Tipos e Aplicações Comuns de Secadores por Aspersão

I. Princípio de Funcionamento da Secagem por Aspersão

A secagem por pulverização é um processo no qual os atomizadores dispersam a alimentação líquida em gotículas finas, e o solvente evapora rapidamente num meio de secagem quente para formar um pó seco. Geralmente, a secagem por pulverização é constituída por quatro etapas: a) atomização da alimentação líquida; b) contacto e mistura da névoa com o meio de secagem quente; c) evaporação e secagem das gotículas; d) separação do produto seco do meio de secagem.

O líquido da matéria-prima pode ser uma solução, emulsão ou suspensão, ou pode ser um líquido fundido ou pasta — qualquer forma líquida que possa ser bombeada. O produto pode ser pó, grânulos, esferas ocas ou aglomerados.

II. Secadores por Aspersão Comuns Os secadores por aspersão utilizam um pulverizador para atomizar um líquido diluído (como uma solução com um teor de água de 75% a 85% ou superior) em gotículas, dispersando-as num fluxo de ar quente. Isto faz com que a humidade evapore rapidamente, resultando num produto sólido. O tempo de secagem varia geralmente entre alguns segundos a dezenas de segundos. O pulverizador é o componente principal da secagem por pulverização, sendo os principais pulverizadores centrífugos, de pressão e de fluxo de ar.

1. Secador por Aspersão de Pressão Um secador por aspersão de pressão utiliza 2 a 20 MPa para atomizar o líquido filtrado em pequenas gotículas. Estas gotículas atomizadas (com uma área de superfície significativamente maior) entram em contacto total com o ar quente, completando rapidamente o processo de secagem em 10 a 30 segundos. O pó ou grânulos finos resultantes são então separados.

2.º Secador por Aspersão Centrífuga: O ar passa por um filtro e por um aquecedor, entrando no distribuidor de ar no topo do secador por aspersão centrífuga. O ar quente entra no secador uniformemente num padrão espiral. O líquido de alimentação é bombeado do depósito de alimentação através de um filtro para o atomizador centrífugo no topo do secador, onde é pulverizado em gotículas extremamente pequenas. O líquido de alimentação e o ar quente fluem em paralelo, provocando uma rápida evaporação da humidade e secagem do produto final num tempo muito curto. O produto final é descarregado na parte inferior da torre de secagem e no separador ciclónico, enquanto o gás de exaustão é expelido por um ventilador.

3. Secador por Aspersão de Fluxo de Ar

Este tipo de secador utiliza principalmente a pulverização a alta velocidade de ar ou vapor de água a partir de bicos. O atrito obriga o líquido de alimentação a formar gotículas finas, permitindo que entre em contacto com o ar quente para troca de calor. Todo o processo demora menos de meio minuto. É muito eficaz para materiais altamente viscosos e é fácil de operar.

III. Áreas de Aplicação de Secadores por Aspersão

1. Secagem por Aspersão para Granulação de Cerâmicas Especiais

A formação do corpo verde antes da sinterização dos materiais cerâmicos afeta diretamente o desempenho do produto final. As características do pó influenciam significativamente a uniformidade do corpo verde e a densidade após a prensagem a seco. A tecnologia de granulação por pulverização é muito utilizada na preparação de pós cerâmicos especiais. A aspersão sob pressão é normalmente utilizada para granular pós cerâmicos especiais. Em condições de processo adequadas, o pó preparado apresenta uma boa homogeneidade química, elevada finura, boa fluidez e elevada densidade de compactação, sendo adequado para processos de prensagem a seco ou prensagem isostática.

2. Aplicação da Secagem por Aspersão em Material Catódico de Fosfato de Ferro-Lítio (LiFePO4) para Baterias de Iões-Lítio

As baterias de iões de lítio são compostas principalmente por materiais catódicos, materiais anódicos, eletrólitos e separadores. O custo e o desempenho dos materiais catódicos restringem o desenvolvimento das baterias de iões de lítio; por conseguinte, a investigação e o desenvolvimento de materiais catódicos são cruciais para impulsionar os avanços tecnológicos nas baterias de iões-lítio. Atualmente, os principais materiais catódicos na China incluem o óxido de lítio-cobalto, o óxido de lítio-níquel, o fosfato de ferro-lítio e os materiais ternários. Entre estes, o fosfato de ferro-lítio apresenta vantagens como boa segurança, longa vida útil, boa estabilidade térmica, ampla disponibilidade de matérias-primas e baixo custo, mas sofre de baixa densidade aparente e baixa condutividade a baixas temperaturas.

Processo simples de preparação do material catódico de fosfato de ferro-lítio/C: O LiOH e o FePO4 são adicionados a um moinho de bolas com água purificada. Após a moagem, adiciona-se uma certa quantidade de fonte de carbono. Após 3 horas de moagem, a pasta é removida e seca por atomização num secador por pulverização. A secagem por pulverização é realizada a temperaturas específicas de entrada e saída (entrada 200-250 °C, saída <100 °C). Após a secagem, o material é calcinado primeiro a baixa temperatura durante 2 horas num forno de atmosfera controlada e depois calcinado a alta temperatura durante 6 horas para obter o material catódico LiFePO4/C.

As experiências mostram que a etapa de secagem por pulverização confere uma boa esfericidade ao material precursor antes da sinterização, com um tamanho de partícula de 20-20 micrómetros. Em condições de secagem por pulverização, a composição química do material é relativamente uniforme. Durante a calcinação, não ocorre uma mudança de fase sólida entre as partículas esféricas, e a produção de grãos de LiFePO₄/C fica confinada a uma única partícula esférica, resultando em pequenos grãos de LiFePO₄/C. Estes grãos finos são benéficos para as propriedades elétricas do LiFePO₄/C.

3.º A secagem por pulverização para sílica precipitada (também conhecida como negro de fumo branco) é uma importante matéria-prima de reforço na indústria da borracha. Devido à sua microestrutura e morfologia de agregação serem semelhantes às do negro de fumo, e por apresentar propriedades de reforço semelhantes na borracha, é designado por negro de fumo branco. Existem dois métodos principais para a produção de sílica precipitada: a secagem em fase gasosa e a secagem por precipitação. A secagem em fase gasosa produz produtos de elevada pureza e alto desempenho, mas consome muita energia, é tecnicamente complexa e dispendiosa.

Em contrapartida, a secagem por precipitação é um método consolidado, simples e económico. No entanto, durante o processo de secagem e desidratação, as partículas ultrafinas são propensas à aglomeração, afetando o desempenho. Estudos demonstraram que a secagem por pulverização pode produzir sílica precipitada com dispersão uniforme de partículas, elevada área superficial específica e elevado valor de absorção de óleo, em conformidade com as curvas de correspondência recomendadas para o valor de absorção de óleo e área superficial específica, tornando-a adequada como agente de reforço para pneus de alto desempenho e pneus coloridos.

4. Aplicação da Secagem por Aspersão em Preparações Farmacêuticas

A secagem desempenha um papel crucial na produção farmacêutica, especialmente na medicina tradicional chinesa. As preparações secas por pulverização apresentam as seguintes características:

a. Boa uniformidade do produto final: Durante a secagem por pulverização, o líquido farmacêutico é pulverizado numa dispersão atomizada sob agitação contínua, obtendo-se uma secagem instantânea, resultando numa boa uniformidade.

b. Boa fluidez, homogeneidade e solubilidade do produto final: Durante a secagem por pulverização, a água vaporiza rapidamente, resultando em partículas de tamanho reduzido, boa fluidez e compressão suave; isto também garante uma dosagem mais precisa durante o fracionamento e a embalagem. Em contacto com a água, penetra mais facilmente no interior das partículas, facilitando a dissolução do medicamento.

c. Processo de produção simplificado: A secagem por pulverização permite a concentração e secagem numa única etapa, sendo que o tempo de secagem é relativamente curto, o que é benéfico para manter a eficácia dos medicamentos termossensíveis.

d. Produção limpa: O ambiente fechado de pulverização elimina a contaminação bacteriana do medicamento e reduz a poluição por poeiras na fábrica.

Os produtos da Medicina Tradicional Chinesa (MTC) requerem uma elevada limpeza e, por isso, utilizam frequentemente múltiplos purificadores de ar; assim, a secagem por pulverização é muito adequada para o processo de secagem no fabrico de MTC.