Proceso y máquina para la aglomeración y/o secado de materiales en polvo usando radiación infrarroja.

Método y equipo con sus variantes, que opera en continuo o discontinuo para la aglomeración y/o secado de materiales en polvo mediante irradiación infrarroja selectiva sobre una superficie continuamente renovada de material en polvo,

con o sin proyección de líquidos por pulverización, el proceso puede ser estanco o abierto a la atmósfera, con o sin recuperación de componentes volátiles.

Proceso y maquina para la aglomeracion y/o secado de materiales en polvo usando radiacion infrarroja"

Mas concretamente la invencion se refiere a una maquina especialmente disenada para la aglomeracion y/o secado de materiales en polvo, mediante la aplicacion de radiacion infrarroja, a base de un proceso que mas adelante se detalla. Existen en el mercado y por tanto pueden considerarse como estado de la tecnica, procesos ideados con la misma finalidad, como son los de compactacion humeda o seca, peletizacion, atomizacion, extrusion y granulacion humeda. La peletizacion es un proceso que se basa en forzar un polvo a pasar por un orificio, con lo cual se obtienen granulos de simetria cilindrica, el proceso puede efectuarse en seco o en humedo, y queda reservada a granulos de un diametro del cilindro de como minimo algunos milimetros, la variante seca es muy poco versatil, pues para cada producto hace falta una matriz especifica.

La atomizacion es un proceso que requiere que el solido sea dispersado y/o disuelto en un l iquido para luego ser pulverizado y sometido a corriente de aire seco para eliminar el agua. Los granulos que se obtienen son de un tamano de particula pequeno de 20 a 300 micras, y el coste energetico de la operacion es importante. La extrusion es un proceso que se basa en hacer pasar un material de consistencia pastosa, que puede ser fundido o bien una mezcla de solido con liquido, a traves de unos orificios mediante un husillo para luego proceder a su corte, enfriado y/o secado con lo que obtenemos los granulos. La granulacion humeda es otro procedimiento conocido que se basa en pulverizar con liquido un solido en polvo en movimiento para dar lugar a granulos que son posteriormente secados.

Otra literatura previa incluye la patente alemana DE-3446424A1 y la patente USA nº 5.560.122. La patente DE-3446424A1 describe una aplicacion de radiacion IR con la finalidad de secar materiales solidos, donde unos emisores IR se encuentran dentro de un tambor rotativo de paredes enfriadas, que permite de forma discontinua el secado de lotes de materiales solidos. Esta invencion presenta determinados inconvenientes que son superados por la nueva tecnica. La nueva tecnica que en adelante se presenta ofrece las siguientes ventajas comparativas:

- Es aplicable tanto a un secado en regimen continuo como discontinuo, no solo discontinuo.

- Las paredes del recipiente no adquieren temperaturas elevadas, puesto que la radiacion IR incide solo de forma

selectiva sobre el producto, mientras que en el caso anterior, las paredes y el producto adherido adquieren temperaturas superiores a las del producto que permanece en el lecho de secado, puesto que la radiacion IR incide directamente sobre las paredes del recipiente, y pone en riesgo la calidad del producto, como suele suceder en caso de un exceso de temperatura.

- La presente invencion posee un sistema para romper los aglomerados que se suelen formar, al contrario que la patente anterior.

- La presente invencion evita los depositos superficiales de producto en el interior del secador, los cuales provocan un

deterioro del producto por una historia termica mas severa y prolongada.

- La dinamica del movimiento del lecho de secado hace que la emision de polvo sea muy baja, al contrario que en la patente mencionada, en la cual el polvo generado es susceptible de depositarse encima de la fuente de radiacion infrarroja, lo cual puede deteriorar el producto..

La patente USA nº 5.560.122 es tambien un aparato discontinuo destinado a la mezcla, granulacion humeda, y posterior secado por cuatro metodos distintos de productos farmaceuticos. Los metodos de secado son contacto, radiacion IR a traves de una ventana externa, inyeccion de aire caliente y vacio. Esta segunda invencion presenta tambien determinados inconvenientes que son superados por la nueva tecnica. La nueva tecnica presenta las siguientes ventajas comparativas:

- Es aplicable tanto a un secado en regimen continuo como discontinuo, no solo discontinuo.

- Se usa una unica fuente de energia en forma de radiacion IR, frente al empleo de cuatro fuentes: contacto, radiacion

IR via una ventana externa, la inyeccion de aire caliente y el empleo de vacio.

- Mayor eficacia de la transmision del IR al ser directa y a una superficie mucho mas amplia, al contrario que la patente mencionada en la que hay interpuesta una ventana de vidrio que limita la superficie de exposicion. Esta ventana provoca una perdida de rendimiento de la radiacion y obliga al enfriamiento de la ventana debido tanto, por el efecto de la radiacion absorbida por el vidrio como por el efecto de la radiacion absorbida por el producto que se le ha adherido a

la parte interior del vidrio. Este producto adherido se puede deteriorar con lo cual hay un claro riesgo de contaminacion del producto aglomerado con producto adherido deteriorado que sea desprendido.

La patenteinglesa G8-A1 222 033 presenta un dispositivo para secar muestras de productos humedos utilizando resistencias y emisores el ectricos infrarrojos en d os etapas: el pr imer paso es un horno de pr e-secado d onde el producto humedo se seca parcialmente por las paredes calientes del cuerpo y por la radiacion IR mientras es transportado por dos helices con trayectorias giratorias en direcciones opuestas y el paso final de secado se realiza mediante radiacion mientras el producto se mueve hacia abajo en un cano vibrante inclinado.

La patente PCT nº WO-97/37184 presenta un dispositivo para el tratamiento termal de materiales de volumen utilizando una radiacion IR generada por emisores infrarrojos en forma de vastago situados en el interior de una estructura hueca de helice tubular. El tratamiento de los materiales se lleva a cabo mientras el material de volumen se transporta mediante la rotacion de la estructura tubular con la cinta de la helice unida a su superficie interior.

Las ventajas de este nuevo procedimiento al compararlo con otras tecnicas actuales, como la compactacion humeda o seca, so n que n o r equiere post-tratamientos tales como l a granulacion ( troceado) de l as placas de pr oducto compactado, ni tampoco un secado posterior. Las particulas que se obtienen con la nueva tecnica pueden ser mucho mas pequenas, de simetria esferoidal, menor contenido de polvo y de mayor resistencia al desgaste, todo lo cual hace que el material tenga una mayor fluidez.

Ademas, otras ve ntajas deben se r t enidas en cu enta, como el ahorro ener getico, c omo co nsecuencia d e n o se r necesario con el nuevo proceso el tener que evaporar tanta agua y por el hecho que los volumenes del equipo requerido son menores. En relacion con la extrusion donde hay fusion de productos, la nueva tecnica ofrece ventajas muy significativas.Se evitan las etapas criticas de corte y el paso por los orificios. El tamano de las particulas es mucho menor, y su forma esferica da ventajas importantes tanto a nivel de uso como de envase, de almacenaje y de transporte posterior del producto granulado.

La eficiencia energetica del nuevo procedimiento obedece a que la transferencia de energia al material no viene condicionada de forma significativa por las fuerzas de cizalla del husillo. Al operarse con muy baja cizalla el deterioro de producto procesadoes muy bajo. La facilidadde procesar productos de muybaja densidadaparente no disminuye la produccion, y la pr esencia de vo latiles en el pr oducto i nicial no g enera ningun pr oblema no r equiriendo desgasificaciones al no quedar losgases atrapados dentro del barril como sucede por ejemplo en la extrusion. Otro factor que ayuda a dicha eficiencia, es que la temperatura que ha de alcanzar el producto parallegar a granularse es mucho menor, con lo que se deteriora menos si el producto es termicamente inestable. El coste energetico del proceso es sustancialmente menor y su facilidad de control superior.

Por ot ra p arte, l a t ecnologia que describiremos presenta un a n otable ventaja r especto al proceso de gr anulacion humeda, de que en el caso de que haya componentes que funden, pueden estos actuar de aglomerante haciendo innecesaria la etapa de pulverizacion y posterior secado. En el caso del procedimiento de pulverizacion de liquido, que tambien se describe aqui, tiene la ventaja de que integra en un mismo equipo la granulacion humeda con el secado.

El sector tecnico al cual va dirigida la nueva invencion son entre otros, la industria quimica, farmaceutica, agroquimica, alimentaria, siderurgica, de plasticos, de ceramica, de caucho, de fertilizantes, de detergentes y tambien, pintura en polvo, en... [Seguir leyendo]

1. Procesoparalaaglomeraciondemateriales originalmenteenforma de polvosecooterron humedopara obtener granulos solidos mediante el uso de radiacion infrarroja, caracterizado en que el proceso se lleva a cabo en una unica unidad y comprende las siguientes etapas:

- alimentacion continua de los componentes a un recipiente (10) ;

- agitacion con co mo minimo dos ejes de agi tacion (11) teniendo r espectivos elementos de agitacion (15, 16 ) c on respectivas palas (12) sujetas, los ejes estando designados para usar palas teniendo la posibilidad de variar la longitud, anchura, grueso e inclinacion (del angulo respecto a los ejes de rotacion) , bien por sustitucion o por ajuste, la longitud y dimensiones de las palas permite un efecto de auto-lavado y estando designadas para evitar depositos del producto sobre la superficie interior y/o las zonas muertas y para permitir un modelo Plug-Floºreactor (PFR) o un m odelo Completely Stirred Tank Reactor (CSTR) dado que las palas de un eje (11) se cruzan con las palas de uno o unos ejes adyacentes, y tambien para permitir una mezcla homogenea, y los ejes con los elementos de agitacion (15, 16) estando designados para ser extraidos;

- adicion opcional de material liquido aglutinante mediante pulverizacion;

- aplicacionde radiacionIRenlasuperficiedel productoexpuesto al aire, quees continuamentesuministrado con polvo renovado, por una fuente de infrarrojo (14) localizada dentro de la pantalla (13) , laminas metalicas desechable delgadas de material reflectante (8) estando situadas en elbordede la pantalla (13) para minimizar la radiacion probable de alcanzar la pareddelrecipiente (10) , el area irradiada no cubrelatotalidad de lasuperficie superior del productoexpuesto al aire, de modo que la radiacion incidente que viene de dicha fuente infrarroja es practicamente negligible en una area en forma de strip que bordea el perimetro interior del recipiente, ambos el recipiente y la pantalla estando eternalmente cubiertos con un material aislante termal para minimizar la perdida de energia;

- extraccion de vapores v olatiles generados por di cha radiacion IR, l os vapores ge nerados e stando recubiertos v ia condensacion por una unidad de refrigeracion en el caso donde se requiere recuperacion de solvente;

- descarga en continuo del producto aglomerado por un sistema de descarga por rebosamiento con una altura ajustable (9) en el extremo opuesto del recipiente (10) al punto de entrada de producto del recipiente (10) .

2ºEl proceso delareivindicacion nº 1, caracterizado en que lafuentedeesta energiaderadiacion es normalmente electrica, pero otras alternativas como la combustion directa de combustibles liquidos o gases puede ser aplicada en esos procesos en los que se requieren dichas fuentes de energia mas baratas.

3. Elproceso delas reivindicaciones nº 1 o2 usado para el secado de materiales humedos a granel, de modo que materiales secos o materiales secos granulados se obtienen a partir de dicho proceso.

4. Maquina para llevar a cabo el proceso de la reivindicaciones 1, 2 o 3, caracterizada en que la maquina comprende:

- un recipiente (10) recubierto exteriormente de un material aislante, que se alimenta de un producto (18) , lasuperficie interna del recipiente (10) siendo altamente reflectante a la radiacion IR por el empleo de materiales tales como aluminio, niquel, plata, zinc, y que tienen un acabado tipo brillo espejo.

- sensores (22, 23, 24) para el control de la temperatura, estando localizados dentro del recipiente (10) y sumergidas en el producto quemidesu temperatura;

- como minimo dos elementos de agitacion (15, 16) con respectivos ejesextraibles (11) en el interior delrecipiente (10) estando p osicionados horizontalmente c on pal as ( 12) sujetas, di chos ej es de agi tacion (11) asegurando una r apida renovacion del productoexpuesto en la superficie, las palas (12) teniendolaposibilidad de variar la longitud, anchura, grueso e inclinacion (angulo respecto al eje motriz) , esta inclinacion de las palas (12) respecto a dichos ejes (11) permite el control del avance del producto dentro del recipiente y el grado de homogeneizacion del producto, en direcciones lateral y axial, y en composicion y tamano de particula, en el que la tolerancia ("gap") entre palas cruzadas adyacentes puede ser ajustada mediante un cambio y/o modificacion de las palas (12) , y los puntos extremos de las palas de eje o ejes adyacente/s estando adaptados para r emover co ntinuamente l os potenciales depositos de pr oducto so bre l a superficie exterior de los ejes (11) ;

- una pantalla (13) en la parte superior de la maquina se dispone en posicion horizontal, recubierta exteriormente con material aislante ylaminas metalicas desechables delgadas de material reflectante (8) ;

- una fuente de radiacion infrarroja IR (14) en el interior delapantalla (13) , siendo la fuente de radiacion IR (14) una superficie ceramica o metalica, que emite radiacion con temperaturas entre 200 º C y 3000 º C, que es calentada por una fuente de energia electrica o por combustion directa de combustibles gaseosos o liquidos;

- una campana (28) que cubre el perimetro de la fuente IR y del recipiente con una junta elastica.

º La maquina de la reivindicacion 4, caracterizada en que comprende dos tipos de elementos agitacion (15 y (16) con velocidades de rotacion que se pueden regular de manera independiente, permitiendo que un elemento superior de rotacion (15) pueda girar a una velocidad mas baja que el elemento inferior de rotacion (16) , por lo cual dicho elemento inferior de agitacion (16) rompe los aglomerados que exceden un cierto tamano.

6 º La maquina de una de las reivindicaciones 4 o 5, caracterizada en que se preven elementos adicionales para llevar a cabo procesos estancos continuos permitiendo una alimentacion continua o semi-continua y una extraccion continua de material, dicha maquina tiene unas valvulas (26) giratorias de 8 palas (26) o un conjunto de dos valvulas con una camara intermedia donde una de las dos valvulas (2) esta siempre cerrada, los ejes (11) estan provistos de cierre mecanico adecuado con junta o prensaestopas, de modo que las condiciones estancas permiten que la maquina funcione por debajo o encima de la presion atmosferica, y que funcione en una composicion de atmosfera controlada anadiendo un flujo de gas inerte (25) .

7 -La maquina de una de las reivindicaciones 4, 5 o 6, caracterizada en que la toma de vacio (29) se encuentra instalada en lacampana (28) y conectada a una unidad de enfriado donde el vapor estacondensadoyserecupera el contenido del liquido original.