ES2714687T3 - Procedimiento y dispositivo para la molienda en frío - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la molienda en frío, en el que un material cargado se muele en una instalación de molienda (2) y se enfría antes o durante el proceso de molienda con un refrigerante criógeno líquido, caracterizado por que el refrigerante criógeno líquido se sobreenfría, antes de su aportación a la instalación de molienda (2), a una temperatura de al menos 2 K por debajo de su punto de ebullición, llegando al menos en gran medida en estado licuado a la instalación de molienda (2) y por que el caudal y/o la temperatura del refrigerante criógeno a aportar a la instalación de molienda (2) se regula en dependencia de uno o varios parámetros medidos en la instalación de molienda (2), especialmente de la temperatura del material a moler.

Description

DESCRIPCION

Procedimiento y dispositivo para la molienda en fno

La invencion se refiere a un procedimiento para la molienda en fno, en el que un material cargado se muele en una instalacion de molienda y se enfna antes o durante el proceso de molienda con un refrigerante criogeno Kquido.

Como productos, cuya trituracion resulta especialmente complicada, se consideran materiales con caractensticas elasticas como las del caucho, viscoelasticas o plasticas y/o materiales que, por diversas razones presentan una alta tendencia a la aglomeracion de las partfculas molidas, como plasticos tecnicos, ceras, productos farmaceuticos o determinadas materias naturales. Dado que las caractensticas mencionadas impiden una trituracion fiable, estos materiales se resquebrajan en la asf llamada molienda en fno antes del proceso de molienda, por ejemplo en un enfriador de tornillo de vortice y se aportan a continuacion, de forma dosificada, al molino. El problema es que durante el proceso de molienda se introduce una cantidad considerable de calor en el material de molienda fno. Esto se nota tanto mas, cuanto menor sea el tamano de las partfculas. Y es que, cuanto mas pequenas sean las partfculas, tanto mayor es el consumo energetico espedfico de masa necesario para la molienda. Por debajo de un tamano de partfcula dependiente del material de pocos micrometros, las partfculas molidas tienden a juntarse en nuevos aglomerados. Las altas temperaturas que se producen al moler pueden dar lugar a una aglutinacion de las partfculas con la consecuencia de que los aglomerados presentan una estabilidad comparable a la del material cargado original. Por lo tanto, en el documento DE 2 516 764 A1 se describe un enfriamiento del material de molienda en el que el material a moler se somete incluso en el propio molino a una corriente de gas fno, especialmente a una corriente de gas de nitrogeno fno. Sin embargo, el problema de estos procedimientos de refrigeracion, que trabajan con gas como refrigerante, consiste en que entre el material cargado y el refrigerante gaseoso solo se produce una transmision de calor muy mala, por lo que se tiene que proporcionar una gran cantidad de refrigerante gaseoso.

Un enfriamiento del material cargado mucho mas ventajo con vistas a la conduccion termica se consigue por medio de un refrigerante criogeno disponible en estado lfquido. Un procedimiento como este, en el que se emplea especialmente nitrogeno lfquido como refrigerante, se conoce, por ejemplo, por el documento DE 102007051 548 A1. La transmision termica es tan buena que dentro de las partfculas del material cargado se produce una diferencia de temperatura grande entre la superficie exterior rapidamente enfriada y el nucleo aun caliente, que a su vez favorece la trituracion de las partfculas. Por esta razon, este procedimiento resulta especialmente apropiado para conseguir en la molienda de materiales plasticos, viscoelasticos y elasticos como el caucho, sin problemas, tamanos de grano por debajo de los 10 pm, en especial por debajo de 1 a 3 pm, siendo posible prescindir de la adicion de aditivos (sustancias previstas para impedir una reaglomeracion de las partfculas molidas a continuacion del proceso de molienda). No obstante, el problema es que por los conductos de alimentacion correspondientes se conduce refrigerante licuado ultracongelados a temperatura de ebullicion. Como consecuencia, parte del refrigerante ya se evapora a causa de la inevitable aportacion de calor a traves de las paredes de los conductos de alimentacion durante la conduccion del material a la instalacion de molienda, influyendo negativamente en el efecto de refrigeracion. Especialmente cuando la aportacion del refrigerante se regula por medio de una valvula, que en el marco de la regulacion durante cierto tiempo impide por completo la aportacion de refrigerante, se forma aguas arriba de la valvula una burbuja de gas en el conducto de alimentacion, que incluso despues de abrir totalmente la valvula provoca durante cierto tiempo una refrigeracion insuficiente del material cargado. Debido al desconocimiento del tamano real de la burbuja de gas, es posible que se produzca un rebasamiento del circuito de regulacion hasta llegar a una realimentacion positiva, lo que imposibilita del todo una regulacion del sistema.

El objetivo de la presente invencion consiste, por lo tanto, en crear un procedimiento para la molienda en fno de material a moler con ayuda de un refrigerante criogeno licuado, que permita una regulacion fiable de la refrigeracion y que ademas resulte economico y eficiente.

Esta tarea se resuelve con un procedimiento del tipo inicialmente indicado, en el que el refrigerante criogeno se sobreenfna, antes de su aportacion a la instalacion de molienda, a una temperatura por debajo de su punto de ebullicion.

Por lo tan steog,ún la invencion el refrigerante criogeno lfquido (los terminos de refrigerante criogeno “lfquido” y “licuado” se emplearan en adelante como sinonimos) se sobreenfna durante su aportacion a la instalacion de molienda, es decir, a una temperatura por debajo de su temperatura de ebullicion. A causa del sobreenfriamiento, el refrigerante, que ya ha pasado a la fase gaseosa, se vuelve a licuar y llega, al menos en gran medida, en estado licuado a la instalacion de molienda. La menor generacion de gas dentro del conducto de alimentacion conduce a una afluencia uniforme de refrigerante a la instalacion de molienda, que se puede regular perfectamente. Ademas, el refrigerante criogeno licuado se encuentra tambien dentro de la instalacion de molienda en un estado todavfa sobreenfriado, por lo que el material cargado esta por mas tiempo en contacto con el refrigerante criogeno licuado. Como “sobreenfriado” se define aqrn un estado en el que el refrigerante criogeno lfquido presenta una temperatura claramente por debajo de la temperatura de ebullicion en las respectivas condiciones de presion en el conducto de alimentacion. El sobreenfriamiento se produce, por ejemplo, mediante el contacto termico con un refrigerante de temperatura mas baja.

Como molino se emplea, por ejemplo, un molino con cuerpos moledores , en el que el material a moler se introduce con los cuerpos moledores en un recipiente de molienda y se tritura como consecuencia del movimiento de los cuerpos moledores unos contra otros, asf como contra la pared del recipiente. Ejemplos de este tipo de molinos son los molinos de bolas, de barras, vibratorios, de agitador, de agitador y bolas o planetarios. Ademas se emplean molinos por impacto como, por ejemplo, quebrantadoras de martillos, molinos de clavijas, universales y de chorro de aire, asf como molinos de friccion, como molinos de rotor y de brecha larga y molinos de corte. El contacto directo del material cargado con el refrigerante criogeno licuado permite una excelente transmision de calor del material cargado al refrigerante. Por lo tanto, la introduccion de calor altamente problematica como consecuencia de la molienda, especialmente en caso de un material con caractensticas elasticas o plasticas, se compensa constantemente durante el proceso de molienda y se puede controlar asf perfectamente. El contacto directo del material cargado con el refrigerante criogeno licuado en el recipiente de molienda y/o en el refrigerador de productos conduce a un enfriamiento muy rapido del material cargado. Las tensiones internas provocadas reducen la estabilidad de las partfculas y favorecen a su vez el proceso de trituracion. En el procedimiento la i snevgeúnncion se pueden alcanzar sin problemas tamanos de grano por debajo de los 500 pm con un esfuerzo, en cuanto a equipos, relativamente reducido, incluso al moler materiales plasticos, viscoelasticos y elasticos como el caucho. El refrigerante aportado fundamentalmente en estado solido o lfquido se evapora al entrar en contacto termico con el material o con los cuerpos moledores y se evacua despues o se emplea para un enfriamiento de una unidad de clasificacion montada detras del recipiente de molienda, por ejemplo un filtro o un separador, a fin de impedir una reaglomeracion durante la clasificacion.

Una variante ventajosamente perfeccionada de la invencion preve que el flujo de masas y/o la temperatura del refrigerante criogeno a aportar a la instalacion de molienda se regulen en dependencia de uno o varios parametros medidos en la instalacion de molienda, especialmente de la temperatura del material a moler. Incluso en caso de un flujo de masas reducido se puede compensar y/o garantizar asf sin problemas, mediante un sobreenfriamiento mas fuerte de la introduccion de calor a traves de las paredes del conducto de alimentacion, que el refrigerante en estado todavfa sobreenfriado se introduzca en la instalacion de molienda y/o en una instalacion de refrigeracion conectada delante de la instalacion de molienda.

La diferencia de temperatura en la que se enfna el refrigerante, que inicialmente presenta su temperatura de ebullicion, se mide teniendo en cuenta la exigencia de que el refrigerante criogeno se aporte a la instalacion de molienda o a la instalacion de enfriamiento previo conectada delante de la instalacion de molienda, en estado lfquido, al menos en gran medida. Por lo tanto, la diferencia de temperatura respecto al punto de ebullicion es, despues del sobreenfriamiento, de al menos 2K, preferiblemente de al menos 5 K, con especial preferencia de al menos 10 K.

Como refrigerante criogeno preferido se emplea nitrogeno lfquido. El sobreenfriamiento se produce, por ejemplo, mediante contacto termico con un refrigerante criogeno que presenta un punto de ebullicion mas bajo, por ejemplo con un bano de nitrogeno lfquido, en el que se alcanza una temperatura baja mediante la reduccion de la presion. Se prepara, por ejemplo, un bano de nitrogeno en el que se mantiene la presion de 1000 mbar, con lo que en el bano de nitrogeno se ajusta una temperatura de 77 K; una reduccion de la presion del bano de nitrogeno a 100 a 200 mbar conduce incluso a un enfriamiento a 60 K a 66 K. El nitrogeno lfquido del conducto de alimentacion, que se pone en contacto termico con este bano de nitrogeno, se puede enfriar de este modo sin problemas a una temperatura de, por ejemplo, 78 K a 80 K.

A la vista del dibujo se explicara a continuacion con mayor detalle un ejemplo de realización de la invencion.

El unico dibujo (Figura 1) muestra en una vista esquematica un dispositivo para la molienda en fno para la realización del procedimiento según la invencion.

El dispositivo 1 representado en el dibujo comprende una instalacion de molienda 2 y una unidad de refrigeracion 3 conectada delante de la instalacion de molienda 2. En el caso de la instalacion de molienda 2 se trata, por ejemplo, de un molino por impacto, en el que el material cargado se tritura en el interior de un recipiente de molienda 2 por medio de discos de clavijas rotatorias. La unidad de refrigeracion 3 comprende, por ejemplo, un enfriador de tornillo de vortice, en el que el material cargado a traves de una tolva de carga 4 se pone en contacto directo con un refrigerante criogeno licuado.

El dispositivo 1 comprende ademas un deposito 5 para un refrigerante criogeno licuado ultracongelados. Por “licuado ultracongelado” se entiende aqrn un gas, cuyo estado lfquido se mantiene por el hecho de que su temperatura de almacenamiento se mantiene con ayuda de medidas tecnicas como refrigeracion y/o aislamiento. El deposito 5 presenta, a traves de un conducto de alimentacion 6 termicamente aislado, una conexion de flujo a la unidad de refrigeracion 3; otro conducto de alimentacion 8, tambien termicamente asilado, que se separa en una ramificacion 7 del conducto de alimentacion 6, establece una conexion de flujo entre el deposito 5 y la instalacion de molienda 2. La existencia de los dos conductos de alimentacion 6, 8 no es en absoluto necesaria en el marco de la invencion; tambien se puede prever una aportacion del refrigerante licuado ultracongelado a la unidad de refrigeracion 3 o a la instalacion de molienda 2. La aportacion de refrigerante criogeno licuado desde el deposito 5 a la unidad de refrigeracion 3 o a la instalacion de molienda 2 se puede controlar mediante el accionamiento de valvulas de regulacion de caudal 9, 10. En la entrada de la unidad de refrigeracion 3 se dispone una unidad de dosificacion impermeable al gas 12. Otra esclusa de material impermeable al gas 13 se encuentra en la salida de la instalacion de molienda 2. El refrigerante criogeno evaporado en la unidad de refrigeracion 3 y en la instalacion de molienda 3 se evacua a traves de una tubena de salida de gas 14. En el conducto de alimentacion 6 se dispone un dispositivo 15 para el sobreenfriamiento del refrigerante criogeno licuado. En el caso del dispositivo 15 se trata, por ejemplo, de una maquina frigonfica o de un intercambiador de calor. El dispositivo 15 comprende, por ejemplo, un bano del mismo refrigerante que el que se almacena en el deposito 5, cuya temperatura se ha rebajado reduciendo la presion, por lo que esta en condiciones de enfriar el refrigerante conducido por el conducto de alimentacion 6 a una temperatura por debajo de su punto de ebullicion. Un ordenador 16 presenta una comunicacion de datos con sensores en el interior de la instalacion de molienda 2, aqrn no representados, que detectan, por ejemplo, la temperatura en la instalacion de molienda 2, asf como con las valvulas de regulacion de caudal 9, 10 de la unidad de dosificacion 12 de la esclusa de material 13 y con el dispositivo 15.

Al utilizar el dispositivo 1, el material se aporta a traves de una tolva de carga 4 de la unidad de refrigeracion 3 y se pone en contacto directo con el refrigerante criogeno licuado aportado a traves del conducto de alimentacion 6. Dado que el refrigerante se encuentra en la unidad de refrigeracion 3, al menos en parte, todavfa en estado licuado, se produce una transmision de calor especialmente buena del material cargado al refrigerante. El refrigerante, que se evapora durante el proceso de refrigeracion, se evacua a traves de la tubena de salida de gas 14. El material previamente enfriado llega a continuacion a la instalacion de molienda 2 y se muele. A traves del conducto de alimentacion 7 tambien se puede aportar refrigerante, a fin de evacuar el calor de proceso generado durante la molienda y para mantener el material durante la molienda a una temperatura baja. El material molido se conduce despues, a traves de la esclusa de material 13, fuera del dispositivo 1 y se introduce, por ejemplo, en un recipiente de transporte aqrn no representado.

La regulacion de la afluencia de refrigerante se lleva a cabo por medio del ordenador 16. En el ordenador 16 se registran permanentemente, o en intervalos preestablecidos, uno o varios parametros de la instalacion de molienda, por ejemplo la temperatura en la instalacion de molienda 2 o el tamano de grano del material molido. A partir de los mismos se calcula, de acuerdo con un programa determinado, un valor para la afluencia de refrigerante a traves de los conductos de alimentacion 6 y/o 7 y se activan de manera correspondiente las valvulas de caudal 9, 10. Si la temperatura en la instalacion de molienda 2 esta, por ejemplo, por debajo de un valor preestablecido, se estrangulan o cierran totalmente las valvulas de caudal 9, 10. Para garantizar que el refrigerante no se evapore parcialmente en los conductos de alimentacion 6, 7 y que no llegue en estado gaseoso, y por lo tanto perjudicial para la transmision de calor, a la unidad de refrigeracion 3 o a la instalacion de molienda 2, el refrigerante se sobreenfna por medio del dispositivo 15, es decir, se enfna a una temperatura al menos entre 2 y 10 K inferior a su temperatura de ebullicion. Como consecuencia, el refrigerante llega a la unidad de refrigeracion 3 o a la instalacion de molienda 2, al menos en gran medida, en estado lfquido. Dentro de la unidad de refrigeracion 3 o de la instalacion de molienda 2 el refrigerante tambien se puede encontrar inicialmente en estado sobreenfriado, por lo que el refrigerante permanece durante el proceso de refrigeracion durante mas tiempo en estado lfquido, provocando asf un enfriamiento muy eficiente del material a moler a, por ejemplo, 120 a 100 K o menos. Gracias al fuerte enfriamiento, el material a moler se puede moler con seguridad hasta lograr tamanos de grano inferiores a los 500 pm, incluso en caso de materiales qmmicamente activos o de materiales con caractensticas plasticas o elasticas. En el ejemplo de realizacion, el sobreenfriamiento tambien se puede controlar por medio del ordenador 16 y la temperatura del refrigerante en los conductos de alimentacion 6, 7 se puede cambiar dentro de una amplia gama, por ejemplo a valores de entre 80 K y 92 K. De esta manera, la instalacion de molienda 2 o la unidad de refrigeracion 3 no se cargan con gas superfluo, ni siquiera en caso de caudales de refrigerante aportado diferentes. El consumo de corriente del dispositivo 1 se reduce en conjunto y el rendimiento de material a moler se incrementa.

Ejemplo: En un deposito 5 aislado al vacfo se almacena nitrogeno lfquido a una presion de deposito de aprox. 7,8 bar a temperatura de ebullicion. Para el proceso de molienda se tiene que evacuar una potencia calonfica de 5 kW a traves de nitrogeno lfquido, lo que corresponde a una demanda de nitrogeno lfquido de 55 kg/h. Con una longitud total de los conductos de alimentacion 6, 7 aislados al vacfo de 50 m y una transmision de calor supuesta de 1 W/m a los conductos de alimentacion 6, 7, la aportacion de calor total a traves del conducto es de 50 W. Como consecuencia ya se evaporan, sin sobreenfriamiento, 1,12 kg de nitrogeno (correspondientes a un porcentaje de masa del 2%) en el conducto de alimentacion, lo que corresponde a un porcentaje en volumen de aprox. 30,5 % en volumen. Gracias al sobreenfriamiento la invencion p soerg múnedio del dispositivo 15, la temperatura del nitrogeno lfquido en el conducto de alimentacion se reduce a un valor de unos 85 K, por ejemplo. Como consecuencia, el nitrogeno lfquido no solo puede absorber todo el calor introducido en los conductos de alimentacion 6, 7 sin evaporarse, sino que el nitrogeno lfquido llega ademas a una temperatura de aprox. 87 K, es decir, a una temperatura claramente inferior a su temperatura de ebullicion, a la unidad de refrigeracion 3 o a la instalacion de molienda 2.

Lista de referencias

1 Dispositivo

2 Instalacion de molienda

3 Unidad de refrigeracion

4 Tolva de carga

Deposito

Conducto de alimentacion

Ramificacion

Conducto de alimentacion

Valvula de regulacion de caudal (en el conducto de alimentacion 6) Valvula de regulacion de caudal (en el conducto de alimentacion 8)

Unidad de dosificacion

Esclusa de material

Tubena de salida de gas

Dispositivo para el sobreenfriamiento

Ordenador

Claims (3)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la molienda en fno, en el que un material cargado se muele en una instalacion de molienda (2) y se enfna antes o durante el proceso de molienda con un refrigerante criogeno lfquido, caracterizado por que el refrigerante criogeno lfquido se sobreenfna, antes de su aportacion a la instalacion de molienda (2), a una temperature de al menos 2 K por debajo de su punto de ebullicion, llegando al menos en gran medida en estado licuado a la instalacion de molienda (2) y por que el caudal y/o la temperatura del refrigerante criogeno a aportar a la instalacion de molienda (2) se regula en dependencia de uno o varios parametros medidos en la instalacion de molienda (2), especialmente de la temperatura del material a moler.

2. Procedimiento se ugnúan de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el refrigerante criogeno licuado se sobreenfna en una temperatura de al menos 5 K, preferiblemente de al menos 10 K.

3. Procedimiento segú lan reivindicació 1n o 2, caracterizado por que como refrigerante criogeno se emplea nitrogeno lfquido.