ES2281522T3 - Aparato y procedimiento para la humidificacion de polvo. - Google Patents

Abstract

Un aparato para la humidificación de material en partículas, el cual comprende un depósito (1) que tiene una boca de salida (2) en su extremo más bajo y una boca de entrada (3) en su extremo más alto, en el cual está dispuesto un recipiente (4) que comprende un número de cámaras individuales internas (5) que tienen deflectores horizontales (6) los cuales tienen cada uno un orificio (7), una barra agitadora (8), la cual es substancialmente coaxial con el depósito, pasa a través de cada orificio, y uno o más impulsor(es) (9) y uno o más collar(es) (10) están unidos a la barra agitadora encima de cada orificio y el aparato comprende adicionalmente una tolva (11) conectada a un dispositivo alimentador (12) el cual a su vez está conectado a un eductor (13) que está acoplado al suministro de agua (24) y a la boca de entrada.

Description

Aparato y procedimiento para la humidificación de polvo.

La invención se refiere a un aparato y método para la humidificación de material en partículas, especialmente material polimérico en polvo, de manera de promover la subsiguiente uniforme distribución del material humidificado por toda el agua a granel.

Es bien sabido que puede ser difícil disolver un material en polvo rápidamente en agua sin formación de grumos de material agregado parcialmente disuelto, a menudo llamados "fish eyes" (ojos de pez).

Se han propuesto numerosos dispositivos de mezclado con la finalidad de convertir un material en partículas secas, substancialmente desmenuzables, en una dispersión uniforme o solución en agua.

La patente EP 0686060 proporciona un aparato para la uniforme humidificación de material en partículas solubles en agua o hinchables en agua, el cual aparato comprende un depósito de humidificación substancialmente vertical, el cual está abierto por su extremo inferior, teniendo su extremo superior una boca de entrada al depósito que es substancialmente coaxial con el depósito y que está definida por las paredes de la boca de entrada, y a través de la cual el material puede ser alimentado al depósito, unos medios de vertido que se extienden alrededor de la parte superior de las paredes de la boca de entrada, y unos medios para proporcionar un flujo substancialmente continuo de agua sobre los medios de vertido y a lo largo substancialmente de toda la superficie expuesta de las paredes de la boca de entrada, y orificios de pulverización del agua colocados substancialmente alrededor de la boca de entrada del depósito y dispuestos para pulverizar directamente el agua hacia abajo a través del depósito para humidificar el material en partículas. El aparato se utiliza en la modalidad por partidas discontinuas, por lo cual no pueden humidificarse cantidades de polímeros continuamente.

Un objeto de la invención es el de proporcionar un aparato y método simples para humidificar uniformemente material en partículas solubles en agua o hinchables en agua o de manera que permita que el material se disuelva o se disperse uniformemente en una masa de agua de dilución con una mínima formación de "ojos de pez", mientras se mantiene un bajo nivel de material sólido acumulado en el aparato y permitiendo que el aparato se emplee en línea, en otras palabras, que el polvo humedecido sea continuamente retirado del aparato a medida que se humedece.

Este objetivo se logra de acuerdo con la invención mediante el aparato conforme se define en la reivindicación 1 y mediante el método según se ha definido en la o reivindicación 8. Las versiones preferidas de la invención son el objetivo de las reivindicaciones subordinadas.

El aparato y el método se describen además, con referencia al dibujo del anexo.

La invención proporciona un aparato como se muestra en la figura 1, el cual comprende un depósito 1 que tiene una boca de salida 2 en su extremo inferior y una boca de entrada 3 en su extremo superior, en el cual está montado un recipiente 4 que comprende un número de cámaras internas individuales 5 que tienen unos deflectores horizontales 6 con un orificio cada uno 7, una barra de agitación 8 la cual es substancialmente coaxial con el tanque, y pasa a través de cada orificio, y uno o más impulsor(es) 9 y uno o más collar(es) 10 está(n) unido(s) a la barra de agitación por encima de cada orificio, y el aparato comprende adicionalmente una tolva 11 conectada a un dispositivo de alimentación 12, el cual a su vez está conectado a un eductor 13 que está acoplado a un suministro de agua 24 y a la boca de entrada.

De preferencia, el depósito 1 es substancialmente vertical con respecto a la superficie del aparato que está colocado encima. La pared interna del recipiente 4 dentro de cada cámara 5 actúa también como un deflector.

El recipiente 4 y las otras partes del aparato contenido dentro del mismo, pueden ser fácilmente retirados del depósito 1 con lo cual el depósito puede reemplazarse fácilmente con un depósito de un diámetro y profundidad diferentes.

El número de cámaras internas individuales 5 puede ser de una o más, de preferencia más de dos, con mayor preferencia, más de tres. Un aparato conteniendo tres cámaras es de empleo habitual. Los impulsores son de un diseño adecuado.

El collar 10 está de preferencia unido a la barra agitadora por encima del orificio pero por debajo del impulsor. De preferencia existe un espacio vacío entre el collar y el deflector, que permite que el agua fluya hacia abajo a través del orificio, a la cámara interna adyacente.

La tolva tiene una capacidad adecuada, por ejemplo en el margen de 50 kg a 150 kg.

El dispositivo de alimentación puede ser un dispositivo s adecuado para el empleo con material en partículas, tal como p. ej., un alimentador helicoidal. El dispositivo de alimentación 12 puede estar conectado al eductor 13 mediante un canal adecuado, tal como un embudo 14 y una tubería de conexión 23.

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El suministro de agua puede efectuarse al eductor por medio de un sistema de control que comprende una válvula de regulación de flujo 15, una válvula operada eléctricamente como p. ej., una válvula de solenoide 16, un medidor adecuado para la medición del flujo de agua como p. ej., un rotámetro 17 y un medidor de presión 18.

La barra agitadora puede hacerse girar por medios adecuados, tales como un motor 19.

Puede montarse un sistema de electrodos de nivel 20 colocados en la cámara situada más arriba del recipiente 4. Dicho sistema comprende de preferencia un electrodo de nivel bajo 21 y un electrodo de nivel alto 22. Las posiciones de los electrodos pueden modificarse de acuerdo y en función de cómo se opera con el aparato.

De preferencia, el aparato se emplea para la humidificación de material en partículas, con más preferencia se emplea para la humidificación de material polimérico en partículas. El material en partículas puede incluir polvos.

El aparato es de preferencia, de un diseño compacto, de manera que se necesita un espacio mínimo para su instalación. El aparato implica también muy poca dificultad en la operación, y está substancialmente automatizado.

Los materiales en partículas para los cuales es útil la invención son generalmente materiales poliméricos. Pueden ser polímeros solubles en agua, en cuyo caso las partículas de polímero humidificadas se añaden subsiguientemente al agua para formar una solución, o bien pueden ser hinchables en agua, aunque pueden ser también partículas insolubles en agua en cuyo caso las partículas humidificadas formarán una suspensión uniforme después de añadirse al agua.

Los materiales en partículas preferidos son los polímeros solubles en agua que tienen un tamaño de partícula con por lo menos el 90% y habitualmente por lo menos el 99% en peso en el margen de 20 a 1000 pm (micras).

Por lo menos el 80% y habitualmente por lo menos el 90% en peso del material en partículas tiene habitualmente un tamaño de partícula por debajo de 700 pm (micras) y frecuentemente por debajo de 400 \mum (micras).

El material en partículas puede ser un polímero natural tal como un almidón o celulosa, pero de preferencia es un polímero sintético obtenido por polimerización de monómeros solubles en agua, opcionalmente con un agente de reticulación si el polímero tiene que hincharse y es insoluble. Los monómeros pueden ser típicamente acrilamida u otros monómeros no iónicos, acrilato de sodio u otros monómeros aniónicos, y (met)acrilato de dialquilaminoalquilo o adición ácida de acrilamida o sales cuaternarias u otros monómeros catiónicos. Los polímeros tales como los llamados floculantes en la industria, pueden ser humidificados empleando el aparato corriente.

Otro aspecto de la invención es un método de humidificación uniforme de material en partículas empleando un aparato como se ha descrito más arriba, el cual comprende la alimentación del material en partículas desde una tolva 11 al dispositivo de alimentación 12, a continuación a la boca de entrada 3 mientras se alimenta agua en el eductor 13 y a través de la boca de entrada 3.

El material en partículas se alimenta mediante el dispositivo de alimentación 12 a una velocidad de 0,05 a 0,5 kg por minuto, por ejemplo 0,2 kg por minuto, mientras el agua se bombea a través del eductor 3 a una velocidad de aproximadamente 40 litros por minuto a una presión de 137,9 a 413,7 kPa (20 a 60 psi). El vacío creado por el flujo de agua a través del eductor aspira el polímero seco a través del aparato hacia la boca entrada. El flujo de agua puede ajustarse para dar un vacío suficiente, por ejemplo aproximadamente 101,6 kPa (30 pulgadas Hg).

Las velocidades a las cuales el material en partículas y el agua son alimentados en el depósito pueden modificarse en función de cómo se emplea el aparato. La cantidad de agua y la cantidad de material en partículas que se alimenta al depósito se controla mediante el sistema de electrodos de nivel, los cuales controlan electrónicamente la válvula 16 y el dispositivo de alimentación 12. Un sistema preferido de operación se describe más adelante:

La válvula de regulación del flujo 15 se ajusta para dar un flujo adecuado de agua. Cuando el nivel del agua en el depósito 1 cae por debajo del electrodo de nivel inferior 21 la válvula 16 se abre y entra agua en el eductor 13. Cuando la válvula se abre, el polvo de polímero se alimenta desde la tolva 11 al cono 14 por medio del dispositivo de alimentación 12 a una velocidad medida. El agua que pasa a través del eductor 13 hacia el depósito 1 crea un vacío que aspira el polvo dentro del eductor 13 y lo empapa dentro del depósito.

Cuando el nivel del depósito alcanza el electrodo de nivel superior 22, el dispositivo de alimentación 12 se para y después de un tiempo ajustado, la válvula 16 se cierra. Este tiempo ajustado puede ajustarse con el fin de proporcionar la deseada concentración final de la solución. Cuando el nivel del depósito cae de nuevo por debajo del electrodo de bajo nivel, el ciclo vuelve a empezar de nuevo. Mientras la unidad está funcionando, la barra agitadora 8 gira continuamente y el polímero completamente madurado está siempre disponible en la boca de salida del depósito.

Las concentraciones de la solución obtenidas por el método corriente pueden variar de acuerdo con el método operativo, por ejemplo, pueden lograrse concentraciones desde 0,21 a 0,5%.

Los siguientes ejemplo ilustran más la invención.

Ejemplo 1

Se añadió una poliacrilamida aniónica de alto peso molecular floculante, al depósito superior por medio de un eductor que se alimentaba mediante un alimentador de tornillo sin fin a una velocidad de 200 g por minuto. El eductor se acopló con el suministro de agua alimentado a una velocidad de 2,4 m^{3}/hora, dando una concentración de la solución aproximadamente de 0,51. La solución floculante se bombeó desde la boca de salida de la unidad a una velocidad de 2 m^{3}/hora.

La unidad se llenó inicialmente con agua justo encima del impulsor en la cámara superior y se puso en marcha la barra de agitación. Se añadió un colorante azul al agua para dar una coloración azul intenso. La bomba y la adición de agua se pusieron en marcha y se anotó el tiempo transcurrido para que el agua se volviera del mismo tono de azul que el depósito superior. A continuación se vació el agua del depósito.

La unidad se llenó de nuevo con agua justo encima del impulsor en el depósito superior y se puso en marcha el agitador. Se añadieron el floculante seco y el agua y se puso en marcha la bomba. Se tomó una muestra de la solución del floculante que había sido bombeada desde el fondo del depósito, para la evaluación. Cuando la concentración de la solución del floculante que había sido bombeada desde el fondo del depósito fue equivalente a la concentración de partida, se añadió un colorante azul al agua para dar una coloración azul intenso. De nuevo, se registró el tiempo que el agua empleó para volverse del mismo tono de azul que la parte superior del depósito. A continuación se vació el depósito.

El tiempo necesario para que el colorante pasara completamente a través de la unidad conteniendo agua, fue de quince minutos. El tiempo necesario para que el colorante pasara completamente a través de la unidad conteniendo la solución floculante fue de cuarenta minutos.

Se prepararon tres diferentes tipos de solución de floculante, un tipo preparado mediante métodos estándar de laboratorio, un tipo tomado de la boca de salida del aparato y un tipo extraído de la parte superior del depósito.

Se prepararon varias soluciones de floculante empleando el aparato descrito en la presente y retirando la solución de la boca de salida. Diferentes tiempos de la muestra (cantidad de tiempo durante el cual se mezcla la solución) proporcionan soluciones de concentraciones de peso seco variables. La realización de cada solución de floculante preparada, se midió mediante procedimientos estándar empleando 2 g/litro de cloruro de sodio en 4% de caolín. Variando los niveles de dosificación se obtuvieron velocidades de sedimentación variables como se muestra en la tabla 1.

TABLA 1

1

2

Los resultados de la velocidad de evaluación del mezclado de colorante, muestran que el colorante se mezcla con el agua más de dos veces más rápidamente que el colorante en la solución de polímero. Ambos resultados indican que el mezclado dentro de la unidad es bueno, con la solución de polímero pasando bien entre los tres depósitos internos de mezclado.

Los resultados de la evaluación de la solución floculante indican que la solución floculante alcanza la concentración correcta después de aproximadamente 135 minutos.

Claims (8)

1. Un aparato para la humidificación de material en partículas, el cual comprende un depósito (1) que tiene una boca de salida (2) en su extremo más bajo y una boca de entrada (3) en su extremo más alto, en el cual está dispuesto un recipiente (4) que comprende un número de cámaras individuales internas (5) que tienen deflectores horizontales (6) los cuales tienen cada uno un orificio (7), una barra agitadora (8), la cual es substancialmente coaxial con el depósito, pasa a través de cada orificio, y uno o más impulsor(es) (9) y uno o más collar(es) (10) están unidos a la barra agitadora encima de cada orificio y el aparato comprende adicionalmente una tolva (11) conectada a un dispositivo alimentador (12) el cual a su vez está conectado a un eductor (13) que está acoplado al suministro de agua (24) y a la boca de entrada.

2. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el número de cámaras internas individuales (5) es una o más.

3. Un aparato de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, en donde el collar (10) está preferentemente unido a la barra de agitación encima del orificio pero debajo del impulsor.

4. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde existe un espacio vacío entre el collar y el deflector.

5. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el suministro de agua (24) se alimenta al eductor (13) por medio de un sistema de control que comprende una válvula para regular el flujo (15), una válvula operable eléctricamente como por ejemplo una válvula de solenoide (16), un medidor adecuado para medir el flujo de agua, tal como un rotámetro (17) y un medidor de presión (18).

6. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde un sistema de electrodos de nivel (20) está colocado en la cámara más superior del recipiente (4), y comprende un electrodo de nivel bajo (21) y un electrodo de nivel alto (22).

7. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde los materiales en partículas son polímeros solubles en agua que tienen un tamaño de partícula con por lo menos el 90% en peso en el margen de 20 a 1000 micras.

8. Un método de humidificación de material en partículas el cual emplea un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, el cual comprende la alimentación del material en partículas desde la tolva (11) hasta el dispositivo de alimentación (12) y a continuación dentro de la boca de entrada (3), mientras el agua de alimentación es conducida dentro del eductor (13) y a través de la boca de. entrada (3).