BRPI0709004A2 - aparelhagem e processo para a peletização de cera e de materiais semelhantes à cera - Google Patents

Abstract

APARELHAGEM E PROCESSO PARA A PELETIZAçãO DE CERA E DE MATERIAIS SIMILARES à CERA. A presente invenção refere-se a uma aparelhagem e um méto- do para a peletização de ceras, de materiais similares à cera e de outros materiais que têm um ponto de fusão exato incluem um recipiente para a transformação da cera em um material fundido quente. Um trocador de calor então resfria a cera fundida até uma temperatura exatamente acima de sua temperatura de fusão. A cera líquida resfriada é alimentada a uma extrusora que reduz ainda mais a temperatura e mistura a cera líquida com uma cera sólida extrudável completamente misturada. A cera sólida é então extrusada através de orifícios da matriz de uma placa da matriz para dentro de uma câmara de corte, e o cortador giratório que coopera com a face da matriz da placa da matriz corta os fios de cera sólida extrusada em péletes. A placa da matriz, a câmara de corte e o cortador giratório podem ter a mesma estrutura que uma peletizadora debaixo d'água, porém que opera sem água ou sem líquido como uma peletizadora de face seca. Os péletes de cera assim for- mados caem para fora da câmara de corte por gravidade através de uma abertura no fundo da mesma.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APARE-LHAGEM E PROCESSO PARA A PELETIZAÇÃO DE CERA E DE MATERIAIS SIMILARES À CERA".

PEDIDO DE PATENTE RELACIONADO

Este pedido de patente é aqui intitulado e reivindica a prioridadedo Pedido de Patente provisório U.S. N2 60/780.348 co-pendente, deposita-do em 9 de março de 2006.

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se geralmente a uma aparelhagem ea um método para a peletização de ceras e de materiais similares à cera.Mais especificamente, a presente invenção refere-se a uma aparelhagem ea um método para a peletização de ceras e de materiais similares à cera porextrusão da cera ou do material similar à cera através dos orifícios em umaplaca de matriz e corte dos filamentos extrusados com um cortador giratóriosimilar a uma peletizadora debaixo d'água, porém sem água, na natureza dapeletizadora de "face quente" ou de "face seca" e com a cera ou o materialsimilar em um estado sólido.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Existem alguns métodos comuns na fabricação de cera para ob-ter a cera em uma condição ou em um formato para embalar, transportar eutilizar e/ou alimentar aos métodos subseqüentes, cuja maioria ocorre emoutras localizações. As formas comuns são como a seguir.

A) Tijolos e Tortas: esta forma é provavelmente o método maisantigo e o mais elementar. Basicamente, a cera fundida é despejada em ummolde de um formato desejado tais como circular, retangular etc e deixandoesfriar. As desvantagens deste método de fabricação incluem os riscos dederramamento e de respingos nos operadores, longos períodos de armaze-nagem e muito espaço para resfriamento, risco de contaminação durante oderramamento e geralmente tal técnica é muito laboriosa. Posteriormentequando se utilizam estes tijolos ou estas tortas, a massa total é grande eassim são necessárias grandes quantidades de massa fundida e de tempopara fundir novamente a cera. A adição de mais tijolos a um recipienteexistente parcialmente cheio de cera líquida também aumenta o risco derespingos nos operadores. Os métodos de dosagem e de transporte não sãomuito sofisticados.

B) Pepitas: a formação de pepitas envolve muitas torres altas (econseqüentemente construções) com longas corridas em tubos isolados,que basicamente utilizam certos bocais de spray para atomização. A ceraborrifada geralmente cai livremente em uma corrente transversal de gás res-friado a uma distância necessária para resfriar as gotículas de cera a umestado sólido. Dependendo da cera e como as coisas estão ajustadas, estemétodo pode fornecer finas partículas como pó até pequenas contas até pé-Ietes com tamanho próximo a 2 a 3 mm. Este método tende a funcionar bemcom ótima flexibilidade quando as ceras forem dos tipos de menor viscosi-dade. No entanto, quando as viscosidades aumentam, há um desafio parase fazer com que o conceito de spray funcione, pois a cera preferiria ser der-ramada como um sólido, corrente ou fibra. Além disso, como estas torressão bastante altas, são necessáriois um espaço considerável (em altura eem volume) e trabalho de construção. Além disso, o resfriamento com gásnão é a maneira mais eficiente de se processar polímeros. Desse modo, énecessária uma energia considerável para se realizar as funções de resfria-mento e de circulação de gás, além disso, há a grande quantidade de isola-mento na construção necessária para instalações tão grandes e especial-mente em locações em que as temperaturas ambientes são bastante altas.

C) Ripas & Cavacos: estas formas são resultados de bombea-mento e/ou de extrusão da cera fundida como um filamento(s) contínuo(s)sobre uma esteira, usualmente uma esteira de aço, sobre a qual a energiatérmica é absorvida da cera pela esteira até que a cera tenha se solidificado.Na extremidade da esteira, o filamento ou a tira de cera (pois o filamentotende a se tomar achatado) é alimentado para um cortador, cisalhando as-sim as tiras em ripas ou cavacos. A desvantagem neste caso é a ineficiên-cia. Quando o filamento cai sobre a esteira, a superfície de contato rapida-mente esfria/solidifica-se. Porém isto forma uma camada limite que tende aisolar o restante da cera acima da mesma. Assim, o método de resfriamentoé retardado quando a cera permanece sobre a esteira sem agitação ou re-moção/renovação da superfície de resfriamento. Como um resultado, as es-teiras de aço que devem ter um acabamento polido (como um espelho) po-dem se tornar muito longas e largas para ter alguma taxa de produção con-siderável. Estas esteiras de precisão polidas podem ser muito caras e sãobastante suscetíveis a danos e requerem enormes unidades de suporte deresfriamento. As esteiras podem ocupar um espaço demasiadamente grandeno solo e na eventualidade de aumento da taxa (ou aumento da viscosidade)precisarão maiores comprimentos requerendo alteração dos corredores nadisposição da planta ou pior. Em relação aos graus de cera com viscosida-des cada vez maiores, elas tendem a requerer que as linhas das esteirasfiquem significativamente mais lentas, de modo a aumentar a exposição áotempo de resfriamento, resultando assim em uma perda considerável norendimento da produção. Além disso, durante as estações úmidas ou emlocais onde a umidade é alta, as esteiras de aço muito frias podem sofrercom a formação de condensação, tornando assim as ceras úmidas (e habi-tualmente não há recurso de secagem). Para compensar, podia ser instaladauma cobertura onerosa sobre e ao redor do método da esteira. Porém istotambém deve ser controlado pelo clima. E sem uma tal cobertura, o produtofica exposto a pó, insetos e outros agentes de contaminação, a serem in-crustados nas ceras ainda fundidas. Há também maior exposição à oxidaçãoà temperatura elevada com ou sem a cobertura.

D) Pastilhas: este método também utiliza um princípio da esteirade aço. Como tal, muitas das desvantagens são as mesmas como descritasacima para o método das "ripas e cavacos". Uma diferença significativa é oformato final do produto da cera que é mais similar a um pélete ou a um for-mato de lente e o produto final tende ficar muito uniforme. Ao contrário, estemétodo, que usa o princípio das "gotículas" de cera em queda sobre a estei-ra, é até mesmo mais limitado quando se aproxima dos mais altos graus deviscosidade quando o produto de cera de preferência é despejado sobre aesteira em vez de gotejar sobre a esteira. Desse modo, este método tende aser limitado à faixa de baixa viscosidade. Outros tamanhos de "pastilha" po-dem ser muito limitados; o que significa que se necessita menos eficiência eprática para que o método em esteira obtenha tamanhos de "micropélete".

E) Péletes & Pó: algumas aplicações em formação de pepitaspodem produzir tamanhos "quase em pó" ou obter tamanhos quase de péle-te (como 2 a 3 mm) que podem então ser moídas a um pó. Algumas cerassão de uma viscosidade suficientemente alta, também tendo bastante resis-tência no estado fundido e uma faixa suficientemente ampla de temperaturade estado líquido a sólido para ser peletizada adequadamente, tal como pormeio de um método de peletização debaixo d'água. Para tais graus de cera,eles podem ser comercializados seja na forma de pélete (tal como com a-proximadamente 3 mm de diâmetro) ou podem ser moídos em uma forma depó finio.

No entanto, esforços para peletizar ceras usando peletizadoradebaixo d'água e equipamento secador centrífugo conseguiram resultadosmistos e, em muitos casos, a metodologia de peletização debaixo d'águaproduziu resultados mal sucedidos. A maioria das ceras têm pontos de tem-peratura muito baixos de transição de líquido para sólido, em relação às mui-tas resinas, polímeros, plásticos e materiais do tipo elastômero e seus com-postos que possam ser peletizados com tecnologia de peletização debaixod'água. O que é o problema básico para a peletização debaixo d'água deceras é o fato de que muitas destas ceras provêm de uma viscosidade ex-tremamente baixa (muito mais baixa do que normalmente observado nosoutros polímeros mencionados acima) para se tornar um sólido dentro deuma faixa de temperatura muito limitada, tipicamente de desde aproximada-mente 5°C até em torno de 20°C. Em contraste, o alcance ou a faixa detemperaturas para muitos dos outros polímeros aos quais pode ser aplicadaa peletização debaixo d'água é muito mais amplo para passar de um estadomais líquido a um estado mais sólido. Para as finalidades deste pedido depatente, os materiais que têm uma limitada faixa de temperatura para mu-dança do estado líquido/sólido são citados neste caso como tendo um "pon-to de fusão exato".

Os materiais que exibem este ponto de fusão exato em combi-nação com uma temperatura de transição muito baixa do estado fundido pa-ra sólido incluem a maioria das ceras. Estas propriedades podem causargraves problemas quando se tenta peletizar ceras usando-se equipamentode peletização debaixo d'água. O problema principal é que quando a cerapassa através da placa da matriz (uma placa de metal com um círculo oucírculos relativamente concêntricos de orifícios de extrusão), a cera terá umatendência a se solidificar dentro dos orifícios de extrusão. Isto é causadopelo fato de que a peletização debaixo d'água utiliza um fluxo de água atra-vés da face da placa da matriz para agir como um meio de resfriamentobrusco para os filamentos extrusados que saem dos orifícios da matriz ecomo um dispositivo de transporte uma vez cortados os filamento em pleotasno ponto de saída do orifício pelas lâminas giratórias do cortador peletizador.

Esta codificação ou congelamento ocorre porque a água queescoa através da face da matriz está a uma temperatura normalmente muitomais baixa do que a temperatura do líquido ou da massa fundida do extru-sado de cera. Assim, enquanto o filamento de cera passa através do orifíciode extrusão da matriz, o filamento perde grande parte de sua energia térmi-ca interna restante para a parede do orifício de extrusão da matriz circundan-te quando ela se aproxima da saída. E por causa de seu ponto de fusão exa-to, a cera muda bruscamente para um estado sólido antes de sair do orifíciocriando um bloqueio naquele orifício. Como um resultado, a pressão contrá-ria que força a cera para dentro e através dos orifícios da matriz aumenta e avelocidade através de quaisquer orifícios de escoamento que permanecemabertos também aumenta. Outros orifícios podem continuar a congelar ebloquear até que sejam atingidas algum tipo de velocidade de equilíbrio e depressão contrária, assim para manter geralmente alguns orifícios não blo-queados que permanecem abertos. Esta situação é muito imprevisível parao método de peletização e fornece péletes de tamanho não uniforme. Assim,o método é muito instável para continuar.

Além disso, o aumento da pressão contrária causa deslizamentodentro do equipamento de bombeamento a montante, o que pode ocorrerfacilmente por causa das viscosidades muito baixas da cera no estado fun-dido/líquido. A perda de velocidade proveniente da bomba para a matrizcomplica ainda mais o aspecto de atingir um estado de equilíbrio e, assim,adiciona mais ainda a instabilidade ao método. Adicionalmente, o equipa-mento de bombeamento enquanto funciona para criar a pressão e o fluxo dacera, enquanto é submetido a deslizamento, irá adicionar mais energia àcera, tornando assim a viscosidade já baixa, ainda menor, tornando mesmomais difícil estabelecer um sistema de corrida estável com resultados previ-síveis de peletização.

Um outro problema ainda associado com a peletização das ce-ras é que uma propriedade da maioria das ceras, diferentemente de muitosdos polímeros/plásticos nos quais as peletizadoras debaixo d'água funcio-nam bem, é que elas têm uma "resistência no estado fundido" muito baixa.Para as finalidades deste pedido de patente, o termo "resistência no estadofundido" pretende definir a capacidade de o material permanecer juntamentecom o impacto das lâminas de corte à alta velocidade, para cisalhar o fila-mento de polímero ou de cera enquanto este sai do orifício da matriz. Emoutras palavras, enquanto o filamento está se resfriando pela influência daágua do método o pélete está ganhando em resistência para se manter aglu-tinado para ser transformado em um pélete.

No caso de muitas ceras, a resistência no estado fundido é qua-se não existente, e como o filamento de cera líquido ou semilíquido sai doorifício da matriz, o impacto da lâmina do cortador tentando cisalhar o fila-mento em um pélete provoca realmente um impacto de explosão ou defragmentação do pélete em muitos fragmentos. Este efeito produz uma ge-ometria sólida da cera mais como coco em pedaços ou como finos e/ou umacombinação dos dois.

Mesmo se o coco em pedaços ou as partículas do tipo fino pu-dessem ser aceitáveis, permanece o problema de como obter tais partículasde cera separadas da água e secas. Os secadores centrífugos padronizadosque tipicamente sustentam a peletizadora debaixo d'água não podem serusados eficazmente. Por exemplo, com muitos graus de cera em que pudes-se ser conseguida uma geometria adequada/normal do pélete com uma pe-Ietizadora debaixo d'água, tal como um cilindro, lente ou esfera com 3 mmde diâmetro, estes péletes de cera podiam ser frágeis entrando no secadorcentrífugo às temperaturas mais frias da água do método, rompendo, assim,os péletes que causam desgaste em finos ou em pó. Ao contrário, se a tem-peratura da água for aumentada para reduzir o rompimento, a temperaturamais alta faz com que os péletes sejam amolecidos e mais provavelmentepara raspar as partículas das superfícies de um pélete de cera enquanto e-Ias passam através do secador, produzindo assim ainda finos e pó.

Um outro aspecto problemático associado com a utilização deum secador do tipo centrífugo pode ser os efeitos de deformação do péletedentro do secador. Isto poderia ser um aspecto na ocasião em que a tempe-ratura de deformação do material estiver abaixo da temperatura real do ma-terial na ocasião em que ela passa para dentro e através do secador centrí-fugo. O problema mais comum observado é o material se tornar incrustadosobre ou dentro das telas do rotor do secador que leva ao fato de que astelas se tornam entupidas com os materiais com o passar do tempo. Estaincrustação e/ou este entupimento reduz ou eventualmente elimina a capa-cidade de o secador tornar o material suficiente seco para embalagem, ar-mazenagem ou processamento subseqüentes.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Durante o trabalho experimental, foi observada uma outra pro-priedade ou característica de ceras. Especificamente, depois da passagemde um líquido distinto a um sólido distinto, a cera sólida ainda estava muitomaleável. Embora ela não escoasse no sentido de um líquido nem aderissefacilmente de volta, ela podia ser facilmente "processada a frio" em uma ou-tro formato e normalmente manteria aquele formato. Como usado neste ca-so, o termo "processada a frio" significa qualquer forma de processamentode deformação mecânica realizado sobre um material de plástico ou de po-límero abaixo da sua temperatura de fusão. Era também evidente que a ma-Ieabilidade ou a processabilidade a frio aumentava quando a temperatura dosólido era mais alta e, ao contrário, a maleabilidade se reduzia quando sereduzia a temperatura do sólido. Além disso, foi descoberto que as ceraspodiam ser extrusadas através das placas da matriz da peletizadora debaixod'água convencional bastante facilmente como um material sólido de cera,em vez de como um material líquido ou fundido convencional. De fato, o ma-terial sólido de cera como extrusado através dos orifícios da matriz formavabons filamentos que não fundiram facilmente de volta, pelo menos sob o seupróprio peso.

Em vista do que foi observado antes, o equipamento a montanteda placa da matriz é, portanto, modificado para extrair a cera líquida quentede um reator ou de um recipiente para misturação, ou qualquer coisa queseja usada para produzir ou fundir e/ou mesclar a cera, e então esfriar a ceraaté um estado sólido tão eficientemente quanto possível. Então com umacera em uma condição de sólido, porém em condição muito maleável, elapode ser pressurizado para passar através da placa da matriz naquelemesmo estado sólido. De acordo com a presente invenção, a condição ma-leável da cera no estado sólido permite uma alta deformação plástica do ma-terial maleável em compressão sem fratura. No lado da placa da matriz dapeletizadora, com uma cera já em um estado sólido, o efeito de extinção daágua não será mais necessário. Assim, a peletizadora debaixo d'água éconvertido em uma peletizadora de "face seca". As lâminas do cortador so-bre o cubo do cortador giratório cisalham os filamentos agora sólidos en-quanto estes saem dos orifícios de extrusão da placa da matriz, porém nãohá necessidade de resfriamento/extinção simultâneos com água. Além disso,no estado sólido, a cera tem suficiente resistência no estado fundido paranão se despedaçar quando as lâminas do cortador atingem a mesma. O e-quipamento típico da peletizadora debaixo d'água útil na presente invençãoestá ilustrado nas Patentes U.S. N9S 5.059.103 e 7.033.152, também possu-ído pelo cessionário deste pedido de patente, as descrições de cujas paten-tes são expressamente aqui incorporadas como referência como apresenta-das no seu todo.

Como a água do método não é mais usada, os péletes sim-plesmente caem por gravidade, através de uma abertura no fundo na câma-ra de corte, depois de terem sido cortadas pelo cortador giratório. Quandoestão caindo para fora da câmara de corte, os péletes de cera de preferênciacaem sobre um transportador, tal como do tipo esteira ou pneumático, paratransportar os péletes para fora do equipamento de peletização, para umselecionador de pélete, um resfriador e/ou uma unidade de embalagem.

De novo, como não é necessária água para extinção brusca, en-tão não serão mais necessárias circulação/filtração da água e o sistema decontrole de temperatura da água não será mais necessário. Além disso, nãoé necessário o equipamento de desidratação e secagem, assim pode serrealizado um número significativo de vantagens. Por exemplo, estas vanta-gens incluem:

• menor capital de custo para equipamento para o sistema depeletização;

consumo reduzido de energia pelo sistema de peletização;

menos espaço necessário no solo para o sistema de peletização;

• como a água não está mais envolvida, os aspectos a respeitodo consumo e de preocupações ambientais de drenagem da água do méto-do não são mais uma consideração;

• novamente, como a água não está envolvida, os aspectos arespeito de desidratação e de se alcançar um nível de umidade desejado nasuperfície do pélete não são mais uma preocupação; e

• a instalação da planta do sistema de peletização é menoscomplexa.

No próprio equipamento de peletização e da placa da matriz,mais vantagens são realizadas, tais como:

• o número e/ou o tamanho dos orifícios da matriz podem seraumentados e "taxa por orifício" diminuía de modo que as pressões contrá-rias ao fluxo podem ser mais bem-controladas ou ainda reduzidas. Em ummétodo debaixo d'água é normalmente importante manter uma alta taxa ouvelocidade por orifício para minimizar o risco de socidificação da matriz. Istonão é mais uma preocupação no método de acordo com a presente invenção.• Pode ser usado um motor menor de peletização e/ou menosenergia será consumida pelo motor da peletizadora. Uma parte significativada carga de amp de um motor de uma peletizadora debaixo d'água é neces-sária apenas para girar as lâminas do cortador na água. Inversamente o atode apenas girar as lâminas do cortador no ar requer uma quantidade mínimade energia.

• Bons péletes de cera de tamanho normal com 2-3 mm de diâ-metro podem ser facilmente produzidos. Mesmo micropéletes, tais como emtorno de I mm de diâmetro, podem ser produzidos mais confiavelmente eprevisivelmente.

BREVE DESCRIÇÃO DAS ILUSTRAÇÕES

A Figura 1 é uma ilustração esquemática de uma modalidade deequipamento para a realização de um método de peletização de cera dapresente invenção.

A Figura 2 é uma ilustração pictorial de equipamento usado para

a realização de um método de peletização de cera da presente invenção.

A Figura 3 é uma ilustração pictorial de equipamento usado paraconduzir testes da aparelhagem e do processo da presente invenção.

As Figuras 4A-4H são fotografias que ilustram o produto produ-zido durante os testes da aparelhagem e do processo da presente invençãoque usa o equipamento ilustrado na Figura 3.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES PREFERIDAS

Embora as modalidades preferidas da invenção sejam explica-das em detalhe, deve ser entendido que são possíveis outras modalidades.

Conseqüentemente, não se pretende que a invenção seja limitada em seuâmbito para os detalhes de construções e arranjo dos componentes apre-sentados na descrição a seguir ou ilustrados nas figuras. A invenção é capazde outras modalidades e de serem praticadas ou realizadas de várias manei-ras. Além disso, na descrição das modalidades preferidas, apela-se à termi-nologia específica para fins de clareza. Deve ser entendido que cada termoespecífico inclua todos os equivalentes técnicos que operam de uma manei-ra similar para realizar uma finalidade similar. Quando possível, os compo-nentes das ilustrações que são similares serão identificados pelos mesmosnúmeros de referência.

Voltando à Figura 1, são ilustrados esquematicamente os com-ponentes do equipamento para a realização de um método de peletizaçãode cera da presente invenção. Cada um dos componentes do equipamentocomo usados de acordo com a presente invenção é discutido aqui a seguironde numerais similares referem-se a componentes similares na Figura 1.

O equipamento a montante, tal como um reator, recipiente paramisturação ou alguma espécie de mecanismo para fusão/misturação para aformação de cera fundida quente é designado pelo numerai 1. Na extremi-dade de descarga 2 do reator 1, a cera se encontra à sua alta temperaturade fusão e à menor viscosidade e está em um estado muito líquido. Umabomba de baixa viscosidade 3 cria uma pressão suficiente e escoa para ob-ter a cera através de qualquer elemento para filtração 4 necessário, o primei-ro estágio 5 do resfriador e no início do resfriador de segundo estágio 8 oudesviado para um outro método de manipulação da cera para ser retornadopara o recipiente ou para o equipamento a montante pela válvula de desvio 7.

O resfriamento de primeiro estágio é basicamente um trocadorde calor do qual há muitos tipos que corresponderia às exigências, inclusivedo tipo placa e quadro, do tipo serpentina, do tipo raspagem de parede, dotipo tubo em estilo em "U" com ou sem misturadores estáticos e do tipo car-caça e tubo com ou sem misturadores estáticos. O tipo carcaça e tubo commisturadores estáticos é preferido para os efeitos de resfriamentos mais efi-cientes. O trocador de calor pode ser sustentado por um sistema de óleoquente ou água quente projetado de modo apropriado e dedicado. Lembran-do-se que a cera está entrando no trocador de calor a ou próximo à tempera-tura mais alta, e assim um estado mais líquido, se projetado de maneira a-propriada o trocador de calor remove a maior parte da energia térmica inter-na por diminuição até um ponto de temperatura conhecido um pouco acimaonde a cera irá mudar de estado de líquido para sólido. Preferivelmente, otrocador de calor no resfriador de primeiro estágio devia reduzir a temperatu-ra da cera até aproximadamente 5o C ou menos acima de uma temperaturade transição de líquido para sólido da cera de modo que a cera permaneçasuficientemente líquida para apresentar um fluxo bom não obstruído dentro eatravés do próximo equipamento a jusante. Pretende-se que o trocador decalor do resfriador de primeiro estágio seja o resfriador mais eficiente demodo que o resfriador de segundo estágio tenha uma menor quantidade detrabalho de resfriamento a realizar.

Um medidor de fluxo opcional 6 de preferência segue o resfria-dor de primeiro estágio de modo que os ajustes de taxa de fluxo possam serfeitos na bomba 3 a montante para variar ou otimizar as condições a jusante,tais como na peletizadora 10 ou dentro do resfriador de segundo estágio 8. Aválvula para desvio 7 pode ter uma ou mais saídas. A sua saída principalestá na câmara de entrada do resfriador de segundo estágio 8. Uma ou maisoutras saídas podem estar em um recipiente para drenagem e/ou servir co-mo uma conexão para distribiuição para um outro método e/ou para umalinha de recirculação em alça fechado de volta às origens do método a mon-tante. A válvula para desvio 7 está sincronizada com o equipamento do mé-todo a jusante de modo que ela possa enviar a cera líquida para dentro domesmo, quando pronto para a partida e dirigir ou interromper o fluxo quandopronto para a interrupção do funcionamento e/ou servir como um desvio deemergência na eventualidade de que o fluxo deva ser interrompido abrupta-mente para o equipamento/método a jusante.

O resfriador de segundo estágio 8 é mais bem-definido em cincopartes. A primeira, câmara de entrada 8a devia ser uma camisa térmica paracontrolar com precisão a temperatura da cera líquida de modo a evitar que acera se solidifique neste momento, ainda que não adicione energia térmicade modo a se precisar removê-la mais tarde. A câmara de entrada permite ainspecção visual pelos operadores, retém ainda alguma poeira indesejada,impurezas e ar ambiente que pudesse provocar problemas de degradaçãoou de contaminação. Ela também serve para conter o nível de controle dasfunções de alarme para alertar os operadores contra algum problema empotencial e/ou ativar automaticamente a válvula de desvio 7 a montante,e/ou para interromper a bomba 3, até que possam ser feitos serviços ou ou-tros ajustes.

A seguir encontra-se a seção de resfriamento 8b. Quando a ce-ra entra e atravessa esta seção, ela é exposta a temperaturas de resfriamen-to bem abaixo de sua temperatura de transição do sólido e assim bem àstemperaturas da fase sólida. O equipamento de resfriamento devia poder serajustado de modo que muitos graus de cera possam ser processados. Otamanho e a disposição dos elementos dentro da seção de resfriamento po-dem variar para cada pedido de patente para cera de modo que haja exposi-ção ótima às superfícies de resfriamento, as camadas resfriadas são movi-das para fora e dispersa com as camadas mais mornas de cera fornecendouma mistura relativamente homogênea então retornada para a superfície deresfriamento para maior redução da energia térmica. Este método é repetidofreqüentemente por todo o comprimento do equipamento de resfriamentoabaixo, ao mesmo tempo limpando a cera resfriada "mais antiga" para darespaço à "nova" cera quente/morna que está entrando. Estas funções sãoconseguidas enquanto se fornecer um mínimo absoluto de energia ao mate-rial de modo a não aquecer a cera de suporte.

Enquanto o foco do mecanismo se desloca do resfriamento e acera está agora bem em seu estado sólido, apesar de ainda muito "maleá-vel", o foco será agora para o equipamento na seção 8c que tem o projetoótimo para empurrar/pressurizar ou bombear a cera sólida para dentro e a-través do equipamento a jusante, inclusive uma matriz de peletizadora comoum mínimo. Ao mesmo tempo, devia ser tomado cuidado para se evitar quealguma entrada de energia seja convertida em calor que podia fundir nova-mente a cera. Além disso, da mesma forma, um aspecto de autolimpeza po-de ser preferido durante esta parte do método.

Pode ser desejável durante este resfriamento de segundo está-gio, que é submetido à misturação intensiva e remisturação de modo a man-ter as várias camadas de cera a várias temperaturas estando combinadasem um eventual sólido homogêneo, mesmo assim maleável, para adicionarou "incluir no composto" certos aditivos desejados como em 8d. Os aditivospodem variar bastante, inclusive vários minerais, antioxidantes, colorantesetc, outros graus de ceras, bateladas mestras ou concentrados em váriasformas, tais como pós ou mesmo líquidos, sejam preaquecidos ou não. Es-tes aditivos podem ser introduzidos no método por bombas com medidoresde líquido, dispositivos de alimentação com parafuso etc e na câmara deentrada ou até mesmo adiante ou por injeção sob pressão ou não, para den-tro da lateral e/ou no topo do resfriador, em qualquer ponto ao longo das se-ções 8b e/ou 8c. Finalmente, o resfriamento de segundo estágio deve serapoiado por um sistema de resfriamento 8e dimensionado apropriadamentee confiável.

Em relação ao resfriamento de segundo estágio 8, este devia tera capacidade de aquecer assim como resfriar a cera pressurizada. Se o me-canismo precisar ser interrompido durante algum período de tempo, e a ceraperde a sua maioria ou toda a sua energia térmica ou toda de sua maleabili-dade necessária para forçar a cera através do equipamento, então a ceraprecisa ser reaquecida até um estado líquido ou pelo menos até uma condi-ção maleável, de modo a fazer com que o método funcione novamente. Depreferência, esta capacidade é inerente a cada componente do equipamentoou estágio do método de modo que se tenha a capacidade de aquecer ocomponente do equipamento pelo menos no início ou quando necessário.

Além do resfriador de segundo estágio 8, este devia ser projeta-do no comprimento total assim como no diâmetro para ser suficiente pararealizar o resfriamento da cera-alvo ou das ceras a serem processadas e auma taxa suficiente para satisfazer os objetivos do produto do método glo-bal. O equipamento atualmente considerado adequado para o resfriador desegundo estágio 8 é uma extrusora tal como do tipo de parafuso único. Épreferível uma extrusora com dois ou mais parafusos, e mais preferível aindaé uma extrusora com parafuso duplo ou dois parafusos que está em co-rotação e combinação.

A válvula de desvio 9 de polímero é um componente comum u-sado antes de uma peletizadora debaixo d'água. Ela é útil, embora não ne-cessária, na presente invenção para ajudar a dar a partida na extrusora, comum mínimo de pressão de entrada, e uma vez em funcionamento permitirque o operador inspecione a cera sólida e a condição de temperatura antesde a cera se dirigir para a peletizadora. Então logo que a inspeção considereo método a montante como estável e previsível e a cera esteja à temperatu-ra ótima e maleável, a válvula de desvio de polímero (PDV) é então mudadapara enviar o fluxo de cera para a placa da matriz e a peletizadora funciona.Se por acaso houver quaisquer problemas ou contratempos na peletizadora,na matriz ou até mesmo no equipamento do método depois da matriz, entãoa PDV é normalmente o primeiro componente ativado para desviar um fluxoda cera. O operador pode então fazer alguns ajustes rápidos necessáriossem interromper o funcionamento das partes do método. Ou, o operador po-de escolher interromper o funcionamento da maioria ou de todas as partesdo método a montante até depois de se poder realizar quaisquer ajustes ne-cessários, serviços de reparo etc.

A peletizadora e a matriz 10 foram explicadas aqui antes. A ceraestá agora sendo extrusada em um estado sólido; é empregada a peletiza-dora com face seca sem água. No entanto, os versados na técnica irão re-conhecer que nem todas as ceras têm problemas para peletização debaixod'água. Além disso, os tipos e as quantidades de aditivos podem ser de umgrau/nível significativo tal que o composto de cera possa atingir uma tal vis-cosidade mais alta, que pudesse ser melhor peletizada em um estado semi-sólido ou semilíquido ou até mesmo um estado líquido, durante o qual umapeletizadora do tipo debaixo d'água pudesse então ser preferida. Conse-qüentemente, é considerado de acordo com a presente invenção que a pele-tizadora 10 pode ser uma que possa ser facilmente de uma peletizadora deface seca a uma peletizadora debaixo d'água e vice-versa.

Depois da peletização da cera, os péletes tipicamente podemcair sobre uma esteira transportadora 11 para ser transportado para outrolocal. Podia haver ventiladores para resfriamento colocados ao redor da es-teira para ajudar na remoção de algum calor interno restante para obter ospéletes mais próximo à temperatura ambiente antes do processamento ouda embalagem. Opcionalmente a ventiladores para resfriamento, podia serusada uma esteira refrigerada. Podia ser usada da mesma forma uma outraalternativa para a esteira transportadora (podem ser usados muitos outrostipos mecânicos), é um transportador de ar que usa ar resfriado/gelado ouqualquer gás ou temperatura ambiente. Alternativamente, um dispositivo pa-ra transporte com água também podia ser provado como vantajoso, depen-dendo das circunstâncias. O transporte com água seria certamente um mé-todo de resfriamento mais rápido se fosse preciso que a cera e/ou o péletede composto de cera fosse resfriado até temperaturas finais muito mais bai-xas e/ou assim feito tão rapidamente. Se for usada água, entretanto, entãocomo mencionado acima haverá uma necessidade que o método de desidra-tação e de secagem funcione imediatamente depois.

Depois do transportador 11, os péletes de cera podem ser sub-metidos a uma etapa de classificação 12 onde certos tamanhos podem serdiferenciados como aceitáveis ou inaceitáveis. Os "inaceitáveis" podem sereferir a "inferiores" que podem ser péletes com diâmetro demasiadamentepequeno ou finos, e "superiores" que podem ser péletes demasiadamentegrandes ou mesmo agregados ou aglomerados, todos sendo removidos paragarantir a qualidade do pélete de cera em relação à qualificação de tamanhoe antes de ser transportado para armazenagem, embalagem ou etapas oumétodo(s) subseqüentes. Além da classificação, pode haver opcionalmenteresfriamento por ar ou por outro gás neste estágio para garantir que sejaalcançada a temperatura final adequada do pélete.

Voltando agora à Figura 2, é apresentada uma ilustração picto-rial do equipamento que podia ser fornecido a um processor de cera de a-cordo com a presente invenção. Muitos dos componentes do equipamentoilustrados na Figura 2 são similares àqueles descritos anteriormente em as-sociação com a Figura 1, e a descrição detalhada adicional não será, portan-to, repetida. Tipicamente, um reator para cera, um recipiente para mistura-ção ou alguma espécie de mecanismo de fusão/misturação para formar acera fundida quente é fornecido por um fabricante ou um processador decera e, portanto, não está ilustrado na Figura 2. Ao contrário, o equipamentoilustrado na Figura 2 começa com um adaptador 20 que se conecta ao rea-tor, ao recipiente para misturação etc (não apresentado) para a bomba demassa fundida 1.

A bomba de massa fundida 1 está conectada ao resfriador demassa fundida 3 por meio do adaptador 2. O resfriador de massa fundida 3corresponde ao resfriador de primeiro estágio 3 da Figura 1 e é de preferên-cia um trocador de calor estático do tipo misturador responsável pela maisalta eficiência de resfriamento. Tais trocadores de calor são tipicamente au-xiliados por sistemas de óleo quente ou de água quente que estão pictorial-mente ilustrados, porém não numerados separadamente na Figura 2.

Depois do resfriador de massa fundida 3, encontra-se um adap-tador 4 para conectar o resfriador de massa fundida ao medidor de fluxo 5.Depois disso, seguem-se a válvula de desvio 6 e o adaptador 7 para conec-tar a válvula de desvio ao depósito 8 da extrusora 10. A válvula de desvio 6também inclui a calha da válvula de desvio 9 na eventualidade de que a ceraprecise ser desviada do depósito da extrusora e para um escoadouro ou re-ciclada de volta para um estágio anterior do método e do equipamento.

A extrusora 10 inclui um resfrigerador 11 para desse modo es-friar e misturar muito bem a cera à temperatura de peletização desejada demodo que a cera se torne um sólido homogêneo maleável na extremidadeda saída da extrusora. O adaptador 13 conecta a extremidade da saída daextrusora à válvula de desvio de polímero 14 que então se conecta à peleti-zadora 16. Um cortador giratório (não numerado separadamente) corta osfilamentos de cera sólidos extrusados que saem dos orifícios da placa damatriz (também não numerados separadamente) na câmara de corte 16a.Os péletes de cera cortados caem da câmara de corte 16a sobre o transpor-tador 17 e então sobre o classificador 18. Opcionalmente um soprador e umduto 12 podem estar ligados à câmara de corte 16a para ajudar no resfria-mento e para ajudar os péletes para fora da câmara e sobre o transportador.O equipamento e o método completos ilustrados na Figura 2 são operadospor um sistema de controle com a estação de controle remoto 15.

Deve ser observado que todos os componentes marcados comum asterisco na Figura 2 são dotados de uma capacidade de aquecimento,seja aquecimento com óleo (um asterisco (*)) ou aquecimento elétrico (doisasteriscos (**)). Esta capacidade de aquecimento é fornecida pelas razõesexplicadas em associação com o equipamento e o método da Figura 1.

Voltando agora à Figura 3, acha-se pictorialmente ilustrado oequipamento usado para conduzir testes da aparelhagem e do processo dapresente invenção. Os testes foram conduzidos usando-se uma cera de po-lietileno que tem as seguintes propriedades:

Pontodeamolecimento - 110-120°C

Densidade - 0,70-0,80 grama/cm3 a temperatura de alimenta-ção do líquido

- 0,92-0,95 grama/cm3 a 45°C (sólido)

Viscosidade - 5-200 centipoise a 149°C.

A cera de polietileno foi aquecida no aquecedor de barril 22 a-cima de 120°C até a densidade especificada acima. Uma vez no estado lí-quido desejado, a cera líquida foi alimentada para a torneira do aquecedor24 pela bomba de líquido 26 e pela extremidade da entrada da extrusora 28.A extrusora 28 era do tipo parafuso duplo. Na extrusora, a temperatura dacera de polietileno foi reduzida de acima de 120°C na entrada da extrusoraaté aproximadamente 50°C na saída da extrusora. O resfriamento foi efetua-do por perfurações de resfriamento no barril da extrusora que estavam sus-tentados pelo resfrigerador 30. A 50°C na saída da extrusora, a cera de poli-etileno estava em um estado sólido, maleável. Depois de sair da extrusora, acera de polietileno sólida passava através de uma válvula de desvio de péle-te (PDV) 32 e então para a face seca de uma peletizadora 34 onde os fila-mentos de cera sólida que saem dos orifícios da placa da matriz eram corta-dos pelo cortador giratório. Os péletes cortados foram transportados parafora da câmara de corte da peletizadora 34 por uma corrente de ar criadapelo soprador 36 e transportados para o ciclone 38 e então para um recipiente.

Também é considerado como uma parte da presente invençãoque a câmara de corte da peletizadora de face seca como aqui descritaspode ser purgada e/ou os péletes transportados usando-se um gás inerte.Um pouco de cera ou de materiais similares à cera a serem processados deacordo com a presente invenção pode reagir negativamente e/ou oxidar (de-gradar) com exposição à atmosfera ambiente. Para minimizar tais reações àatmosfera ambiente e/ou manter as propriedades desejadas dos materiaisque são peletizados, é considerado que um gás inerte, em vez de ar, é usa-do para purgar a câmara de corte e transportar os péletes formados. O gásinerte pode também ser usado para ajudar também a resfriar os materiaispeletizados, e o equipamento imediatamente depois da etapa de peletizaçãodevia ser projetado adequadamente para manipular e manter a presença e ouso do gás inerte até que os péletes tivessem sido adequadamente embala-dos para armazenagem e/ou empregados também para o processamentosubseqüente.

Os péletes de cera de polietileno provenientes de corridas deteste que usam o equipamento e o processamento descritos acima são a-presentados nas Figuras 4A-4H. Como ilustrado naquele caso, a aparelha-gem e o processo da presente invenção foram bem-sucedidos na produçãode péletes uniformes de cera de polietileno que têm um diâmetro em tornode 3 mm.

As ceras, individualmente ou em formulação, que podem serprocessadas de acordo com a presente invenção, incluem ceras ácidas, cerade abelha, cera de candelila, carnaúba, cera de ceresina, cera da China,ceras de copolímero, ceras de éster, ceras de Fischer-Tropsch inclusive asformas oxidadas, polietileno de baixo peso molecular de alta densidade ouHDLMWPE, cera de hidroxiestearamida, cera do Japão, lardeceína, cera delinhito, ceras de cadeia linear e ramificada, ceras maleadas, cera de monta-na, cera microcristalina, ceras de polietileno não polar e polar, ceras de poli-propileno e de poliolefina, ceras oxidadas, cera mineral, cera de parafina oude petróleo, cera de polietileno, cera de poliolefina, cera de farelo de arroz,ceras saponificadas e parcialmente saponificadas, cera de amida substituí-da, cera de cana-de-açúcar, ceras sulfonatadas, ceras de superfície modifi-cada e ceras vegetais inclusive aquelas de "bayberry", de canola, de coco,de milho, de semente de algodão, de crambe, de linhaça, de dendê, de pal-ma, de amendoim, de uva ou de soja.Outros materiais que podem ser peletizados de acordo com apresente invenção incluem, porém não são limitados a, ácidos e ésteres gra-xos, agentes de pegajosidade e agentes de eliminação de pegajosidade,colofônios e resinas orgânicas, viscosidade e modificadoares de reologia,tensoativos sólidos, polímeros solúveis em água inclusive oxido de polietile-no e oxido de polipropileno, sebo, Ianolina e gorduras animais.

Mais materiais ainda para os quais a presente invenção podeser útil incluem, porém não estão limitados a, materiais com alto índice defluidez no estado fundido e materiais de baixo peso molecular, polímerosorgânicos similares à cera, oligômeros, polímeros cíclicos e compostos oli-gômeros e orgânicos.

Acredita-se que a aparelhagem e o processo da presente inven-ção produzam péletes e micropéletes adequados de alta qualidade para em-balagem ou para uso como tal ou para serem moídas em um pó fino. A pre-sente invenção pode mais rapidamente, de modo seguro e eficientementeobter a cera de seu estado fundido mais quente para ser resfriada suficien-temente para transportar e/ou embalar embora agindo assim na quantidadede espaço mínima. Além disso, há flexibilidade ótima para processar a faixamais ampla de graus de cera, pesos, resistências no estado fundido, propri-edades térmicas etc, para produzir uma variedade muito ampla de tamanhosde pélete e para abranger uma faixa muito ampla de taxas de produção. A-lém disso, a presente invenção é suficientemente flexível para permitir queuma ampla variedade de aditivos seja misturada na cera que está sendo pe-letizada e também é responsável pela limpeza relativamente fácil do equi-pamento quando houver troca entre os produtos.

Não se pretende que a presente invenção seja limitada aos mé-todos específicos aqui descritos. O que foi visto antes é considerado comoilustrativo apenas dos princípios da invenção. Além disso, numerosas modi-ficações e variações irão facilmente ocorrer aos versados na técnica, não édesejado limitar a invenção à construção exata e à operação apresentadas edescrias e, conseqüentemente, pode se recorrer a todas as modificaçõesadequadas e equivalentes, que estejam dentro do âmbito da invenção.

Claims (20)

1. Método para a peletização de materiais que têm um ponto defusão exato que compreende:(a) a transformação de um material que tem um ponto de fusãoexato em uma massa fundida quente;(b) o resfriamento do material fundido quente até uma tempera-tura abaixo do seu ponto de fusão para fazer com que o material esteja emuma condição sólida que possa ser extrusada;(c) a extrusão do material sólido através de orifícios da matrizde uma placa de matriz para formar filamentos; e(d) o corte dos filamentos extrusados com um cortador giratórioem uma câmara de corte na ausência de líquido para transformar o dito ma-terial em péletes.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que os ditos pé-Ietes caem por gravidade para fora de uma abertura no fundo da dita câmarade corte.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, em que os ditos pé-letes que saem da dita câmara de corte são transportados para fora por umtransportador para um selecionador de pélete, um resfriador e/ou uma uni-dade de embalagem.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, em que a dita câ-mara de corte e o dito cortador giratório são partes de uma peletizadora de-baixo d'água que opera sem água ou sem outro líquido para resfriamentocomo uma peletizadora de face seca.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o dito mate-rial fundido a quente é uma cera ou um polímero similar à cera ou um outromaterial similar à cera.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, em que a etapa (b)é realizada em dois estágios; no primeiro estágio, a temperatura do materialé reduzida até uma temperatura exatamente acima em que o material irámudar de um líquido para um sólido de modo que o material permaneçasuficientemente líquido para ter bom fluxo sem obstrução e, no segundoestágio, a temperatura do material líquido resfriado é reduzida ainda mais demodo que o material seja um sólido misto que pode ser extrusado comple-tamente.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, em que a temperaturado material no primeiro estágio é reduzida até aproximadamente 5°C ou menoracima da dita temperatura de transição de líquido para sólido do material.

8. Método de acordo com a reivindicação 4, em que os ditos pé-letes são removidos da dita câmara de corte por um gás inerte introduzidoem um lado da dita câmara de corte que transporta os péletes para fora deum outro lado da dita câmara de corte.

9. Método de acordo com a reivindicação 6, em que os ditosprimeiro e segundo estágios também podem elevar a temperatura do mate-rial naquele local.

10. Método de acordo com a reivindicação 6, em que o dito se-gundo estágio é realizado em uma extrusora do tipo parafuso, de preferênciacom dois ou mais parafusos e mais preferivelmene ainda em uma extrusorade parafuso duplo ou de dois parafusos em co-rotação e interpenetração.

11. Método de acordo com a reivindicação 4, em que a dita pe-letizadora de face seca pode ser convertida em uma peletizadora debaixod'água com água e de volta novamente para uma peletizadora de face secasem líquido.

12. Aparelhagem para a formação de péletes partindo de ummaterial fundido que tenha um ponto de fusão exato que compreende:(a) um dispositivo de transferência de calor para resfriar o ma-terial fundido até uma temperatura exatamente acima da sua temperatura defusão de modo que o material permaneça suficientemente líquido para terbom fluxo sem obstrução;(b) uma extrusora para reduzir ainda mais a temperatura domaterial abaixo de seu ponto de fusão e misturar o material em um sólidoextrudável completamente misturado;(c) uma placa de matriz com orifícios de matriz e uma face dematriz; e(d) uma câmara de corte e um cortador giratório que cooperacom a dita face da matriz para cortar em péletes o dito sólido extrudávelcompletamente misturado extrusado através dos ditos orifícios da matriz naausência de líquido.

13. Aparelhagem de acordo com a reivindicação 12, em que odito material fundido é uma cera ou um polímero similar à cera ou outro ma-terial similar à cera.

14. Aparelhagem de acordo com a reivindicação 12, em que adita placa de matriz e o dito cortador giratório são partes de uma peletizado-ra de face seca.

15. Aparelhagem de acordo com a reivindicação 12, em que adita câmara de corte tem uma abertura no fundo através da qual os péletescaem para fora por gravidade.

16. Aparelhagem de acordo com a reivindicação 15, que com-preende também um transportador para transportar para fora os ditos péle-tes da dita câmara de corte.

17. Aparelhagem de acordo com a reivindicação 12, em que odito dispositivo de transferência é um trocador de calor, inclusive do tipo pla-ca e quadro, do tipo serpentina, do tipo de parede de raspagem, do tipo tuboem estilo U com ou sem misturadores estáticos e do tipo de carcaça e tubocom ou sem misturadores estáticos, de preferência do dito tipo de carcaça etubo com misturadores estáticos.

18. Aparelhagem de acordo com a reivindicação 14, em que a ditapeletizadora de face seca inclui uma abertura de entrada e uma abertura desaída e pode ser convertida em uma peletizadora debaixo d'água com líquido.

19. Aparelhagem de acordo com a reivindicação 18, que com-preende ainda um gás inerte introduzido na dita abertura de entrada parapurgar e remover os péletes da dita câmara de corte e transportar os péletespara fora através da dita abertura de saída.

20. Aparelhagem de acordo com a reivindicação 12, em que odito dispositivo de transferência e a dita extrusora incluem elementos de a-quecimento para aumentar a temperatura do material naquele local.