ES2207042T3 - Unidad de secado de lecho fluidizado, en especial para secar tabaco. - Google Patents
Unidad de secado de lecho fluidizado, en especial para secar tabaco.Info
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Abstract
SE DESCRIBE UNA UNIDAD DE SECADO DE LECHO FLUIDIFICADO, UTILIZADA PARTICULARMENTE, AUNQUE NO DE FORMA EXCLUSIVA, EN EL CAMPO DEL SECADO DEL TABACO, Y QUE COMPRENDE UNA CAMARA DE SECADO (2) QUE TIENE UNA ENTRADA DE CARGA (3) Y UNA SALIDA (4), PARA DESCARGAR EL PRODUCTO, Y QUE ESTA DOTADA DE ABERTURAS PARA EL PASO DE UN FLUIDO DE SECADO. LA CAMARA DESECADO TIENE UNA FORMA PRACTICAMENTE TUBULAR (6), QUE SE EXTIENDE A LO LARGO DE UN EJE LONGITUDINAL (L) Y UNA FORMA EN SECCION TRANSVERSAL Y VERTICAL, PRACTICAMENTE TRIANGULAR (5); EL EJE LONGITUDIONAL (L) ESTA PRACTICAMENTE INCLINADO CON RELACION A UN EJE HORIZONTAL, Y SE PROPORCIONAN MEDIOS PARA INYECTAR UN FLUIDO DE SECADO ESENCIALMENTE EN ANGULO RECTO AL EJE LONGITUDINAL (L).
Description
Unidad de secado de lecho fluidizado, en especial
para secar tabaco.
La presente invención corresponde a una unidad de
secado de lecho fluidizado usada preferiblemente, pero no
exclusivamente, en el ámbito del secado de tabaco.
Se sabe que el secado requiere el control de
todos los diversos factores que intervienen en esta clase de
proceso. En particular, la velocidad de tránsito o velocidad de
flujo de los productos a través de la cámara de secado ha de ser
ajustable, de manera que se mantenga el producto dentro de la misma
durante el tiempo exigido para el secado completo.
Además, es necesario eliminar la humedad
producida por el proceso y controlar la temperatura y la humedad
relativa del fluido secante utilizado.
Se conocen diversas unidades de secado, que
utilizan diferentes técnicas para este propósito en la industria.
Por ejemplo, están disponibles comercialmente unidades de secado
por convección en las que el secado tiene lugar por medio del
intercambio de calor de un fluido que pasa a través del producto a
secar, mientras que el transporte tiene lugar por medios mecánicos
(por ejemplo, transportadores en movimiento del tipo de cinta o
del tipo de banda perforada o transportadores por vibración).
Otros tipos de unidades secadoras convencionales
son las que utilizan la conducción / convección combinadas, por
ejemplo, en el interior de cilindros rotatorios o transportadores
alimentados por tornillo, en los que el secado se produce mediante
el contacto del producto con una superficie caliente del medio de
transporte (por ejemplo, las paredes calientes del medio de
transporte) y, por convección, por medio de un fluido que fluye a
través del producto y elimina la humedad producida durante el
proceso.
Finalmente, se conocen las denominadas unidades
de secado de lecho fluidizado, cuya característica es que
únicamente emplean el fluido secante tanto para el secado como para
el transporte. En este caso, el fluido secante pasa por encima y a
través del producto, calentándolo, y al mismo tiempo
transportándolo hacia la salida de la cámara de secado.
Se hace distinción entre unidades de secado de
lecho fluidizado con una velocidad relativa fluido / producto nula
(es decir, el fluido transporta al producto a la velocidad a que
viaja el propio fluido) y unidades de secado de lecho fluidizado
con una velocidad fluido / producto no nula (es decir, se hace que
el producto flote en el fluido durante el secado, y en la ulterior
fase el fluido transporta el producto hacia la salida con
velocidad fluido / producto nula).
Estos dispositivos conocidos comercialmente
tienen muchos inconvenientes. En especial, en el caso de las
unidades de secado con velocidad cero, la longitud de la cámara de
secado ha de ser lo bastante grande para permitir que el tiempo de
retención del producto sea suficiente para completar el secado.
Esto implica dimensiones considerables, lo cual supone gastos muy
elevados y reduce la posibilidad de controlar las diferentes fases
del proceso. Estos problemas se sienten incluso más fuertemente en
el caso de un proceso de secado suave, en el que la longitud
necesaria resulta incluso casi imposible.
Otro inconveniente de esta unidad de secado
convencional está relacionada con la distribución del producto en
el interior de la cámara de secado. Si la velocidad con que pasa el
producto es determinada constantemente por la velocidad del fluido,
una distribución inicial defectuosa del producto no puede
corregirse durante el proceso, limitando en consecuencia la
uniformidad y la calidad de la acción de secado.
Otro inconveniente adicional de las unidades de
secado existentes es que sus cámaras de secado han de tener también
alturas bastante importantes, de manera que se produzca una
dispersión homogénea del producto dentro del fluido. Esto también
contribuye a aumentar el volumen de las unidades de que se dispone
actualmente.
Además, en el caso de secado con una velocidad de
fluido / producto no nula, puede haber partes que tengan una
diferente masa o superficie flotante durante el secado. Esto supone
una dependencia entre la masa / superficie del producto y el tiempo
de exposición.
El resultado es un ajuste difícil de los tiempos
de secado y de la temperatura del fluido, con los correspondientes
problemas técnicos en la distribución de la temperatura dentro de
la cámara de secado.
Es bien sabido que este tipo de secado no es
adecuado para secado rápido, en el que el ajuste de la flotación y
de la temperatura es incluso más difícil.
FR-A-2 508 152
describe una unidad de secado de lecho fluidizado como se indica en
el preámbulo de la reivindicación 1.
El propósito de la presente invención es resolver
los antedichos inconvenientes, proporcionando un dispositivo que
garantiza las condiciones de flotación del producto a secar y en el
que al mismo tiempo puede ser transportado a lo largo de su
recorrido a través de la cámara de secado con independencia de la
velocidad del fluido secante utilizado.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un aparato que sea compacto y cuyo ciclo operativo sea
económicamente satisfactorio.
Otro objeto más de la presente invención es
proporcionar un proceso de secado que sea eficiente desde el punto
de vista del intercambio térmico entre el fluido secante y el
producto.
Este propósito, estos objetos y otros se
consiguen mediante una unidad de secado de lecho fluidizado según
se define en la reivindicación 1. El antedicho objetivo y los
antedichos objetos se logran también mediante un método según se
reivindica en la reivindicación 8.
Otra características y ventajas de la presente
invención se hacen patentes en la siguiente descripción de algunas
realizaciones del mismo, que se dan únicamente a título de ejemplos
no limitativos e ilustrados en los dibujos esquemáticos, en los
que:
La Figura 1 es una vista esquemática de un
diagrama de un aparato según la invención;
La Figura 2 es una vista lateral del aparato
según la invención;
La Figura 3 es una vista final del aparato según
la invención;
La Figura 4 es una vista en sección transversal
de otra realización del aparato según la invención.
Con referencia a las antedichas figuras, 1
designa puna unidad de secado de lecho fluidizado con velocidad
fluido / producto no nula, que comprende una cámara de secado 2
provista de una entrada de carga lateral 3 para el producto que se
ha de someter al proceso y con una salida 4 situada en el lado
opuesto de dicha cámara de secado 2, teniendo ambas una forma
conveniente y provistas, por ejemplo, con un recipiente giratorio
para descargar sólidos.
La cámara de secado 2 está constituida de manera
que tenga una sección transversal vertical sustancialmente i
triangular 5, que diverge hacia arriba, produciendo una velocidad
del fluido que puede variar en función de la sección de paso
variable.
La vista horizontal de la cámara muestra que
dicha cámara tiene una forma longitudinal sustancialmente tubular
6, y posee en su lado inferior, aberturas 7 provistas de medios
inyección de fluido que comunican con las tuberías para la
alimentación con fluido secante, mientras que en el lado superior
se han previsto unos orificios 8, en comunicación con las tuberías
para descargar el fluido secante, según se muestra
esquemáticamente en la Figura 1.
El grado de divergencia de la sección vertical
triangular de la cámara de secado se elige convenientemente con el
fin de minimizar el componente vertical del movimiento del fluido y
limitar las dimensiones verticales del aparato.
La cámara de secado está dispuesta a lo largo de
un eje longitudinal \ell que está inclinado en un ángulo \alpha
respecto al eje horizontal que se designa h.
Además, se pueden añadir dispositivos 9 para
ajustar la velocidad - flujo del fluido secante en los conductos
para alimentar con dicho fluido la cámara de secado, con el fin de
poder ajustar la velocidad-flujo del flujo de
entrada del fluido de secado según las exigencias.
El proceso de secado que tiene lugar en la unidad
de secado según la presente invención es como sigue.
Al objeto de ejercer una acción de transporte, el
fluido secante / flotante ha de impartir a las partículas del
producto una pequeña componente de fuerza horizontal en la
dirección del flujo de producto. Unas paredes laterales ampliamente
divergentes producen una rápida reducción de la velocidad, de
manera que el flujo del fluido ya no puede soportar las partículas
de producto, que entonces flotan bajando a una zona en que tiene
suficiente velocidad de flujo para elevar nuevamente las partículas
de producto. En la práctica, resulta que el producto tiende a
flotar en el interior de la cámara a un nivel de altura que
corresponde al de la velocidad del fluido en la que, para un
producto dado, se alcanza el equilibrio entre las fuerzas de
ascensión y de gravedad. Por consiguiente, las partículas de
producto flotan en un plano, sustancialmente perpendicular a la
dirección del flujo de fluido.
El producto a secar es introducido en la cámara
de secado 2 a través de una entrada lateral 3 convenientemente
dispuesta y es arrastrado por la corriente del fluido secante.
La corriente de fluido fluye hacia arriba según
se menciona. Dado que la sección transversal vertical triangular 5
de la cámara tiene paredes laterales 12 que divergen hacia arriba,
la velocidad del fluido es superior en la parte inferior de la
cámara de secado y es menor en la parte superior. Además, debido a
la inclinación horizontal \alpha con respecto al eje h de
dicha cámara, la dirección de la velocidad de la corriente de
fluido secante está inclinada respecto de la vertical, mientras
que permanece sustancialmente perpendicular respecto del eje de la
sección transversal horizontal de dicha cámara.
La dimensión de la sección transversal vertical
de la cámara es tal que genera una gama de velocidades del fluido
entre un valor mínimo y un valor máximo, con el fin de producir la
flotación de todas las partículas de producto, incluso en presencia
de densidades o superficies no uniformes de las mismas. Por
consiguiente, se evita la elevación únicamente de partículas
ligeras a una región superior (en la que la velocidad del fluido es
menor) y la caída de las partículas pesadas a la región inferior
(en la que la velocidad del fluido es superior).
Según ello, el producto tiende a acumularse en
una posición de flotación que corresponde a una velocidad local
del fluido que es igual a la velocidad que produce un equilibrio
entre el apoyo aerodinámico y la fuerza de la gravedad.
Por consiguiente, el fluido fluye alrededor del
producto, aplicando al mismo la energía requerida para efectuar el
secado, y al mismo tiempo elimina la humedad generada y mantiene el
producto en situación de flotación relativa.
En este punto el transporte del producto a lo
largo de la cámara de secado 2 tiene lugar por el efecto de la
inclinación \alpha de dicha cámara, que impide que las partículas
floten estáticamente en un nivel fijo dentro de 1la cámara. En lugar
de ello, las partículas siguen la dirección de movimiento inclinado
del fluido durante la etapa de ascenso y se separan de dicha
dirección durante la etapa de descenso. En su lugar, en esta etapa
de descenso la fuerza de la gravedad hará que las mismas sigan un
camino de descenso vertical.
La mencionada inclinación en un ángulo a de la
cámara y también de la dirección del movimiento hacia arriba del
fluido con respecto a la vertical, determinan la amplitud del
avance (paso) del producto para cada oscilación completa entre el
punto de velocidad máxima y el punto de velocidad mínima. El ángulo
a puede elegirse dentro del intervalo 3° - 15°, lo cual asegura una
variación adecuada del tiempo del proceso de secado.
Según ello, se reproduce en un sistema de
transporte de lecho fluidizado una situación de movimiento de
"diente de sierra", típica de un trasportador actuado
mecánicamente mediante sacudida o vibración.
La amplitud de las oscilaciones en la dirección
vertical puede controlarse empleando dispositivos convencionales 9
para ajustar la velocidad de flujo del fluido.
En este caso el producto se introduce en la
cámara de secado 2 durante la fase de máxima velocidad de flujo del
fluido y, por consiguiente, la posterior caída 5 vertical a lo largo
de la vertical, debido a la fuerza de la gravedad, produce una
oscilación cuya amplitud y frecuencia son tales que producen una
componente de velocidad de transporte horizontal que puede ser muy
alta y que, en todo caso, puede ajustarse según las
necesidades.
Al final del proceso, el producto así secado deja
la cámara de secado a través de la salida dispuesta
lateralmente.
El aparato arriba descrito es susceptible de
numerosas modificaciones y variaciones constructivas, todas las
cuales están dentro del alcance de las reivindicaciones.
Si se considerara insuficiente el movimiento de
producto arriba descrito (provocado por el efecto de la
configuración meramente inclinada de las paredes), pueden
producirse flujos de fluido con perfiles controlados concretos.
Puede producirse en tal caso un perfil forzado de flujo de fluido
con la forma adecuada (por ejemplo, oscilatorio senoidal, u otro)
para mejorar el movimiento en diente de sierra de las partículas de
producto dentro de la cámara 2, por medio de dispositivos de
control de flujo de fluido 9 ajustables, equipados con medios de
control de flujo adaptados.
En una realización adicional ventajosa de la
invención, la cámara consta de la base 10, a través de la cual sale
el fluido de secado y flotación, sustancialmente en ángulos rectos,
desde la base 10. Para asegurar que las partículas a secar se
eleven y separen convenientemente, se dispone una zona inferior 11
con lados inclinados 12, formando un ángulo divergente
relativamente pequeño con respecto a la vertical. Típicamente, pero
no necesariamente, los ángulos laterales \beta han estar en el
intervalo de 7-15 grados. Esto asegura que en la
zona inferior 11 el efecto de la velocidad del fluido de secado y
flotación se abre en forma de abanico la corriente de partículas de
producto y las separa, especialmente si están enrolladas entre si
(por ejemplo, láminas de tabaco cortadas).
Con el fin de limitar la altura de la
distribución de partículas, una vez se ha abierto la corriente de
partículas y se han separado las mismas, la inclinación de los
lados divergentes 12 se aumenta todavía más. Según ello, en la
parte superior 13, típicamente, pero no necesariamente, los ángulos
laterales y pueden estar dentro del intervalo entre
15-30 grados. El ángulo de divergencia más amplio
ayuda, también, a limitar la altura global de la máquina.
Por lo demás, el proceso se produce de la manera
descrita.
Por consiguiente, las ventajas de la unidad de
secado de lecho fluidizado según la presente invención con
respecto a la técnica anterior resultan fácilmente aparentes.
En particular, la unidad según la presente
invención tiene una construcción más compacta y, por consiguiente,
es económicamente beneficiosa, mientras que su uniformidad de
secado y eficiencia son destacables.
El producto puede ser transportado entre el punto
de alimentación y el punto de descarga por el fluido de secado, a
una velocidad que es independiente de la velocidad del fluido,
dependiendo en lugar de ello de la inclinación de la corriente.
Finalmente, el movimiento oscilatorio permite que
el proceso sea uniforme incluso para productos con diferentes
densidades o superficies de partículas.
Se comprenderá que el término "partícula" no
se refiere necesariamente únicamente a piezas pequeñas, menudas,
sino también a piezas mayores, tales como piezas de tabaco en todas
sus diferentes formas (tales como tabaco cortado, cintas de tabaco,
varillas de tabaco, tabaco expandido, etcétera).
Los materiales y las dimensiones de las
realizaciones pueden ser diferentes según las exigencias.
Cuando las características técnicas mencionadas
en cualquier reivindicación son seguidas por signos de referencia,
estos signos de referencia se han incluido con el único fin de
aumentar la inteligibilidad de las reivindicaciones y según ello,
tales signos de referencia no tienen ningún efecto limitativo
respecto a la interpretación de cada elemento identificado a título
de ejemplo por tales signos de referencia.
Claims (9)
1. Unidad de secado de lecho fluidizado, que
comprende una cámara (2) para el secado del producto a secar,
teniendo dicha cámara (2) una entrada (3) para la carga de dicho
producto y una salida (4) para la descarga de dicho producto,
estando provista de aberturas (7, 8) para el paso de un fluido de
secado, teniendo dicha cámara de secado (2) una forma tubular (6)
que se extiende a lo largo de un eje longitudinal (\ell) y una
forma de sección transversal vertical triangular (5), estando dicho
eje longitudinal (\ell) inclinado con respecto al eje horizontal
(h), estando dispuestos medios (9) para inyectar un fluido
de secado en ángulo recto respecto a dicho eje longitudinal
(\ell), caracterizado por el hecho de que dichos medios de
inyección están adaptados para mantener dicho producto en flotación
dentro de la cámara de secado, a una altura que corresponde a la
velocidad del fluido a la cual, para dicho producto, se logra un
equilibrio entre el ascenso debido al empuje en la dirección del
fluido de secado y la fuerza de la gravedad.
2. Unidad de secado de lecho fluidizado según la
reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que dicho
eje longitudinal (\ell) de dicha cámara de secado (2) está
inclinada hacia abajo.
3. Unidad de secado de lecho fluidizado según las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizada por el hecho de que
dicha cámara de secado (2) tiene una sección transversal vertical
sustancialmente triangular con paredes laterales (12) que divergen
en dirección hacia arriba.
4. Unidad de secado de lecho fluidizado según una
o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por
el hecho de que comprende dispositivos (9) para el ajuste de la
tasa de flujo del fluido de secado.
5. Unidad de secado de la reivindicación 3,
caracterizada por el hecho de que comprende una parte de
base (10), una zona inferior (11) en la que las paredes laterales
(12) divergen hacia arriba en un primer ángulo (\beta), y una
zona superior (13), divergiendo dicha zona superior hacia arriba
desde dicha zona inferior (11) en un segundo ángulo (\gamma),
siendo dicho segundo ángulo (\gamma) mayor que dicho primer
ángulo (\beta).
6. Unidad de secado de la reivindicación 5,
caracterizada por el hecho de que dicho eje longitudinal
(\ell) está inclinado respecto a dicho eje horizontal (h)
en un ángulo de inclinación (\alpha) que está en el intervalo de
3-15 grados.
7. Unidad de secado de la reivindicación 5,
caracterizada por el hecho de que dicho primer ángulo
(\beta) se selecciona en el intervalo de 7-15
grados, y dicho segundo ángulo (\gamma) se selecciona en el
intervalo de 15-30 grados.
8. Método de secado de lecho fluidizado para
secado de un producto que comprende las etapas de:
-- introducir el producto en una zona de entrada
(3) que está conectada a la cámara de secado (2) que tiene una
sección transversal triangular divergente;
-- inyectar en dicha cámara (2) de un fluido de
secado, que tiene una velocidad de entrada superior a la velocidad
de salida;
-- proporcionar una dirección inclinada del flujo
de fluido de secado respecto a la vertical y orientar dicho flujo
en dirección opuesta respecto a la dirección de la fuerza de
gravedad a la que está sujeto dicho producto; y
caracterizado por el hecho de que cada
partícula de producto sufre a continuación un empuje en la
dirección del flujo de fluido y una posterior caída en la dirección
de la fuerza de gravedad, de manera que debido a la dirección
inclinada del flujo de dicho fluido, el producto efectúa una
oscilación en diente de sierra, flotando dentro de la cámara de
secado (2) a una altura que corresponde a la velocidad del fluido a
la que, para dicho producto, se logra un equilibrio entre el
ascenso debido ,al empuje en la dirección del fluido y la fuerza de
la gravedad.
9. Método de secado de lecho fluidizado según la
reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que el
período y la frecuencia de la oscilación son
ajustables.
ajustables.
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