MX2008011541A - Aparato y metodo para la formacion de pellas de cera y materiales de tipo cera. - Google Patents

Abstract

Se describen un aparato y método para la formación de pellas de ceras, materiales de tipo cera y otros materiales teniendo un punto de fusión pronunciado, que incluyen un recipiente para formar la cera a un material fundido caliente. Un cambiador térmico después enfría la cera fundida a una temperatura justo por arriba de su temperatura de fusión. La cera líquida enfriada es alimentada a un extrusor, el cual además reduce la temperatura y mezcla de cera líquida a una cera sólida extruible concienzudamente mezclada. La cera sólida después es extruida a través de orificios de dado de una placa de dado hacia una cámara de corte, y un cortador giratorio que coopera con la cara de dado de la placa de dado corta las hebras de cera sólida extruida en pellas. La placa de dado, la cámara de corte y el cortador giratorio pueden tener la misma estructura como un formador de pellas subacuático, pero operando sin agua o líquido como un formador de pellas de cara seca. De esta manera, las pellas de cera formadas caen fuera de la cámara de corte por gravedad a través de una abertura en el fondo de la misma.

Description

APARATO Y METODO PARA LA FORMACION DE PELLAS DE CERA Y MATERIALES DE TIPO CERA SOLICITUD RELACIONADA Esta, solicitud está intitulada a y de esta forma reclama la prioridad de la solicitud provisional de E.U.A. co-pendiente Serie No. 60/780,348, presentada el 9 de Marzo del 2006.

CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere en general a un aparato y método para la formación de pellas de ceras y materiales de tipo cera. Más específicamente, la presente invención se refiere a un aparato y método para la formación de pellas a partir de ceras y materiales de tipo cera extruyendo la cera o el material similar a cera a través de orificios en una placa de dado y cortar las hebras extruidas con un cortador giratorio similar a un formador de pellas sub-acuático pero sin agua, en la naturaleza de formación de pellas de "cara caliente" o "cara seca", y con la cera o el material tipo cera en un estado sólido.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Existe un número de métodos comunes, en la fabricación de cera para obtener la cera en una condición o forma para empacar, trasportar y utilizar y/o alimentar en procesos subsecuentes, la mayoría de los cuales probablemente toman lugar en otras ubicaciones. Las formas comunes son las siguientes. A) Ladrillos y Tortas: Esta forma probablemente es el proceso más antiguo y más elemental. Básicamente, la cera fundida es vaciada en un molde de una forma deseada tal como circular, rectangular, etc., y se deja enfriar. Las desventajas de este método de fabricación incluyen el riesgo de derrame y salpicadura en operadores, períodos largos de almacenamiento y mucho espacio para enfriar, riesgo de contaminación durante el vaciado y generalmente dicha técnica es de un trabajo muy intenso. Después cuando se utilizan estos ladrillos o tortas, la masa total es grande y de esta manera utiliza botes de fusión y tiempo para volver a fundir la cera. El agregar más ladrillos a un recipiente existente parcialmente lleno de cera liquida también incrementa el riesgo de salpicaduras a los operadores. Los métodos de dosificación y transporte no son muy sofisticados. B) Granulos: El proceso de granulación involucra torres muy altas (y de esta manera edificios) con largas extensiones de tubería aislada, las cuales básicamente utilizan ciertas boquillas de aspersión de atomización. La cera rociada generalmente libre cae en una corriente cruzada de gas enfriado a una distancia necesaria para enfriar las gotas de cera a un estado sólido. Dependiendo de la cera y de cómo se ajustan los elementos, este método puede producir partículas finas de tipo perlas pequeñas de tipo polvo a pellas con un tamaño de 2 a 3 mm. Este proceso tiende a trabajar bien con óptima flexibilidad cuando las ceras son de los tipos de viscosidad más baja. Sin embargo, a medida que las viscosidades se incrementan existe el reto de obtener el concepto de aspersión para trabajar, ya que la cera puede preferirse que sea vaciada como una corriente o tira sólida. Además, ya que estas torres son muy altas, se requieren de un espacio considerable (en altura y volumen) y trabajo de construcción. Además, el enfriamiento de gas no es la forma más eficiente para procesar polímeros. De esta manera, se requiere de una considerable energía para hacer las funciones de enfriamiento y circulación de gas, más existe una gran cantidad de aislamiento de construcción requerido para dichas instalaciones grandes y especialmente en ubicaciones en donde las temperaturas ambientales son demasiado altas. C) Tablilla y Obleas: Esta forma es el resultado de bombear y/o extruir la cera fundida como una hebra (s) continúa sobre una banda, usualmente una banda de acero, sobre la cual la energía, térmica es absorbida por la banda desde la cera hasta que la cera se solidifica. Al final de la banda, la hebra o tira de cera (ya que la hebra tiende a aplanarse) es alimentada hacia un cortador, cortando así las tiras en tablillas u obleas. La desventaja aquí otra vez es la ineficiencia. A medida que la hebra cae por abajo de la banda, la superficie de contacto rápidamente se enfría/solidifica. Pero esto forma una capa limitante que tiene. a aislar el resto de la cera sobre ella. De esta manera, el proceso de enfriamiento se alenta a medida que la cera permanece sobre la banda sin ninguna agitación o remoción/renovación de superficie de enfriamiento. Como resultado, las bandas de acero que deben tener un acabado pulido (como un espejo) pueden ser muy largas y anchas para tener una velocidad apropiada de producción. Estas bandas pulidas de precisión pueden ser muy costosas y muy susceptibles a daño, y requieren de tremendas unidades de soporte de enfriamiento. Las bandas pueden abarcar mucho espacio de piso y en el caso de incremento de velocidad (o incremento de viscosidad) necesitan mucho más y más longitudes que requieren que los pasillos sean cambiados en representación de planta o peor. Con respecto a grados de cera con viscosidades altas y muy altas, tienden a requerir que las líneas de banda existentes se alenten significativamente, con el fin de incrementar la exposición al tiempo de enfriamiento, dando como resultado asi la pérdida considerable en el rendimiento de producción. Además, durante las épocas húmedas o en lugares en donde la humedad es alta, las bandas de acero muy frías pueden sufrir de desarrollo de condensación, haciendo así que las ceras se humedezcan (y usualmente no existe ninguna capacidad de secado). Para compensar, se puede instalar una cubierta costosa sobre y alrededor del proceso de banda. Pero esto debe presentar el control del clima. Y con dicha cubierta, el producto es expuesto a polvo, insectos y otros contaminantes, que serán embebidos en las ceras aún fundidas. También existe una exposición incrementada a la oxidación a la temperatura elevada con o sin la cubierta. D) Pastillas: Este proceso también utiliza un principio de banda de acero. Como tal, muchas de las desventajas son iguales como se describió anteriormente para el método de "tablillas y obleas". Una diferencia importante es la forma final del producto de cera que se asemeja más a una pella o forma de lente, y el producto final tiende a ser muy uniforme. En forma inversa, este proceso, el cual utiliza el principio de caída de "gotas" de cera sobre la banda, está aún más limitado cuando se acercan a grados de viscosidad muy alta en donde el producto de cera más bien puede vaciarse sobre la banda en lugar de dejarse caer sobre la banda. De esta manera, este proceso tiene, a ser limitado a la escala de viscosidad de extremo baja. Además, los tamaños de la "pastilla" pueden ser muy limitados; representando que se hace menos eficiente y práctica para el proceso de banda para hacer tamaños de "micro-pella". E) Pellas v Polvo: Algunas aplicaciones del proceso de granulación pueden producir tamaños de "casi polvo" o hacer tamaños de casi pella (como de 2 a 3 mm), que después se pueden moler a un polvo. Algunas ceras son de una viscosidad suficientemente alta, también teniendo una suficiente resistencia de fusión y una amplia escala de temperatura de estado líquido a sólido para ser adecuadamente formadas en pellas, tal como a través de un proceso de formación de pellas subacuático. Para dichos grados de cera, pueden ser vendidos ya sea en la forma de pella (como aproximadamente 3 mm de diámetro) o pueden ser molidos a una forma de polvo fino. Sin embargo, los esfuerzos para formar pellas laceras utilizando un formador de pellas subacuático y un equipo secador centrífugo ha obtenido resultados mezclados, y en muchos casos, la metodología de formación de pellas subacuática ha producido resultados no exitosos. La mayoría de las ceras tienen puntos de temperatura de líquido a sólido muy bajos, con relación a muchas resinas, polímeros, plástico, y materiales de tipo elastómero y sus compuestos que pueden ser formados a pellas con la tecnología de formación de pellas subacuática. El problema básico para la formación de pellas subacuática de ceras es el hecho que muchas de estas ceras van de una viscosidad extremadamente baja (mucho más baja que la normalmente observada en los otros polímeros antes mencionados) a un sólido dentro de una escala muy estrecha de temperatura, típicamente de aproximadamente 5°C a aproximadamente 20°C. En contraste, la banda o escala de temperaturas para muchos de los otros polímeros en donde es aplicable la formación de pellas subacuática en mucho más amplia desde un estado más líquido a un estado más sólido. Para los propósitos de esta solicitud, los materiales que tienen una estrecha escala de temperatura para un cambio de estado líquido/sólido son denominados como teniendo un "punto de fusión pronunciado". Los materiales que exhiben este punto de fusión pronunciado en combinación con un baño de fusión muy bajo a temperatura de transición sólida incluyen la mayoría de las ceras. Estas propiedades pueden ocasionar serios problemas cuando se intenta formar pellas a partir de ceras utilizando un equipo de formación de pellas subacuático. El problema principal es que la cera pasa a través de la placa de dado (una placa de metal con un círculo o círculos relativamente concéntricos de orificios de extrusión), la cera tenderá a congelarse dentro de los orificios de extrusión. Esto es causado por el hecho de que la formación de pella subacuática utiliza un flujo de agua a través de la cara de placa de dado para actuar como un medio de extinción para las hebras extruidas que salen de los orificios del dado, y como un medio de transporte una vez que las hebras son cortadas a pellas en el punto de salida del orificio a través de las cuchillas giratorias del cortador del formador de pellas. Esta congelación ocurre porque el agua que fluye a través de la cara de dado está a una temperatura normalmente mucho más baja que la temperatura de líquido o de fusión del producto extruido de cera. De esta manera, a manera que la hebra de cera pasa a través del orificio de extrusión del dado, la hebra pierde mucha de su energía térmica interna restante hacia la pared del orificio de extrusión de dado a medida que s acerca a la salida. Y debido a su punto de fusión pronunciado, la cera se transporta muy rápidamente hacia un estado sólido antes de salir del orificio, creando así un bloqueo en ese orificio. Como resultado, la contrapresión que fuerza a la cera hacia y a través de los orificios de dado se incrementa y la velocidad a través de cualquiera de los orificios de flujo abiertos restantes también se incrementa. Otros orificios pueden continuar la congelación y el bloqueo hasta que se logran cierto tipo de velocidad de equilibrio y contrapresión, para mantener así generalmente cualquiera de los agujeros no bloqueados restantes abiertos. Esta situación es muy imprevisible para el proceso de formación de pellas, y produce pellas de tamaño no uniforme. De esta manera, el proceso es muy inestable para continuar. Además, el incremento en la contrapresión causa deslizamiento dentro del equipo de bombeo corriente arriba, lo cual puede ocurrir fácilmente debido a las viscosidades muy bajas de la cera en el estado fundido/líquido. La pérdida de velocidad desde la bomba hacia el dado además complica la emisión de alcanzar un estado de equilibrio, y de esta manera agrega además inestabilidad al proceso. Además, el equipo de bombeo mientras trabaja para crear presión y flujo de la cera, mientras experimenta deslizamiento, agregará más energía a la cera, conduciendo asi a la viscosidad ya baja, aún más baja, haciendo más difícil de establecer un sistema de corrido estable con resultados pronosticables de formación de pellas. Otro problema más asociado con la formación de pellas a partir de ceras es que una propiedad común de la mayoría de las ceras, a diferencia de muchos de los polímeros/plásticos en donde los formadores de pellas subacuáticos trabajan bien, es que tienen una "resistencia de fusión" muy baja. Para los propósitos de esta solicitud, el término "resistencia de fusión" pretende definir la habilidad del material para permanecer junto después del impacto de las cuchillas de corte a alta velocidad, para cortar el polímero o hebra de cera a medida que sale del orificio del dado. En otras palabras, a medida que la hebra se enfría desde la influencia del agua del proceso, la pella está ganando resistencia para mantenerse junta para poder formarse a una pella. En el caso de muchas ceras, la resistencia de fusión es casi no existente, y a medida que la hebra de cera líquida o semilíquida sale del orificio del dado, el impacto de la cuchilla cortadora al tratar de cortar la hebra en una pella en realidad ocasiona una explosión de impacto o fracturación de la pella a muchos fragmentos. Este efecto produce una geometría sólida de cera del tipo de un coco en tiras o partículas finas similares, y/o una combinación de los dos. Aún si el coco en tiras o partículas de tipo fino pudiera ser aceptable, existe el problema de cómo hacer que dichas partículas de cera se separen del agua y se sequen. Los secadores centrífugos estándares que típicamente soportan al formador de pellas subacuático no pueden ser utilizados efectivamente. Por ejemplo, con muchos grados de cera en donde la geometría de pella adecuada/normal puede ser lograda por un formador de pellas subacuático, tal como un cilindro con un diámetro de 3 mm, lente o esfera, estas pellas de cera pueden romperse al entrar al secador centrífugo a las temperaturas de agua de proceso más frías, rompiendo así las pellas y ocasionando el desperdicio de partículas finas o polvo. En forma inversa, si la temperatura del agua se calienta para reducir la ruptura, la temperatura más alta hace que las pellas se ablanden y más probablemente raspen las partículas de las superficies de la pella de cera a medida que pasan a través del secador, produciendo así partículas finas y polvo. Otro aspecto problemático asociado con el uso de un secador tipo centrífugo puede ser los efectos de deformación de pella dentro del secador. Esto puede ser un aspecto cada vez que la temperatura de deformación del material esté por abajo del material en el momento que pasa hacia y a través del secador centrífugo. El problema más común observado es que el material queda embebido sobre o en los tamices del rotor del secador, lo cual conduce a que los tamices queden taponeados con el tiempo con los materiales. Esta inhibición y/o taponamiento reduce o finalmente elimina la habilidad del secador para secar lo suficiente el material para empaque, almacenamiento o procesamiento subsecuentes.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Durante el trabajo experimental, se observa otra propiedad o característica de las ceras. Específicamente, después de pasar de un líquido diferente a un sólido diferente, la cera sólida sigue siendo muy maleable. Aunque no pudiera fluir en el sentido de un líquido ni fácilmente pudiera adherirse conjuntamente, fácilmente puede ser "trabajada en frío" a otra forma y normalmente podría retener esa forma. Como se utiliza aquí, el término "trabajada en frío" significa cualquier forma de procesamiento de deformación mecánica realizado en un plástico o material de polímero por debajo de su temperatura de fusión. También es evidente que la maleabilidad o capacidad de trabajo en frío se incrementa a medida que la temperatura del sólido es más alta y de forma inversa la maleabilidad se reduce a medida que la temperatura del sólido se reduce.

Además, se ha encontrado que las ceras pueden ser extraídas a través de placas de dado de formador de pellas subacuático convencionales mucho más fácil como un material de cera sólida, en lugar de un material líquido o fundido convencional. En realidad, el material de cera sólida a medida que es extruido a través de los orificios de dado forma buenas hebras que no se fusionan fácilmente entre sí, por lo menos no bajo su propio peso. En vista de lo anterior, el equipo corriente arriba de la placa de dado, por lo tanto, es modificado para tomar la cera liquida caliente de un reactor o recipiente de mezclado, o cualquier cosa que se utilice para producir o fundir y/o mezclar la cera, y después enfriar la cera a un estado sólido lo más eficientemente posible. Después, con la cera en una condición sólida pero muy maleable, puede ser presurizada para ir a través de la placa de dado en ese mismo estado sólido. De acuerdo con la presente invención, la condición maleable de la cera de estado sólido permite una alta deformación plástica del material maleable en compresión sin fractura. Sobre el lado del formador de pellas de la placa de dado, con la cera ya en un estado sólido, ya no es necesario el efecto de extinción del agua. De esta manera, el formador de pella subacuático es convertido a un formador de pellas de "cara seca". Las cuchillas cortadoras en la masa del cortador giratorio cortan las nuevas hebras sólidas a medida que salen de los agujeros de extrusión de la placa de dado, pero no hay necesidad de enfriamiento/extinción simultánea con agua. Además, en el estado sólido, la cera tiene una suficiente resistencia de fusión que no se destroza a medida que las cuchillas cortadoras la impactan. Un equipo formador de pellas subacuático típico útil en la presente invención se ¡lustra en las Patentes de E.U.A. Nos. 5,059,103 y 7,033,152, también de propiedad del cesionario de esta solicitud, las descripciones de las cuales se incorporan expresamente aquí para referencia en su totalidad, como se establece. Ya que el proceso con agua ya no se utiliza más, las pellas simplemente caen hacia abajo por gravedad, a través de una abertura en el fondo en la cámara de cote, después de ser cortadas por el cortador giratorio. Cuando caen fuera de la cámara de corte, las pellas de cera preferiblemente caen sobre una banda transportadora, tal como una de tipo de banda o neumático, para transportar las pellas lejos del equipo de formación de pellas, hacia un tamiz de pellas, enfriador y/o unidad de empaque. Otra vez, ya que no se requiere más agua para la extinción, entoncés la circulación/filtración del agua y el sistema de control de temperatura del agua ya no son más requeridos. También ya no se requiere el equipo de deshidratación y secado, de esta manera se puede realizar un número importante de ventajas. Por ejemplo, estas ventajas incluyen: • Un costó de equipo capital menor para el sistema de formación de pellas; • Consumo reducido de energía por el sistema de formación dé pellas; • Menos espacio en piso requerido para el sistema de formación de pellas; • Ya que el agua ya no esta involucrada, ya no se toma más en consideración emisiones sobre el consumo de y aspectos ambientales del drenaje del agua del proceso; • Otra vez, ya que no está involucrada agua, ya no son de consideración emisiones sobre la deshidratación y el logro de un nivel de humedad de superficie de pella deseado; y. • La instalación de planta del sistema de formación de pellas es menos complejo. En el formador de pellas y el mismo equipo de placa de dado se realizan más ventajas, tales como: • El número y/o tamaño de los agujeros del dado puede ser incrementado y la "velocidad por agujero" se reduce de manera que se controla o además se reduce las contrapresiones. En un proceso subacuático, normalmente es importante mantener una alta velocidad o régimen por agujero con el fin de reducir al mínimo el riesgo de congelación del dado. Esto ya no es una preocupación en el proceso de acuerdo con la presente invención. · Se puede utilizar un motor de formación de pellas más pequeño y/o se consumirá menos energía por parte del motor del formador de pellas. Una porción importante de la carga de amp de un motor de formador de pella subacuático es requerida para solo hacer girar las cuchillas cortadoras en el agua. En forma inversa, el acto de solo hacer girar las cuchillas cortadoras en el aire requiere una cantidad mínima de energía. • Se pueden producir fácilmente pellas de cera de tamaño normal adecuadas con un tamaño de 2-3mm. Se pueden producir más confiablemente y con pronostico aún micro-pellas, con un diámetro de aproximadamente 1mm.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una ilustración esquemática de una modalidad del equipo para realizar el proceso de formación de pellas de cera de la presente invención. La Figura 2 es una ilustración pictórica del equipo utilizado para realizar el proceso de formación de pellas de cera de la presente invención. La Figura 3 es una ilustración pictórica del equipo utilizado para conducir pruebas del aparato y método de la presente invención. Las Figuras 4A-4H son fotografías que ilustran el producto producido durante las pruebas del aparato y método de la presente invención utilizando el equipo ilustrado en la Figura 3.

DESCRIPCION DETALLADA DE MODALIDADES PREFERIDAS Aunque las modalidades preferidas de la invención serán explicadas con detalle, se debe entender que son posibles otras modalidades. Por consiguiente, no se pretende que la invención quede limitada en su alcance a los detalles de construcciones y disposición de componentes establecidos en la siguiente descripción o ilustrados en los dibujos. La invención es capaz de otras modalidades y de ser practicada o realizada en varias otras formas. También, al describir las modalidades preferidas, la terminología específica será limitada por claridad. Se debe entender que cada término específico incluye todos los equivalentes técnicos que operan en una forma similar para lograr un propósito similar. Cuando es posible, los componentes de los dibujos que son similares se identifican por los mismos números de referencia. Haciendo referencia a la Figura 1, se ¡lustran esquemáticamente los componentes de equipo para realizar el proceso de formación de pellas de cera de la presente invención. Cada uno de los componentes del equipo como se utiliza de acuerdo con la presente invención se discute más adelante, en donde números de referencia similares se refieren a componentes en la Figura 1. El equipo corriente arriba, tal como un reactor, recipiente de mezclado y algún tipo de maquinaria de tipo fusión/mezclado para formar cera fundida caliente esta designado con el número 1. En el extremo de descarga 2 del reactor 1, la cera está a su temperatura de fusión más alta y viscosidad más baja, y está en un estado muy líquido. Una bomba de baja viscosidad 3 crea una presión suficiente y flujo para enviar la cera a través de cualquier elemento de filtración 4 necesario, primer enfriador de etapa 5 y hacia el inicio del segundo enfriador de etapa 8, o cambiar a otro proceso de manejo de cera o regresar al recipiente o equipo corriente arriba mediante la válvula desviadora 7. La primera etapa de enfriamiento básicamente es un cambiador térmico del cual existen muchos tipos que podrían calificar, incluyendo de tipo de placa y marco, tipo de bobina, tipo de pared raspada, tipo de tubo de estilo con forma de U con o sin mezcladores estáticos, y de tipo de cubierta y tubo con o sin mezcladores estáticos. El tipo de cubierta y tubo con mezcladores estáticos se prefiere para efectos de enfriamiento más eficientes. El cambiador térmico puede ser soportado por un sistema de aceite caliente o de agua caliente apropiadamente diseñado y dedicado. Teniendo en mente que la cera entra al cambiador térmico en o cerca de la temperatura más alta, y de esta manera un estado más líquido, si esta apropiadamente diseñado, el cambiador térmico remueve la mayor parte de la energía térmica interna hacia abajo a un punto de temperatura conocido justo por arriba en donde la cera cambiará del estado líquido al sólido. Preferiblemente, el cambiador térmico en el primer enfriador de etapa debe reducir la temperatura de la cera por abajo de aproximadamente 5°C o menos por arriba de la temperatura de transición de cera de líquido a sólido, con el fin de que la cera permanezca líquida lo suficiente para tener un buen flujo no obstruido hacia y a través del siguiente equipo corriente abajo. Se pretende que el cambiador térmico del primer enfriador de etapa sea el enfriador más eficiente, de manera que el segundo enfriador de etapa tiene una cantidad menor de enfriamiento para trabajar.

T Un medidor de flujo 6 opcional preferiblemente sigue al primer enfriador de etapa con el fin de que pueda hacer ajustes en la velocidad de flujo en la bomba 3 corriente arriba para cambiar u optimizar las condiciones corriente abajo, tal como en el formador de pellas 10 o dentro del segundo enfriado de etapa 8. La válvula desviadora 7 puede tener una o más salidas. Su primera salida es hacia la cámara de entrada del segundo enfriador de etapa 8. Una o más de otras salidas pueden estar hacia un contenedor de drenaje y/o servir como una condición surtidora en otro proceso y/o a una línea de ciclo de recirculación de regreso a los orígenes del proceso corriente arriba. La válvula desviadora 7 está sincronizada con el equipo de proceso corriente abajo, de manera que puede enviar cera líquida hacia la misma, cuando está lista para arrancar y hacer correr o detener el flujo cuando está listo para detenerse, y/o sirve como un desviador de emergencia en el caso en el que el flujo deba retenerse abruptamente en el equipo/proceso corriente abajo. El segundo enfriador de etapa 8 se define mejor en cinco partes. La primera, la cámara de entrada 8a debe ser encamisada con calor para controlar con precisión la temperatura de la cera líquida con el fin de evitar que la cera se solidifique en esta unión, sin agregar ninguna energía térmica con el fin de removerla posteriormente. La cámara de entrada permite una inspección visual por parte de los operadores, y aún mantiene cualesquiera polvos, impurezas y aire ambiental no deseados que puedan ocasionar degradación o problemas de contaminación. También es para contener un control de nivel con funciones de alarma para alertar a los operadores de cualesquiera emisiones potenciales y/o activar automáticamente la válvula desviadora 7 corriente arriba, y/o detener la bomba 3, hasta que se hayan realizado un servicio u otro ajustes. Después esta la sección de enfriamiento 8b. A medida que la cera va hacia y a través de esta sección, se expone a temperaturas de enfriamiento por abajo de su temperatura de transición de líquido a sólido y de esta manera hacia las temperaturas de fase sólida. El enfriamiento del equipo debe ser ajustable para que varios grados de cera puedan correr. El tamaño y presentación de los elementos dentro de la sección de enfriamiento puede variar para cada aplicación de cera, de manera que existe una exposición óptima a las superficies de enfriamiento, las capas enfriadas se mueven y se intercalan con las capas más calientes de cera en una mezcla relativamente homogénea, después regresan a la superficie de enfriamiento para una mayor reducción de energía térmica. Este proceso es repetido una y otra vez por debajo de la longitud del equipo de enfriamiento, todo mientras se frota a sí mismo para limpiar o elimina la cera enfriada "más vieja" para formar un espacio para la entrada de cera "nueva" caliente/tibia. Estas funciones se logran mientras se coloca un mínimo absoluto de energía de trabajo en el material, de manera que el calor no regresa a la cera. A medida que el foco se desplaza del enfriamiento y la cera ahora está bien en su estado sólido, aún muy "maleable", el equipo en la sección 8c ahora debe enfocar hacia el diseño óptimo para empujar/presurizar o bombear la cera sólida hacia y a través del equipo corriente abajo, incluyendo un dado formador de pellas como un mínimo. Al mismo tiempo, se debe tener mucho cuidado para mantener cualquier entrada de energía de ser convertida a calor que pueda volver a fundir la cera. Además un accesorio de autolimpieza se prefiere durante esta parte del proceso también. Puede ser deseable, durante este segundo enfriamiento de etapa, que experimenta mezclado intensivo y re-mezclado con el fin de mantener las varias capas de cera a varias temperaturas intercaladas en un sólido homogéneo eventual, aún un producto maleable, agregar o "combinar" ciertos aditivos deseados como en 8d. Los aditivos pueden variar enormemente, incluyendo varios materiales, antioxidantes, colorantes, etc., otros grados de ceras, lotes maestros o concentrados en varias formas, tales como polvos o aún líquidos, ya sea precalentados o no. Estos aditivos pueden ser introducidos en el proceso a través de bombas de dosificación de líquido, alimentadores de tornillo, etc., y hacía la cámara de entrada o aún por arriba de esta, o inyectando bajo presión o no, hacia el lado y/o parte superior del enfriador, en cualquier parte a lo largo de las secciones 8b y/o 8c. Finalmente, el segundo enfriador de etapa debe ser soportado por un sistema de enfriamiento 8e apropiadamente dimensionado y confiable. Con respecto al segundo enfriador de etapa 8, este debe tener la habilidad de calentar así como de enfriar la cera presurizada. Si la máquina necesita ser detenida durante algún tiempo, y la cera pierde la mayor parte o toda de su energía térmica o toda la capacidad maleable necesaria para obtener la cera a través del equipo, entonces la cera tiene que volver a ser calentada a un estado líquido o al menos a una condición maleable, con el fin de reactivar el proceso otra vez. Preferiblemente, esta capacidad es desarrollada en cada componente de equipo o etapa del proceso con el fin de tener la capacidad de calentar el componente del equipo y por lo menos al principio o como sea necesario. Además del segundo enfriador de etapa 8, se debe diseñar una longitud total así como un diámetro debe ser suficiente para hacer que el enfriamiento de la cera o ceras objetivo sea procesado y a la velocidad suficiente para satisfacer los objetivos del producto del proceso completo. El equipo actualmente considerado adecuado para el segundo enfriador de etapa 8 es un extrusor, tal como uno de tipo de tornillo individual. Un extrusor con dos o más tornillos es preferido, y muy preferido es un extrusor de doble tornillo o de dos tornillos que esta co-girando y engranado. La válvula desviadora de polímero 9 es un componente común utilizado por arriba de un formador de pellas subacuático. Es útil, aunque no necesario, en la presente invención ayudar al extrusor a encenderse, con un mínimo de presión superior, y una vez corriendo permitir que el operador inspeccione la cera sólida y la condición de temperatura antes de que la cera vaya al formador de pellas. Después, una vez que la inspección considera al proceso corriente arriba como estable, pronosticable y la cera aparece a la temperatura óptima y capacidad de ser maleable, la válvula desviadora de polímero (PDV) después es cambiada para enviar el flujo de cera hacia la placa de dado y a las funciones del formador de pellas. Si existen problemas o emisiones en el formador de pellas, el dado o aún en el equipo de proceso después del dado, entonces la PDV normalmente es el primer componente activado para desviar el flujo de cera. El operador después puede hacer cualesquier ajustes necesarios rápidos sin detener las partes corriente ' arriba del proceso. O, el operador puede elegir detener la mayor parte o todas las partes del proceso corriente arriba hasta después de hacer los ajustes necesarios, servicios de reparación, etc. El formador de pellas y el dado 10 han sido explicados aquí anteriormente. La cera ahora es extruida en un estado sólido; el formador de pellas de cara seca ya no emplea más agua. Sin embargo, aquellos expertos en la técnica reconocerán que no todas las ceras tienen problemas para la formación de pellas subacuáticas. Además, los tipos y cantidades de aditivos pueden ser de tal grado/nivel de importancia que el compuesto de cera puede obtener dicha viscosidad más alta, lo cual puede hacer una mejor pella en un semi-sólido o semi-líquido o aún un estado liquido, durante el cual entonces se prefiere un formador de pellas de tipo subacuático. Por consiguiente, se contempla de acuerdo a la presente invención, que el formador de pellas 10 puede ser uno que fácilmente pueda ser convertido de un formador de pellas de cara seca a un formador de pellas subacuático, y viceversa.

Después de la formación de pellas de la cera, las pellas típicamente pueden caer sobre una banda transportadora 11 para ser transportadas. Puede haber ventiladores de enfriamiento colocados alrededor de la banda para ayudar a remover cualquier calor interno restante para llevar a las pellas más cerca de una temperatura ambiental antes de procesamiento o empaque. Opcional a las aletas de enfriamiento, se puede utilizar una banda refrigerada. Una alternativa para la banda transportadora (se pueden utilizar muchos otros tipos mecánicos) es una banda transportadora de aire utilizando ya sea aire congelado/enfriado o cualquier gas o a temperaturas ambiente también puede ser utilizado. Alternativamente, un medio de transporte de agua también puede probar ser benéfico, dependiendo de las circunstancias. El transporte de agua ciertamente podría ser un método de enfriamiento más rápido si la cera y/o las pellas compuestas de cera necesitan ser llevadas a temperaturas finales mucho más bajas y/o realizarlo rápidamente. Sin embargo, si se utiliza agua, entonces como se mencionó antes existirá la necesidad de funciones de procesamiento de deshidratación y secado inmediatamente después. Después del transportador 11, las pellas de cera pueden experimentar un paso de clasificación 12, en donde ciertos tamaños ser segregados como aceptables o no aceptables. "No aceptable o inaceptable" puede referirse a "por abajo" por lo que las pellas pueden tener un diámetro demasiado pequeño o ser partículas finas, y "sobre" lo cual puede ser que las pellas sean demasiado grandes, o aún formen racimos o aglomerados, todos estos siendo removidos para asegurar una calidad de pella de cera con respecto a su calificación de tamaño, y antes de ser removidas para los pasos de almacenamiento, empaque o pasos subsecuentes o procesos. Además de la clasificación, opcionalmente puede haber un enfriamiento mediante aire u otro gas en esta etapa para asegurar que logra una temperatura de pella final adecuada. Regresando ahora a la Figura 2, se muestra una ilustración pictórica del equipo que puede ser suministrado a un procesador de cera de acuerdo con la presente invención. Muchos de los componentes de equipo ilustrados en la Figura 2 son similares a aquellos previamente descritos con relación a la Figura 1, y además, por lo tanto, la descripción detallada no será repetida. Típicamente, el reactor de cera, vaso .de mezclado o algún otro tipo de maquinaria de fusión/mezclado para formar la cera fundida caliente se proporciona por el fabricante o procesador de cera y, por lo tanto, no se ilustra en la Figura 2. Más bien, el equipo ilustrado en la Figura 2 comienza con un adaptador 20 que conecta el reactor, recipiente de mezclado, etc., (no mostrado) a la bomba de fusión 1. La bomba de fusión 1 está conectada al enfriador de fusión 3 a través del adaptador 2. El enfriador de fusión 3 corresponde con el primer enfriador de etapa 3 de la Figura 1, y preferiblemente es un cambiador térmico de tipo mezclador estático que se proporciona para una eficiencia de enfriamiento más alta. Dichos cambiadores térmicos típicamente son soportados por sistemas de aceite caliente o de agua caliente, los cuales pictóricamente se ilustran pero no se enumeran en forma separada en la Figura 2. Después del enfriador de fusión 3 está un adaptador 4 para conectar el enfriador de fusión 3 al medidor de flujo 5. Después siguen la válvula desviadora 6 y el adaptador 7 para conectar la válvula desviadora a la tolva 8 del extrusor 10. La válvula desviadora 6 también incluye un conducto de válvula desviadora 9 en el caso en el que la cera vaya a ser desviada de la tolva del extrusor y hacia un drenaje o recircularse de. regreso a una etapa anterior del proceso y del equipo. El extrusor 10 incluye un refrigerador 11 para enfriar de esta manera y mezclar concienzudamente la cera a la temperatura deseada de formación de pellas de manera que la cera se convierte en un sólido homogéneo maleable en el extremo de salida del extrusor. El adaptador 13 conecta el extremo de salida del extrusor a la válvula desviadora de polímero 14, la cual después se conecta al formador de pellas 16. Un cortador giratorio (no enumerado en forma separada) corta las hebras de cera sólidas extruidas que salen de los orificios de la placa de dado (tampoco numeradas en forma separada) en la cámara de corte 16a. Las pellas de cera cortadas caen desde la cámara de corte 16a sobre la banda transportadora 17 y después sobre un clasificador 18. Opcionalmente, un soplador y un ducto 12 pueden ser unidos a la cámara de corte 16a para ayudar a enfriar y ayudar a las pellas a salir de la cámara y a ir sobre la banda transportadora. El equipo y proceso ilustrados en la Figura 2 es operado a través de un sistema de control con una estación de control remoto 15. Se debe observar que todos los componentes marcados con un asterisco en la Figura 2 se proporcionan con una capacidad de calentamiento, ya sea calor de aceite (un asterisco (*)) o calor eléctrico (dos asteriscos (**)). Esta capacidad de calentamiento es proporcionada por las razones explicadas con relación al equipo y proceso de la Figura 1. Regresando ahora a la Figura 3, pictóricamente se ilustra un equipo utilizado para conducir pruebas del aparato y método de la presente invención. Las pruebas fueron conducidas utilizando un aparato de polietileno que tiene las siguientes propiedades: Punto de ablandamiento - 110-120°C Densidad - 0.70-0.80 gramos/cm3 @ temperatura de alimentación del líquido 0.92.0.95 gramos/cm3 @ 45°C (sólido) Viscosidad - 5-200 centipoises @ 149°C La cera de polietileno se calentó en el calentador de barril 22 por arriba de 120°C a la densidad especificada anteriormente. Una vez en el estado líquido deseado, la cera liquida se alimentó hacia la etapa de calentador 24 a través de la bomba de de líquido 26 y hacia el extremo de entrada del extrusor 28. El extrusor 28 fue de un tipo de tornillo doble. Mientras está en el extrusor, la temperatura de la cera de polietileno se redujo de arriba de 120°C en la entrada del extrusor a aproximadamente 50°C en la salida del extrusor. El enfriamiento se efectúo enfriando los agujeros en el barril del extrusor, los cuales fueron soportados por el refrigerador 30. A los 50°C saliendo del extrusor, la cera de polietileno se presentó en un estado sólido, maleable. Después de salir del extrusor, la cera de polietileno sólida paso a través de una válvula desviadora de pella (PDV) 32 y después hacia un formador de pellas de cara seca 34, en donde las hebras de cera sólida que salen de los orificios de la placa de dado se cortaron por el cortador giratorio. Las pellas cortadas fueron transportadas fuera de la cámara de corte del formador de pellas 34 a través de un corriente de aire creada por el soplador 36 y transportadas al ciclón 38 y después hacia un recipiente. También se contempla como parte de la presente invención que la cámara de corte del formador de pellas de cara seca como se describe aquí puede ser purgada y/o las pellas transportadas utilizando un gas inerte. Algo de la cera o los' materiales de tipo cera que será procesada de acuerdo con la presente invención puede reaccionar negativamente y/o oxidarse (degradarse) al exponerse a la atmósfera ambiental. Con el fin de reducir al mínimo dichas reacciones atmosféricas ambientales y/o mantener las propiedades deseadas de los materiales que se están haciendo pellas, se contempla que se utiliza un gas inerte en lugar de aire, para purgar la cámara de corte y transportar las pellas formadas. También se puede utilizar gas inerte para ayudar a utilizar más los materiales formados en pellas, y el equipo inmediatamente después del paso de formación de pellas debe ser convenientemente diseñado para manejar y mantener la presencia y el uso del gas inerte hasta que las pellas hayan sido adecuadamente empacadas para almacenamiento y/o llevadas a un procesamiento subsecuente. Las pellas de cera de polietileno de pruebas corren utilizando el equipo y procesamiento antes descritos como se muestra en las Figuras 4A-4H. Como se ilustra, el aparato y el proceso de la presente invención fueron exitosos para producir pellas de cera de polietileno uniformes con un diámetro de aproximadamente 3mm. Las ceras, individuales o en formulación, las cuales pueden ser procesadas de acuerdo con la presente invención, incluyen ceras ácidas, cera de abeja, cera de candelilla, carnauba, cera de ceresina, cera China, ceras de copolímero, ceras de éster, ceras de Fischer-Tropsch, incluyendo formas oxidadas, polietileno de peso molecular bajo de alta densidad o HDLMWPE, cera de hidroxiesteramida, cera japonesa, lardeceina, cera de lignita, ceras de cadena lineal y ramificada, ceras maleadas, cera de montana, cera microcristalina, polietileno no polar y polar, ceras de polipropileno y poliolefina, ceras oxidadas, ozoquerita, cera de parafina o petróleo, cera de polietileno, cera de poliolefina, cera de salvado de arroz, ceras saponificadas y parcialmente saponificadas, cera de amida sustituida, cera de azúcar de caña, ceras sulfonadas, ceras modificadas en su superficie y ceras vegetales que incluyen aquellas de baya de laurel, cañóla, coco, maíz, semilla de algodón, crambe (esponja incrustante roja), linaza, palma, palma kernel, cacahuate, uva o soya. Otros materiales que pueden ser formados en pellas de acuerdo con la presente invención, incluyen, pero no se limitan a, ácidos y ésteres grasos, espesantes y des-espensantes, resinas colofónicas y orgánicas, modificadores de viscosidad y reología, agentes tensoactivos sólidos, polímeros solubles en agua incluyendo óxido de polietileno y óxido de polipropileno, sebo, lanolina y grasas animales. Otros materiales más para los cuales la presente invención puede ser útil incluyen, pero no se limitan a, materiales de índice de flujo de fusión alto y materiales de peso molecular bajo, polímeros orgánicos de tipo cera, oligómeros, polímeros cíclicos y oligómeros y compuestos orgánicos. Se cree que el aparato y el proceso de la presente invención producen pellas de alta calidad y micro-pellas adecuadas para empaque o utilizarse como tales o ser molidas a un polvo fino. La presente invención puede, rápida, segura y eficientemente llevar a la cera de su estado fundido más caliente a ser enfriada lo suficiente para transporte y/o empaque mientras hace esto en la cantidad mínima de espacio. Además, existe una flexibilidad óptima para procesar la amplia escala de grados de cera, pesos, resistencias de fusión, propiedades térmicas, etc., para producir una variedad muy amplia de tamaños de pella y para cubrir una escala muy amplia de velocidades de producción. Además, la presente invención es lo suficientemente flexible para permitir que una amplia variedad de aditivos sean mezclados en la cera que se está formando en pellas y también permitir una limpieza relativamente fácil del equipo cuando hay conmutación entre productos. No se pretende que la presente invención se limite a los procesos específicos aquí descritos. Lo anterior se considera solo cómo ilustrativo de los principios de la invención, además, numerosas modificaciones y cambios se les ocurrirán fácilmente a aquellos expertos en la técnica, sin desear limitar la invención a la construcción y operaciones exactas descritas y mostradas, y, por consiguiente, todas las modificaciones y equivalentes adecuados deben ser restaurados para que caigan dentro del alcance de la invención .

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un método para formar pellas de materiales que tienen un punto de fusión pronunciado, el cual comprende: (a) formar un material teniendo un punto de fusión pronunciado a una fusión caliente; (b) enfriar el material de fusión caliente a una temperatura por abajo de su punto de fusión para hacer que el material esté en una condición sólida extruible; (c) extruir el material sólido a través de agujeros de dado de una placa de dado para formar hebras; y (d) cortar las hebras extruidas con un cortador giratorio en una cámara de corte ausente de cualquier líquido para formar dicho material á pellas.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dichas pellas caen por gravedad fuera de la abertura de fondo de dicha cámara de corte.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en donde las pellas que salen de la cámara de corte son transportadas por una banda transportadora hacia un tamizador de pellas, enfriador y/o unidad de empaque.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha cámara de corte y el cortador giratorio son parte de un formador de pella subacuático operado sin agua u otro líquido de enfriamiento como un formador de pellas de cara seca.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho material fundido con calor es una cera o polímero de tipo cera u otro material de tipo cera.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el paso (b) se realiza en dos etapas: en la primera etapa, la temperatura del material se reduce a una temperatura justo por arriba en donde el material cambiará de un líquido a un sólido, de manera que el material permanece lo suficientemente líquido para tener un buen, flujo no obstructivo y, en la segunda etapa, la temperatura del material líquido enfriado además se reduce para que el material sea un sólido extruible concienzudamente mezclado.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en donde la temperatura del material en la primera etapa se reduce a aproximadamente 5°C o menos por arriba de dicha temperatura de transición de líquido a sólido del material.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde dichas pellas son removidas de la cámara de corte a través de un gas inerte introducido en un lado de la cámara de corte que transporta las pellas hacia afuera del otro lado de la cámara de corte.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en donde la primera y segunda etapas también pueden elevar la temperatura del material ahí.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en donde dicha segunda etapa se realiza en un extrusor de tipo tornillo, preferiblemente con dos o más tornillos, y muy preferiblemente en un extrusor doble o de dos tornillos de co-rotación y engranado.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el formador de pellas de cara seca puede ser convertido a un formador de pellas subacuático con agua y otra vez de regreso a un formador de pellas de cara seca sin líquido.

12. Un aparato para formar pellas a partir de un material fundido que tiene un punto de fusión pronunciado, el cual comprende: (a) un dispositivo de transferencia de calor para enfriar el material fundido a una temperatura justo por arriba de su temperatura de fusión, para que el material permanezca lo suficientemente líquido para que tenga un buen flujo no obstructivo; (b) un extrusor para reducir más la temperatura del material por abajo de su punto de fusión y mezclar el material en un sólido extruible concienzudamente mezclado; (c) una placa de dado con orificios de dado y una cara de dado; y ,(d) una cámara de corte y un cortador giratorio que coopera con la cara de dado para cortar en pellas dicho sólido extruible concienzudamente mezclado extruido a través de los orificios de dado en ausencia de líquido.

13. El aparato de acuerdo con la reivindicación 12, en donde dicho material fundido es una cera o polímero de tipo cera u otro material de tipo cera.

14. El aparato de acuerdo cón lá reivindicación 12, en donde la placa de dado y el cortador giratorio son parte de un formador de pellas de cara seca.

15. El aparato de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la cámara de corte tiene una abertura de fondo a través de la cual las pellas caen por gravedad.

16. El aparato de acuerdo con la reivindicación 15, que comprende además una banda transportadora para transportar dichas pellas que salen de la cámara de corte.

17. El aparato de acuerdo con la reivindicación 12, en donde el dispositivo de transferencia de calor es un cambiador térmico, que incluye un tipo de placa y marco, tipo de bobina, tipo de pared raspada, tipo de tubo de estilo con forma de U con o sin mezcladores estáticos, y tipo de cubierta y tubo con o sin mezcladores estáticos, preferiblemente el tipo de cubierta y tubo con mezcladores estáticos.

18. El aparato de acuerdo con la reivindicación 14, en donde el formador de pellas de cara seca incluye una abertura de entrada y una abertura de salida, y se puede convertir a un formador de pellas subacuático con líquido.

19. El aparato de acuerdo con la reivindicación 18, que comprende además un gas inerte introducido en la abertura de entrada para purgar y remover las pellas de la cámara de corte y transportar las pellas a través de la abertura de salida.

20. El aparato de acuerdo con la reivindicación 12, en donde el dispositivo de transferencia de calor y dicho extrusor incluyen elementos de calentamiento para incrementar la temperatura del material ahí.