ES2281382T3 - Procedimiento para tratar un producto por medio de un mezclador-amasador. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento ya sea para la concentración o bien para el tratamiento térmico de productos de viscosidad dura, especialmente elastómeros y termoplásticos, en un mezclador-amasador con al menos un eje agitador (7-10, 21) equipado con elementos mezcladores o alternativamente con amasadores (11), caracterizado en que, a una cama de un producto viscoso, previamente concentrado por evaporación, se le añade siendo mezclada continuadamente una nueva disolución poco viscosa, de tal forma que la viscosidad y la concentración de dicha cama del producto serán ajustadas hasta tal punto que la introducción de la energía, consistente en energía amasadora mecánica así como la transmisión de calor, será la máxima a través del contacto con la superficie de intercambio de calor del amasador.
Description
Procedimiento para tratar un producto por medio
de un mezclador-amasador.
\global\parskip0.800000\baselineskip
El invento se refiere a un procedimiento ya sea
para la concentración o bien para el tratamiento térmico de
productos de viscosidad dura, especialmente elastómeros y
termoplásticos, en un mezclador-amasador con al
menos un eje agitador equipado con elementos mezcladores o
alternativamente con amasadores.
La fabricación industrial de productos de dura
viscosidad, especialmente de elastómeros y de plásticos tiene lugar
frecuentemente mediante la utilización de solventes, en cuyo caso
dichos solventes tienen que ser nuevamente eliminados al término
del proceso de producción por medio de la separación
(concentración). En el presente ejemplo de ejecución se aborda la
concentración continua y la des-gasificación de una
solución de elastómeros, en cuyo caso hay que diferenciar entre una
parte limitante para la transición del calor y una parte limitada
en la transmisión del
material.
material.
Los correspondientes procedimientos de
separación se realizan habitualmente en intercambiadores de calor
agitadores y en los llamados
mezcladores-amasadores, dentro de los cuales el
producto es transportado desde una entrada hasta una salida con la
ayuda de los correspondientes elementos amasadores y
transportadores, entrando en contacto intensivo al mismo tiempo con
las superficies de los intercambiadores de calor. Los
mezcladores-amasadores de este tipo están descritos
en la DE-PS 2349106, en la EP 0517068 A1 y en la DE
19536944 A1.
El presente invento tiene como objetivo la
optimización de la evaporación limitante para la transición de
calor.
La consecución de dicho objetivo conlleva que a
una cama de un producto viscoso, previamente concentrado por
evaporación, se añada siendo continuadamente mezclada una nueva
disolución poco viscosa de tal forma que la viscosidad y la
concentración de dicha cama del producto sean ajustadas hasta tal
punto que la introducción de energía, consistente en energía
amasadora mecánica así como la transmisión de calor, sea la máxima a
través del contacto con la superficie de intercambio de calor del
amasador.
Esto ocurre preferiblemente dentro de un
mezclador-amasador que posee una buena mezcla de
retorno. En este caso se prefiere un
mezclador-LIST-DTB, el cual está
descrito también en la DE-PS 2349106 anteriormente
mencionada. Dentro de este mezclador el producto no será únicamente
transportado desde la entrada hasta la salida, sino que también
será mezclado de forma homogénea en todo el aparato con el nuevo
producto por medio de la mezcla en retorno.
Para el propio producto se determina previamente
el porcentaje de contenido líquido ya existente para el total de la
transmisión del calor por medio del calor por contacto y para la
introducción de calor por medio del recalentamiento por
cizallamiento es máximo y la velocidad de evaporación es entonces la
más elevada. Es por ello que se intenta mantener el producto con el
mismo porcentaje de solvente en el
mezclador-amasador con buena mezcla en retorno, lo
que se consigue añadiendo continuadamente y de forma dosificada un
nuevo producto, el cual es siempre menos viscoso y contiene un
porcentaje más elevado de solvente. De esta manera se puede ajustar
una concentración, con la cual la energía de evaporación necesaria,
consistiendo de calor por contacto y del recalentamiento por
cizallamiento, será optimizada.
En el caso de que el producto con un alto
contenido de solvente al principio sea todavía muy líquido, la
concentración por evaporación ocurre entonces sustancialmente
mediante calor por contacto, el cual será transmitido por una
carcasa calentada mediante una camisa, un eje caliente y/o elementos
amasadores calientes. A medida que el producto sea más y más
viscoso por medio de la evaporación, la transmisión de calor por
contacto disminuye con más rapidez y aumenta el recalentamiento por
cizallamiento, en cuyo caso la suma de ambos pasa de un valor
máximo. A partir de una determinada reducción del porcentaje de
contenidos líquidos, la velocidad de evaporación disminuye sin
embargo de manera considerable, ya que no queda suficiente líquido
que pueda ser transportado desde el interior del producto hasta la
superficie. Es por ello que conforme al presente invento el
contenido de por ejemplo el solvente debe de ser ajustado en un
margen de porcentaje que se encuentre próximo al máximo pero a toda
costa aún por encima de esta caída de la velocidad de
evaporación.
El procedimiento conforme al invento tiene
además la ventaja de que con la intensidad incrementada de trabajo
se rompe la formación de espuma, la cual tiene su origen en la
dosificación por ráfagas del producto en el
mezclador-amasador, gracias a lo cual se mejora
todavía más la introducción de energía térmica. La energía de
evaporación necesaria para la concentración por evaporación será
maximizada de forma correspondiente a la combinación de calor por
contacto y al recalentamiento por cizallamiento. La posibilidad de
mantener constante la temperatura del producto a través de la
evaporación del solvente permite un alto grado de libertad con
respecto a la regulación del recalentamiento por cizallamiento
gracias a los números de revoluciones (gradiente de cizallamiento)
y al grado de carga del mezclador-amasador.
En el segundo
mezclador-amasador, colocado a continuación del
primero, el producto será sometido a un flujo de tapón por medio de
una geometría correspondiente a los elementos amasadores. En este
segundo mezclador-amasador tiene lugar la
evaporación limitada en transmisión de material, por lo cual en este
caso se prefiere la utilización de un
mezclador-amasador de dos ejes, los cuales están
comercializados bajo los nombres "LIST-ORP" (EP
0517068 A1) y "LIST-CRP" (DE 19536944 A1). En
este mezclador-amasador con flujo de tapón es
esencial que la superficie del producto sea renovada lo más
rápidamente posible, ya que en ésta superficie evapora el líquido.
Debido a que los lugares de evaporación se retiran más y más hacia
el interior del producto habría que renovar constantemente las
superficies del producto mediante el amasado intenso. Además, será
estrictamente necesario un buen control de la temperatura del
producto.
Más ventajas, características y detalles del
presente invento pueden ser deducidos de la siguiente descripción
de ejemplos preferidos de realización así como también de las
figuras; las cuales muestran en la
Figura 1 una vista lateral de un dispositivo
conforme al invento para el tratamiento de un producto en al menos
un mezclador-amasador;
Figura 2 una vista frontal de una parte del
dispositivo conforme a la figura 1.
En la figura 1 dos
mezcladores-amasadores 1 y 2 están unidos. En el
caso del mezclador-amasador 1 se trata de un
amasador con buena mezcla en retorno, tal como se está
comercializando por ejemplo con el nombre
"LIST-DTB". La DE-PS 2349106
se refiere a dicho "DTB". Un mezclador-amasador
con buena mezcla en retorno se caracteriza en que el producto es
mezclado de forma homogénea en todo el
mezclador-amasador.
En el caso del
mezclador-amasador 2 sin embargo se trata de un
amasador con un tal llamado flujo de tapón, tal como se está
comercializando por ejemplo con el nombre
"LIST-CRP" o "List-ORP".
Los derechos de protección correspondientes para ello están
publicados en la EP 0517068 y en la DE 19536944 A1. En el caso de un
mezclador-amasador con buen flujo de tapón el
producto es transportado desde la entrada hasta la salida sin que se
dé una mezcla axial con el producto siguiente. Es por ello que
generalmente se encuentra una entrada 3 para el producto en un
extremo del mezclador-amasador y una salida 4, la
cual está realizada en el presente caso en forma de un dispositivo
de evacuación de dos hélices en el otro extremo del
mezclador-amasador 2.
Por el contrario, el
mezclador-amasador 1 posee una entrada 5
aproximadamente en el centro del mezclador-amasador
y un dispositivo de evacuación de dos hélices 6 en el extremo del
mezclador-amasador 1. En ambos
mezcladores-amasadores están indicados dos ejes 7 y
8, respectivamente 9 y 10, en los cuales están colocados elementos
mezcladores, ya sea para el transporte o bien para el amasado 11,
los cuales giran con los ejes, tal y como ha sido descrito, entre
otras conceptos, en los derechos de protección anteriormente
mencionados.
En la línea de alimentación 12, hacia la entrada
5, están conectados una bomba 13, un intercambiador de calor 14, y
una válvula presostática 15. Este dispositivo llamado "dispositivo
por ráfagas" precalienta el producto.
En el mezclador-amasador 1 gran
parte del contenido líquido del producto será evaporado, en cuyo
caso se introduce calor al mezclador-amasador 1.
Para ello se puede calentar por ejemplo, la camisa de la carcasa 16,
los ejes amasadores 7 y 8 respectivamente, o los elementos
amasadores 11. El contenido evaporado sale del
mezclador-amasador 1 a través de una torreta para
los vapores desprendidos 17, en cuyo caso están conectados un
conducto de evacuación 18 correspondiente, un condensador 19, y una
bomba de gas inerte 20.
En la figura 2 está representado además que el
mezclador-amasador 1 también puede presentar un
único eje 21.
El producto liberado de casi todo el contenido
líquido será evacuado del mezclador-amasador 1
mediante el dispositivo de evacuación de dos hélices 6 y conducido
hacia la entrada 3 del mezclador-amasador 2 a través
del conducto 22 y de una válvula presostática 23. Este
mezclador-amasador 2 presenta también una torreta
para los vapores desprendidos 24, a continuación de la cual se
encuentra un conducto de evacuación 25, en el cual están conectados
un condensador 26 o bien una bomba de gas inerte 27.
El funcionamiento del presente invento se
explica más detalladamente mediante el siguiente ejemplo:
En un 77% de ciclohexano está disuelto, por
ejemplo, un elastómero, es decir
estireno-butadieno-estireno (SBS).
En un ensayo "Batch" se investigaba el comportamiento de
evaporación y degasificación de este elastómero disuelto, y la
velocidad de evaporación fue representada a lo largo del tiempo.
Desde el 77% hasta el 40% de concentración de solvente la velocidad
de evaporación dependió básicamente del calor por contacto del
producto con la camisa de la carcasa, de los ejes calientes 7 y 8,
y de los elementos amasadores 11.
En un rango que va desde el 40% hasta el 25% de
solvente la energía amasadora aumentó considerablemente debido a la
viscosidad incrementada del producto (hasta 1300 Pas por 80 s^{-1}
de gradiente de cizallamiento), sin que la transmisión del calor
por contacto disminuyera sustancialmente. Esto significa que al
calor por contacto se le añade bastante recalentamiento por
cizallamiento. Pero al mismo tiempo la concentración de solvente
aún es suficientemente alta para que el total de la energía
introducida pueda ser utilizada para la evaporación del solvente,
de tal modo que la temperatura del producto se mantiene constante.
Es por ello que en este rango se consigue que la efectividad del
amasador sea maximizada.
Por debajo del 23% de solvente se reduce
drásticamente la velocidad de la evaporación. Esto tiene su origen
en que en la superficie del producto ya no queda suficiente solvente
y se frena desde el interior el suministro de solvente. Con ello se
reduce sustancialmente la velocidad de secado. El inicio de esta
reducción de la velocidad está marcado por un brusco giro en la
curva del secado.
Conforme al presente invento se aprovecha este
comportamiento del producto en el mezclador-amasador
1 con buena mezcla en retorno, de tal manera que siempre se
mantiene la concentración del solvente en el nivel de
aproximadamente un 25%. Ello ocurre a través del control de la
entrada de producto fresco y a través de la regulación de la
energía amasadora por medio del número de revoluciones del eje y del
grado de carga.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Como otra ventaja se pudo observar que al
mantener esta concentración no se produjo ninguna formación de
espuma, lo que conlleva hacia un mejor coeficiente de transmisión
de calor. La forma de conducir el mezclador-amasador
1 conforme al procedimiento supone una gran influencia sobre el
"aumento a escala" de la fase de secado aquí realizada
determinada por la transmisión de calor.
La disolución así concentrada será evacuada de
forma continua del mezclador-amasador 1 mediante el
dispositivo de evacuación con dos hélices 6, y al mismo tiempo
calentada en las hélices por cizallamiento e introducida "por
ráfagas" en el mezclador-amasador 2. En este
mezclador-amasador 2 se realiza una fase de secado
limitada en transmisión de material, en la cual ya no ocurre
prácticamente ninguna evaporación en la superficie. Los puntos de
evaporación, cuyo conjunto representa el tal llamado espejo de
secado, se retiran más y más hacia el interior del producto. El
líquido está obligado así a difundirse.
Para esta fase del procedimiento el
mezclador-amasador 2, ésta equipado con una
renovación de superficie máxima, flujo de tapón y buenas
posibilidades de control de la temperatura del producto gracias a la
geometría de los ejes y de la cinemática.
El elastómero desgasificado será evacuado del
mezclador-amasador 2 al final con el segundo
dispositivo de evacuación de dos hélices 4. El elastómero contiene
aún un contenido residual de solvente por debajo de las 1000
ppm.
Claims (10)
1. Procedimiento ya sea para la concentración o
bien para el tratamiento térmico de productos de viscosidad dura,
especialmente elastómeros y termoplásticos, en un
mezclador-amasador con al menos un eje agitador
(7-10, 21) equipado con elementos mezcladores o
alternativamente con amasadores (11),
caracterizado en que,
- a una cama de un producto viscoso, previamente concentrado por evaporación, se le añade siendo mezclada continuadamente una nueva disolución poco viscosa, de tal forma que la viscosidad y la concentración de dicha cama del producto serán ajustadas hasta tal punto que la introducción de la energía, consistente en energía amasadora mecánica así como la transmisión de calor, será la máxima a través del contacto con la superficie de intercambio de calor del amasador.
2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1,
caracterizado en que una energía amasadora será influenciada
por un cambio de las revoluciones y/o por el grado de relleno del
mezclador-amasador (1).
3. Procedimiento conforme a las reivindicaciones
1 ó 2, caracterizado en que el producto será mezclado
continuadamente en el mezclador-amasador (1).
4. Procedimiento conforme a las reivindicaciones
1 hasta 3, caracterizado en que el producto será evacuado
continuadamente del mezclador-amasador (1) e
introducido en un segundo mezclador-amasador
(2).
5. Procedimiento conforme a la reivindicación 4,
caracterizado en que el producto será calentado al salir del
mezclador-amasador (1) y antes de entrar en el
mezclador-amasador (2).
6. Procedimiento conforme a la reivindicación 4
ó 5, caracterizado en que el producto va a ser sometido a un
flujo de tapón en el mezclador-amasador (2).
7. Procedimiento conforme a la reivindicación 6,
caracterizado en que el producto va a ser sometido a una
gran renovación de superficie así como también a un estricto control
de la temperatura del producto en el
mezclador-amasador (2).
8. Procedimiento conforme con al menos una de
las reivindicaciones 1 hasta 7, caracterizado en que se trata
como producto a una solución de elastómeros que contiene
solventes.
9. Dispositivo para la realización del
procedimiento conforme con al menos una de las reivindicaciones 1
hasta 8, caracterizado en que una entrada (5) para el
producto está conectada con el mezclador-amasador
(1) con buena mezcla en retorno y ésta está conectada a su vez con
un mezclador-amasador (2) con buen flujo de
tapón.
10. Dispositivo conforme a la reivindicación 8,
caracterizado en que a continuación de la entrada de ambos
mezcladores-amasadores (1, 2) se encuentra una
hélice sin fin de salida.
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