ES2281382T3 - PROCEDURE TO TREAT A PRODUCT THROUGH A MIXER-MIXER. - Google Patents
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Abstract
Description
Procedimiento para tratar un producto por medio de un mezclador-amasador.Procedure to treat a product through of a mixer-kneader.
\global\parskip0.800000\baselineskip\ global \ parskip0.800000 \ baselineskip
El invento se refiere a un procedimiento ya sea para la concentración o bien para el tratamiento térmico de productos de viscosidad dura, especialmente elastómeros y termoplásticos, en un mezclador-amasador con al menos un eje agitador equipado con elementos mezcladores o alternativamente con amasadores.The invention relates to a process either for the concentration or for the heat treatment of hard viscosity products, especially elastomers and thermoplastics, in a mixer-mixer with at minus a stirrer shaft equipped with mixing elements or alternatively with kneaders.
La fabricación industrial de productos de dura
viscosidad, especialmente de elastómeros y de plásticos tiene lugar
frecuentemente mediante la utilización de solventes, en cuyo caso
dichos solventes tienen que ser nuevamente eliminados al término
del proceso de producción por medio de la separación
(concentración). En el presente ejemplo de ejecución se aborda la
concentración continua y la des-gasificación de una
solución de elastómeros, en cuyo caso hay que diferenciar entre una
parte limitante para la transición del calor y una parte limitada
en la transmisión del
material.The industrial manufacture of products of hard viscosity, especially elastomers and plastics, often takes place through the use of solvents, in which case such solvents have to be removed again at the end of the production process by means of separation (concentration). In the present example of execution, the continuous concentration and degasification of a solution of elastomers is addressed, in which case it is necessary to differentiate between a limiting part for the transition of heat and a limited part in the transmission of the
material.
Los correspondientes procedimientos de separación se realizan habitualmente en intercambiadores de calor agitadores y en los llamados mezcladores-amasadores, dentro de los cuales el producto es transportado desde una entrada hasta una salida con la ayuda de los correspondientes elementos amasadores y transportadores, entrando en contacto intensivo al mismo tiempo con las superficies de los intercambiadores de calor. Los mezcladores-amasadores de este tipo están descritos en la DE-PS 2349106, en la EP 0517068 A1 y en la DE 19536944 A1.The corresponding procedures of separation are usually performed in heat exchangers agitators and in the so-called mixers-kneaders, within which the product is transported from an entrance to an exit with the help of the corresponding kneading elements and conveyors, coming into intensive contact at the same time with The surfaces of heat exchangers. The Mixers-kneaders of this type are described in DE-PS 2349106, in EP 0517068 A1 and in DE 19536944 A1.
El presente invento tiene como objetivo la optimización de la evaporación limitante para la transición de calor.The present invention aims at optimization of limiting evaporation for the transition of hot.
La consecución de dicho objetivo conlleva que a una cama de un producto viscoso, previamente concentrado por evaporación, se añada siendo continuadamente mezclada una nueva disolución poco viscosa de tal forma que la viscosidad y la concentración de dicha cama del producto sean ajustadas hasta tal punto que la introducción de energía, consistente en energía amasadora mecánica así como la transmisión de calor, sea la máxima a través del contacto con la superficie de intercambio de calor del amasador.The achievement of this objective implies that a bed of a viscous product, previously concentrated by evaporation, a new one being added continuously mixed slightly viscous solution so that the viscosity and concentration of said product bed are adjusted to such point that the introduction of energy, consisting of energy mechanical kneader as well as heat transfer, be the maximum to through contact with the heat exchange surface of the kneader
Esto ocurre preferiblemente dentro de un mezclador-amasador que posee una buena mezcla de retorno. En este caso se prefiere un mezclador-LIST-DTB, el cual está descrito también en la DE-PS 2349106 anteriormente mencionada. Dentro de este mezclador el producto no será únicamente transportado desde la entrada hasta la salida, sino que también será mezclado de forma homogénea en todo el aparato con el nuevo producto por medio de la mezcla en retorno.This preferably occurs within a mixer-kneader that has a good mix of return. In this case, a mixer-LIST-DTB, which is also described in DE-PS 2349106 above mentioned. Within this mixer the product will not only be transported from the entrance to the exit, but also it will be mixed homogeneously throughout the device with the new product through the return mixture.
Para el propio producto se determina previamente el porcentaje de contenido líquido ya existente para el total de la transmisión del calor por medio del calor por contacto y para la introducción de calor por medio del recalentamiento por cizallamiento es máximo y la velocidad de evaporación es entonces la más elevada. Es por ello que se intenta mantener el producto con el mismo porcentaje de solvente en el mezclador-amasador con buena mezcla en retorno, lo que se consigue añadiendo continuadamente y de forma dosificada un nuevo producto, el cual es siempre menos viscoso y contiene un porcentaje más elevado de solvente. De esta manera se puede ajustar una concentración, con la cual la energía de evaporación necesaria, consistiendo de calor por contacto y del recalentamiento por cizallamiento, será optimizada.For the product itself it is previously determined the percentage of liquid content already existing for the total of the heat transmission by contact heat and for the introduction of heat by reheating by shear is maximum and the evaporation rate is then the higher. That is why we try to keep the product with the same percentage of solvent in the mixer-mixer with good mixing in return, what which is achieved by continuously adding and dosing a new product, which is always less viscous and contains a highest percentage of solvent. This way you can adjust a concentration, with which the necessary evaporation energy, consisting of contact heat and overheating by shear, will be optimized.
En el caso de que el producto con un alto contenido de solvente al principio sea todavía muy líquido, la concentración por evaporación ocurre entonces sustancialmente mediante calor por contacto, el cual será transmitido por una carcasa calentada mediante una camisa, un eje caliente y/o elementos amasadores calientes. A medida que el producto sea más y más viscoso por medio de la evaporación, la transmisión de calor por contacto disminuye con más rapidez y aumenta el recalentamiento por cizallamiento, en cuyo caso la suma de ambos pasa de un valor máximo. A partir de una determinada reducción del porcentaje de contenidos líquidos, la velocidad de evaporación disminuye sin embargo de manera considerable, ya que no queda suficiente líquido que pueda ser transportado desde el interior del producto hasta la superficie. Es por ello que conforme al presente invento el contenido de por ejemplo el solvente debe de ser ajustado en un margen de porcentaje que se encuentre próximo al máximo pero a toda costa aún por encima de esta caída de la velocidad de evaporación.In the event that the product with a high solvent content at the beginning is still very liquid, the evaporation concentration then occurs substantially by contact heat, which will be transmitted by a housing heated by a jacket, a hot shaft and / or elements hot kneaders As the product becomes more and more viscous by means of evaporation, the transmission of heat by contact decreases more rapidly and overheating increases by shear, in which case the sum of both passes a value maximum. From a certain reduction in the percentage of liquid contents, the evaporation rate decreases without however, since there is not enough liquid left that can be transported from inside the product to the surface. That is why according to the present invention the content of for example the solvent must be adjusted in a percentage margin that is close to the maximum but to all coast still above this speed drop of evaporation.
El procedimiento conforme al invento tiene además la ventaja de que con la intensidad incrementada de trabajo se rompe la formación de espuma, la cual tiene su origen en la dosificación por ráfagas del producto en el mezclador-amasador, gracias a lo cual se mejora todavía más la introducción de energía térmica. La energía de evaporación necesaria para la concentración por evaporación será maximizada de forma correspondiente a la combinación de calor por contacto y al recalentamiento por cizallamiento. La posibilidad de mantener constante la temperatura del producto a través de la evaporación del solvente permite un alto grado de libertad con respecto a la regulación del recalentamiento por cizallamiento gracias a los números de revoluciones (gradiente de cizallamiento) y al grado de carga del mezclador-amasador.The process according to the invention has also the advantage that with the increased intensity of work foaming is broken, which has its origin in the burst dosage of the product in the mixer-mixer, thanks to which it is improved even more the introduction of thermal energy. The energy of evaporation necessary for evaporation concentration will be maximized correspondingly to the combination of heat by contact and overheating by shear. The possibility of keep the temperature of the product constant throughout the evaporation of the solvent allows a high degree of freedom with with regard to the regulation of shear overheating thanks to the speed numbers (shear gradient) and to the degree of mixer-kneader load.
En el segundo mezclador-amasador, colocado a continuación del primero, el producto será sometido a un flujo de tapón por medio de una geometría correspondiente a los elementos amasadores. En este segundo mezclador-amasador tiene lugar la evaporación limitada en transmisión de material, por lo cual en este caso se prefiere la utilización de un mezclador-amasador de dos ejes, los cuales están comercializados bajo los nombres "LIST-ORP" (EP 0517068 A1) y "LIST-CRP" (DE 19536944 A1). En este mezclador-amasador con flujo de tapón es esencial que la superficie del producto sea renovada lo más rápidamente posible, ya que en ésta superficie evapora el líquido. Debido a que los lugares de evaporación se retiran más y más hacia el interior del producto habría que renovar constantemente las superficies del producto mediante el amasado intenso. Además, será estrictamente necesario un buen control de la temperatura del producto.In a second mixer-mixer, placed after the First, the product will be subjected to a plug flow by means of a geometry corresponding to the kneading elements. In this second mixer-kneader takes place the limited evaporation in material transmission, so in this case the use of a two-axis mixer-mixer, which are marketed under the names "LIST-ORP" (EP 0517068 A1) and "LIST-CRP" (DE 19536944 A1). In this mixer-mixer with plug flow is it is essential that the surface of the product be renewed as much quickly possible, since the liquid evaporates on this surface. Because evaporation sites withdraw more and more towards the interior of the product would have to constantly renew the product surfaces by intense kneading. In addition, it will be strictly necessary a good control of the temperature of the product.
Más ventajas, características y detalles del presente invento pueden ser deducidos de la siguiente descripción de ejemplos preferidos de realización así como también de las figuras; las cuales muestran en laMore advantages, features and details of Present invention can be deduced from the following description of preferred embodiments as well as the figures; which show in the
Figura 1 una vista lateral de un dispositivo conforme al invento para el tratamiento de un producto en al menos un mezclador-amasador;Figure 1 a side view of a device according to the invention for the treatment of a product in at least a mixer-kneader;
Figura 2 una vista frontal de una parte del dispositivo conforme a la figura 1.Figure 2 a front view of a part of the device according to figure 1.
En la figura 1 dos mezcladores-amasadores 1 y 2 están unidos. En el caso del mezclador-amasador 1 se trata de un amasador con buena mezcla en retorno, tal como se está comercializando por ejemplo con el nombre "LIST-DTB". La DE-PS 2349106 se refiere a dicho "DTB". Un mezclador-amasador con buena mezcla en retorno se caracteriza en que el producto es mezclado de forma homogénea en todo el mezclador-amasador.In figure 1 two Mixers-kneaders 1 and 2 are attached. At Mixer-mixer case 1 is a kneader with good mixing in return, as it is marketing for example with the name "LIST-DTB". DE-PS 2349106 refers to said "DTB". A mixer-kneader with good mixing in return it is characterized in that the product is homogeneously mixed throughout the mixer-mixer
En el caso del mezclador-amasador 2 sin embargo se trata de un amasador con un tal llamado flujo de tapón, tal como se está comercializando por ejemplo con el nombre "LIST-CRP" o "List-ORP". Los derechos de protección correspondientes para ello están publicados en la EP 0517068 y en la DE 19536944 A1. En el caso de un mezclador-amasador con buen flujo de tapón el producto es transportado desde la entrada hasta la salida sin que se dé una mezcla axial con el producto siguiente. Es por ello que generalmente se encuentra una entrada 3 para el producto en un extremo del mezclador-amasador y una salida 4, la cual está realizada en el presente caso en forma de un dispositivo de evacuación de dos hélices en el otro extremo del mezclador-amasador 2.In the case of mixer-mixer 2 however it is a kneader with a so called plug flow, as it is marketing for example with the name "LIST-CRP" or "List-ORP". The corresponding protection rights for this are published in EP 0517068 and in DE 19536944 A1. In the case of a mixer-mixer with good plug flow the product is transported from the entrance to the exit without being give an axial mixture with the following product. It is because of that usually an entry 3 is found for the product in a mixer-mixer end and an outlet 4, the which is carried out in the present case in the form of a device of evacuation of two propellers at the other end of the mixer-mixer 2.
Por el contrario, el mezclador-amasador 1 posee una entrada 5 aproximadamente en el centro del mezclador-amasador y un dispositivo de evacuación de dos hélices 6 en el extremo del mezclador-amasador 1. En ambos mezcladores-amasadores están indicados dos ejes 7 y 8, respectivamente 9 y 10, en los cuales están colocados elementos mezcladores, ya sea para el transporte o bien para el amasado 11, los cuales giran con los ejes, tal y como ha sido descrito, entre otras conceptos, en los derechos de protección anteriormente mencionados.On the contrary, the mixer-mixer 1 has an input 5 approximately in the center of the mixer-kneader and an evacuation device with two propellers 6 at the end of the mixer-mixer 1. In both Mixers-kneaders are indicated two axes 7 and 8, respectively 9 and 10, in which elements are placed mixers, either for transport or kneading 11, which rotate with the axes, as described, between other concepts, in the rights of protection previously mentioned.
En la línea de alimentación 12, hacia la entrada 5, están conectados una bomba 13, un intercambiador de calor 14, y una válvula presostática 15. Este dispositivo llamado "dispositivo por ráfagas" precalienta el producto.On power line 12, towards the entrance 5, a pump 13, a heat exchanger 14, and a pressure switch 15. This device called "device by bursts "preheats the product.
En el mezclador-amasador 1 gran parte del contenido líquido del producto será evaporado, en cuyo caso se introduce calor al mezclador-amasador 1. Para ello se puede calentar por ejemplo, la camisa de la carcasa 16, los ejes amasadores 7 y 8 respectivamente, o los elementos amasadores 11. El contenido evaporado sale del mezclador-amasador 1 a través de una torreta para los vapores desprendidos 17, en cuyo caso están conectados un conducto de evacuación 18 correspondiente, un condensador 19, y una bomba de gas inerte 20.In the mixer-mixer 1 large part of the liquid content of the product will be evaporated, in which case heat is introduced to the mixer-mixer 1. For this purpose, the housing jacket 16, for example, can be heated, kneading shafts 7 and 8 respectively, or the elements kneaders 11. The evaporated content leaves the mixer-mixer 1 through a turret for the detached vapors 17, in which case a corresponding evacuation duct 18, a condenser 19, and a inert gas pump 20.
En la figura 2 está representado además que el mezclador-amasador 1 también puede presentar un único eje 21.In figure 2 it is also shown that the mixer-mixer 1 can also present a single axis 21.
El producto liberado de casi todo el contenido líquido será evacuado del mezclador-amasador 1 mediante el dispositivo de evacuación de dos hélices 6 y conducido hacia la entrada 3 del mezclador-amasador 2 a través del conducto 22 y de una válvula presostática 23. Este mezclador-amasador 2 presenta también una torreta para los vapores desprendidos 24, a continuación de la cual se encuentra un conducto de evacuación 25, en el cual están conectados un condensador 26 o bien una bomba de gas inerte 27.The product released from almost all content liquid will be evacuated from mixer-kneader 1 by means of the evacuation device of two propellers 6 and driven towards the input 3 of the mixer-mixer 2 through duct 22 and a pressure switch 23. This mixer-mixer 2 also has a turret for the released vapors 24, following which finds an evacuation duct 25, in which they are connected a condenser 26 or an inert gas pump 27.
El funcionamiento del presente invento se explica más detalladamente mediante el siguiente ejemplo:The operation of the present invention is Explain in more detail using the following example:
En un 77% de ciclohexano está disuelto, por ejemplo, un elastómero, es decir estireno-butadieno-estireno (SBS). En un ensayo "Batch" se investigaba el comportamiento de evaporación y degasificación de este elastómero disuelto, y la velocidad de evaporación fue representada a lo largo del tiempo. Desde el 77% hasta el 40% de concentración de solvente la velocidad de evaporación dependió básicamente del calor por contacto del producto con la camisa de la carcasa, de los ejes calientes 7 y 8, y de los elementos amasadores 11.In 77% of cyclohexane it is dissolved, by example, an elastomer, that is styrene-butadiene-styrene (SBS). In a "Batch" trial the behavior of evaporation and degasification of this dissolved elastomer, and the evaporation rate was represented over time. From 77% to 40% solvent concentration speed evaporation basically depended on the heat by contact of the product with the housing jacket, of the hot shafts 7 and 8, and of the kneading elements 11.
En un rango que va desde el 40% hasta el 25% de solvente la energía amasadora aumentó considerablemente debido a la viscosidad incrementada del producto (hasta 1300 Pas por 80 s^{-1} de gradiente de cizallamiento), sin que la transmisión del calor por contacto disminuyera sustancialmente. Esto significa que al calor por contacto se le añade bastante recalentamiento por cizallamiento. Pero al mismo tiempo la concentración de solvente aún es suficientemente alta para que el total de la energía introducida pueda ser utilizada para la evaporación del solvente, de tal modo que la temperatura del producto se mantiene constante. Es por ello que en este rango se consigue que la efectividad del amasador sea maximizada.In a range from 40% to 25% of solvent the kneading energy increased considerably due to the increased product viscosity (up to 1300 Pas for 80 s -1 shear gradient), without the heat transmission by contact it will decrease substantially. This means that at contact heat is added quite overheating by shearing. But at the same time the concentration of solvent it is still high enough for total energy introduced can be used for solvent evaporation, such that the temperature of the product remains constant. That is why in this range the effectiveness of the Kneading is maximized.
Por debajo del 23% de solvente se reduce drásticamente la velocidad de la evaporación. Esto tiene su origen en que en la superficie del producto ya no queda suficiente solvente y se frena desde el interior el suministro de solvente. Con ello se reduce sustancialmente la velocidad de secado. El inicio de esta reducción de la velocidad está marcado por un brusco giro en la curva del secado.Below 23% solvent is reduced drastically the evaporation rate. This has its origin where there is not enough solvent left on the surface of the product and the solvent supply is stopped from the inside. With it substantially reduces the drying rate. The beginning of this speed reduction is marked by a sharp turn in the drying curve
Conforme al presente invento se aprovecha este comportamiento del producto en el mezclador-amasador 1 con buena mezcla en retorno, de tal manera que siempre se mantiene la concentración del solvente en el nivel de aproximadamente un 25%. Ello ocurre a través del control de la entrada de producto fresco y a través de la regulación de la energía amasadora por medio del número de revoluciones del eje y del grado de carga.In accordance with the present invention this advantage is used product behavior in the mixer-kneader 1 with good mixing in return, so that you always maintains solvent concentration at the level of approximately 25%. This occurs through the control of the Fresh product input and through the regulation of kneading energy by means of the number of revolutions of the shaft and the degree of load
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Como otra ventaja se pudo observar que al mantener esta concentración no se produjo ninguna formación de espuma, lo que conlleva hacia un mejor coeficiente de transmisión de calor. La forma de conducir el mezclador-amasador 1 conforme al procedimiento supone una gran influencia sobre el "aumento a escala" de la fase de secado aquí realizada determinada por la transmisión de calor.As another advantage it was observed that at maintaining this concentration there was no formation of foam, which leads to a better transmission coefficient of heat The way to drive the mixer-kneader 1 according to the procedure supposes a great influence on the "scaling up" of the drying phase performed here determined by heat transmission.
La disolución así concentrada será evacuada de forma continua del mezclador-amasador 1 mediante el dispositivo de evacuación con dos hélices 6, y al mismo tiempo calentada en las hélices por cizallamiento e introducida "por ráfagas" en el mezclador-amasador 2. En este mezclador-amasador 2 se realiza una fase de secado limitada en transmisión de material, en la cual ya no ocurre prácticamente ninguna evaporación en la superficie. Los puntos de evaporación, cuyo conjunto representa el tal llamado espejo de secado, se retiran más y más hacia el interior del producto. El líquido está obligado así a difundirse.The solution thus concentrated will be evacuated from continuous form of mixer-mixer 1 through the evacuation device with two propellers 6, and at the same time heated in the propellers by shearing and introduced "by bursts "in the mixer-kneader 2. In this mixer-mixer 2 a drying phase is carried out limited in material transmission, in which it no longer occurs virtually no evaporation on the surface. The points of evaporation, whose set represents the so-called mirror of dried, they are removed more and more into the product. He Liquid is thus forced to diffuse.
Para esta fase del procedimiento el mezclador-amasador 2, ésta equipado con una renovación de superficie máxima, flujo de tapón y buenas posibilidades de control de la temperatura del producto gracias a la geometría de los ejes y de la cinemática.For this phase of the procedure the mixer-mixer 2, this one equipped with a maximum surface renewal, plug flow and good product temperature control possibilities thanks to the axis geometry and kinematics.
El elastómero desgasificado será evacuado del mezclador-amasador 2 al final con el segundo dispositivo de evacuación de dos hélices 4. El elastómero contiene aún un contenido residual de solvente por debajo de las 1000 ppm.The degassed elastomer will be evacuated from the mixer-mixer 2 at the end with the second evacuation device with two propellers 4. The elastomer contains still a residual solvent content below 1000 ppm.
Claims (10)
- a una cama de un producto viscoso, previamente concentrado por evaporación, se le añade siendo mezclada continuadamente una nueva disolución poco viscosa, de tal forma que la viscosidad y la concentración de dicha cama del producto serán ajustadas hasta tal punto que la introducción de la energía, consistente en energía amasadora mecánica así como la transmisión de calor, será la máxima a través del contacto con la superficie de intercambio de calor del amasador.to a bed of a viscous product, previously concentrated by evaporation, will be add a new solution being mixed continuously viscose, such that the viscosity and concentration of said Product bed will be adjusted to such an extent that the introduction of energy, consisting of kneading energy mechanical as well as heat transmission, will be the maximum through of contact with the heat exchange surface of the kneader
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