Prevenção da oxidação com centrifugas vedadas e injeção de gás inerte

Tradicionalmente, sólidos e líquidos foram separados por filtração ou com equipamento de prensagem. Embora esses métodos sejam eficazes, a moderna tecnologia de separação automatizada é uma excelente alternativa para uma separação mais rápida e uma abordagem mais eficiente. Muitos produtos são vulneráveis à oxidação. A eliminação ou, pelo menos, a minimização da concentração de oxigênio na atmosfera dentro da instalação de separação é imperativa para proteger a qualidade, o prazo de validade e a eficácia do produto.

As instalações de separação da centrífuga que são vedadas e que usam injeção de gás inerte podem ser usadas de forma segura e eficaz, evitando a exposição ao oxigênio. Algumas aplicações em que são usadas centrífugas vedadas com injeção de gás inerte incluem:

• Óleos e gorduras comestíveis (por exemplo, azeitona, sementes, gorduras animais)
• Sucos de frutas e verduras
• Clarificação de cerveja
• Extratos de plantas e algas
• Produtos farmacêuticos

Este white paper explica como centrífugas decanter tecnicamente vedadas, com injeção de gás inerte, melhoram a eficiência e a segurança na desumidificação e separação de materiais sensíveis ao oxigênio.

As centrífugas com injeção de gás inerte podem ser usadas para o processamento de suco de frutas e verduras, bem como outras aplicações.

Como são vedadas as centrífugas?

1. Sobrepressão. Este método só pode ser usado com equipamentos projetados para sobrepressão. O ar no interior é removido adicionando e liberando continuamente gás inerte de alta pressão no equipamento vedado. Esta etapa é repetida até que a concentração de oxigênio dentro do equipamento seja medida no nível desejado. Em seguida, enquanto o equipamento estiver funcionando, a pressão interna é mantida em uma pressão diferencial mais alta do que a atmosfera (embora essa pressão operacional ainda seja muito menor do que a usada durante a inertização).
2. Vácuo. Todo o ar dentro do equipamento é removido evacuando-o. Em seguida, o vácuo é quebrado por lavagem com gás inerte. Dependendo do equipamento, este procedimento deve ser repetido uma ou duas vezes. Equipamento projetado para manter o vácuo é necessário para este processo.

3. Inertização de fluxo contínuo: este método é usado para plantas, máquinas, contêineres e equipamentos que não são projetados para alta sobrepressão ou vácuo. Ele funciona alimentando o equipamento com gás inerte em um ponto do sistema fechado e liberando-o simultaneamente em outro ponto distante da entrada. Normalmente, há uma sequência de pré-inertização em fluxos volumétricos mais altos e uma sequência de injeção de gás inerte durante a operação normal do equipamento.

    

Os sistemas de centrifuga discutidos neste documento usam uma versão do terceiro método, a inertização contínua. Também é importante observar que os sistemas de centrífugas de fluxo contínuo inertes são "tecnicamente estanques", o que é diferente de serem hermeticamente vedados. Uma peça de equipamento hermeticamente vedada fornece uma tolerância de vazamento zero, enquanto a "estanqueidade" em um sistema tecnicamente estanque não pode ser garantida permanentemente devido ao seu design, função, etc.

Um conceito de design que se adapta a muitas aplicações

O design básico usado para evitar a oxidação pode ser personalizado para configurações e material específicos. O ar dentro da centrifuga é substituído por um gás inerte, normalmente nitrogênio ou dióxido de carbono. Isso forma uma vedação que mantém o oxigênio fora e a atmosfera necessária para o processo do material.

A atmosfera interna adequada significa maior qualidade e segurança do produto

A exposição ao oxigênio atmosférico dentro da centrifuga pode levar à oxidação e, além disso, à degradação do produto ou perda de qualidade. O objetivo de um sistema de centrífuga vedada é alcançar e manter a concentração de oxigênio limite (LOC) desejada dentro do sistema decanter.

Há duas etapas para criar uma atmosfera interna que atenda à composição atmosférica desejada: Pré-inertização e injeção de gás inerte.

A etapa de pré-inertização ocorre antes da máquina ser iniciada. O interior da centrifuga é lavado com gás inerte (por exemplo, dióxido de carbono ou nitrogênio) para deslocar o oxigênio. Isso é feito enchendo o compartimento até que a pressão exceda 0,290 PSI e continue até que o fluxo de gás inerte tenha substituído o volume interno da centrifuga várias vezes ou até que um sensor de oxigênio indique a concentração necessária de oxigênio, ou ambos. A quantidade de tempo que isso leva varia de acordo com o tamanho da decanter, mas geralmente é inferior a 30 minutos.

Após a inertização, o interior da centrifuga é "coberto" com o gás inerte, formando uma vedação estanque técnica. Nesta etapa, o sistema é mantido com uma ligeira sobrepressão. Isso resulta em uma pressão diferencial constante para a atmosfera, o que impede que a atmosfera externa penetre no interior.

É importante ressaltar que o sistema de fornecimento de gás inerte deve ser equipado com redundância suficiente para garantir a disponibilidade contínua de gás durante o tempo de inatividade da centrifuga.

Fluxo de pré-inertização para centrifuga decanter Z4E

Fluxo de inertização de injeção de gás inerte para centrífuga decanter Z4E

Como funciona um sistema de inertização e injeção de gás inerte

Uma fórmula matemática padrão é usada para calcular a quantidade de gás necessária para deslocar o volume do tambor do decanter. Uma vez que um volume adequado tenha sido deslocado e as condições de operação seguras tenham sido atingidas, o sistema é considerado em estado operacional (ou seja, inerte).

Uma vedação composta por vários anéis de vedação separa o interior da centrifuga da atmosfera externa. Ao usar múltiplos elementos de vedação, incluindo vedações adicionais nas passagens e carcaças do eixo, é criada uma vedação estanque técnica. Isso também reduz a quantidade de gás inerte usado, pois as vedações ajudam a garantir perdas mínimas em todo o sistema.

Entre os anéis de vedação é alimentado o gás inerte. Ele flui através de aberturas de vedação estreitas, tanto para o interior como para a atmosfera. Isso só é possível se a pressão na face da vedação for maior que a pressão na carcaça da decanter (> 0,290 PSI) e na atmosfera externa. A pressão diferencial (0,725-1,45 PSI) entre o compartimento e o ponto de alimentação de gás é monitorada e controlada. As vedações são pressurizadas, impedindo que o oxigênio entre no sistema.

Sensores de monitoramento de oxigênio vs. Sistemas de inertização de fluxo contínuo

As concentrações internas de oxigênio podem ser gerenciadas de duas maneiras: com sensores de oxigênio ou um sistema inerte de fluxo contínuo. Os sensores de oxigênio monitoram a concentração de oxigênio dentro do compartimento da centrifuga. Uma vantagem de usar esses sensores é o monitoramento contínuo que eles oferecem, especialmente se a pressão diferencial entre a carcaça interna e a atmosfera for < 0,290 PSI.

Os sensores de oxigênio fornecem informações diretas sobre o fator de risco da concentração de oxigênio. Em contraste, um sistema de inertização de fluxo contínuo é indireto e depende de pontos de ajuste do sensor de pressão. Enquanto a sobrepressão nas vedações/carcaça for mantida, nenhum oxigênio do ambiente pode penetrar no sistema e a concentração de oxigênio é mantida abaixo do nível crítico. Isso é feito com medidor de vazão e manômetros.

No entanto, como os sistemas de fluxo contínuo dependem de pontos de ajuste do sensor de pressão, as aplicações que exigem pressões diferenciais mais baixas podem ser suscetíveis a desligamentos incorretos do sistema. Nesses casos, os sensores de oxigênio podem fornecer monitoramento mais sensível dessa zona de perigo.

Ambos os métodos garantem uma operação segura se forem planejados, instalados e mantidos corretamente. Infelizmente, o ponto fraco de um sensor de oxigênio é o próprio sensor, que requer programação, calibração, substituição periódica e manutenção do PLC. Em geral, a inertização de fluxo contínuo oferece melhor usabilidade positiva líquida em comparação com o monitoramento de oxigênio.

Uma solução segura e eficiente para separação

O uso de um gás inerte para formar uma centrífuga bem vedada ou inerte é uma excelente solução para uma variedade de aplicações nas indústrias de alimentos, bebidas e farmacêutica, entre outras.

Uma vez comissionado, um cronograma de teste de estanqueidade deve ser criado e executado regularmente para verificar a estanqueidade da unidade de inertização. Os pontos de manutenção e teste de rotina incluem manômetros, medidores de vazão e mangueiras. As linhas de alimentação também devem ser verificadas em intervalos regulares quanto a danos, entupimentos e estanqueidade.

As centrífugas são extremamente eficientes, com maior capacidade de vazão do que filtros ou prensas e operam continuamente, em vez de em lotes, como com filtros ou prensas. É possível separar duas fases, três fases ou uma emulsão muito leve com uma centrifuga de inertização. Muitos sistemas também são totalmente automatizados, o que reduz o tempo gasto do operador na supervisão da máquina.

Sobre o autor

Lee Betkowski é Gerente da Indústria Biotecnológica, Química e Farmacêutica (BCP) da Flottweg há 13 anos. Ele trabalhou anteriormente para Krauss Maffei (empurrador, centrifuga descascadora, secadoras), Rosenmund (filtro secador) e De Dietrich (equipamento de aço revestido de vidro). Ele tem quase 30 anos de experiência nas indústrias biotecnológica/química/farmacêutica, predominantemente com centrifugas