria di scarico e del prodotto è illustrata nel grafico da ΔT. Il carico di acqua nell'aria di scarico dell'essiccatore, illustrato da ΔX, è notevolmente aumentato rispetto a una tipica applicazione di un essiccatore a letto fluido. Ciò riduce direttamente la lunghezza richiesta dell'essiccatore a letto fluido, la quantità di aria di essiccazione necessaria e le dimensioni dei sistemi di alimentazione/scarico dell'aria. L'impatto economico è sempre molto elevato ma più evidente per i prodotti che richiedono basse temperature per l'essiccazione. I prodotti sensibili alla temperatura presentano il vantaggio più sostanziale per gli scambiatori di calore integrati installati negli essiccatori a letto fluido.Vedere Installazione delle bobine dello scambiatore di calore in un essiccatore a letto fluido: Allgaier tipo WS-HF-TK-5.00Esempio di applicazione• 40 tonnellate metriche/ora di granuli di patate • 7 fasci di scambiatori di calore immersi nel letto • Umidità di alimentazione del 18% • Umidità residua <8% • Raffreddamento finale a <50°C • Installazione Allgaier di WS-HF-T-KGuarda l'immagine dell'installazione Allgaier di WS-HF-TK Il gruppo Allgaier vanta più di 20 anni di esperienza con questa tecnologia. Questo tipo di tecnologia è stata generalmente applicata ad applicazioni che richiedono la rimozione di grandi quantità di umidità. In particolare, i prodotti cristallini (come il cloruro di sodio) e i prodotti alimentari hanno tratto il massimo beneficio da questa tecnologia. Questa tecnologia può essere presa in considerazione anche per applicazioni di raffreddamento. Invece del vapore fornito agli scambiatori di calore, per un'applicazione di raffreddamento potrebbe essere utilizzata acqua fredda. Per ulteriori informazioni, contattare ALMO Process al numero 513-453-6990 o visitare www.almoprocess.com.