Dryer Condenser

Ejercicio 5
Un material usado como materia prima para la producción de tabletas es secado en un
lecho fluidizado vibratorio continuo. El otro equipo principal de la planta es un
condensador directo donde se recuperan los vapores. Mirar la figura de abajo:
Condenser
Dryer
El secador de lecho fluidizado es operado en forma continua y en el se secan partículas
que contienen una mezcla de solventes. La última sección del lecho fluidizado es usado
para enfriar las partículas secas. La mezcla gaseosa que deja el secador pasa por un ciclón
antes de pasar al condensador. En el ciclón son separadas las partículas finas y en el
condensador se recuperan los vapores.
Los vapores son condensados en el condensador en contacto directo con un líquido frío
constituido por los mismos componentes que forman el vapor. El liquido frío se dispersa
en la mezcla gaseosa que entra por el tope del condensador. La condensación de los
vapores tiene lugar sobre la superficie de las gotas frías que entran al condensador. El
flujo de gas y gotas es en co-corriente.
A la salida del condensador el líquido es acumulado en un tanque y es reciclado en el
condensador después de ser enfriado. Parte del gas frío es reciclado directamente a la
sección de enfriamiento del secador. El flujo de gas restante es calentado y usado en el
secador. Parte del flujo de gas que sale del secador puede ser reciclado sin condensar los
vapores.
El problema
Se trata de simular el proceso en el secador y el condensador. Las partículas sólidas
contienen una mezcla de solventes orgánicos consistente de Acetona, cloroformo y
metanol. Primero se analizará el secador, después el condensador y al final el sistema
acoplado.
Para simular el proceso en el secador y el condensador se utilizarán dos programas:
“secador” y “condensador.” En el primero se asume que las fuerzas impulsoras para la
transferencia de calor y masa son las máximas obtenidas en base a la temperatura y
composición del gas de entrada. La resistencia interna contra la transferencia de masa en
las partículas se toma en cuenta con una relación empírica en el programa “secador.” En
el programa que simula el condensador se asume un proceso controlado por las
condiciones externas y la resistencia dentro de las gotas se desprecian.
Secador
En el secador se usa Nitrógeno como gas inerte. El secador tiene una longitud de 3 m y
un ancho de 0.8 m. La temperatura de entrada de los sólidos es 298.15 K. Las partículas
contienen 0.8 Kg. de solventes por Kg. de partículas secas. La fracción molar de
Acetona, cloroformo y metanol son 0.35 Kmol/Kmol, 0.10 Kmol/Kmol y 0.55
Kmol/Kmol respectivamente. La velocidad de entrada del gas es 0.25 m/s (basada en el
lecho vacío). La temperatura del gas es 393.15 K. El diámetro de las partículas puede
considerarse uniforme e igual a 5 mm y la velocidad lineal de las partículas es de 0.02
m/s. Otros datos se encuentran en el programa. Como las partículas que salen del
secador son un insumo para la fabricación de un medicamento el contenido de solventes
en el producto a la salida debe ser menor que 10 mg Acetona/Kg de partículas secas, 15
mg de cloroformo/Kg de partículas secas y 10 mg metanol/kg de partículas secas.
1. Calcular el máximo flujo de partículas (en base seca) que puede ser tratado en el
secador. En esos cálculos la entrada de gas al secador se supone libre de solventes. No
trate de satisfacer las condiciones exigidas para la composición de la humedad restante en
estos cálculos.
Nota: ¿Que restringe el flujo de partículas? ¿Que temperaturas son razonables para las
partículas y el gas que dejan el secador.
2. Satisfacer la condición de composición de humedad tolerable.
Nota: Examine como la composición de la humedad de entrada de la partículas influye
en la composición del liquido de las partículas que dejan el secador y modifíquela para
obtener el resultado exigido.
Condensador
Use los resultados obtenidos con el programa “secador” como datos de entrada en el
programa “condensador” para simular el condensador. El diámetro y velocidad inicial de
las gotas es de 2 mm y 25 m/s respectivamente.
El condensador tiene una altura de 1.0 m y un diámetro de 0.5 m.
3. Calcule por medio de simulaciones el valor optimo del flujo, temperatura y
composición de la solución de enfriamiento en el condensador. La capacidad de la
bomba esta restringida a un valor máximo 600 de Kg/min y la temperatura más baja
permitida para la solución de enfriamiento es 233.15 K.
El secador y el condensador
Use los valores obtenidos anteriormente corriendo los programas “secador” y
“condensador” para iniciar las simulaciones del secador acoplado con el condensador
usando el programa “seccond”
5. Examine como el comportamiento en el condensador es afectado por cambios en la
longitud del secador.
6. Examine como afectan los cambios en la altura del condensador el comportamiento
del secador.
Ejercicio 6
Determinar como cambia el valor medio del contenido de humedad (agua) y la
temperatura con el tiempo de un material que es secado en un secador de lecho
fluidizado (como el de los ejercicios del 1 al 3). La curva característica del material fue
determinada empíricamente y se obtuvo la siguiente función:
f (X) = X 2 / 3
€
Asuma que el material no es higroscópico y que el coeficiente de transferencia de calor es
constante e igual a 30 W/m2, K
Datos
Velocidad del gas = 2 m/s
Temperatura del gas de entrada = 383.15 K
Humedad relativa del gas de entrada =1%
Temperatura inicial del material = 293.15 K
Masa de sólido seco en el secador = 20 kg
Contenido líquido inicial del sólido = 1,8 kg agua/kg material seco
Contenido de líquido crítico = 1 kg de agua/kg material seco
Área superficial específica = 3 m2/kg de sólido seco
Presión total constante = 1 atmosfera