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SESIÓN VII Sistemas Auxiliares en Plantas Industriales.
Sistemas de reducción / aumento de tamaño.
Contenidos.
• Equipos para reducción de tamaño: quebrantadores,
molinos intermedios y de finos, máquinas de corte.
• Equipos aumentadores de tamaño. Sinterización,
briquetizado, peletización, nodulización.
• Manejo de energía: cambiadores de calor, serpentines,
tubulares, doble tubo, concéntricos, condensadores.
• Separadores sólido – líquido, sólido – gas, sólido – sólido,
fluido – fluido.
OPERACIONES DE
REDUCCIÓN DE TAMAÑO.
Aspectos generales.
Distribución de tamaño de partículas.
Especificación para Partículas. La alimentación, el reciclo, y el producto de las operaciones de
reducción de tamaño se definen en términos de los tamaños involucrados.. La descripción más amplia
de un polvo viene dada por su distribución de tamaño de partícula. Esto puede presentarse en forma
de tabla o gráfico.
Distribución de tamaño de partículas.
Muestreo de partículas.
Un requisito importante para el análisis preciso del tamaño de partícula es el muestreo adecuado de
polvo.
Los polvos se pueden clasificar como no segregable (cohesivo) o segregable (de flujo libre).
Las muestras representativas son más fáciles de tomar a partir de polvos cohesivos, siempre que
previamente se hayan mezclado.
Recomendaciones:
(1) Un polvo siempre debe muestrearse cuando se encuentre movimiento.
(2) Debe tomarse muestra a la totalidad de la corriente de polvo durante incrementos de tiempo
cortos para la totalidad del tiempo de flujo.
(3) Los errores máximos estimados de ejemplo en una mezcla 60:40 de arena de flujo libre
utilizando diferentes técnicas de muestreo se dan en la Tabla 20-2.
6
Muestreo de partículas.
El dispositivo de giro mostrado en (Fig. 20-3) obedece las "reglas de oro de muestreo"
Varias configuraciones diferentes de este dispositivo están disponibles tanto para polvos cohesivos
como de flujo libre. En la ilustración, una sola pasada divide el flujo mayor en 16 partes, dos pases
aumentan esta subdivisión a 256:1, y así sucesivamente.
7
Medición de tamaño de partículas.
Existen diferentes técnicas disponibles para la
medición de la distribución de tamaño de
partícula de los polvos. El amplio rango de
tamaños cubierto, desde nanómetros hasta
milímetros, no puede ser analizado utilizando un
único principio de medición.
Sedimentación gravitacional.
Balanza de sedimentación.
Sedimentación centrífuga.
Métodos microscópicos.
Escaneado en corriente.
Escaneado de campo.
Difracción de luz.
Espectroscopía de correlación de Fotones (PCS).
Cribado y clasificación.
Decantación y Clasificación.
Determinación del área superficial.
Permeabilidad.
Procedimientos en línea.
Principios de la reducción de tamaño
Características de los sólidos
• Grado de Molienda.
• La dureza.
• Métodos de molturabilidad.
9
Grado de Molienda
Es una medida de la tasa de molienda de un material en un molino particular. El grado de molienda es
la cantidad de producto a partir de un molino de cumplir con una especificación particular, en
particular en una unidad de tiempo de molienda por ejemplo, toneladas por hora que pasa la malla
200.
Evaluar el tamaño y el tipo de molino necesaria para producir un tonelaje especificado y el requisito
de potencia para la molienda. Este concepto más preciso se ve limitado por la insuficiencia de leyes,
pero a menudo proporciona la única información disponible.
Los factores de dureza, elasticidad, tenacidad, y la escisión son importantes en la determinación de
capacidad de molienda. La molienda está relacionada con el módulo de elasticidad y la velocidad del
sonido en el material.
La dureza
Se mide por la escala de Mohs es un criterio de su resistencia al aplastamiento. Una indicación
bastante buena del carácter abrasivo del mineral, un factor que determina el desgaste de los medios
de molienda.
Una clasificación de la dureza de una piedra sobre la base de la resistencia a la compresión de cubos
de 1 pulgada, para cargas en libras - fuerza por pulgada cuadrada, es la que sigue:
• Muy suave, 10.000
• Suave, 15.000
• Medio, 20,000
• Duro, 25000
• Muy duro, 30000.
Escala de Mohs
Escala de dureza Definición. Ejemplos
1. talco
Producto Suave. ( 1 ) Talco , secas tortas de filtro - prensa, esteatita ,
ceras, cristales de sal agregados
2. Yeso Producto Suave. ( 2 ) de yeso , sal de roca , sales cristalinas , en
general , el carbón suave
3. Calcita Producto Suave. ( 3 ) calcita , mármol, piedra caliza suave , barita , yeso
, azufre.
4. Fluoruro Producto intermedio ( 4 ) Fluorita , fosfato suave , magnesita , piedra caliza
5. Apatita Producto intermedio ( 5 ) la apatita , fosfato duro, piedra caliza dura ,
cromita , bauxita
6. feldespato Producto intermedio ( 6 ), feldespato, ilmenita, ortoclasa , hornablendas .
7. Cuarzo Producto intermedio ( 7 ) Cuarzo , granito
8. Topacio Producto duro ( 8 ) topacio
9. Corindón Producto duro ( 9 ) corindón , zafiro, esmeril
10. diamante Producto duro ( 10 ) de diamantes
Métodos molturabilidad.
Los fabricantes de diversos tipos de molinos mantienen laboratorios en los que se realizan pruebas
molturabilidad para determinar la idoneidad de sus máquinas. Cuando se hacen comparaciones de
molturabilidad en pequeños equipos de los fabricantes, hay una base de ampliación de equipamiento
comercial. Esto es mejor que depender de un índice de capacidad de molienda obtenido en un molino
de bolas para estimar el tamaño y la capacidad de diferentes tipos, tales como martillo o molinos de
chorro .
Consideraciones en operaciones de
molienda
Desgaste
• Es un elemento de costo
• Las etapas más finas de trituración resultan en el mayor desgaste, debido a que el esfuerzo de esmerilado es mayor, consumiendo Más energía por unidad de alimento.
• Los parámetros que afectan el desgaste son:
• (1) el tipo de mineral: dureza, corrosividad, y tamaño de partícula
• (2) el molino, composición, microestructura y propiedades mecánicas del material de construcción, tamaño y velocidad del molino
• (3) el medio ambiente.
Seguridad
• El peligro de explosión de materiales no metálicos tales como azufre, almidón, harina de madera, polvo de cereales, dextrina, hulla, brea, caucho endurecido, y plásticos menudo no se aprecia.
• Las explosiones y los incendios pueden iniciarse por descargas de electricidad estática, chispas, superficies calientes, y la combustión espontánea. Los polvos de metales representan un riesgo debido a su inflamabilidad.
• La concentración del polvo en el aire y su tamaño de partícula son factores importantes que determinan explosividad.
Equipos de Trituración y molienda.
Se dispone de una amplia variedad de equipos de reducción de tamaño. Las principales
razones de la falta de estandarización son la variedad de productos a moler y cualidades
del producto exigidas, la cantidad limitada de teoría de molienda útil, y los requerimientos
de las diferentes industrias de equilibrio económico entre costos de inversión y costos de
operación.
Los equipos pueden ser clasificados, de acuerdo a la forma en que se aplican fuerzas,
de la siguiente manera:
• Entre dos superficies sólidas (Fig. 20 -20a , aplastamiento o desgaste; Fig. 20 - 20b,
esquila; Figura 20 -20c, aplastamiento en un lecho de partículas)
• Impacto en una superficie sólida (fig. 20 - 20d), o entre las partículas (fig. 20 - 20e)
• Por la acción de cizallamiento del medio circundante (fig. 20 - 20f , molino coloidal)
• La introducción de energía no mecánica (choque térmico, explosivo, electrohidráulico)
• Blake / De carga superior excéntrica A - Trituradoras de mandíbula.
• Primaria / Secundario / De Cono B - Trituradoras giratorias
• De interruptores del rotor / Molinos de martillos / Impactadores de jaula C - Molinos de impacto de alta resistencia.
• Rodillos suaves (doble) / Rodillos dentados (individuales y dobles) / Rodillo de prensa
D - Trituradoras del rodillos
E - Dry pans and chaser mills
• Trituradoras dentadas / Desintegradores jaula / Molinos de disco F - Trituradores
G - Cortadores rotativos y Dicers Mills
• De bolas, guijarros, varilla, y los molinos de compartimiento. / Molinos de vasos autógenos / Molino agitado de bolas y perlas / Molinos vibratorios
H - Molinos de medios
• Molinos de Anillo-rodante y de cuenco / Molinos de rodillo, tipo de cereal / Molinos de rodillos, pintura y caucho / Buhrstones
I - Molinos de periférica velocidad media
• Molinos de martillo de finos / Molinos de Pines / Molinos coloidales / Batidores de pulpa de madera
J - Molinos de alta velocidad periférica
• Chorro de centrífuga / jet opuesto / Jet con yunque / Chorro de lecho fluidizado K - Molinos para superfinos de fluido-energía
Guía para la Selección de Equipos de Trituración y Molienda.
Equipo de reducción de
tamaño
Dureza
del
material
Tamaño
Ratio de
reducción
Tipos de
equipos.
Rango de
alimentación,
pulg.
Rango de productos,
pulg.
Máx. Mín. Máx. Mín.
Chancadoras
Primarias
Secundarias.
Molinos - pulverización
Gruesa
Fina
Desintegradores
Gruesa
Fina
Duro
Duro
Suave
Duro
Duro
Suave
Suave
60
20
5
1.5
60
0.185
(4)
0.046
(14)
0.5
0.156
(5)
12
4
1
0.25
4
0.033
(20)
0.0058
(100)
0.065
0.0195
(32)
20
5
1
0.185
(4)
2
0.023
(28)
0.003
(200)
0.023
0.003
(200)
4
1
0.2
0.033
(20)
0.4
0.003
(200)
0.00039
(1250)
0.003
0.00039
(1250)
3 a 1
4 a 1
5 a 1
7 a 1
10 a 1
10 a 1
15 a 1
20 a 1
50 a 1
A – B
A – E
C – G
D – I
H – K
F, I
I – K
Trituradoras de mandíbula.
Estas trituradoras se pueden dividir en dos
grupos principales, la Blake, con una mandíbula
móvil articulada en la parte superior, dando
mayor movimiento a las masas más pequeñas, y
la de sobrecarga excéntrica, también con
bisagras en la parte superior a través de un eje
excéntrico de propulsión y que imparte un
movimiento elíptico de la mandíbula
Ambos tipos tienen una placa de trituración
extraíble, generalmente ondulada, fijada en
posición vertical en el extremo delantero de un
bastidor rectangular hueco.
Trituradoras excéntricas de sobrecarga se
prefieren generalmente para la trituración de
rocas con una dureza igual o menor que la de
piedra caliza. Los costos de operación de las
trituradoras de sobrecarga excéntrica son
mayores para la trituración de rocas duras, pero
su relación de reducción grande es útil
Trituradoras giratorias
El desarrollo de mejores apoyos y mecanismos
de accionamiento ha permitido a las trituradoras
giratorias hacerse cargo de la mayoría de
mineral duros y las aplicaciones de trituración de
mineral. El funcionamiento es intermitente, la
demanda de potencia es alta, pero el costo total
de energía no es muy grande.
La trituradora giratoria consiste en un mortero en
forma de cono oscilante dentro de un mortero de
forma de cono más grande. Los ángulos de los
conos son tales que la anchura del paso
disminuye hacia la parte inferior de las caras de
trabajo. El pistilo consiste en un manto que gira
libre sobre su eje. El husillo se hace oscilar por
medio cojinete excéntrico inferior.
Trituradores de impacto
La ruptura por impacto es más adecuado para la reducción de materiales relativamente no abrasivos y de bajo contenido en sílice, como piedra caliza, dolomita, anhidrita, pizarra y piedra de cemento, la aplicación más popular es en la piedra caliza.
En la trituradora de martillo pivotante (Fig. 20-27) los martillos están montados sobre un eje horizontal, y la trituración se lleva a cabo por el impacto entre los martillos y las placas de impacto. Las trituradoras de martillo de alta resistencia se utilizan con frecuencia en la industria extractiva, de transformación de residuos sólidos urbanos, y los automóviles chatarra.
En el segundo tipo de molino (Fig. 20-28), una rejilla cilíndrica se proporciona debajo del rotor para la descarga del producto, apto para el reciclaje de vidrio y desecho.
Trituradores de artesa
La trituradora de bandeja (Fig. 20-30) se compone de uno o más muelas abrasivas o moletas que giran en una artesa; la artesa puede permanecer estacionaria y las moletas accionados, o el molde puede ser accionada mientras que las moletas giran por la fricción. Las moletas están hechas de aleaciones duras, tales como Ni- dura. Se usan raspadores de hierro o arados en un ángulo adecuado alimentar el material en bajo las moletas.
La artesa seca es útil para la trituración de materiales de dureza media y suave, tales como arcillas, esquistos, cenizas y minerales suaves tales como barita. Los materiales alimentados deberá ser normalmente de 7.5 cm (3 pulgadas) o más pequeños, y un producto capaz de pasar a tamices N º 4 a N º 16 donde pueda ser entregado, dependiendo de la dureza del material. Las altas relaciones de reducción con bajo consumo de energía y el mantenimiento son características de estas trituradoras.
Molinos cilíndricos.
Los molinos de bolas, gravilla, varilla, tubo, y los molinos de compartimiento tienen una carcasa cilíndrica o cónica, girando sobre un eje horizontal, y se cargan con un medio de molienda, tales como bolas de acero, pedernal, de porcelana o con barras de acero. El molino de bolas se diferencia del molino de tubo por ser cortos en longitud, y su longitud, por regla general, no está lejos de su diámetro (Fig. 20-31).
El molino de bolas es generalmente largo en comparación con su diámetro, utiliza bolas más pequeñas, y produce un producto más fino. Los molinos de barras entregan un producto granular más uniforme que otros molinos rotatorios y reducen al mínimo el porcentaje de finos, que son a veces perjudiciales. El molino de piedra es un molino de bolas con pedernal o guijarros de cerámica como medio de molienda y puede ser revestido con revestimientos metálicos, cerámicos u otros. El molino de rocas de piedra es un molino autógeno en el que el medio se compone de trozos más grandes son retirados de una etapa anterior en la hoja de flujo de molienda.
OPERACIONES DE
AUMENTO DE TAMAÑO.
Aspectos generales.
Alcance y aplicaciones
La ampliación de tamaño es cualquier proceso por el cual las partículas pequeñas se reúnen en
masas grandes, en el que las partículas originales aún se pueden distinguir.
La aglomeración es la formación de agregados a través de la adhesión mutua de los piensos y / o
material de reciclaje.
Estos procesos se pueden subdividir en métodos de agitación y la compresión. Aunque la
terminología es específica para cada industria, la aglomeración por agitación se conoce como
granulación.
Tipos de aglomeración
Aglomeración por agitación
Consiste típicamente en una mezcla de ingredientes
sólidos, formulación, que incluye un ingrediente activo,
aglutinantes, diluyentes, adyuvantes de flujo, agentes
tensioactivos, agentes humectantes, lubricantes,
materiales de carga, o de ayudas (por ejemplo, ayudas
de sinterización, colores o tintes, modificadores de
sabor).
La aglomeración puede ser inducida de varias
maneras. Un disolvente o suspensión puede ser
atomizada sobre el lecho de partículas que, o bien
recubre las superficies de las partículas o forman
gránulos que promueven la aglomeración, o las gotas
de pulverización pueden formar pequeños núcleos en
el caso de una alimentación de polvo que
posteriormente puede ser aglomerado.
Alternativamente, el disolvente puede inducir la
disolución y recristalización en el caso de partículas
solubles .
Aglomeración por compresión
La mezcla de la materia en partículas se alimenta a un
dispositivo de compresión que promueve la
aglomeración debido a la presión.
Se producen hojas continuas de material sólido o
alguna forma sólida, tal como briquetas o tabletas. Se
pueden aplicar calor o enfriar para inducir alguna
reacción como por ejemplo, con la sinterización.
Pueden estar presentes fluidos portadores, ya sea
añadidos o inducidos por fusión, en cuyo caso el
producto es extruido húmedo.
Los procesos de compactación continuos incluyen
prensas de rodillos, máquinas de briquetas y extrusión,
mientras que los procesos por lotes son para los
comprimidos. Algunos procesos operan de una manera
semicontinua, tales como extrusión con pistón.
Objetivos de la ampliación del tamaño.
- Producción de formas estructurales útiles , como en el prensado de formas intrincadas en la
metalurgia de polvos.
- Suministro de una cantidad definida de dispensación y dosificación, como en gránulos de productos
químicos agrícolas o tabletas farmacéuticas.
- Eliminación de riesgos de manipulación de polvo o pérdidas , como en la fabricación de briquetas de
finos de residuos.
- Mejora la apariencia del producto, o la renovación de productos.
- Apelmazamiento reducido y la formación de masa, como en la granulación de fertilizantes.
- Mejora de las propiedades de flujo, como en la granulación de productos farmacéuticos para tabletas
o cerámica para el prensado.
- Aumento de densidad aparente para el almacenamiento.
- Creación de los no segregantes mezclas de ingredientes en polvo, como en la sinterización de las
multas por acero o de gránulos de productos químicos agrícolas.
- Control de solubilidad , como en los productos alimenticios instantáneos.
- Control de la porosidad y la relación de superficie a volumen, como con soportes de catalizador.
- Mejora de las características de transferencia de calor, como en minerales o de vidrio para la
alimentación del horno.
- Eliminación de las partículas de líquido, como aditivos para polímeros que inducen floculación arcilla.
Método Tamaño del
producto (mm)
Densidad de
gránulos
Escala de la
operación Comentarios adicionales Aplicaciones típicas
Granuladores cilíndricos.
- Batería
- Discos
Molinos Mezcladores
- Alto cizallamiento en continuo (por ejemplo
Shugi mezclador)
- Alto cizallamiento por lotes (mezclador de
paletas, por ejemplo)
Granuladores fluidizados
- De lechos fluidizados
- De lechos con pico
- Aplicadores Wurster
Granuladores centrífugos
Métodos por pulverización
- El secado por aspersión
- Prilling
Compactación por presión
- Extrusión
- Prensa de rodillos
- Prensa de comprimidos
- Prensa de moldeo
- Molino Pelletizador
Procesos térmicos
- Sinterización
Sistemas líquidos
- Humectante miscible en mezcladores
- Procesos sol-gel
- Floculación Pellet
0,5 a 20
0,1 a 2
0,1 a 2
0,1 a 2
0,3 a 3
0,05 a 0,5
0,7-2
> 0,5
> 1
10
2 a 50
<0.3
Moderado
Bajo a alto.
Alto
Bajo (aglomerados)
Moderado (capas)
Moderada a alta
Bajo
Moderada
Alta a muy alta
Alta a muy alta
Baja
0.5 a 800 ton/hr
Hasta 50 ton / hr
Hasta 500 kg por
lotes
100-900 kg por lotes
50 ton/hr continuo
Hasta 200 kg por
lotes
Hasta 5 ton / hr
Hasta 50 ton / hr
Hasta 1 ton / hr
Hasta 100 ton / hr
Hasta 10 ton / hr
Gránulos muy esféricos
Maneja materiales cohesivos muy bien, tanto por
lotes y continuo
Flexible, relativamente fácil de escalar, difícil para
polvos cohesivos, bueno para aplicaciones de
recubrimiento
Estratificación de polvo y aplicaciones de
revestimiento.
La morfología de los polvos secados por
pulverización puede variar ampliamente.
Distribuciones de tamaño muy estrecha, muy
sensibles al flujo de polvo y las propiedades
mecánicas
Unión más fuerte
Procesamiento húmedo basado en las
propiedades de floculación las partículas de
alimentación.
Fertilizantes, mineral de hierro, minerales no ferrosos, productos
químicos agrícolas.
Productos químicos, detergentes, arcillas, negro de carbón, productos
farmacéuticos, materiales cerámicos.
Continuas: fertilizantes, sales inorgánicas, detergentes
Lote: productos farmacéuticos, productos químicos agrícolas, desechos
nucleares
Productos farmacéuticos, productos químicos agrícolas.
Alimentos instantáneos, tinturas, detergentes, cerámica.
Urea, nitrato de amonio.
Productos farmacéuticos, catalizadores, productos químicos
inorgánicos, productos químicos orgánicos, preformas de plástico,
piezas de metal, cerámica, arcillas, minerales, alimentos para animales.
Minerales ferrosos y no ferrosos, cemento clinker, minerales, cerámica.
Finos de carbón, hollín y eliminación de aceite del agua.
Metal dicarbide, hidrogeles de sílice.
Fangos y lodos residuales
Cinética de aglomeración.
Un cambio en el tamaño de la partícula de un
material debido a la aglomeración es similar a un
cambio en las especies químicas, existiendo
analogías entre la aglomeración y la cinética
química y las operaciones de las unidades de
aumento de tamaño y de reacción química.
El rendimiento de un granulador o compactador
puede ser descrita por el grado de aglomeración
de una especie, típicamente representados por
una pérdida en el número de partículas.
Para el diseño y operación de la planta con
éxito, existen cuatro niveles naturales de control
(Fig. 20-62). El diseño de reactores químicos y
los procesos de aglomeración se diferencian en
que el primero se ocupa de las transformaciones
químicas mientras que el segundo trata
principalmente de transformaciones físicas.
El proceso de granulación
El proceso de granulación es controlado por cuatro tipos de subprocesos clave. Estos incluyen humectación, coalescencia o crecimiento, consolidación y rotura
La Humectación inicial de las partículas por el fluido de unión está fuertemente influenciada por la pulverización o la distribución de fluido, así como las propiedades de alimentación de formulación. A menudo, se eligen cuidadosamente agentes humectantes tales como tensoactivos para mejorar la deficiente humectación durante la alimentación.
En la etapa de coalescencia o de crecimiento, las partículas primarias parcialmente humedecidas y núcleos más grandes se unen para formar gránulos compuestos por varias partículas. El término nucleación se aplica típicamente a la coalescencia inicial de partículas primarias en la vecindad inmediata de la gota más grande de humectante, mientras que el término más general de coalescencia se refiere a la colisión con éxito de dos gránulos para formar un nuevo gránulo más grande.
Consolidación. A medida que crecen los gránulos, se consolidan por las fuerzas de compactación debida a la agitación. Esta etapa influye en la porosidad final del gránulo y en las propiedades de uso final tales como la resistencia o dispersabilidad.
Los gránulos formados pueden ser particularmente susceptibles a la rotura si son inherentemente débil, o se desarrollan defectos durante el secado.
Equipos para aumento de tamaño.
Los equipo de la ampliación del
tamaño de partícula se pueden
clasificar en varios grupos.
La comparación de la
intensidad agitación del lecho,
las presiones de compactación
y densidad aparente del
producto de los procesos de
aglomeración seleccionados se
destacan en la figura.
Cilindros granuladores
En los molinos o cilindros granuladores, las partículas se ponen en movimiento por la acción de volteo
causado por el equilibrio entre la gravedad y las fuerzas centrífugas.
Los tipos más comunes son los granuladores de disco y granuladores de tambor.
Su uso está muy extendido, incluyendo la industria del mineral de hierro (donde el proceso se llama a
veces de granulación húmeda), la fabricación de fertilizantes, agroquímicos y productos
farmacéuticos.
Granuladores de cilindro generalmente producen gránulos en el intervalo de tamaño de 1 a 20 mm y
no son adecuados para la fabricación de gránulos más pequeños que 1 mm. Densidad de gránulo cae
generalmente entre las de lecho fluidizado y granuladores mezclador (Fig. 20-71), y es difícil para
producir aglomerados altamente porosos.
Granuladores de mezcla.
Contienen un agitador para mezclar las partículas y el líquido para causar granulación.
Tienen una amplia gama de aplicaciones, incluyendo productos farmacéuticos ,
agroquímicos y detergente, y tienen las siguientes ventajas :
• Se pueden procesar , materiales adhesivos de plástico.
• Se pueden propagar ligantes viscosos.
• Son menos sensibles a las condiciones de funcionamiento de molinos que caen .
• Se puede producir pequeños gránulos de alta densidad ( < 2 mm ) .
Los costos de energía y mantenimiento son más altos que para los molinos cilindricos.
No son viables para aplicaciones de gran rendimiento si se necesita un crecimiento
sustancial.
