I. Princípio da Tecnologia de Secagem por Aspersão
O princípio básico da secagem por pulverização é que o material é bombeado através de um filtro até ao atomizador localizado no topo do secador. O atomizador dispersa o material líquido em gotículas. Devido ao pequeno raio das gotículas, à grande área superficial específica e à elevada energia livre superficial, e à elevada dispersão, a pressão de vapor da humidade à superfície da gotícula é maior do que a da humidade num líquido plano nas mesmas condições. Portanto, a humidade evapora extremamente rápido e o produto é seco rapidamente.
II. Principais fatores que afetam a secagem por pulverização
① Temperatura de entrada e saída
A temperatura da câmara de secagem por pulverização refere-se, geralmente, à temperatura a que o ar quente entra na torre. A temperatura de secagem é o fator mais importante que afeta as propriedades físico-químicas dos pós secos por pulverização. Temperaturas de secagem mais elevadas fornecem mais calor à câmara de secagem, o que aumenta a taxa de secagem e reduz o teor de humidade do produto seco por pulverização. O aumento da temperatura de secagem por pulverização de 120 °C para 200 °C reduziu o teor de água no pó seco de 5,29% para 3,88%. O tamanho das partículas do produto seco por pulverização depende também da temperatura de entrada do secador. Temperaturas de secagem mais elevadas levam a uma evaporação mais rápida da água, fazendo com que as microesferas se formem mais rapidamente, sem tempo suficiente para encolherem, resultando em tamanhos de partículas maiores.
À medida que a temperatura de entrada da secagem aumentou de 138 °C para 202 °C, o tamanho das partículas do pó de açaí aumentou de 13,38 μm para 20,11 μm. De forma semelhante, o tamanho das partículas do pó de sumo de goiaba aumentou significativamente (p < 1%) com o aumento da temperatura de entrada. A densidade aparente do pó obtido por secagem por pulverização diminuiu com o aumento da temperatura. As partículas de maiores dimensões podem ser ocas internamente ou apresentar uma estrutura porosa ou fragmentada devido à maior taxa de evaporação da água. Geralmente, as partículas porosas ou fragmentadas apresentam uma menor densidade aparente.
Como a água é mais densa do que a maioria dos sólidos alimentares desidratados, os pós produzidos a temperaturas mais elevadas apresentam densidades aparentes mais baixas do que os produzidos a temperaturas mais baixas; observou-se também que as partículas mais pequenas apresentam densidades aparentes mais elevadas.
A fluidez dos pós obtidos por secagem por pulverização é também afetada, em certa medida, pela temperatura de secagem; com o aumento da temperatura, a fluidez diminui. A solubilidade é também uma característica importante da qualidade dos produtos em pó, afetando diretamente o comportamento de remodelação dos alimentos secos por pulverização. À medida que a temperatura de secagem por pulverização aumenta de 120 °C para 160 °C, a solubilidade do pó aumenta.
② Materiais de Parede: As substâncias ricas em açúcar, como os sumos de frutas e legumes, são difíceis de secar por pulverização diretamente sem agentes encapsulantes. Os materiais de parede são polímeros que encapsulam os ingredientes ativos durante o processo de secagem por pulverização, tornando-os um dos fatores mais importantes neste processo.
Os materiais de parede podem aumentar a temperatura de transição vítrea e o rendimento na secagem por pulverização, bem como reduzir a viscosidade e a higroscopicidade dos produtos em pó. Os materiais de parede comuns incluem goma arábica, maltodextrina, gelatina, amido, pectina, metilcelulose, alginato e fosfato tricálcico, bem como as suas combinações.
A escolha do material de parede depende principalmente da finalidade da secagem por pulverização e das propriedades físico-químicas dos materiais processados. O material de parede deve ser altamente solúvel no solvente do processo, ter capacidade suficiente de formação de película e produzir uma solução de baixa viscosidade mesmo em concentrações elevadas. Para a secagem por pulverização, os materiais devem possuir um elevado peso molecular e uma elevada temperatura de transição vítrea para melhorar as propriedades antiaderentes do produto final. Devem também ser capazes de proteger os compostos sensíveis do calor, oxigénio e luz.
Os materiais de parede mais comuns para a secagem por pulverização são os hidratos de carbono, principalmente:
1) Amido e seus derivados (amido, maltodextrina, dextrina e ciclodextrina);
2) Goma (goma arábica ou uma mistura de goma arábica e eritrina crista-galli);
3) Celulose e seus derivados (celulose, carboximetilcelulose e hidroxipropilmetilcelulose, etc.).
O amido e os seus derivados apresentam boas propriedades de secagem por pulverização, tais como elevado peso molecular e elevada temperatura de transição vítrea, elevada solubilidade em água fria e de baixa viscosidade, propriedades antiaderentes e a capacidade de produzir pós relativamente densos. No entanto, a sua capacidade de formação de película é baixa, o que prejudica a eficiência da secagem, especialmente para a preservação de compostos sensíveis.
Comparativamente ao amido, as gomas têm uma melhor capacidade de formação de película, mas uma temperatura de transição vítrea relativamente mais baixa. A celulose e os seus derivados têm boas propriedades de formação de película e atividade superficial, mas não são facilmente digeríveis. A combinação de amido ou derivados de amido e goma pode melhorar o desempenho da secagem por pulverização, mas o teor de goma deve ser inferior ao do amido ou aos derivados de amido.
As proteínas, especialmente a proteína do soro do leite, possuem excelentes capacidades de formação de película e retenção de nutrientes, sendo frequentemente utilizadas em conjunto com amido ou derivados de amido.
③ Taxa de Alimentação
A taxa de alimentação é um dos fatores importantes que influenciam a secagem por pulverização. Determina o tempo de permanência do material na câmara de secagem, no separador e no tapete transportador, e também afeta a atomização do material e o tamanho das gotas. A taxa de alimentação depende essencialmente da velocidade do atomizador; quanto maior for a velocidade da bomba, maior será a taxa de alimentação. No entanto, uma elevada taxa de alimentação atrasa a transferência de calor, dificultando a secagem completa das gotas e levando facilmente à adesão às paredes.
Além disso, as gotas podem pingar diretamente para a câmara de secagem devido à atomização incompleta a altas taxas de fluxo de alimentação, resultando num menor rendimento. Uma elevada taxa de alimentação resulta num tempo de contacto insuficiente entre as gotas e o ar quente, aumentando o teor de humidade do pó seco por pulverização; Além disso, um tempo de contacto mais curto leva a uma menor eficiência na transferência de calor e massa, resultando num maior teor de humidade no produto final.
III. Problemas Comuns e Melhorias em Torres de Secagem por Aspersão
Problema 1: Medidas de Prevenção de Explosões
1) Selecione o tipo de torre de secagem correto;
2) Instalar equipamento de combate a incêndios durante o projeto e fabrico da torre de secagem;
3) Utilize materiais lisos nas superfícies do equipamento em contacto com os materiais para evitar a deposição de material;
4) Instale filtros de ar adequados para evitar que os gases de escape com pó sejam aspirados para o aquecedor de gás da câmara de secagem;
5) Limpe os filtros de ar regularmente, incluindo a lavagem;
6) Inspecione regularmente as áreas propensas à formação de depósitos durante a operação;
7) Inspecione regularmente todos os componentes elétricos e mecânicos;
8) Para a secagem por pulverização centrífuga, as partes rotativas devem operar suavemente e ser inspecionadas com frequência;
9) Instale dispositivos de ligação à terra eletrostática;
10) Mantenha todos os componentes do secador completamente limpos.
Além disso, para minimizar as perdas em caso de combustão e explosão do material no interior da torre de secagem por pulverização, podem ser tomadas medidas como a instalação de válvulas de alívio de explosão no topo da câmara de secagem; a instalação de várias válvulas na câmara de secagem que abrem automaticamente quando a pressão atinge um determinado nível; e o reforço das paredes da câmara para ter em conta a possibilidade de explosão durante o projeto da mesma.
Falha 2: O pó húmido adere à parede interna da torre principal
1) A taxa de alimentação é demasiado elevada, impedindo uma evaporação suficiente;
2) Aquecimento insuficiente da câmara de secagem antes do início da pulverização;
3) O caudal de alimentação está ajustado demasiado alto no início da aspersão;
4) O material líquido adicionado é instável.
Métodos de correção:
Reduzir adequadamente a taxa de alimentação; aumentar adequadamente as temperaturas de entrada e saída do ar quente; no início da aspersão, o caudal deve ser baixo e aumentado gradualmente até atingir o valor adequado; Verifique se existem obstruções nos tubos, ajuste o teor de sólidos do material e assegure a fluidez do material líquido.
Falha 3: Fugas severas de pó e baixa taxa de recuperação do produto
Se o separador ciclónico apresentar um mau funcionamento ou um baixo desempenho na remoção de poeiras, é provável que ocorra uma fuga de poeiras. Para o primeiro caso, a solução é inspecionar o separador ciclónico em busca de folgas e garantir a sua estanquicidade; para o segundo caso, a solução é adicionar um coletor de pó secundário adequado.