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  • 1. SESIÓN VII Sistemas Auxiliares en Plantas Industriales. Sistemas de reducción / aumento de tamaño.
  • 2. 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.
  • 3. OPERACIONES DE REDUCCIÓN DE TAMAÑO. Aspectos generales.
  • 4. 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.
  • 5. Distribución de tamaño de partículas.
  • 6. 6 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.
  • 7. 7 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.
  • 8. 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.
  • 9. 9 Principios de la reducción de tamaño Características de los sólidos • Grado de Molienda. • La dureza. • Métodos de molturabilidad.
  • 10. 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.
  • 11. 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.
  • 12. 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
  • 13. 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 .
  • 14. 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.
  • 15. 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)
  • 16. A - Trituradoras de mandíbula. • Blake / De carga superior excéntrica B - Trituradoras giratorias • Primaria / Secundario / De Cono C - Molinos de impacto de alta resistencia. • De interruptores del rotor / Molinos de martillos / Impactadores de jaula D - Trituradoras del rodillos • Rodillos suaves (doble) / Rodillos dentados (individuales y dobles) / Rodillo de prensa E - Dry pans and chaser mills F - Trituradores • Trituradoras dentadas / Desintegradores jaula / Molinos de disco G - Cortadores rotativos y Dicers Mills H - Molinos de medios • De bolas, guijarros, varilla, y los molinos de compartimiento. / Molinos de vasos autógenos / Molino agitado de bolas y perlas / Molinos vibratorios I - Molinos de periférica velocidad media • Molinos de Anillo-rodante y de cuenco / Molinos de rodillo, tipo de cereal / Molinos de rodillos, pintura y caucho / Buhrstones J - Molinos de alta velocidad periférica • Molinos de martillo de finos / Molinos de Pines / Molinos coloidales / Batidores de pulpa de madera K - Molinos para superfinos de fluido-energía • Chorro de centrífuga / jet opuesto / Jet con yunque / Chorro de lecho fluidizado
  • 17. Guía para la Selección de Equipos de Trituración y Molienda. Tamaño Equipo de reducción de tamaño Dureza del material Chancadoras  Primarias Duro  Duro Secundarias. Suave Molinos - pulverización  Gruesa Duro  Duro Fina Desintegradores  Gruesa  Fina Suave Suave Rango de alimentación, pulg. Máx. Mín. Rango de productos, pulg. Máx. 60 20 5 1.5 12 4 1 0.25 60 Ratio de reducción Tipos de equipos. Mín. 3a1 4a1 5a1 7a1 A–B 10 a 1 C–G 0.003 (200) 0.00039 (1250) 10 a 1 D–I 15 a 1 H–K 0.003 0.00039 (1250) 20 a 1 50 a 1 F, I I–K 4 20 5 1 0.185 (4) 2 4 1 0.2 0.033 (20) 0.4 0.185 (4) 0.046 (14) 0.033 (20) 0.0058 (100) 0.023 (28) 0.003 (200) 0.5 0.156 (5) 0.065 0.0195 (32) 0.023 0.003 (200) A–E
  • 18. 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
  • 19. 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.
  • 20. 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. 2027) 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.
  • 21. 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.
  • 22. 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.
  • 23. OPERACIONES DE AUMENTO DE TAMAÑO. Aspectos generales.
  • 24. 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.
  • 25. Tipos de aglomeración Aglomeración por agitación Aglomeración por compresión 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 mezcla de la materia en partículas se alimenta a un dispositivo de compresión que promueve la aglomeración debido a la presión. 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 . 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.
  • 26. 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.
  • 27. Método 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 Tamaño del producto (mm) Densidad de gránulos Escala de la operación Comentarios adicionales Aplicaciones típicas 0,5 a 20 Moderado 0.5 a 800 ton/hr Gránulos muy esféricos Fertilizantes, mineral de hierro, minerales no ferrosos, productos químicos agrícolas. 0,1 a 2 Bajo a alto. Hasta 50 ton / hr Maneja materiales cohesivos muy bien, tanto por lotes y continuo Productos químicos, detergentes, arcillas, negro de carbón, productos farmacéuticos, materiales cerámicos. 0,1 a 2 Alto Hasta 500 kg por lotes 0,1 a 2 Bajo (aglomerados) Moderado (capas) 100-900 kg por lotes 50 ton/hr continuo Flexible, relativamente fácil de escalar, difícil para polvos cohesivos, bueno para aplicaciones de recubrimiento Continuas: fertilizantes, sales inorgánicas, detergentes Lote: productos farmacéuticos, productos químicos agrícolas, desechos nucleares 0,3 a 3 Moderada a alta Hasta 200 kg por lotes Estratificación de polvo y aplicaciones de revestimiento. Productos farmacéuticos, productos químicos agrícolas. La morfología de los polvos secados por pulverización puede variar ampliamente. 0,05 a 0,5 Bajo Moderada Alimentos instantáneos, tinturas, detergentes, cerámica. Urea, nitrato de amonio. 0,7-2 > 0,5 >1 10 Alta a muy alta Hasta 5 ton / hr Hasta 50 ton / hr Hasta 1 ton / hr Distribuciones de tamaño muy estrecha, muy sensibles al flujo de polvo y las propiedades mecánicas Productos farmacéuticos, catalizadores, productos químicos inorgánicos, productos químicos orgánicos, preformas de plástico, piezas de metal, cerámica, arcillas, minerales, alimentos para animales. 2 a 50 Alta a muy alta Hasta 100 ton / hr Unión más fuerte Minerales ferrosos y no ferrosos, cemento clinker, minerales, cerámica. <0.3 Baja Hasta 10 ton / hr Procesamiento húmedo basado en las propiedades de floculación las partículas de alimentación. Finos de carbón, hollín y eliminación de aceite del agua. Metal dicarbide, hidrogeles de sílice. Fangos y lodos residuales
  • 28. 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.
  • 29. 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.
  • 30. 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.
  • 31. 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.
  • 32. 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.

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