Descripción general del proceso de secado por atomización

1. ¿Qué es el secado por atomización?

El secado por atomización es un método de secado que ha experimentado un desarrollo tremendo en los últimos 30-50 años. Presenta ventajas únicas para secar materiales preservándolos de la degradación. Es un proceso muy versátil que puede utilizarse a escala de laboratorio o en fábricas que producen decenas de toneladas por hora. Un proceso de secado por atomización también presenta la ventaja de producir un polvo cuya granulometría puede ajustarse dentro de ciertos límites, lo que incrementa significativamente las propiedades y la facilidad de manipulación del material seco.

Para definir el secado por atomización en una frase breve, se puede hacer referencia a esta cita de Masters, 1991: El secado por atomización es la transformación de una alimentación desde un estado fluido a una forma particulada seca mediante la pulverización de la alimentación en un medio de secado caliente.

Como se menciona en la definición, los materiales a secar deben manejarse primero en forma líquida, acondicionados a la viscosidad, temperatura y presión adecuadas antes de ser bombeados a una cámara de secado, a través de una boquilla de atomización, donde se introduce aire seco.

2. Aplicaciones del secado por atomización

¿Para qué se utiliza el secado por atomización?

Hoy en día, el secado por atomización se utiliza ampliamente en todo tipo de industrias. Ha encontrado aplicaciones especialmente en alimentación (secado por atomización de leche...) y en la industria farmacéutica. De hecho, productos como la leche en polvo instantánea o el café instantáneo se producen gracias a este proceso. La posibilidad de evitar la degradación durante el secado lo convierte también en un proceso de elección para la industria farmacéutica.

A continuación se presentan ejemplos de aplicaciones del secado por atomización:

• Leche en polvo instantánea
• Polvo de suero
• Café instantáneo
• Cremas no lácteas
• Caseína
• Aromas
• Detergentes, jabones, agentes tensioactivos
• Pesticidas
• Pigmentos
• Fertilizantes
• Antibióticos, vacunas, vitaminas, levadura
• Enzimas
• Polímeros

La lista es solo parcial, pero ya muy extensa. Muchas industrias utilizan el secado por atomización porque ofrece una técnica de secado continuo, con un tiempo de residencia en temperatura muy corto, permitiendo así, si el sistema de secado por atomización está bien ajustado, secar componentes sensibles al calor.

3. ¿Cómo funciona el secado por atomización

¿Principio del secado por atomización?

El siguiente esquema es un diagrama de flujo simplificado de un proceso común de secado por atomización con flujo de aire/producto en co-corriente en la cámara del secador por atomización y ciclo de aire abierto. Existen tecnologías de secado por atomización más complicadas y eficientes, pero la representación a continuación constituye de alguna manera un mínimo para una línea industrial.

Figura 1 - Diagrama de flujo de un secador por atomización

Independientemente del grado de complejidad de la instalación, el proceso de secado por atomización consta de 5 etapas principales descritas a continuación.

3.1 Proceso en húmedo

Antes del secado por atomización, los materiales a secar están en forma líquida. El proceso previo al secador por atomización tiene como objetivo acondicionar los materiales de manera que permita realizar el secado por atomización y optimizar su rendimiento. Los pasos típicos del proceso en esta parte de la línea son los siguientes:

• Disolución / formulación - si la materia prima no está disponible directamente en forma líquida
• Concentración / evaporación: aumentar el contenido total de sólidos resultará en un mejor rendimiento para el secador por atomización
• Calentamiento: el calentamiento puede ayudar a contrarrestar el aumento de viscosidad debido a la concentración
• Bombeo : la suspensión se bombea a alta presión hacia el secador por atomización

3.2 Atomización

Para garantizar un secado muy rápido, es necesario atomizar el flujo de líquido en gotas muy pequeñas. Esto aumenta considerablemente la superficie de intercambio donde la humedad puede abandonar las partículas.

Esta atomización se realiza mediante una o varias boquillas. Existen diferentes diseños de boquillas para secadores por atomización, que deben elegirse según el material y el caudal para obtener los mejores resultados:

• Boquillas de presión
• Boquillas rotativas
• Boquillas de dos fluidos

3.3 Contacto entre el material a secar y el aire

El secado tiene lugar gracias al aire seco que entra en contacto con las gotas pulverizadas. La capacidad del aire para absorber humedad, y por lo tanto secar las partículas, se incrementa calentando el aire antes de que entre en la cámara de secado por atomización. Presenta una baja humedad relativa a la entrada y una alta humedad relativa, con menor temperatura a la salida.

El aire puede soplarse en co-corriente con el producto, desde la parte superior de la torre, o en contracorriente, desde la parte inferior. En muchas aplicaciones de procesos se prefiere la contracorriente, pero para el secado por atomización, la co-corriente tiene un interés clave: el aire a mayor temperatura entra primero en contacto con las partículas de mayor humedad, lo que ayuda a proteger las partículas contra el sobrecalentamiento.

3.4 Secado

El secado ocurre a lo largo de toda la cámara de secado por atomización, siguiendo la progresión de las partículas sólidas en su interior. La humedad se elimina paso a paso gracias a una transferencia de masa y calor entre la partícula y el aire:

• Tasa de secado constante: la partícula está saturada de líquido; la transferencia de masa ocurre tan rápido como sea posible, dependiendo especialmente del área superficial de la partícula
• Tasa decreciente: una vez que la superficie de la partícula ya no está saturada de líquido, el secado dependerá de la capacidad del líquido atrapado en la matriz de la partícula sólida para difundirse hasta la superficie a fin de evaporarse. Es un proceso controlado por difusión.
• Formación de burbujas: durante el período de tasa decreciente, la temperatura de la partícula aumenta. Si alcanza una temperatura superior al punto de ebullición del líquido, puede vaporizarse dentro de la partícula y expandirse, creando una burbuja.

3.5 Separación de sólidos

Una vez que las partículas están secas, es necesario recolectarlas. Muy a menudo, esta separación se realiza en ciclones que pueden estar equipados con filtros para aumentar su eficiencia.

El polvo se recoge en la parte inferior del secador por atomización y se transporta neumáticamente a un ciclón, donde se separa del aire. El aire en la cámara de secado también se envía a otro ciclón, donde las partículas finas, que pueden haber sido arrastradas por el aire, se separan y se devuelven al flujo principal del producto. El aire húmedo generalmente se rechaza, pero en algunos casos, al estar aún caliente, puede reutilizarse para otras operaciones del proceso, como precalentamiento...

3.6 Tamaños de los secadores por atomización

Los secadores por atomización industriales pueden alcanzar varias toneladas/h y suelen tener cámaras de secado grandes y varias boquillas. Sin embargo, también existen en el mercado secadores por atomización de laboratorio (mini secadores por atomización) que son muy útiles para trabajos de investigación o simplemente para obtener una primera idea de un producto y su facilidad de secado antes de escalar a la línea industrial.

4. Fabricantes de secadores por atomización

Existen muchos fabricantes de secadores por atomización en EE.UU., Europa y también en países con gran producción de leche, como Nueva Zelanda, ya que los secadores por atomización se utilizan ampliamente para producir leche en polvo. Algunos de los principales actores son:

• Secadores por atomización GEA
• Secadores por atomización NIRO
• Secadores por atomización Tetra Pak
• Secadores por atomización SPX anhydro...
• o secadores por atomización Buchi para escala de laboratorio (mini secador por atomización Buchi).

Al elegir un proveedor, es muy importante revisar sus referencias, hacer preguntas (por ejemplo, con la ayuda de las explicaciones proporcionadas en el sitio web powderprocess.net) para evaluar el grado de experiencia de la empresa y ponerse en contacto con más de una compañía para realizar una licitación competitiva entre empresas de secado por atomización.