Teoria da Granulação

Teoria da Granulação

(Parte 1 de 5)

GRANULAÇÃO

Para:

Copebras Ltda

De:

John Sinden

ÍNDICE

1 INTRODUÇÃO 1

1.1 POR QUÊ GRANULAR? 1

1.2 O QUE É GRANULAÇÃO? 2

1.3 Processos de Aglomeração / Granulação 5

1.3.1 Método de Agitação / Aglomeração por Crescimento 5

1.3.2 Método de Atomizacão / Aglomeração por Aspersão 5

1.3.3 Aglomeração Esférica / Aglomeração Seletiva 6

1.3.4 Aglomeração por Pressão - Compactação 6

1.3.5 Sinterização - Método Térmico 7

2 HISTÓRIA DA GRANULAÇÃO DO FERTILIZANTE 10

3 PROCESSOS DE GRANULAÇÃO DE FERTILIZANTES 14

3.1 Congelamento - Perolação 14

3.2 Congelamento - Esfarelamento 16

3.3 Compressão - Extrusão 16

3.4 Compressão - Compactação 16

3.5 Agitação 19

4 SISTEMAS DE GRANULAÇÃO 21

5 MECANISMOS DE GRANULAÇÃO 22

5.1 Aglomeração 22

5.2 Deposito em camadas. 23

6 TEORIAS DE GRANULAÇÃO 25

6.1 TVA (NFEDC) – Total Fase Líquida 26

TSP 27

6.1.1 Super triplo granulado 28

6.1.2 04-14-08 30

2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 + X kcal 30

6.2 Incro S/A (ICI) - “Curva de granulação” - Volume da fase líquida / Volume da fase sólida 32

6.3 Norsk Hydro (Fisons) – Curva de granulação 38

7 FORMULAÇÃO 46

7.1 Sistemas Controlados Pela Eficiência de Granulação 46

7.1.1 Baseado no Superfosfato 46

7.1.2 Baseado em Fosfatos de Amônia 47

7.2 Sistemas Controlados Pela Taxa de Reciclo 47

7.2.1 Baseados em Superfosfatos 47

7.2.2 Baseado no Fosfato de Amônia 48

8 TEMPERATURA DE RECICLO 49

9 CONTROLE PELA TEMPERATURA 52

10 BIBLIOGRAFIA 54

GRANULAÇÃO

1INTRODUÇÃO

Hoje vou tentar responder as seguintes perguntas:

  • Por quê granular?

  • que é granulação?

  • Como se controlar a granulação?

1.1POR QUÊ GRANULAR?

Esta questão é fácil de ser respondida. Imagine que você é um agricultor o qual recebeu, para aplicar uniformemente tanto em quantidade de peso quanto em nutrientes, 03 (três) matérias-primas:

  • Sulfato de amônia do Metacril (composto de cristais úmidos – fino de agulhas);

  • TSP - Rop recém produzido pela Fosfertil (com alta acidez livre, sem beneficiamento para as pedras);

  • Cloreto de potássio, granulado da Alemanha (grosso quebradiço).

Suas adubadeira são de dosagem através de rosca.

Pergunta-se: Como você conseguiria cumprir sua tarefa?

Resposta: Somente após a granulação, secagem e classificação do produto.

Nos fertilizantes a granulação é utilizada pelas seguintes razoes:

  • Melhoria do aspecto físico do fertilizante com respeito a estocagem, eliminando ou reduzindo os problemas de empedramento e compactação;

  • Melhoria nas propriedades físicas dos materiais (fluidez e redução/eliminação de pegajosidade) facilitando a dosagem e aplicação de fertilizante no campo;

  • Redução ou eliminação dos níveis de poeiras fugitivas nas unidades de produção e ensaque, assim como no campo durante a aplicação.

Agora vamos começar a palestra sobre Granulação.

1.2O QUE É GRANULAÇÃO?

Granulação é o nome dado a um tipo de operação que é incluída na área das operações unitárias chamada “size enlargement” (aumento de tamanho).

Existem vários nomes para os processos envolvidos nesta área e realmente faltam definições que sejam aceitas universalmente. Por exemplo, no "5º. Simpósio Internacional Sobre Aglomeração", houve uma discussão ativa sobre a utilização da palavra “Aglomeração”, onde um percentual significativo dos participantes foi a favor da substituição desta palavra por outra “Agregação”.

Aqui no Brasil o termo granulação é freqüentemente utilizado para generalizar todos os tipos de operações no campo de “Aumento de tamanho”. Neste sentido ela é usada para descrever qualquer método de formação de um produto com maior granulometria das matérias-primas iniciais. Incluindo os processos de "Finos" dispersos em um fluído, gás ou liquido agregado para formá-lo. O conjunto de partículas formadas são chamadas de “Grânulo” ou “Aglomerado”, dependendo do processo e do produto este grânulo/aglomerado, apresenta tamanho entre 0,02 mm até 50 mm. Na maioria dos casos o formato da partícula formada é esférico, mas em muitos processos o produto apresenta um formato cilíndrico, como um comprimido ou em qualquer outra forma geométrica regular.

Esta operação unitária é utilizada em muitas industrias, tais como:

  • produção de fertilizantes;

  • minério de ferro;

  • combustível nuclear;

  • cerâmica;

  • defensivos agrícolas;

  • farmacêuticos.

Existem vários motivos para a produção e utilização dos aglomerados ou grânulos, veja abaixo:

  • Contaminação das instalações com poeiras incomodas são reduzidas nas fabricas e oficinas;

  • É mais fácil manter a higiene;

  • É mais fácil controlar a qualidade do ar e em alguns casos é possível reduzir os equipamentos de controle ambiental;

  • Redução do risco de explosão causado pela mistura de poeira com o ar;

  • Com o aumento do controle sobre a poluição do ar e da água é necessário a instalação de equipamentos para coleta e eliminação da poeira e da lama/lodo gerados. Consequentemente criamos uma necessidade de processar e consumir estes rejeitos. Com o processo de aglomeração, talvez com adição de um ligante, estas poeiras e a lama poderiam ser consumidas sem poluição.

Além disso, existem muitos problemas com o manuseio de partículas finas. A fluidez e por conseqüência a dosagem é ruim. O aumento do tamanho elimina estas desvantagens e ao mesmo tempo preserva as características desejadas. No caso especifico de fertilizantes a aglomeração/granulação de produtos simples ou complexos, serve para a eliminação dos problemas de segregação e melhoria da fluidez e do manuseio.

O processo de aumento de tamanho em fertilizantes valoriza os produtos devido as melhorias das características físicas. Um outro exemplo típico deste tipo de melhoria é a produção de detergentes. Alguns materiais como fertilizantes, pigmentos, defensivos e alimentos instantâneos são vendidos na forma de aglomerados/grânulos que se decompõe de imediato quando adicionado o liquido (ref. 1 e 2).

Muitas outras matérias-primas somente são adequadas para o processamento ou utilização final na forma de partículas grossas. Esta partícula tem resistência e porosidade desejadas, como por exemplo: catalisadores.

O beneficiamento dos minérios resulta em uma grande geração de finos. Exemplos disto são os concentrados de processos de flutuação, da poeira produzida durante a fundição dos minérios, tortas dos filtros e as partículas dos sistemas de depósitos.

Minérios ou misturas de minérios precisam ser aglomeradas antes da fundição, obtendo-se assim, condições necessárias para um ótimo fluxo de gases. Na indústria da cerâmica, a aglomeração e fundamental na preparação de artigos prensados compostos de titânita de bário e manganês; ferritas de (-zinco +níquel) (ref. 3). Estes materiais que têm inicialmente a forma de pó “fino”, precisam ser aglomerados/granulados para a obtenção de boa replicação nos artigos prensados.

Além disto, o aumento de tamanho pode causar ação retardada, que é importante para algumas aplicações farmacêuticas e agrícolas. Isto permite uma dosagem ampla ou melhora o aspecto do produto.

As propriedades desejadas do produto final determinam qual dos vários processos deve ser utilizado. Os processos de aumento de tamanho são classificados pelo principal mecanismo onde as partículas são reunidas, (ver item 3.1 e ref. 4 e 5 ). A seleção dos processos que especificamente devem ser utilizados, somente é possível quando o usuário define claramente as propriedades desejadas no produto.

1.3Processos de Aglomeração / Granulação

1.3.1Método de Agitação / Aglomeração por Crescimento

Partículas finas são misturadas em conjunto com o fluído movimentada ou em ar quando as concentrações são mais altas. Isto é, normalmente. realizado na presença de um líquido e ligante. O aumento de tamanho das partículas ocorre pela coalescência baseada nas forças de Van Der Waals.

Normalmente os grânulos formados são esféricos e com diâmetros entre 0,5 e 20 mm.

Equipamentos típicos são:

  • tambores rotativas inclinadas;

  • cones; panela/pratos rotativos;

  • misturadores de atletas.

A máxima capacidade de produção, e não de cargo total, é de 200 a 300 tph para minérios de ferro e de 150 a 180 tph para fertilizantes.

1.3.2Método de Atomizacão / Aglomeração por Aspersão

Este é um dos métodos mais comuns nas industrias químicas de fertilizantes e alimentos. Suspensões bombeáveis são atomizadas e o líquido das gotas é evaporado por uma corrente de ar quente, numa etapa preliminar de secagem. As primeiras forças de coesão são as forças capilares, seguida pelas pontes cristalinas nas áreas de contatos. Os aglomerados são de 20 a 50 decímetros, no caso de alimentos e de 0,5 a 3,0 mm no caso de fertilizantes.

No caso de alimentos, unidades de 50 tph de produção são possíveis. Enquanto o limite de fertilizantes é de 170 a 200 tph.

1.3.3Aglomeração Esférica / Aglomeração Seletiva

Esto é o mais novo processo de aglomeração onde um produto imiscível é adicionado a uma suspensão de finos. Isto provoca a formação de uma segunda fase, composta das partículas do produto imiscível, as principais forças de coesão são as forças capilares. O resultado é a formação dos flocos ou aglomerados esféricos com diâmetros até 5 mm.

Aglomeração seletiva poderia ser feita com misturas de sólidos e vêm sendo pesquisadas para novas finalidades, como por exemplo a aglomeração dos finos de carvão em suspensão com água utilizando óleo combustível como ligante.

Até hoje a máxima capacidade industrial é de 25 a 30 tph.

1.3.4Aglomeração por Pressão - Compactação

Partículas com baixos teores de umidade são processadas para formar comprimidos, briquetes e lençóis em equipamentos compactadores de rolos, prensas de estampa e prensas de tabletes. As principais forças que agem nestes processos são de Van der Waals. Os aglomerados têm formato uniforme e variam em relação ao tamanho em alguns milímetros (no caso de farmacêuticos), e até decímetros (no caso de combustíveis). No caso de utilização de rolos lisos o lençol formado é quebrado em moinhos (que é chamado de "granulador"), para atingir a granulometria desejada. A capacidade destas unidades variam, no caso de minérios e combustíveis é de 300 a 500 tph enquanto na área de fertilizantes é de 10 a 100 tph já na área farmacêutica pode ser de alguns quilogramas por hora.

1.3.5Sinterização - Método Térmico

São partículas finas umidificadas para formar uma pasta e depois são processadas numa grelha horizontal, onde o material é aquecido formando aglomerados sinterizados. Este processo é muito comum nas indústrias de mineração e metalurgia. No produto final, o sínter normalmente tem formatos irregulares e é mais grosso do que os outros aglomerados.

O mecanismo de aglomeração é a formação de ligações (pontes) sólidas nas áreas de contato. A capacidade deste tipo de unidade é até 2.000 tph.

Outros fatores que influenciam na seleção do processo são:

1.3.5.1Condições dos materiais

A matéria-prima inicial pode ser:

  • sólida, pastosa ou seca;

  • ou um fluído, solução ou suspensão desde que seja bombeável.

O produto precisa apresentar condições de secagem, mesmo sendo sensível ao calor, porque em muitos casos é necessário após o processo de aglomeração/granulação mandar o material para uma etapa de secagem.

Freqüentemente o custo desta secagem é o fator que determina a viabilidade do processo (ref. 6).

1.3.5.2 A faixa granulométrica do produto desejado e o formato dos grãos.

Muitos processos são limitados pela faixa de granulometria que eles podem produzir. Por exemplo, granulação por aspersão sempre resulta em granulometrias mais finas. Briquetagem e sinterização produzem partícula (grânulos) mais grossos. No caso da granulação por compactação os lençóis precisam ser quebrados, o custo desta granulação por moagem e subseqüente reciclagem dos finos precisa ser considerada.

A forma geométrica das partículas em alguns casos é crítica para o processo. Como por exemplo, citamos o leito dos catalisadores sólidos e no caso de armazenagem dos materiais em silos e moegas.

1.3.5.3Necessidades de resistência e porosidades dos aglomerados.

Muitos produtos precisam na utilização final das áreas superficiais específicas altas com uma facilidade de dispersão muito grande. Exemplos são os pigmentos, alguns defensivos agrícolas, alimentos instantâneos e alguns farmacêuticos. Outros produtos devem dispersar-se após um tempo de espera. Os catalisadores e pelotas de minérios de ferro precisam ser resistentes contra altas tensões. Sem quebra. Por isto, os tipos de aglomerantes (ligantes) e consequentemente das forças de adesão têm efeitos significativos e importantes sobre a resistência e porosidade dos grânulos.

1.3.5.4Necessidades da capacidade dos Equipamentos

Alguns processos de "aumento do tamanho" não são adaptáveis para produções de altas tonelagens. Como por exemplo, a produção de comprimidos na indústria farmacêutica.

1.3.5.5Outros fatores.

Entre os outros fatores podemos citar:

  • comportamento durante secagem (incluindo possíveis formações de rachaduras ou fundição);

  • compressibilidade;

  • comportamento com alta e/ou baixa temperaturas.

No caso de pelotas de minérios de ferro estas propriedades são importantes na fundição, dilatação e contração (ref. 7).

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