Fluidodinâmica, Secagem e Recobrimento de Partículas em Leito Pulso-Fluidizado

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1 Fluidodinâmica, Secagem e Recobrimento de Partículas em Leito Pulso-Fluidizado Prof. Dr. Marcello Nitz Engenheiro de Alimentos Mestre em Engenharia de Alimentos Doutor em Engenharia Química Prof. do Centro Universitário do Instituto Mauá de Tecnologia Entre 2003 e 2006 foi desenvolvido nos Laboratórios de Engenharia Química da Escola de Engenharia Mauá um projeto de pesquisa sobre a tecnologia de pulso-fluidização aplicada nas operações de Secagem e Recobrimento de Partículas. A pulso-fluidização é uma técnica alternativa à fluidização convencional. A fluidização gasosa é uma operação bastante comum na indústria química. Consiste no seguinte. Uma corrente de gás atravessa, no sentido ascendente, uma certa massa de partículas (pós, grânulos ou grãos). A força exercida pela corrente gasosa é tal que é suficiente para suspender e movimentar as partículas. Na operação de secagem de material particulado, o gás é o próprio ar aquecido, responsável pela remoção da umidade do material sólido. A movimentação imposta às partículas promove a homogeneização do material no leito. A expansão causada pela suspensão do material promove um bom contato entre o ar e a superfície do sólido, fator esse que aumenta a velocidade da secagem. A fluidização convencional tem algumas desvantagens. Por exemplo: quando se utiliza um material muito coesivo, o ar pode encontrar um caminho preferencial ao atravessar o leito. Quando isso ocorre, a fluidização não acontece. Alguns materiais particulados muito densos e ou de grandes dimensões também não são apropriados para uma boa fluidização.

2 As vazões de gás empregadas nas operações de fluidização são bastante elevadas. Isso acarreta em grande custo do processo de bombeamento do ar, pois são necessários ventiladores ou sopradores potentes, com alto consumo de energia elétrica. Além disso, se muito ar tem que ser soprado, muito ar tem que ser aquecido. Portanto, bastante energia é gasta nesse processo de aquecimento. Como alternativa para os processos em que a fluidização convencional apresenta as desvantagens mencionadas, surgiu a técnica de pulso-fluidização. A técnica de secagem em leito pulso-fluidizado PFB, do inglês pulsed fluid bed não é tão recente, mas poucos trabalhos são encontrados nesse tipo de equipamento. Uma representação esquemática de um secador PFB é apresentada na Figura 1. Nos secadores PFB, o gás responsável pela fluidização das partículas é introduzido com vazão volumétrica constante no secador. Um sistema rotatório distribui alternadamente o gás de secagem em distintas seções da tela que suporta o material. Dessa forma, a fluidização ocorre em uma só seção por vez, o que caracteriza a pulsação do leito. a) Alimentação Úmida A Saída do ar p/ filtro ou ciclone b) A-A Produto Seco (operação contínua) Tela A Válvula distribuidora rotativa Ar Quente Ar Quente O equipamento tal qual aqui descrito é patenteado por KUDRA; GAWRZYNSKI & Figura 1 Representação esquemática do Secador PFB canadense, com 4 seções de pulsofluidização. 2

3 Tem-se notícia de três unidades piloto de pulso-fluidização no mundo, uma na Polônia, outra no Canadá e agora uma terceira no Brasil. Figura 2 -Prof. Marcello Nitz ao lado do Secador PFB instalado em laboratório federal canadense, Varrenes - Quebec. Figura 3-1- secador; 2- sistema de distribuição do ar; 3- soprador A; 4- soprador B; 5- alimentador; 6- funil; 7 filtro; 8- aquecedor elétrico e queimador de gás natural; 9 painel de controle. Para construir o protótipo brasileiro, o Prof. Marcello Nitz realizou, entre junho e julho de 2001, um estágio no CANMET, Laboratório Federal canadense, ligado à organização Natural Resources Canada. O estágio realizado com o secador PFB canadense permitiu a familiarização do pesquisador com aspectos operacionais e construtivos do leito veja Figuras 2 e 3. Por meio de um projeto financiado pela FAPESP, e numa associação com a Faculdade de Engenharia Química da UNICAMP, o leito pulso-fluidizado brasileiro foi construído na Escola de Engenharia Mauá Figura 4. 3

4 Figura 4- Secador PFB instalado na Escola de Engenharia Mauá Desde sua montagem, o equipamento tem sido objeto de constante investigação científica, com trabalhos publicados em congressos e revista indexada. Figura 5- Leito de partículas pulsando no secador PFB instalado na Escola de Engenharia Mauá Além de testes de secagem, foram também realizados ensaios de recobrimento de partículas. A operação de recobrimento pode ser definida como uma operação de secagem antecedida por uma etapa de aspersão de uma suspensão, cujo solvente deve ser removido para promover a aderência desejada. Em vista disso, os conceitos empregados na análise do recobrimento são fundamentalmente os mesmos da secagem. A fase gasosa insaturada é geralmente o ar que é previamente aquecido antes de entrar em contato com o material recoberto a ser secado. Pelas características dessa operação, a 4

5 secagem deve ocorrer rapidamente, proporcionando bom rendimento ao processo e boa qualidade ao produto. As razões para a realização da operação de recobrimento são diversas, indo desde aspectos estéticos até funcionais. Encontram-se aplicações para esta operação nas indústrias farmacêutica revestimento de comprimidos ou grânulos, alimentícia revestimento de balas e confeitos e agrícola revestimento de sementes e fertilizantes. Neste protótipo foram executados ensaios de recobrimento de grânulos contendo o fármaco teofilina. O revestimento polimérico visou à formação de uma camada que impusesse à droga um perfil de liberação gradativa. O recobrimento de partículas para liberação controlada de medicamentos é uma tecnologia pouco utilizada pela indústria farmacêutica nacional e, portanto, com grande potencial de crescimento. Para dar continuidade às investigações científicas sobre essa tecnologia, um projeto de pesquisa foi submetido à FAPESP e aprovado. Com o apoio financeiro daquela Fundação, durante os próximos 18 meses novos ensaios de secagem serão realizados e permitirão maior aprofundamento nos conhecimentos sobre a pulso-fluidização. Duas alunas de iniciação científica estão envolvidas no trabalho, uma com bolsa da FAPESP e outra com apoio do IMT. 5