ES2304157T3 - Molino de bolas con agitador. - Google Patents
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Abstract
Molino de bolas con dispositivo agitador, en disposición horizontal y de funcionamiento continuo, para la molturación fina y ultrafina, que tiene una cámara de molturación cilíndrica o cónica (50, 51) que sirve para recibir cuerpos de molturación, estando dotada de una entrada de material (37) dispuesta en el extremo de la cámara de molturación (50, 51) y que se abre hacia el interior (3) de la cámara de molturación (50, 51), estando dotada de una salida de material dispuesta en otro extremo de la cámara de molturación y que conduce hacia afuera de dicha parte interior (3) y que tiene un agitador que comprende una serie de elementos agitadores (2) y que es coaxial con el eje (60) de la cámara y poseyendo asimismo un sistema separador impulsado separadamente que está dispuesto más arriba de la salida del material, y que comprende un dispositivo separador dotado de dos discos circulares (5, 7) que están dispuestos coaxialmente con el eje (61) de la cámara y entre los cuales están dispuestos una serie de elementos de impulsión o paletas distribuidos simétricamente alrededor del centro del disco, caracterizado porque los dispositivos separadores (80, 82) están montados sobre un eje hueco (9) que es independiente del agitador (1, 22) y en cuya cavidad está dispuesta la salida de material (38, 39) y porque los elementos de alimentación o paletas (12, 86) se extienden desde la periferia del disco hasta las proximidades de la salida del material y durante el funcionamiento del dispositivo separador someten a la mezcla de material/cuerpos de molturación a una contrapresión en cuyo caso, teniendo en cuenta la fuerza centrífuga y las diferentes densidades, los cuerpos de molturación son separados del producto y enviados nuevamente al recinto interior (3).
Description
Molino de bolas con agitador.
La presente invención se refiere a un molino de
bolas con agitador dotado de dispositivo separador con las
características de la parte introductoria de la reivindicación
1.
Los molinos de bolas con agitador son
utilizados, por ejemplo, para la trituración y dispersión de
materiales en una fase líquida o para la disgregación de
microorganismos.
Los molinos de bolas con agitador conocidos en
el mercado y previstos para un funcionamiento continuo comprenden
una cámara de molturación cilíndrica, de eje horizontal o vertical,
con diferentes dispositivos separadores para la separación de los
cuerpos de molturación del producto molido en la zona de salida del
mismo.
El cuerpo envolvente de la cámara de molturación
de un molino de bolas con agitador comprende una pared longitudinal
y dos paredes extremas de cierre en ambos extremos de la pared
longitudinal. Presenta una entrada de material para la alimentación
del material a molturar y una salida de material destinada a la
extracción del material molturado. En la cámara de molturación está
dispuesto además un dispositivo agitador giratorio alrededor de la
cámara de molturación a efectos de impulsar los cuerpos de
molturación que se encuentran en el molino radialmente con respecto
al eje del agitador y, de esta manera, triturar o bien dispersar el
material conducido de manera continua por la cámara de molturación
mediante esfuerzos de impacto y de cizalladura.
En el paso continuado por un molino de bolas con
agitador se produce, con dependencia de la velocidad del paso y de
la viscosidad de la suspensión del material de molturación, un
esfuerzo de arrastre que actúa sobre los cuerpos de molturación.
Por esta causa, los cuerpos de molturación son sometidos a esfuerzo
de arrastre con el material a molturar desde la entrada en la zona
de molturación hasta el dispositivo separador de la zona de la
salida del material. Esto puede conducir a un prensado de los
cuerpos de molturación antes del dispositivo separador, lo cual
está relacionado con un elevado desgaste y peligro de taponamiento.
Para el caso de cuerpos de molturación de dimensiones mínimas, con
un diámetro \leq 0,1 mm el efecto de arrastre ascendente del
producto se multiplica y resulta crítico para operaciones de
molturación y dispersión fina, en especial para producciones
elevadas.
Se conocen molinos de bolas con agitador que
para la solución de este problema presentan diferentes tipos de
construcción, de manera que posibilitan que los cuerpos de
molturación arrastrados tengan una circulación en el molino con
realimentación en la zona de molturación. No obstante, las
soluciones conocidas son muy frecuentemente insuficientes para
cuerpos de molturación de D \leq 0,1 mm.
Para otros sistemas separadores conocidos tal
como, por ejemplo, en la utilización de los llamados cartuchos de
cribado por ranuras, el proceso resulta muy difícil con anchuras muy
reducidas de las ranuras \leq 0,05 mm que en la práctica son
difícilmente utilizables. Además, en estos casos, hay una elevada
probabilidad de que la criba quede taponada en caso de que se
tengan que utilizar cuerpos de molturación con D \leq 0,1 mm, lo
cual es necesario en nanotecnología y también en la fabricación de
nanopartículas.
Otro problema se produce por la elevada pérdida
de carga en base a la acumulación de cuerpos de molturación sobre
la criba. En la llamada realización con ranuras de rozamiento, es
necesaria una precisión extraordinariamente elevada en la
fabricación para garantizar pequeñas ranuras de rozamiento de \leq
0,05 mm en todo el proceso de la producción.
Por la publicación DE 44 12 408 A1, se conoce el
mantener separados en un molino horizontal los cuerpos de
molturación mediante una placa de preclasificación y una caja
rotativa de modo parcial con respecto a los cuerpos de salida, no
obstante, a través de los orificios cercanos al eje del dispositivo
separador, a través de los cuales debe pasar el producto, arrastran
cuerpos de molturación que llegan por lo tanto al cuerpo de salida.
Puesto que el efecto de arrastre del material molido disminuye con
la reducción del diámetro de los cuerpos de molturación según un
múltiplo, es imprescindible para una utilización del tipo
mencionado, la utilización de un dispositivo separador
correspondiente que separe de manera eficaz y fiable los cuerpos de
molturación del producto final del molido.
El taponamiento de la salida, provocado
eventualmente por las estrechas tolerancias en la salida del
producto, puede llevar a un notable aumento de la presión y a
comprometer el propio proceso de molturación y dispersión. Con el
fallo de la función de separación, hay cuerpos de molturación que
salen del molino y el proceso de molturación y de dispersión
empeora de manera creciente. Además, en este caso, el material
molido presenta cuerpos de molturación en forma de impurezas.
Otras recomendaciones para evitar el
taponamiento del dispositivo separador se han descrito
principalmente para molinos de bolas con agitador de tipo vertical.
Una invención de este tipo se muestra en la Patente Europea EP 0
771 592 A1. En este caso, se trata de un molino de bolas con
agitador de tipo vertical en el cual el material a moler atraviesa
un recipiente de molturación recubierto de cuerpos de molturación y
un separador que se encuentra antes de la salida del órgano
agitador, desde abajo hacia arriba. Puesto que el separador no
presenta ninguna criba, filtro u otro sistema de retención de los
cuerpos de molturación, esta invención no se puede utilizar en un
molino de eje horizontal puesto que en el llenado con cuerpos de
molturación o bien en el vaciado del material molido al final del
proceso de molturación se producirá la salida de cuerpos de
molturación por la abertura de salida lo que significa impurezas por
dichos cuerpos de molturación en el material de molturación. De
manera correspondiente, la aceleración centrífuga de los cuerpos de
molturación depende de la velocidad de los discos de agitación y,
por lo tanto, también de la característica del producto lo que, por
ejemplo, en productos sensibles a la cizalladura y, por lo tanto,
reducidas revoluciones puede conducir a reducida aceleración por la
centrifugación de los cuerpos de molturación o bien a la salida de
dicho cuerpos de molturación. Los molinos de bolas con agitador de
tipo vertical presentan también el inconveniente de la distribución
poco homogénea de los cuerpos de molturación en la cámara de
molturación, lo que conduce a un rendimiento poco satisfactorio de
la molturación o dispersión.
Un molino vertical del tipo antes indicado con
un sistema de retención de los cuerpos de molturación es conocido
por el documento DE 4 447 321 A1.
La invención se propone el objetivo de conseguir
un molino de bolas con agitación de eje horizontal con un nuevo
dispositivo de separación que no presenta los inconvenientes
anteriormente mencionados y con los que se puede efectuar la
molturación de un material de manera suave y regular con cuerpos de
molturación de dimensiones mínimas que presenten un diámetro D
\leq 0,1 mm sin que dichos cuerpos de molturación abandonen la
cámara de molturación.
Este objetivo se consigue mediante un molino de
bolas con agitador con las características de la reivindicación
1.
Otras características ventajosas de la invención
son objeto de las reivindicaciones dependientes.
A continuación se describirá la invención en
base a ejemplos de realización mostrados en los dibujos, en los
cuales:
- La figura 1 muestra una sección longitudinal
de una parte de una cámara de molturación horizontal con un
dispositivo de separación según la presente invención.
- La figura 2a muestra una sección del
dispositivo separador mostrado en la figura 1.
- La figura 2b muestra una sección según la
línea de corte IIb de la figura 2a.
- La figura 3 muestra una sección longitudinal
de una segunda forma de realización de la invención.
- La figura 4 muestra una vista en planta de una
realización alternativa de un dispositivo separador del tipo de la
presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
La cámara de molturación mostrada parcialmente
en la figura 1 e indicada de forma global con el numeral (50), de
un molino de bolas con agitador, presenta un cuerpo envolvente (40)
con un eje horizontal (60). El cuerpo envolvente (40) presenta una
pared longitudinal esencialmente cilíndrica (30) así como dos
paredes de cierre (35) y (36) en los extremos de la pared
longitudinal (30), de las cuales la pared de cierre (36) presenta
una abertura de entrada (37) para la alimentación del material a
molturar y la pared de cierre (35) presenta una abertura de salida
(38) para la salida del material.
En la cámara interna (3) está dispuesto un
dispositivo agitador (1) que presenta varios órganos de agitación
(2), por ejemplo dos de dichos órganos distribuidos a lo largo del
eje (60), cuyos órganos de agitación tienen forma de ruedas de
paletas. El eje (4) del agitador (1), coaxial con el eje (60), está
conectado en este caso en el extremo que atraviesa la pared de
cierre (36) con un dispositivo de accionamiento no mostrado en el
dibujo.
En la pared de cierre (35) de la cámara de
molturación (50) se encuentra un dispositivo separador (80) coaxial
con respecto al eje (60) que está unido a un accionamiento externo
(18). Este accionamiento externo (18) desplaza el dispositivo
separador (80) en un movimiento de giro independiente del agitador
(1). La salida (38) para el material molido conduce coaxialmente
con el eje (60) desde el dispositivo separador (80) a la guía
giratoria (17).
En la pared de cierre (35) se encuentra una
junta de estanqueidad (45) que garantiza que no sale material de
molturación conjuntamente con cuerpos de molturación hacia fuera del
intersticio anular entre el dispositivo separador (80) y la pared
de cierre (35). Dicha junta de estanqueidad (45) corresponde a las
exigencias dimensionales de los cuerpos de molturación \leq 0,1
mm.
Tal como se puede apreciar en las figuras 1, 2a
y 2b, el dispositivo separador (80) presenta un disco circular
montado sobre el eje (9) y fijado sobre éste de manera desmontable
un disco circular (5) y dirigido a la pared de cierre (35) un disco
circular (7) con una salida tubular (38) para el material, coaxial
con el eje (60), que atraviesa la pared de cierre (35) y termina en
la guía giratoria (17).
Ambos discos (5) y (7) del dispositivo separador
(80), dispuestos paralelamente entre sí, se encuentran con una
determinada separación entre sí. Ésta es determinada mediante varios
elementos de desplazamiento o aletas (12), distribuidos de forma
simétrica alrededor del punto medio del disco, que conducen desde el
borde del disco hacia adentro, que se han mostrado de forma
arqueada según la vista en planta. En un ejemplo de realización
preferente según las figuras 2a, 2b el disco circular (7) se asienta
sobre las aletas (12) y está unido por intermedio de éstas con el
disco (5) de manera desmontable o no desmontable.
En un recinto hueco de forma circular (8) entre
los discos (5) y (7) puede estar dispuesta además una jaula anular
(10) con un anillo de chapa de rejilla (6) dispuesto en su
superficie externa. La jaula anular (10) quedará presionada y
estanqueizada en este caso preferentemente mediante anillos tóricos
(11) y puede estar montada optativamente con o sin anillo de chapa
de rejilla (6). La elección de la utilización del anillo (6) puede
ser adecuada a las características correspondientes del
producto.
En el funcionamiento de un molino de bolas con
agitador que presenta la cámara de molturación (50), se conducirá a
través de la entrada (37) y según la flecha (71) un material a moler
o un material en forma líquida a dispersar en un líquido,
efectuándose la alimentación de manera continua en el recinto
interno (3) de la cámara de molturación (50) siendo conducida desde
ésta a la salida (38) para el material molido. Esta aplicación puede
tener lugar por ejemplo de manera preferente en productos de
nanotecnología aunque también en suspensiones de colorantes,
colorantes para pinturas, colorantes de impresión, productos
químicos agrícolas, suspensiones de materiales de carga, masas de
recubrimiento de cintas de vídeo, cosméticos, artículos
alimenticios, productos farmacéuticos o microorganismos. Los
cuerpos de molturación existentes en la cámara interna (3) de la
cámara de molturación (50) realizan la molturación y/o la
dispersión durante el funcionamiento del molino de bolas con
agitador del material guiado de manera continua a través de la
cámara de molturación (50), después de lo cual el producto generado
en la cámara de molturación abandona dicha cámara en una corriente
líquida continua que atraviesa el dispositivo separador (80) según
la flecha (72). La utilización de cuerpos de molturación de
dimensiones mínimas D \leq 0,1 mm está destinada principalmente a
la rotura de aglomerados y agregados sin la destrucción de las
partículas primarias.
El dispositivo separador (80) accionado en
rotación por el dispositivo motriz (18) en la dirección de la flecha
(81) (figura 2a) está construido y dimensionado de forma tal que la
mezcla constituida por los cuerpos de molturación y el material
molido y/o dispersado entra en el recinto intermedio entre ambos
discos (5) y (7) después de lo cual, a causa de la fuerza
centrífuga y de las diferentes densidades, los cuerpos utilizados
para la molturación son alimentados a través de los elementos de
impulsión (12) separadamente del material molido en regreso al
recinto interno (3) de la cámara de molturación (50). El material
molido, por su parte, llega a través del recinto hueco circular (8)
del dispositivo separador (80) a la salida de material (38) donde
abandona la cámara de molido (50). Por la rotación del dispositivo
separador (80) el producto debe superar en el paso de dicho
dispositivo separador una presión relativa antagonista de la fuerza
centrífuga. Esta presión que según la situación de trabajo se
encuentra entre 0,5 y 3 bar, será generada por la bomba de
alimentación que no se ha mostrado. El cuerpo envolvente del
dispositivo separador (80) e incluso la junta de estanqueidad (45)
sobre el eje de impulsión (9) deben estar construidos de manera
correspondiente a esta carga, siendo para el eje necesario, en la
mayor parte de casos, la utilización de un doble retén anular
deslizante.
Para separar los cuerpos de molturación son
determinantes las dimensiones funcionales, la velocidad periférica
del dispositivo separador (80) y las velocidades de paso radiales en
los canales de circulación. La velocidad periférica es determinada
por el régimen de giro. La velocidad de paso del fluido resulta de
la sección transversal libre y de la corriente volumétrica del
producto a través de la bomba.
La cámara de molturación (51) mostrada en la
figura 3 corresponde de manera esencial a la cámara de molturación
de acuerdo con la figura 1. Es decir, el dispositivo separador que
se ha designado con el numeral (82) se encuentra en oposición al
agitador (22) en un eje de accionamiento separado y conduce la
salida (39) del material molido, coaxialmente con respecto al eje
(61) del dispositivo separador (82), a la guía rotativa (17). El
dispositivo de accionamiento (28) está dispuesto en este caso
paralelamente al eje (61) y desplaza el eje de soporte del
dispositivo separador (83) con intermedio de un dispositivo
reductor/multiplicador a una velocidad de giro independiente del
agitador (22). Adicionalmente se ha dispuesto en esta variante un
separador de criba (65) que actúa además en la separación de los
cuerpos de molturación situados sobre la criba (6), de manera que
no se produce elevación de presión perjudicial alguna y todos los
cuerpos de molturación pueden ser enviados nuevamente a la cámara
de molturación por el movimiento giratorio del dispositivo separador
(82).
El dispositivo separador (85) mostrado en la
figura 4, que adopta forma de rueda de paletas, se diferencia de
los dispositivos separadores anteriormente descritos (80) y (82) por
el hecho de que entre los elementos de aletas arqueados (12) se han
previsto adicionalmente elementos impulsores rectos o ligeramente
arqueados (86), que se extienden desde el borde del disco hacia el
interior. De esta manera se consigue una corriente secundaria en el
interior.
Se debe indicar en este punto que para la
rotación del dispositivo separador contraria a la dirección de giro
del eje del agitador, los elementos impulsores en oposición a los
elementos (12) y (86) mostrados en las figuras 2 y 4, están
construidos o bien dispuestos, evidentemente, de forma
simétrica.
El sistema de separación según la presente
invención para un molino de bolas con agitador para cuerpos de
molturación de dimensiones mínimas con un diámetro D \leq 0,1 mm
presenta, al contrario que en los sistemas separadores conocidos,
las siguientes ventajas:
- -
- La retención de los cuerpos de molturación de dimensiones mínimas en la cámara de molturación se garantiza mediante el ajuste regulado de la velocidad de giro del dispositivo separador independientemente del régimen de giro del agitador.
- -
- Se reducen los problemas de fabricación de los elementos constructivos.
- -
- Se reducen los problemas de taponamiento en la criba de ranuras y en la chapa de cribado por la utilización de simples telas delgadas o bien se eliminan totalmente por la supresión de las cribas.
- -
- La carga de las piezas de separación es insignificante.
- -
- No existe desgaste en las ranuras de rozamiento.
- -
- Se eliminan los problemas de fabricación de una construcción de ranuras de rozamiento muy estrechas y precisas.
Se debe hacer observar en este punto que los
elementos descritos en base a las figuras 1 a 3 tales como cámaras
de molturación, órganos agitadores y separadores, son solamente
opciones de un número mayor de formas de realización posibles de la
invención y que pueden ser modificadas desde diferentes puntos de
vista.
Así por ejemplo, los dispositivos separadores
(80) y (82) pueden ser dotados de manera opcional con o sin
elementos transportadores rectos (86), los elementos transportadores
(12) y (86) pueden estar fijados en los discos (5) ó (7) o, de
manera opcional, los dispositivos separadores pueden estar dotados o
no de anillos de chapa de cribado (6). Asimismo, las dimensiones de
los dispositivos separadores dependen de las velocidades
periféricas escogidas y pueden variar notablemente de un caso a
otro.
Además, los órganos agitadores descritos pueden
ser combinados en su número entre sí y/o con otros órganos
agitadores de tipo conocido y la cámara de molturación puede ser
dotada también adicionalmente de válvulas de descarga de presión o
similares para equilibrar las variaciones momentáneas de presión,
especialmente aumentos de presión. Finalmente, la pared
longitudinal de la cámara de molturación puede quedar rodeada
adicionalmente por un faldón cilíndrico que constituye
conjuntamente con aquélla un recinto intermedio que tiene sección
circular en la que se puede conducir un líquido de refrigeración o
de calentamiento para el enfriamiento o calentamiento del material
que se encuentra en la cámara interna.
Claims (7)
1. Molino de bolas con dispositivo agitador, en
disposición horizontal y de funcionamiento continuo, para la
molturación fina y ultrafina, que tiene una cámara de molturación
cilíndrica o cónica (50, 51) que sirve para recibir cuerpos de
molturación, estando dotada de una entrada de material (37)
dispuesta en el extremo de la cámara de molturación (50, 51) y que
se abre hacia el interior (3) de la cámara de molturación (50, 51),
estando dotada de una salida de material dispuesta en otro extremo
de la cámara de molturación y que conduce hacia afuera de dicha
parte interior (3) y que tiene un agitador que comprende una serie
de elementos agitadores (2) y que es coaxial con el eje (60) de la
cámara y poseyendo asimismo un sistema separador impulsado
separadamente que está dispuesto más arriba de la salida del
material, y que comprende un dispositivo separador dotado de dos
discos circulares (5, 7) que están dispuestos coaxialmente con el
eje (61) de la cámara y entre los cuales están dispuestos una serie
de elementos de impulsión o paletas distribuidos simétricamente
alrededor del centro del disco, caracterizado porque los
dispositivos separadores (80, 82) están montados sobre un eje hueco
(9) que es independiente del agitador (1, 22) y en cuya cavidad está
dispuesta la salida de material (38, 39) y porque los elementos de
alimentación o paletas (12, 86) se extienden desde la periferia del
disco hasta las proximidades de la salida del material y durante el
funcionamiento del dispositivo separador someten a la mezcla de
material/cuerpos de molturación a una contrapresión en cuyo caso,
teniendo en cuenta la fuerza centrífuga y las diferentes
densidades, los cuerpos de molturación son separados del producto y
enviados nuevamente al recinto interior (3).
2. Molino de bolas con agitador, según la
reivindicación 1, caracterizado porque los elementos de
alimentación o paletas son arqueados.
3. Molino de bolas con agitador, según la
reivindicación 2, caracterizado porque además de los
elementos de alimentación o paletas (12) se disponen también
elementos rectilíneos, o más o menos rectilíneos, de alimentación o
paletas (86), y estos se extienden hacia adentro desde la periferia
del disco.
4. Molino de bolas con agitador, según la
reivindicación 1, caracterizado porque los dos discos
circulares (5, 7) están conectados entre sí de forma desmontable o
no desmontable.
5. Molino de bolas con agitador, según las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque una jaula anular
(10) queda dispuesta entre los dos discos circulares (5, 7) girando
conjuntamente con los mismos y rodeando una cavidad circular
(8).
6. Molino de bolas con agitador, según la
reivindicación 3, caracterizado porque un anillo de chapa de
cribado (6) queda dispuesto en la jaula anular (10).
7. Molino de bolas con agitador, según la
reivindicación 6, caracterizado porque un separador de
cribado (65) queda dispuesto en la pared terminal (35) por medio
del cual cualesquiera cuerpos de molturación y material de
molturación que se puedan adherir a la criba son retirados o bien
mantenidos en movimiento.
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