ES2210881T3 - Dispositivo y metodo para la preparacion de un material en polvo. - Google Patents

Dispositivo y metodo para la preparacion de un material en polvo.

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ES2210881T3 ES99105876T ES99105876T ES2210881T3 ES 2210881 T3 ES2210881 T3 ES 2210881T3 ES 99105876 T ES99105876 T ES 99105876T ES 99105876 T ES99105876 T ES 99105876T ES 2210881 T3 ES2210881 T3 ES 2210881T3
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Abstract

LA INVENCION ESTA RELACIONADA CON UN DISPOSITIVO PARA LA PULVERIZACION DE PRODUCTOS QUIMIO-TECNICOS (22) PARA LA FABRICACION DE PRODUCTOS PULVERULENTOS DE ESTRUCTURA A SER POSIBLE ESFERICA, CON UN RECIPIENTE (30) QUE LIMITA UNA CAMARA INTERIOR (32), CON UN SISTEMA DE TOBERAS (28) DISPUESTO EN LA PARTE SUPERIOR DE LA CAMARA INTERIOR (32) Y UNIDO A UNA LINEA DE TRANSPORTE (24) PARA UNA MASA FUNDIDA CALIENTE DEL PRODUCTO (22), ABANDONANDO LA MASA FUNDIDA EL SISTEMA DE TOBERAS (28) EN FORMA DE HILOS FINOS QUE POR RAZONES DE GRAVEDAD CAEN HACIA ABAJO, DIVIDIENDOSE COMO CONSECUENCIA DE LA SEPARACION DEL SISTEMA DE TOBERAS (28) EN PEQUEÑAS GOTITAS, CON UN SISTEMA DE APORTACION (38) PARA UN GAS CRIOGENO, PREFERENTEMENTE CO 2 O N 2 QUE SE DISPONE POR DEBAJO DEL SISTEMA DE TOBERAS (28), AL QUE SE APORTA EL GAS CRIOGENO EN ESTADO FUNDAMENTALMENTE LIQUIDO Y DEL QUE SALE HACIA LA CAMARA INTERIOR (32) UNA CORRIENTE DE GAS CRIOGENO QUE ENTRA EN CONTACTO CON LAS PEQUEÑAS GOTITAS CON LO QUE EN LA CAMARA INTERIOR (32) SE PRODUCE UN DESCENSO DE LA TEMPERATURA CON FUNDAMENTALMENTE TRES ZONAS (40, 42, 44), PRECISAMENTE, VISTO DESDE ARRIBA HACIA ABAJO, A) UNA ZONA CALIENTE (40) EN LA QUE SE FORMAN LAS GOTITAS ADOPTANDO UNA FORMA FUNDAMENTALMENTE ESFERICA, B) UNA ZONA DE FIJACION MAS FRESCA (42) EN LA QUE LAS GOTAS SE ENFRIAN POR EL CONTACTO CON EL GAS CRIOGENO DE MODO QUE SU SUPERFICIE YA NO RESULTA PEGAJOSA, POR LO QUE DOS GOTAS EN CONTACTO YA NO SE PEGAN LA UNA A LA OTRA, Y C) UNA ZONA DE REFRIGERACION AUN MAS FRIA (44) EN LA QUE LAS GOTITAS ADOPTAN TAMBIEN EN EL INTERIOR UN ESTADO SOLIDO, Y CON UN DISPOSITIVO NEUMATICO DE EXTRACCION (46) EN LA ZONA INFERIOR DE LA CAMARA INTERIOR (32) PARA LA EXPULSION DEL PRODUCTO PULVERULENTO.

Description

Dispositivo y método para la preparación de un material en polvo.
La invención se refiere a un dispositivo para la pulverización de productos tecnoquímicos con el objetivo de producir sustancias en polvo con una estructura lo más esférica posible, y a un método para dicha pulverización.
Para la pulverización de productos, se conoce la existencia de las denominadas torres de pulverización, las cuales son de construcción bastante grande. Con los dispositivos y métodos conocidos, no se puede conseguir de manera satisfactoria una estructura lo más esférica posible para las sustancias en polvo. Con los dispositivos y métodos anteriores, existen irregularidades en cuanto a la forma del grano, y se produce una aglomeración de numerosas partículas que se pegan entre sí por colisión de las partículas todavía adhesivas, provocando así la aglomeración de las partículas. Esta situación conduce a estructuras irregulares. Las distancias de enfriamiento largas, las grandes cantidades de gas y los grandes volúmenes internos de las torres de pulverización de la técnica precedente resultan desfavorables.
En este punto es dónde la invención interviene. Su objetivo es proporcionar un dispositivo de pulverización del tipo mencionado anteriormente, así como un método correspondiente que requiera un volumen interno reducido de forma notable en comparación con los dispositivos y los métodos de la técnica precedente, y que permita producir de manera selectiva polvos que posean pequeñas cantidades de finos y una estructura sustancialmente redonda.
En cuanto al dispositivo, dicho objetivo se consigue gracias a un dispositivo cuyas características están indicadas en la reivindicación 1 de esta patente.
En cuanto al método, dicho objetivo se consigue con un método cuyas características están indicadas en la reivindicación 4 de esta patente.
La invención permite pulverizar productos tecnoquímicos fundibles, como plásticos, ceras, productos farmacéuticos o de alimentación. En estado fundido, este tipo de productos presenta una elevada viscosidad y valores de cp altos. De acuerdo con la invención, se utiliza un flujo de gas producido por la pulverización de un gas criogénico, el cual está en un estado de agregación sustancialmente líquido y es suministrado a través de un sistema de suministro, para el enfriamiento de las gotas o partículas esféricas fluidas todavía fundidas, de tal manera que, en primer lugar, éstas se solidifican en su superficie hasta el punto de que la superficie deja de ser adhesiva, antes de que se produzca la solidificación interior posterior. Con este propósito, la invención propone las tres zonas mencionadas, que son, la zona caliente en la que se forman las gotas, y donde pueden adoptar una forma sustancialmente esférica. La zona de fijación, cuya temperatura es inferior a la de la zona caliente y en la que las gotas se enfrían al entrar en contacto con el gas criogénico hasta el punto de que su superficie deja de ser adhesiva. Finalmente se prevé, por debajo de la zona de fijación, una zona de enfriamiento todavía más fría en la que las gotas se solidifican sustancialmente también por dentro.
Al emplear un gas criogénico, definido más específicamente como CO_{2} y N_{2}, la capacidad de refrigeración proporcionada se incrementa claramente en comparación con la técnica precedente, de manera que manteniendo el mismo rendimiento, el dispositivo no sólo puede tener una construcción mucho más pequeña, sino que además permite conseguir un enfriamiento mucho más selectivo y mejorado, lo que significa una eliminación considerablemente más eficaz del calor en cada una de las gotas. Este hecho permite enfriar las gotas esféricas en la zona de fijación de forma rápida y suficiente para que su superficie deje de ser adhesiva. Esto se produce algunos instantes antes de que dos gotas, expuestas a turbulencias u otras influencias y cuya superficie es todavía adhesiva, puedan tener la oportunidad de unirse. Precisamente la velocidad de enfriamiento relativamente rápida, que sólo se puede conseguir con un gas criogénico, es la que permite solidificar las partículas mientras tienen una forma esférica, de modo que al entrar en contacto unas con otras o con otro objeto, lo que sucede como muy tarde en el sistema de evacuación, ya no son adhesivas ni se deforman. En su trayecto a través de las tres zonas y mientras caen con más o menos desaceleración a lo largo del volumen interno, las partículas esféricas tienden a solidificarse no sólo en su superficie sino también por dentro, de manera que, al terminar su caída, no se deformarán al chocar con otras partículas en polvo y contra las paredes del recipiente, y las esferas pulverulentas que caigan encima no provocarán ningún cambio en su forma y no se aglutinarán.
El sistema de boquillas puede tener cualquier configuración adecuada. Lo único que importa es que, al pasar a través del sistema de boquillas, la masa fundida se divida en finas gotas con el mismo diámetro en la medida de lo posible. Al principio estas gotas aún no son redondas. Pero en la zona caliente, todavía son lo suficientemente líquidas como para formarse en esferas ideales en la medida de lo posible.
Una vez realizada esta operación, las esferas continúan cayendo y entran así en la zona de fijación. Allí, sin entrar en contacto unas con otras, se enfrían a una velocidad bastante rápida y, en cualquier caso, de manera muy eficaz gracias a la acción del gas criogénico, de manera que su superficie deja de ser adhesiva. En la zona de enfriamiento aún más fría situada por debajo de la zona de fijación, el volumen de las gotas también se enfría. Al terminar su caída, las partículas esféricas ya están solidificadas hasta el punto de que las fuerzas que actúan normalmente sobre ellas en el sistema de evacuación no provocarán su deformación y no se formará, en ninguna circunstancia, aglomeración alguna con las esferas colindantes. De acuerdo con la invención, el suministro de un gas criogénico permite que el dispositivo tenga una construcción mucho más pequeña, y también permite una producción más selectiva y un buen rendimiento de la producción, especialmente en forma de productos sustancialmente esféricos. En comparación con las torres de pulverización de la técnica precedente, la cantidad de finos es relativamente pequeña. Los finos pueden ser separados fácilmente en un separador, por ejemplo un separador ciclónico instalado posteriormente. De nuevo, la estructura esférica del producto deseado tiene un efecto positivo aquí.
El gas criogénico es introducido dentro del volumen interno del recipiente a través de una pluralidad de medios de suministro individuales y separados dispuestos a lo largo de la circunferencia del recipiente sustancialmente simétrico de forma rotativa. De esta manera se puede conseguir una distribución de la temperatura sustancialmente simétrica de forma rotativa dentro del recipiente. Se evitan así las diferencias locales de temperatura. La pulverización se lleva a cabo preferiblemente sin un componente tangencial, aunque también es posible con este último.
El sistema de boquillas se dispone preferiblemente sobre el eje del recipiente, y pulveriza hacia abajo verticalmente. El sistema de boquillas se define en sí mismo según la técnica precedente. El sistema de boquillas puede ser una sola boquilla individual, aunque consiste preferiblemente en una pluralidad de boquillas individuales, siendo también concebibles sistemas de boquillas anulares.
Se entenderán mejor otras ventajas y características de la invención gracias a la lectura del resto de reivindicaciones, así como de la siguiente descripción de un ejemplo de una forma de realización no limitativa de un dispositivo según la invención, descripción que también servirá para explicar el método según la invención.
La única figura muestra un diagrama esquemático de un dispositivo para pulverizar productos tecnoquímicos del tipo según la invención.
Desde un depósito 20 que contiene un producto tecnoquímico fundido 22, dicho producto fundido es introducido a presión a través de un tubo de suministro 24 en el que se conecta una bomba 26 a un sistema de boquillas 28. El sistema de boquillas 28 está dispuesto en la línea central de un recipiente simétrico 30 de forma sustancialmente rotatoria, el cual define un volumen interno sustancialmente cilíndrico 32.
En la zona de las paredes laterales del recipiente 30 se dispone una pluralidad de medios individuales de suministro 34 para el gas criogénico. Están separados uniformemente y en el mismo nivel a lo largo de la circunferencia. Pueden estar colocados en un sólo plano (como se muestra aquí), o bien en varios planos. En la realización ilustrada, los medios individuales de suministro 34 se unen mediante un conducto circular cerrado 36, por donde es suministrado, mediante un conducto de suministro, un gas criogénico en estado fluido, especialmente N_{2}, como se ilustra, o bien CO_{2}.
Los medios individuales de suministro 34 forman un sistema de suministro 38 del gas criogénico. Dicho gas criogénico sale de dicho sistema de suministro en forma gaseosa y entra en el volumen interior 32. Como se muestra en la figura, sale del sistema radialmente y en una dirección ascendente ligeramente inclinada.
La figura muestra las condiciones operacionales del dispositivo. Durante la operación, se forman tres zonas en el volumen interno, las cuales serán comentadas posteriormente. En primer lugar, es necesario hacer notar que en la figura se muestran dichas zonas separadas únicamente por planos de separación horizontales, pero que en la práctica los procesos son mucho más complicados. Además, no se detecta ningún cambio brusco de temperatura en los planos de separación ilustrados por las líneas de puntos y rayas, más bien la temperatura decrece de forma continua desde la parte superior hasta la parte inferior formando un gradiente térmico.
En la mayoría de los casos, la masa fundida sale del sistema de boquillas 38 en forma de hilos finos que se rompen en finas gotitas individuales mientras caen. No obstante, se pueden aplicar otras formas de realización. Lo importante es que el producto, al menos a una cierta distancia por debajo del sistema de boquillas 28, se transforme en gotas de fluido fundido.
En una zona caliente 40, dichas gotas de fluido fundido pueden adoptar primero una forma esférica. Según la figura, la zona caliente 40 no se abarca el sistema de boquillas 28, aunque debe entenderse que no se trata de una limitación y que, dependiendo de la configuración de la instalación de pulverización, el límite superior de la zona caliente 40 puede abarcar también el sistema de boquillas 28.
Desde la zona caliente 40, las estructuras esféricas caen a una zona de fijación 42. Una vez en ella se enfrían con el gas criogénico de forma tan eficaz que en poco tiempo, en cualquier caso durante su caída a través de la zona de fijación 42, la superficie de las partículas o estructuras se enfría y el material se solidifica lo suficiente como para que las partículas dejen de ser adhesivas.
Entonces, caen a través de la zona de enfriamiento 44 todavía más fría, donde también se solidifican en gran medida por dentro. La solidificación se produce hasta el punto de que las pequeñas esferas ya no se deforman cuando entran contacto entre sí, por su propio peso o por el peso de otras esferas que chocan con ellas en una fase posterior.
Las partículas esféricas obtenidas son conducidas a través de un conducto 48 mediante un dispositivo de evacuación neumático 46 y son enviadas a un separador 50, que en este caso está configurado como un separador ciclónico. La sustancia en polvo es eliminada y evacuada mediante un ventilador de extracción 52, y puede ser conducida a un depósito o directamente hecha avanzar hacia la cadena de producción. Este material se puede verter fácilmente y contiene una pequeña cantidad de finos.
Según la invención, se utiliza poco o nada de gas conductor. El gas criogénico puede ser utilizado para la conducción. Se evitan las explosiones de polvo de manera eficiente. Los espacios pequeños también impiden una posible oxidación. De acuerdo con la invención, se necesita una cantidad pequeña de gas, ya que el volumen interno 32 también es bastante pequeño.
Según la invención, se instalan unos sensores de temperatura en distintos lugares del volumen interno, más específicamente en el área de las paredes del mismo. Estos sensores permiten controlar el suministro de gas criogénico por el dispositivo de suministro 38, de tal manera que la temperatura deseada de distribución, que sólo se representa a través de las zonas 40 a 44, se mantiene constante.

Claims (9)

1. Dispositivo para la pulverización de productos tecnoquímicos (22) con el objetivo de producir sustancias en polvo con una estructura lo más esférica posible, dicho dispositivo incluyendo
a) un recipiente (30) que define un volumen interno (32),
b) un sistema de boquillas (28) dispuesto en la parte superior del volumen interno (32) y en comunicación con un conducto de suministro (24) que distribuye una masa fundida del producto (22), dicha masa fundida sale normalmente del sistema de boquillas (28) en forma de hilos finos que caen por el efecto de la gravedad y forman unas gotas finas a medida que se alejan del sistema de boquillas (28),
c) un sistema de suministro (38) para suministrar un gas criogénico, preferiblemente CO_{2} o N_{2}, dicho sistema
c1)
estando formado por una pluralidad de medios individuales de suministro (24) separados a lo largo de la circunferencia, los cuales introducen el gas criogénico en estado principalmente fluido; un flujo de gas criogénico sale de dicho sistema en dirección radial ligeramente inclinada hacia el sistema de boquillas (28) e introduciéndose en el volumen interno (32) donde entra en contacto con las gotas finas, y
c2)
estando dispuesto por debajo del sistema de boquillas (28) y estando diseñado para crear en el volumen interno (32) un gradiente térmico constituido esencialmente por tres zonas (40, 42, 44), dichas zonas siendo, de arriba hacia abajo,
-
una zona caliente (40) en la que las gotas se forman y adoptan esencialmente una forma esférica,
-
una zona de fijación (42) más fría donde las gotas se enfrían al entrar en contacto con el gas criogénico, hasta el punto de que su superficie deja de ser adhesiva, de manera que dos gotas adyacentes no se pegarán entre sí, y
-
una zona de enfriamiento (44) aún más fría en la que las gotas adoptan un estado de agregación sólido también en su interior, y
d) sensores de temperatura dispuestos en el volumen interno del recipiente (30) para controlar el sistema de suministro (38), de tal forma que la distribución deseada de la temperatura se mantiene constante dentro del recipiente (30),
e) un dispositivo de evacuación neumático (46) provisto en la parte inferior del volumen interno (32) y destinado a descargar la sustancia en polvo.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el sistema de suministro (38) contiene boquillas de pulverización para pulverizar un gas criogénico sustancialmente líquido para expulsar el gas.
3. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que corriente abajo del dispositivo de evacuación (46) se instala un separador de finos (50) en el que las partículas finas son separadas del polvo, y más específicamente por el hecho de que se instala un separador ciclónico corriente abajo de dicho dispositivo.
4. Método para pulverizar productos tecnoquímicos (22) con el objetivo de producir sustancias en polvo con una estructura lo más esférica posible en un recipiente (30) que define un volumen interno (32) y que incluye
a) un sistema de boquillas (28) dispuesto en la parte superior del volumen interno (32),
b) un sistema de suministro (38) para suministrar un gas criogénico, preferiblemente CO_{2} o N_{2}, dicho aparato estando formado por una pluralidad de medios individuales de suministro (24) distribuidos a lo largo de la circunferencia y dispuestos por debajo del sistema de boquillas (28),
c) sensores de la temperatura dispuestos en el volumen interno del recipiente (30),
d) un dispositivo de evacuación neumático (46) previsto en la parte inferior del volumen interno (32),
donde
1) la masa fundida de producto (22) es distribuida por el sistema de boquillas (28), el material fluido fundido saliendo de dicho sistema de tal manera que se forman gotas finas que caen por el efecto de la gravedad,
2) un flujo de gas criogénico es introducido en el volumen interno a través del sistema de boquillas (38) que suministra el gas criogénico principalmente en estado líquido, dicho gas criogénico siendo distribuido lateralmente en dirección radial ligeramente inclinada por una pluralidad de medios de suministro individuales (24) distribuidos a lo largo de la circunferencia hacia dicho sistema de boquillas (28), y entrando en contacto con las gotas finas, de esta manera se forma un gradiente térmico dentro del volumen interno (32) principalmente con tres zonas (40, 42, 44), las cuales son esencialmente, de arriba a abajo
a)
una zona caliente (40) donde se forman las gotas y donde adoptan una forma sustancialmente esférica,
b)
una zona de fijación (42) más fría en comparación, en la que las gotas se enfrían al entrar en contacto con el gas criogénico, hasta el punto de que su superficie deja de ser adhesiva, por lo que dos gotas adyacentes no se pegarán entre sí, y
c)
una zona de enfriamiento (44) aún más fría en la que las gotas pasan sustancialmente a un estado de agregación sólido también por dentro,
3) el sistema de suministro (38) es controlado por unos sensores de temperatura dispuestos en el volumen interno del recipiente (30), de tal forma que la distribución de la temperatura deseada se mantiene constante dentro del recipiente (30), y
4) la sustancia en polvo es finalmente evacuada mediante un dispositivo de evacuación (46) neumático previsto en la parte inferior del volumen interno (32).
5. Método según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el producto (22) es un material plástico, cera, un producto farmacéutico o un alimento.
6. Método según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el gas criogénico sale del sistema de suministro (38) en un estado sustancialmente gaseoso.
7. Método según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la sustancia en polvo está compuesta por bolas cuyo diámetro medio se encuentra entre 0.005 y 1 mm.
8. Método según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el material fluido fundido sale del sistema de boquillas (28) verticalmente hacia abajo, la zona de salida siendo sustancialmente cónica.
9. Método según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el volumen interno (32) es sustancialmente simétrico de forma rotatoria, y porque el sistema de boquillas (28) está dispuesto en dirección axial hacia abajo.
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