ATIV AV2 OPERAÇOESUNITARIAS

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OPERAÇÕES UNITÁRIAS DE PROCESSOS QUÍMICOS
POLLYANA PEREIRA DE SOUZA
Matricula: 201851285504
Pesquise sobre Secagem – Spray Dryer​
A secagem por nebulização, mais conhecida por "spray drying", teve seus primeiros passos na metade do século 18, quando foi patenteada a primeira operação de secagem de ovos (1865). Porém, o início de sua utilização como processo a nível industrial data da década de 20. Os primeiros produtos a que se tem notícia como obtidos em larga escala com a secagem por nebulização foram o leite e o sabão em pó. A partir de então, seu uso disseminouse pela indústria de processos em geral, sendo hoje, especialmente aplicado para a secagem em larga escala de produtos das linhas alimentícia e farmacêutica. Sua versatilidade operacional permite desde escalas laboratoriais da ordem de mililitros por hora até dezenas de toneladas por hora na indústria. Além disto, dada sua versatilidade e o pequeno tempo de residência dos produtos na câmara de secagem, tornou-se o principal equipamento para a secagem de materiais que apresentam sensibilidade ao calor, como alimentos e materiais de origem biológica. Dentre estes: extratos e produtos oriundos de plantas, corantes, microorganismos, produtos com leveduras, enzimas e proteínas. Outro campo onde a secagem por nebulização tem adquirido destaque recentemente é na microencapsulação de substâncias. Sua eficácia está baseada no princípio do aumento de área de contato entre o material a ser seco e o agente dessecante, ou seja, o ar quente. Como este princípio atua na secagem por nebulização pode ser entendido se considerarmos uma esfera como a forma que o material toma quando é atomizado por um bico de "spray". Para esferas, quando diminuímos o seu diâmetro pela metade, temos um aumento de oito vezes na sua área superficial. Esta característica de gerar na nebulização uma alta área superficial por grama do líquido é inigualável no “spray-dryer”. Por exemplo, um líquido pulverizado em gotículas de 100 microns gera uma área superficial de 3.400 m 2 /kg. Se for pulverizado em gotículas de 20 microns, sua área chegará a 17.000 m 2 /kg, o que corresponde a espalhar um galão de líquido sobre a superfície toda de dois campos de futebol. Uma conta simples pode demonstrar o efeito deste fenômeno no contato arlíquido: os tamanhos típicos de gotículas formadas nos bicos de um secador MSD 1.0 (capacidade 1 litro/hora) da LABMAQ variam de 10 a 100 micrometros. Se um líquido for gotejado naturalmente, teremos cerca de 20 gotas por mililitro, cada uma com tamanho aproximado de 4,57 milímetros e área superficial de 6,56 mm 2 . A somatória destas 20 gotas corresponde a uma área superficial de 1,31 cm 2 . Se este mesmo 1 mililitro for pulverizado a um tamanho médio de 50 microns, teremos 8 milhões de gotículas, cada uma com área de 7,85 x 10 -4 mm 2 , mas a área somada de todas elas seria de 62,83 cm 2 . Cerca de 60 vezes maior que a área das 20 gotas (Labmaq, 2003a). Naturalmente, apenas uma boa área de contato não é suficiente para assegurar uma secagem eficiente, fazendo-se necessário fornecer a energia para vaporização do líquido (água) e também suficiente dessecante (ar) absorver toda a umidade. No interior do equipamento, misturam-se um gás aquecido e a névoa de um líquido ou pasta para que seja obtida a secagem por contato direto. O sistema é composto de um método de transformar o líquido em uma névoa, um aquecedor ou fonte de ar quente, uma câmara de mistura da névoa com o ar e um método de recuperar ou reter os sólidos secos a partir da corrente de ar. Tendo como grande diferencial a possibilidade de obtenção dos produtos diretamente na forma de pó, elimina as etapas posteriores de moagem que são típicas de outros equipamentos de secagem.
O conjunto que compõe um equipamento do tipo “spray dryer” padrão é constituído de: 1) Sistema de atomização do material; 2) Sistema de aquecimento e controle de temperatura do ar de secagem; 3) Sistema de bombeamento e controle de vazão da alimentação de material a ser seco; 4) Sistema da alimentação de ar para secagem; 5) Câmara de secagem e 6) Sistema de separação ar - pó seco. A Figura 2 mostra um diagrama esquemático de uma configuração básica de "spray dryer".
ATOMIZAÇÃO 
Como esclarecido no item anterior, um dos mais importantes fatores na secagem por nebulização é o tamanho de gotícula obtido na atomização. A Tabela 1 apresenta comparativos de tamanhos de partícula presentes na natureza e suas definições. Três são os tipos básicos de atomizadores; os bicos de pressão e duplo fluido, e o atomizador centrífugo. No atomizador de pressão, o alimento é bombeado para o bico atomizador a altas pressões, e é obrigado passar por um orifício de diâmetro muito pequeno. As pressões neste tipo de bico são da ordem de 100 a 600 kgf/cm 2 . Desta maneira, obrigatoriamente faz-se necessário o uso de bombas especiais de alta pressão e materiais resistentes à abrasão para construção do bico. Do ponto de vista energético, os atomizadores de pressão são, via de regra, os mais econômicos do três. Os bicos de pressão tem em geral capacidades para até 100 litros/hora, sendo necessário a combinação de mais de um bico para secadores com vazões de alimentação maiores que este valor. 
No atomizador duplo fluido, ou pneumático, a pressão necessária para pulverizar o alimento é geralmente menor do que usada para o sistema de bico de pressão. Neste sistema atomizador, o material líquido é rompido pelo cialhamento gerado pela diferença de velocidades entre ele e um outro fluido, geralmente o ar. Este é o sistema com maior demanda energética dentre os três, no entanto é largamente utilizado devido à sua grande versatilidade, alto controle de tamanho e uniformidade de gotículas. Um único bico pode atingir vazões de até 1.000 litros/hora, e podem ser usadas cabeças com combinações de vários bicos pneumáticos para vazões maiores. Permitem ampla faixa de tamanhos de partícula para amplas faixas de vazões, por isto são os mais usados em equipamentos de laboratório. Há dois tipos básicos de atomizadores pneumáticos, de acordo com o modo de mistura dos dois fluidos: interna e externa. Os tamanhos de gotículas formadas podem ser preditos por equações como a de Nukiyama e Tanasawa, proposta com base empírica: onde: d - diâmetro médio das gotículas (mm); µ - viscosidade (cP); σ - tensão superficial do líquido (dina/cm 2 ); ρ - densidade do líquido (g/cm 3 ); VR - velocidade relativa arlíquido no bico (cm/s); QL - vazão de líquido (l/min) e Qa - vazão de ar (l/min).
O atomizador centrífugo, ou disco rotativo, é basicamente um disco que gira na extremidade de um eixo, e onde é injetado o material liquido que se acelera radialmente, pulverizando o alimento na câmara de secagem. Há inúmeras variantes do projeto do disco que que proporcionam ampla faixa de tamanhos de gotículas. Outro fator importante no controle de tamanho é a velocidade de rotação, que geralmente corresponde a uma velocidade periférica no disco de 100 a 200 m/s. Estas exigências de alta velocidade periférica no disco acabam acarretando a necessidade de alta rotação (rpm) para evitar tamanhos de disco atomizador muito grandes. A qualidade da atomização, como diâmetro médio das gotículas e uniformidade de tamanhos, está relacionada com aspectos do projeto do bico, condições de sua operação e propriedades físicas do material a ser atomizado. Por exemplo, um aumento da rotação e a redução da vazão de liquido causam uma diminuição do tamanho de gotícula.
Spray-Fluidizado – Indicado para produção de material granulado dispersível. Dependendo da aplicação, alguns em pó necessitam de solubilização maior e mais rápida. Este pode ser obtido num equipamento unificado de “spray dryer” e leito-fluidizado, qu e são os chamados Spray-Fluidizados. 
 Spray chilling ou spray congealing – Este é um processo indicado produção de microcápsulas ou dispersões sólidas de substâncias ativas com o emprego de materiais lipídicos. O diluente ou material lipídico é liquefeito por aquecimento (fusão), misturado com oativo e atomizado em uma câmara com passagem de ar resfriado. As gotículas de material liquefeito solidificam-se por resfriamento, formando as microcápsulas ou dispersões sólidas. É muito interesante para processamento de materiais sensíveis à presença de água, por sofrerem hidrólise, e que não apresentem sensibilidade à temperatura.
APLICAÇÕES 
A secagem por atomização é aplicada a qualquer produto possível de ser bombeado, como emulsões, pastas, soluções e suspensões nas seguintes indústrias: Farmacêutica: Antibióticos e derivados, vacinas, vitaminas, fármacos em geral. Cerâmica: Argilas para aplicações diversas e especiais. Química orgânica: Ácidos, sais orgânicos, compostos nitrogenados, plásticos, resinas, catalisadores e corantes, fertilizantes, pesticidas, inseticidas, detergentes em geral, taninos naturais e sintéticos, etc. Química inorgânica: Compostos de alumínio, bário, boro, cromo, cloro, enxofre, flúor, iodo, magnésio, hidróxidos e óxidos em geral. Outra operação importante e de cunho geral é a microencapsulação, que tem ganho grande destaque ultimamente nas industrias alimentícia e farmacêutica. Microencapsulação: é a inclusão da substância ativa em uma matriz sólida de polímero formando uma microesfera. A microencapsulação tem aplicações em produtos como óleos essenciais, herbicidas, inseticidas, paraticidas, armadilhas biológicas, biopesticidas, fármacos, produtos alimentícios, suplementos minerais, aromas, fragrâncias, aditivos naturais entre outros. A microencapsulação preserva a substância ativa de intempéres, evita perdas nutricionais, inibe reações com outros agentes, mascara cor e sabores, aumenta a vida útil na prateleira, reduz o risco de toxidade na manipulação de produtos, evita a contaminação, etc.