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The present work aims to use material and energy balances to simulate the microencapsulation process of rice bran oil, modified starch and maltodextrin in spray-dryers. The model predictions of the outlet gas temperature were compared with experimental results for validation, which showed satisfactory accuracy. Suggestions were discussed in order to increase the model fit to experimental data, as well as future studies involving energy recovery. Resumo. Este trabalho tem por objetivo simular, por meio de equações de balanço, o processo de microencapsulamento de óleo de farelo de arroz, amido modificado e maltodextrina em spray-dryers. As previsões da temperatura do gás de saída feitas pelo modelo foram comparadas com resultados experimentais para fins de validação, apresentando aderência satisfatória. Foram feitas sugestões para aumentar a aderência do modelo e oportunidades de estudos futuros envolvendo recuperação de energia. 1. Introdução O termo spray-drying é usado para descrever o processo de secagem que consiste na passagem de um líquido (solução, emulsão ou suspensão) por um atomizador, produzindo gotículas que, em contato com uma corrente gasosa aquecida (geralmente ar), serão secas quase instantaneamente, resultando em um produto na forma de um pó fino (Gharsallaoui, et al., 2007). A secagem por spray é amplamente empregada nas indústrias farmacêuticas, poliméricas e químicas (Silveira, 2013). Além desses casos, esta tecnologia também é usada tradicionalmente na indústria alimentícia nos processos de produção de leite em pó, café solúvel e mais recentemente na obtenção de compostos bioativos microencapsulados (Plazola-Jacinto, et al., 2019). Especificamente, o processo de microencapsulamento pode ser realizado através de diferentes técnicas além do spray-drying, como a liofilização e a coacervação complexa. No entanto, a secagem por spray é uma das técnicas mais utilizadas devido à sua disponibilidade e ao seu baixo custo, quando comparado às outras opções (Gharsallaoui, et al., 2007). Devido à complexidade do processo, sua modelagem ainda é um dos maiores desafios entre as tecnologias de secagem disponíveis (Zbicinski, 2017). Assim, historicamente o projeto de spray-dryers tem dependido muito de trabalhos empíricos e de plantas pilotos, implicando em altos custos operacionais, gastos energéticos e de materiais. Recentemente, estudos utilizando Fluidodinâmica Computacional (CFD) têm ajudado a esclarecer os fenômenos que ocorrem no interior da câmara de secagem (Gharsallaoui, et al., 2007). Contudo, esses modelos frequentemente se tornam complexos e difíceis de implementar num ambiente industrial, uma vez que possuem custo computacional elevado (Lisboa, et al., 2018). Portanto, há uma demanda por modelos simples e de baixo custo computacional para simular o processo de secagem por spray. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi simular o processo de microencapsulamento de óleo de farelo de arroz, usando equações simples de balanços globais material e energético, com o intuito de prever o comportamento da secagem, especificamente da temperatura de saída do ar de secagem. Para isso, foram realizados experimentos em laboratório para comparar os resultados obtidos com os previstos pelo modelo matemático. 2. Modelo matemático e simulação computacional O modelo usado neste trabalho foi descrito por (Golman & Yermukhambetova, 2019) e baseia-se principalmente nas equações de balanço de massa e de energia no spray-dryer e em relações termodinâmicas básicas. Como se trata de uma operação de secagem há interesse apenas na forma do balanço material para a água. A forma final deste balanço de massa é: onde: mi é a vazão mássica da corrente i, Xi é a fração mássica de água e Yi é a umidade do gás em base seca. Por sua vez, o subscrito “gs” refere-se ao gás de saída, “sl” à emulsão, “ge” ao gás de entrada e “p” ao produto final em pó. A expressão final do balanço de energia é: onde: Tout e Tin são respectivamente as temperaturas de saída e entrada do ar, Cpi é a capacidade calorífica à pressão constante do componente i, Ti é a temperatura da corrente i, hvap é o calor latente de vaporização da água e Qloss é a taxa de calor perdido através das paredes da câmara. Com relação aos componentes, o subscrito “a” refere-se ao ar seco, “v” ao vapor d’água, “s” ao produto sólido final e “l” à água no estado líquido. Para fins de simulação, determinou-se que Tout seria a variável de saída do modelo e que será comparada com os resultados experimentais para validação. O erro absoluto foi então calculado conforme a equação: onde: Tout exp é a temperatura obtida experimentalmente e Tout mod é a temperatura prevista pelo modelo. Todas as simulações foram realizadas em planilhas no software Microsoft® Excel®. Uma vez que é possível explicitar a variável de saída (Tout) no modelo descrito, não foi necessário o uso de nenhum solver específico para resolução das equações, o que explica o baixo esforço computacional envolvido na simulação.

Simulação do Processo de Microencapsulamento de Óleo de Farelo de Arroz em Spray-dryer