PROCESSO DE SECAGEM DE BAGAÇO DE LARANJA

A secagem do bagaço para produção do farelo de polpa cítrica é a operação mais importante da fábrica de ração, pois o secador é a principal fonte de emissão de COV para atmosfera e o maior consumidor energético da planta (BRADDOCK, 1995).

Geralmente, a secagem do bagaço ocorre em secadores rotativos de contato direto de passo único sem contato da chama com o bagaço (torta de prensagem). No secador, as partículas de bagaço entram por uma extremidade, mantém contato com o ar quente e, devido à rotação e a uma pequena inclinação do equipamento, essas partículas movem-se em direção à saída. Após um tempo de residência, elas deixam o secador com umidade na faixa de 7 a 12% em base úmida (BRADDOCK, 1995).

Um típico secador rotativo operando em concorrente é ilustrado na FIG. 11.

FIGURA 11 – Típico secador rotativo de calor direto operando em concorrente.

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Em geral, há uma disposição de conjuntos de pás elevadoras (também chamadas de lifters, em inglês) no interior do secador com objetivo de intensificar a transferência de calor e massa do sistema através da movimentação do bagaço da parte inferior para a superior da câmara com consequente queda livre do mesmo, produzindo um efeito cascata (SHERRITT et al., 1993).

O espaçamento entre os conjuntos de pás varia de 0,6 a 2 m ao longo do comprimento do secador e visa garantir a formação de cascatas contínuas e uniformes de sólidos na câmara de gás, a forma dessas pás é escolhida baseando-se nas características dos sólidos (VAN’T LAND, 1991) e a altura delas varia de 1/12 a 1/18 avos do diâmetro (D) do secador (MOYERS; BALDWIN, 1999).

A FIG. 12 apresenta um esquema das cascatas contínuas e uniformes de sólidos formadas pelo movimento do leito de material no interior de um secador rotativo com pás elevadoras (MOYERS; BALDWIN, 1999) e as geometrias mais comuns para as pás são mostradas na FIG. 13 (VAN’T LAND, 1991).

FIGURA 12 – Movimento do leito de sólidos em um secador rotativo com pás elevadoras.

Fonte: MOYERS; BALDWIN (1999).

O tamanho das partículas e a velocidade do ar influenciam a taxa de transporte do material processado dentro do secador e pequenas alterações nessas variáveis afetam significativamente o transporte de bagaço pelo secador. A relação entre o comprimento e o diâmetro (L/D) dos secadores rotativos varia de 4 a 10. A rotação varia entre 1 a 15 rpm e a inclinação é de 2°, aproximadamente (BOATENG, 2008).

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FIGURA 13 – Geometria das pás: (a) radial; (b) slant-lipped; (c) angular; (d) cruciforme.

(a) _(b)

(c) (d)

Fonte: VAN’T LAND (1991).

O fluxo mássico de ar quente varia entre 0,5 e 5,0 kg.m-2.s-1. O tamanho das partículas do material úmido deve ser maior que 100 µm. A escolha da velocidade do ar é importante e cerca de 90% dos secadores rotativos operam com velocidade do gás abaixo de 2 m/s (MOYERS; BALDWIN, 1999).

O fluxo mássico de ar quente contendo água evaporada do bagaço e vapor e gases provenientes da queima de combustível é impulsionado por um ventilador e enviado a um ciclone. Até 50% dos gases de exaustão são reciclados através do secador para aumentar a concentração de vapor próxima ao ponto de orvalho (82ºC), permitindo uma operação eficiente do evaporador de calor residual (WHE). Os gases entram no secador em temperaturas que podem variar de 300 a 700 °C, dependendo da quantidade de bagaço a ser seco (MOYERS; BALDWIN, 1999).

A temperatura dos gases de saída do secador é de 150°C, aproximadamente, mas tendo-se o cuidado para que a temperatura da partícula não ultrapasse a faixa entre 75 e 80°C, pois

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temperaturas mais elevadas alteram a qualidade do farelo de polpa cítrica pela queima de carboidratos presentes no bagaço (BRADDOCK, 1995).

Geralmente, o tempo de residência dos sólidos no interior de um secador rotativo é de uma hora e a carga de material varia entre 10 e 15% do seu volume total. Tais fatores têm importantes implicações para a segurança do processo, pois a queima da grande massa de material sendo processado pode ter sérias conseqüências. Por exemplo, a polpa de beterraba é seca em secadores rotativos de contato direto com gases entrando entre 800 e 900°C e, caso ocorra uma interrupção da operação, a polpa fica parada e em contato com a parede quente, podendo ser incinerada (carbonizada ou queimada) (MOYERS; BALDWIN, 1999).

O tempo de residência dos sólidos no interior do secador rotativo pode ser estimado pela relação dada na equação 3.12 (BOATENG, 2008):

9 _{< · =}0,23 · ;_{>,?· @ A 0,6 ·}B5 · .@D0

E>,F

G · ; · H

I (3.12)

Onde: Dp: diâmetro médio das partículas do material úmido, µm; F: fluxo mássico da

alimentação na seção transversal do secador, lb de material seco.h-1.ft-2; θ: tempo de residência dos sólidos no interior do secador rotativo, min; S: inclinação do cilindro do secador, ft/ ft; ω: velocidade rotacional, em rotações por minuto, rpm; L: comprimento do secador, ft; G: fluxo mássico de ar quente, lb.h-1.ft-2; D: diâmetro do secador, ft.

Braddock e Miller (1978) obtiveram curvas de secagem de polpa cítrica secas em estufa nas temperaturas de 100, 130 e 155 °C sob condições naturais de convecção e plotaram a variação da umidade em base úmida (X’, %) em função do tempo de secagem (t, minutos) (FIG. 14).

Gonçalves (1996) determinou as curvas de cinética (FIG. 15) e de taxa de secagem (FIG. 16) de bagaço (parte fibrosa e branca), semente e casca de resíduo de laranja, assim como com essas três partes juntas. Os resultados mostraram que o bagaço secou mais rápido que as demais partes da laranja. Com relação às curvas de taxa de secagem não é possível fazer discussões, pois os mesmos foram apresentados com o teor de umidade em base úmida, enquanto a forma correta de apresentar taxas de secagem é em base seca, conforme Fiorentin et al. (2010) (FIG. 17) e Zanella (2013) (FIG. 20) apresentaram.

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FIGURA 14 – Curvas de secagem de polpa cítrica a 100, 130 e 155 °C.

Fonte: BRADDOCK e MILLER (1978).

FIGURA 15 – Cinética de secagem de partes de resíduo de laranja

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FIGURA 16 – Taxa de secagem de partes de resíduo de laranja

Fonte: GONÇALVES (1996).

Fiorentin et al. (2010) determinaram as curvas de secagem bagaço de laranja em secador de bandeja com convecção forçada (FIG. 17) e isotermas de sorção deste material úmido em um equipamento chamado Thermoconstant Novasina RTD-500 (FIG. 18). Os resultados mostraram que o tempo de secagem diminuiu com a temperatura.

FIGURA 17 – Curvas de secagem de bagaço de laranja em secador de bandeja de convecção forçada em temperaturas de 33, 50, 66 e 92 °C.

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FIGURA 18 – Isotermas de sorção de bagaço de laranja a 25, 35 e 45 °C.

Fonte: FIORENTIN et al.. (2010).

Zanella (2013) determinou as curvas de cinética (FIG. 19) e de taxa de secagem (FIG. 20) de flavedo de laranja-pêra comercializada em Campinas (São Paulo) em diferentes condições de temperatura e de velocidade do ar. O autor observou que o menor de tempo de secagem foi de 180 minutos, obtido na temperatura de 70°C e velocidade do fluxo de ar a 0,3 m.s-1. Além disso, ele constatou que o tempo de secagem é mais sensível ao aumento de temperatura do que ao aumento da velocidade do ar, que foi devido à reduzida geometria do material utilizado.

Com relação à taxa de secagem, Zanella (2013) verificou três períodos distintos:

− Primeiro período referente ao aquecimento do material até a temperatura do agente de secagem;

− Segundo período (“taxa constante”) relacionado à evaporação de umidade superficial do material e;

− Terceiro período dividido em duas partes:

− Primeira parte foi referente à retirada de umidade interna do material facilmente removida;

33 FIGURA 19 – Cinética de secagem de laranja-pêra

Fonte: ZANELLA (2013)

FIGURA 20 – Taxa de secagem de laranja-pêra

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