ES2226867T3 - Dispositivo y procedimiento para la disgregacion de materiales derivados de la madera. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para la disgregación de piezas de materiales derivados de la madera hechas de materiales que contienen celulosa y/o lignocelulosa, en particular tableros aglomerados, tableros de fibra de mediana densidad y similares, con un mecanismo de transporte y al menos un depósito de disgregación, estando configurado el depósito de disgregación y el mecanismo de transporte como al menos un tornillo (1, 2, 3, 4, 5) sin fin común de compactación con una envolvente (10) exterior solidaria de la carcasa y un árbol (11) accionable dispuesto en su interior con espiras (12) de hélice dispuestas en él con un paso que se puede predeterminar, siendo transportadas las piezas de materiales derivados de la madera en el tornillo (1, 2, 3, 4, 5) sin fin de compactación en dirección axial (dirección 14 de transporte) desde una abertura (15) de alimentación en la envolvente (10) exterior hasta una abertura (16) de salida, caracterizado porque la abertura (16) de salida está dispuesta en posición frontal,porque entre la abertura (15) de alimentación y la abertura (16) de salida solamente está prevista una abertura (7) de admisión para vapor de agua en la envolvente (10) exterior del tornillo sin fin común de compactación, porque están previstos tres o más tornillos (1, 2, 3, 4, 5) sin fin de compactación, porque la única abertura (7) de admisión para vapor de agua está dispuesta en uno de los tornillos (5) sin fin de compactación entre los tornillos (1 o 5) sin fin de compactación que en la dirección (14) de transporte son el primero o el último, y porque los varios tornillos (1, 2, 3, 4, 5) sin fin de compactación están dispuestos en una orientación axial de forma que sus respectivos ejes forman un ángulo recto entre sí.

Description

Dispositivo y procedimiento para la disgregación de materiales derivados de la madera.

La presente invención concierne a un dispositivo de disgregación de materiales derivados de la madera de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación principal, y un procedimiento para la puesta en práctica de éste.

Un dispositivo genérico de esta clase es conocido por el documento (US-A-3,741,863). En ese dispositivo, un equipo de transporte configurado como al menos un tornillo sin fin de compactación sirve para el transporte del material que se va a disgregar, siendo transportado radialmente dicho material hacia una abertura de descarga dispuesta en la carcasa exterior. Además, la abertura de alimentación del primer tornillo sin fin de compactación se utiliza a la vez como abertura (77) de admisión para vapor de agua. En este conocido dispositivo es una desventaja la necesidad de prever además del tornillo sin fin de compactación otro dispositivo de cierre hermético en forma de una válvula (72) rotativa por delante de la abertura de alimentación del primer tornillo sin fin de compactación y en forma de un separador ciclónico después del último tornillo sin fin de compactación, con lo cual este tipo de instalaciones son costosas.

Además por el documento (DE 19819 988 A1) se conoce el empleo de un dispositivo de transporte, configurado como tornillo sin fin de transporte, para el transporte del material que se va a disgregar a través de la cuba de impregnación y remojo previo, mientras el segundo tornillo sin fin de transporte sirve para el transporte del material ya disgregado procedente de la cuba de disgregación. En la propia cuba de disgregación el material de disgregación no se transporta mediante tornillos sin fin de transporte. El dispositivo tiene la desventaja de que durante la disgregación la cuba de llenado que está sometida a presión tiene que poderse cerrar herméticamente mediante medidas adecuadas. Incluso la descarga del des material disgregado se ha de configurar adecuadamente hermética.

Es tarea de la presente invención presentar un dispositivo genérico y un procedimiento que haga posible una disgregación continua y con ello sencilla y económica de materiales derivados de la madera.

Esta tarea queda resuelta mediante un dispositivo genérico y un procedimiento genérico descritos en el objeto de la reivindicación principal del dispositivo o del procedimiento.

De un modo sorprendente se encontró que una disposición de al menos tres tornillos sin fin de compactación puestos uno tras otro permite una circulación del material de disgregación a través de ellos en la que el producto de llenado hermetiza hasta tal punto los al menos tres tornillos sin fin de compactación que el procedimiento de disgregación se puede efectuar incluso bajo presión. A la vez se introduce vapor de agua, con preferencia bajo presión por ejemplo a una presión de al menos 2 bar, a través de una abertura de admisión para el vapor de agua situada en la carcasa exterior entre la abertura de alimentación y la abertura de descarga, en uno de los tornillos sin fin de compactación que no sea ni el primero ni el último de la disposición de tornillos sin fin de compactación. Sin embargo, en los tornillos sin fin de compactación situados en el borde extremo se puede observar ciertamente una caída de presión, que puede descender hasta el valor de la presión atmosférica, de manera que para que se mantenga una sobrepresión en la parte central de la disposición, eso conduce a que la presión de servicio puede alcanzar hasta 11 bar, o al menos alcanza una sobrepresión de 2 a 3 bar. Con la admisión de vapor de agua con una sobrepresión de 4 bar la temperatura de disgregación en el punto de admisión del vapor de agua se sitúa cerca de 143ºC. Por razones de espacio, se prefiere una disposición en la que la salida de cada uno de los tornillos sin fin de compactación desemboque aproximadamente en ángulo recto en la zona de entrada del siguiente tornillo sin fin de compactación.

Una ventaja esencial de la invención con un proceso conducido totalmente continuo consiste particularmente en que se puede renunciar a costosas medidas de sellado en el dispositivo, y que a pesar de todo es posible un trabajo continuo. Debido a ello es posible el trabajo sin tener que abrir y a continuación sellar las partes de la instalación, con lo cual de la instalación no pueden salir ni energía ni sustancias contaminantes. El dispositivo puede por tanto explotarse de un modo óptimo tanto desde el punto de vista económico como ecológico.

En el procedimiento acorde con la invención se pueden mantener presiones de disgregación de 2 a 11 bar de sobrepresión, en particular con el empleo de al menos cinco tornillos sin fin de compactación, trabajándose con preferencia en el rango de 2 a 8 bar y especialmente en el rango de 3 a 6 bar de sobrepresión.

Puesto que por el paso a través del tornillo sin fin no solamente se transporta el material que ha de ser disgregado sino que al mismo tiempo se le homogeneiza, debido al rozamiento de las partículas entre sí se produce una continua fragmentación mecánica con lo que se facilita la hidrólisis química. De este modo la disgregación de las partículas se acelera de tal forma que unos pocos minutos de tiempo de permanencia en los tornillos sin fin son suficientes para producir una buena disgregación. En el caso de materiales derivados de la madera más resistentes a la hidrólisis se puede favorecer la hidrólisis mediante adecuadas medidas, como por ejemplo una elevación o un descenso del valor del pH.

El proceso de disgregación desde el llenado con trozos de tableros aglomerados fraccionados hasta la pasta de madera mojada completamente disgregada tiene lugar pues a continuación con varios, al menos tres, tornillos sin fin conectados uno detrás de otro. Estos tornillos sin fin de compactación herméticos a la presión cumplen varias funciones: tanto el transporte como también el fraccionamiento continuo y la hidrólisis de la pasta de madera previamente mojada por una parte mediante el rozamiento de las partículas entre sí y por otra parte tiene lugar el propio proceso de disgregación mediante la captación de agua, vapor de agua y calor en el interior del sistema tubular de tornillos sin fin. Además es posible la construcción modular, pudiéndose emplear varios tornillos sin fin y también sistemas de accionamiento constructivamente iguales lo que reduce los costes de forma determinante.

Mediante los tornillos sin fin de compactación y los sistemas de accionamiento que se pueden controlar con independencia unos de otros se puede ajustar la velocidad de avance a las condiciones predeterminadas del proceso, estando determinados los límites máximos únicamente por el dimensionamiento de los sistemas de transporte y la velocidad de reacción de la disgregación.

Puesto que la totalidad del desarrollo del proceso tiene lugar bajo presión, se necesita una instalación hermética a la presión, lo cual tiene la ventaja de que no le puede llegar al ambiente ninguna de las posibles emisiones contaminantes que se originen en el proceso de disgregación. Puesto que la instalación también puede trabajar libre de aguas residuales, todo ello hace que se tenga muy en cuenta su interés en lo que respecta a la protección del medio ambiente.

Se ha demostrado como conveniente llenar el primer tornillo sin fin de compactación, en el cual se introduce el material de disgregación, con agua previamente calentada. A este respecto se puede utilizar una temperatura de agua de aproximadamente 20ºC a 95ºC.

El transporte por tornillo sin fin en el interior de la instalación permite la homogeneización de la pasta de madera y una buena y continua fragmentación a través del mutuo rozamiento continuo durante el transporte, lo cual produce una buena humectación de las superficies. Debido a ello se puede aprovechar completamente la entalpía del vapor de agua a lo largo de toda la longitud de la línea puesto que mediante el rozamiento de unas con otras las capas mojadas siempre se desprenden mecánicamente y dejan al descubierto capas situadas por debajo que todavía no están disueltas, las cuales son entonces fácilmente atacadas por el vapor de agua. Por medio de elevadas presiones de proceso se puede todavía acelerar el procedimiento.

El calor del gas de escape se puede aprovechar casi totalmente y no se pierde, en comparación con el servicio discontinuo del estado de la técnica. El calor de la pasta de madera disgregada húmeda se puede aprovechar adicionalmente efectuando el transporte al secador tras la salida del último tornillo sin fin de compactación por el camino más corto. Con ello se minimizan las pérdidas de calor y el coste del secado.

Con ayuda del control de la velocidad de avance se puede actuar con mucha precisión sobre la captación de agua, vapor de agua y calor del producto disgregado, lo cual permite otra optimización de los parámetros del proceso, en particular del suplemento de energía, y un óptimo gobierno del proceso.

De acuerdo con la invención se emplean por tanto tornillos sin fin de compactación que permiten que durante el transporte del material se establezca una presión en el material que se está transportando. Este tipo de tornillos sin fin, que también se designan como tornillos sin fin de compactación, son por ejemplo tornillos sin fin apoyados por un lado cuya abertura de salida esta dispuesta axialmente. Pueden presentar un paso progresivo o regresivo, esto es, que la separación de las espiras de la hélice sean cada vez mayores o se reduzcan en cada vuelta.

La temperatura de disgregación tiene una influencia sustancial sobre la hidrólisis del material derivado de la madera. Cuanto más elevada sea la presión del vapor de agua empleado para la disgregación, tanto más alta es la temperatura de disgregación. Con una sobrepresión del vapor de agua de 4 bar, la temperatura alcanza unos 143ºC. Con presiones de disgregación de un orden de magnitud de unos 8 bar, dependiendo del tipo de madera y de otros parámetros del proceso, se puede llegar a un cambio de color no deseado de las virutas. Las presiones de vapor de agua utilizadas tienen pues que ser vigiladas con cuidado. En general, se eligen presiones entre 7 y 11 bar, pero es preferible entre 2 y 8 bar y especialmente de unos 3 a 6 bar de sobrepresión.

Las velocidades de transporte a través de los tornillos sin fin de compactación son diversas, pueden variar dependiendo del número de tornillos sin fin de compactación que se utilice. Con un número más bien grande de tornillos sin fin de compactación se puede elevar la velocidad de circulación, y con un número más bien pequeño se tiene que reducir dicha velocidad a fin de garantizar el necesario tiempo de permanencia para la disgregación. En dependencia de la presión utilizada, por regla general la disgregación puede efectuarse completamente tras un tiempo de permanencia de unos 30 min, a ser posible 20 min, con lo cual cuando se utilizan más de tres tornillos sin fin de compactación el tiempo de permanencia por cada tornillo sin fin de compactación solamente alcanza unos pocos minutos. A diferencia del convencional procedimiento de disgregación discontinuo, esto significa un acortamiento sustancial del tiempo de disgregación.

En las condiciones mencionadas, por lo general se alcanzan velocidades de rotación de los tornillos sin fin de compactación que están en un orden de magnitud de unas pocas revoluciones por minuto, por ejemplo de 3 a 10 RPM.

Se ha demostrado que es ventajoso añadir agua precalentada a la entrada de material en el primer tornillo sin fin de compactación. Las temperaturas del agua pueden estar desde 20 a 95ºC. El agua, al combinarse con los materiales cargados, produce un sellado adicional de la sobrepresión utilizada para la disgregación frente a la atmósfera exterior.

Los materiales derivados de la madera que van a ser disgregados, son previamente fragmentados de un modo basto antes de la disgregación, habiéndose demostrado como particularmente apropiado un tamaño de partículas del orden de magnitud de 3 a 10 cm, con preferencia de 3 a 5 cm. Una fragmentación por debajo de 2 cm ya no resulta ventajosa puesto que entonces se hace más difícil la separación de los revestimientos u otros agregados.

Se ha demostrado que en condiciones favorables, por ejemplo mediante un buen sellado individual de los tornillos sin fin de compactación, ya con tres de ellos que estén dispuestos uno tras otro, se puede mantener en el tornillo central la presión de disgregación que se corresponde con la presión del vapor de agua introducido. En el caso de una disposición con más de tres tornillos sin fin de compactación la zona de valores deseables de la presión de reacción se ensancha todavía más, de manera que se puede incrementar la velocidad de circulación en cada uno de los tornillos sin fin de compactación.

Es ventajoso equipar el primer tornillo sin fin de compactación por el lado de carga de los materiales con una esclusa de alta presión. Por el lado de salida no es absolutamente necesaria una regulación de la presión puesto que en ese punto la presión puede caer hasta la presión del ambiente.

Otras configuraciones adecuadas de la invención están caracterizadas en las restantes reivindicaciones.

La invención se explica a continuación con más detalle con ayuda de la memoria que sigue, con ayuda de los dibujos y de los ejemplos. En los dibujos se muestra:

Figura 1 la construcción de un dispositivo acorde con la invención con un total de cinco tornillos sin fin de compactación, para la realización del procedimiento de la invención.

Ejemplo 1

Se dispusieron de tal manera cinco tornillos sin fin de compactación que la salida axial de cada tornillo sin fin de compactación desembocaba lateralmente y aproximadamente perpendicular por la zona de entrada del siguiente tornillo sin fin de compactación. Todas las conexiones entre los tornillos sin fin se configuraron de forma hermética a la presión.

Los tornillos sin fin de compactación tenían un diámetro estándar de 400 mm y una longitud estándar de 2,5 m. El accionamiento se producía por medio de motores eléctricos de la misma potencia de 10 kW. El primer tornillo sin fin de compactación estaba provisto con una esclusa de alta presión con indicador de nivel.

En el centro del tercer tornillo sin fin de compactación se encontraba dispuesta una alimentación de vapor de agua que estaba conectada con una fuente de vapor de agua para un vapor saturado de 5 bar abs. El último tornillo sin fin de compactación disponía al final del tornillo de un dispositivo de aspiración de vapores.

En el primer tornillo sin fin de compactación se introducía material de tableros aglomerados que habían sido fragmentados a un tamaño de partículas de unos 8x8x20 cm^{3}. El tornillo sin fin fué rellenado con agua precalentada que mostraba una temperatura de unos 90ºC.

La velocidad de avance de los tornillos sin fin de compactación se controlaba de tal manera que en cada tornillo sin fin de compactación se producía un tiempo de permanencia de aproximadamente 5 minutos. En la alimentación de vapor de agua del tercer tornillo sin fin de compactación se introdujo de forma dosificada vapor saturado con una presión de 4 bar efectivos.

Las virutas que caían de la salida del último tornillo sin fin de compactación se correspondían ampliamente tanto a la vista como en tamaño de partícula a virutas frescas habituales.

El dispositivo mostrado en la figura 1 contiene cinco tornillos 1, 2, 3, 4 y 5 sin fin de compactación, dispuestos uno tras otro que se accionan mediante motores 6 de accionamiento. La zona de salida axial de cada tornillo sin fin está embridada en dirección axial perpendicularmente con la zona de entrada del siguiente tornillo sin fin de compactación, empleándose conexiones herméticas a la presión. El tornillo 3 sin fin de compactación contiene una alimentación 7 de vapor de agua que está conectada con una fuente de vapor saturado (no representada). El tornillo 1 sin fin de compactación contiene un dispositivo 8 de carga para la introducción del material de disgregación. Al final del último tornillo 5 sin fin está dispuesto un dispositivo de aspiración de vapores o bien un diafragma 9 elástico.

El dispositivo mostrado en la figura 1 presenta en total cinco tornillos 1, 2, 3, 4, 5 sin fin o también denominados tornillos 1, 2, 3, 4, 5 sin fin de compactación que son accionados por respectivos motores 6 de accionamiento. En el primer tornillo sin fin tiene lugar la alimentación de las piezas de materiales derivados de la madera que preferiblemente ya han sido fragmentadas previamente, constituyendo la carga del material. En el último tornillo 5 sin fin está prevista una abertura frontal de entrega con un diafragma elástico. Los cinco tornillos sin fin de compactación están dispuestos uno tras otro y sirven a la vez como depósito de disgregación y como mecanismo de transporte para las piezas de materiales derivados de la madera. Cada tornillo sin fin de compactación presenta una envolvente 10 exterior solidaria de la carcasa y un árbol 11 dispuesto en su interior con espiras 12 de hélice dispuestas alrededor de él con un paso que se puede predeterminar. Entre los pasos de las espiras de hélice por una parte, y entre el árbol (interior) y la envolvente (exterior) se transportan las partículas. Los tornillos 2, 3, 4, y 5 sin fin de compactación presentan en el repetido ejemplo de ejecución en todos ellos el mismo paso, pero eventualmente también pasos distintos de las espiras de la hélice.

Contrariamente a lo anterior, el tornillo 1 sin fin de compactación presenta espiras 13 de hélice con diámetros o pasos variables.

Los tornillos compresores y el tornillo 3 sin fin de compactación están cada uno dispuestos en horizontal. Por el contrario los tornillos 2 y 4 sin fin de compactación están dispuestos formando ángulo con ellos, con preferencia en posición vertical.

Los tornillos sin fin de compactación individuales están conectados uno tras otro de tal manera que las piezas de materiales derivados de la madera se transportan en la dirección 14 axial (dirección de transporte) del tornillo sin fin de compactación desde la abertura 15 de alimentación en la envolvente 10 exterior hasta una abertura 16 frontal de entrega en dirección axial, estando prevista entre la abertura de alimentación y la abertura de entrega en la envolvente 10 exterior en el tornillo 3 sin fin de compactación la abertura 7 de admisión para el vapor de agua. El tornillo 2 sin fin de compactación puede estar equipado con una abertura 17 de entrada para agua, con preferencia agua precalentada. Todos los tornillos sin fin de compactación o al menos una parte de ellos pueden configurarse de forma que sean calentados.

Claims (13)

1. Dispositivo para la disgregación de piezas de materiales derivados de la madera hechas de materiales que contienen celulosa y/o lignocelulosa, en particular tableros aglomerados, tableros de fibra de mediana densidad y similares, con un mecanismo de transporte y al menos un depósito de disgregación, estando configurado el depósito de disgregación y el mecanismo de transporte como al menos un tornillo (1,2,3,4,5) sin fin común de compactación con una envolvente (10) exterior solidaria de la carcasa y un árbol (11) accionable dispuesto en su interior con espiras (12) de hélice dispuestas en él con un paso que se puede predeterminar, siendo transportadas las piezas de materiales derivados de la madera en el tornillo (1,2,3,4,5) sin fin de compactación en dirección axial (dirección 14 de transporte) desde una abertura (15) de alimentación en la envolvente (10) exterior hasta una abertura (16) de salida, caracterizado porque la abertura (16) de salida está dispuesta en posición frontal, porque entre la abertura (15) de alimentación y la abertura (16) de salida solamente está prevista una abertura (7) de admisión para vapor de agua en la envolvente (10) exterior del tornillo sin fin común de compactación, porque están previstos tres o más tornillos (1,2,3,4,5) sin fin de compactación, porque la única abertura (7) de admisión para vapor de agua está dispuesta en uno de los tornillos (5) sin fin de compactación entre los tornillos (1 ó 5) sin fin de compactación que en la dirección (14) de transporte son el primero o el último, y porque los varios tornillos (1,2,3,4,5) sin fin de compactación están dispuestos en una orientación axial de forma que sus respectivos ejes forman un ángulo recto entre sí.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la abertura (7) de admisión está configurada como abertura para vapor de agua a presión.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la abertura (16) de salida del tornillo (5) sin fin de compactación que en la dirección (14) de transporte es el último, está provista con un equipo de aspiración de vapores o un diafragma elástico.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en total están previstos cinco tornillos (1,2,3,4,5) sin fin de compactación dispuestos uno a continuación de otro.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los tornillos (1,2,3,4,5) sin fin de compactación están dispuestos discurriendo parcialmente en horizontal y parcialmente en vertical en la dirección (14) de transporte.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque al menos uno de los tornillos (1,2,3,4,5) sin fin de compactación está configurado de forma que se puede calentar y/o porque en al menos uno de los tornillos sin fin de compactación el paso de las espiras (12) de la hélice no es constante sino que se incrementa o se reduce en la dirección (14) de transporte.

7. Procedimiento para la disgregación de materiales derivados de la madera hechos de material que contiene lignocelulosa, en particular tableros aglomerados, tableros de fibra de mediana densidad y otros materiales residuales y desechos fabricados con materiales que contienen lignocelulosa utilizando un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, siendo transportados de forma continua los materiales derivados de la madera a través de las aberturas (16) de salida frontales de al menos tres tornillos (1,2,3,4,5) sin fin de compactación dispuestos uno tras otro de forma hermética a la presión, y estando a la vez sometidos a la acción de los esfuerzos de rozamiento y los esfuerzos cortantes que se originan en los tornillos sin fin de compactación, e inyectándose vapor de agua a presión en al menos uno de los tornillos (1,2,3,4,5) sin fin de compactación que no es ni el primero ni el último de los tornillos sin fin de compactación.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque el vapor de agua se inyecta con una sobrepresión de al menos 2 bar.

9. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque en una disposición de un número impar de tornillos (1,2,3,4,5) sin fin de compactación transportadores, el vapor de agua se inyecta en el que ocupa la posición central de los mismos.

10. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque en una disposición de un número par de tornillos (1,2,3,4,5) sin fin de compactación transportadores, el vapor de agua se inyecta en uno de los tornillos sin fin de compactación centrales.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque el vapor de agua posee una sobrepresión de 2 a 11 bar.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los materiales derivados de la madera se fraccionan antes de la disgregación hasta un tamaño de partículas de al menos 5x5 cm.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los tornillos sin fin de compactación son calentados adicionalmente.