Molienda 3

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Mostrar las generalidades, principios físicos y los equipos utilizados para la molienda, con sus respectivas ventajas, desventajas, industrias en las que se utilizan y costos actuales de los mismos.

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Molienda 3

  1. 1. 1 OPERACIÓN UNITARIA: MOLIENDA TRABAJO DE EQUIPOS DE OPERACIONES CON SÓLIDOS OPERACIONES CON SÓLIDOS Susan Correa1, Manuel A. Cely2, Lina. M. Gonzalez3, Iván E. Albán 4 Doc. Iván Ramírez Marín. Departamento de Ingeniería Química, Universidad de América Resumen: El siguiente artículo es presentado netamente con fines académicos, con un objetivo claro, el cual es la información de carácter teórico a saber de acuerdo al conocimiento de una determinada operación unitaria; el cual esta contenido en su totalidad por: principio físico de la operación unitaria, fundamentación básica y principio de operación del equipo, aplicación de equipos, ventajas y desventajas de cada equipo; donde la temática prepuesta se analiza para la operación unitaria de molienda. Abstract: The following article is purely presented for academic purposes, with a clear objective, which is the theoretical information to know according to the knowledge of a unit operation, which is contained in its entirety by physical principle of unit operation, basic foundation and principle of operation of equipment, application equipment, advantages and disadvantages of each team, where we analyze the proposed theme for the grinding unit operation. Palabras clave: molienda, funcionamiento, aplicación, principio, operación Introducción Es de vital importancia para la formación académica ingenieril, el tener un concepto claro de temáticas tan importantes que se ven aplicadas en la industria actualmente, en el cual el Ingeniero Químico forma parte de manera significativa, las operaciones unitarias (molienda), son claves para diversos procesos industriales de diferente índole ya sea de carácter químico o físico, siendo así la base de los mecanismos de obtención de la mayoría de los productos que la sociedad consume o necesita para desarrollar actividades determinadas.Es de sumo realce el construir documentos en los cuales se despliegue de una mejor manera los principios que rigen la operación unitaria, por diversos motivos, en especial por el proceso de aprendizaje académico que próximamente se verá aplicado en un
  2. 2. 2 determinado campo de acción, donde al mecánicos de ingredientes no deseados y tener unos conocimientos previamente reduce el tamaño de un material fibroso para cursados, el Ingeniero podrá desempeñar su que su tratamiento sea más fácil. rol de una manera más satisfactoria dentro de la industria para la cual la operación unitaria sea parte del proceso productivo. Los sólidos pueden romperse de diferentes formas, pero solamente cuatro de ellas se utilizan habitualmente en los Resultados equipos de reducción de tamaño: (1) compresión, (2) impacto, (3) frotación 0 rozamiento, y (4) corte. Un cascanueces, un 1. Principio físico de la operación unitaria martillo, una lima y unas tijeras constituyen ejemplos de los cuatro tipos de acción. De una forma general, la compresión se utiliza “La molienda es una operación unitaria que implicar una transformación física de la materia sin alterar su naturaleza, esta operación reduce el volumen promedio de las partículas de una muestra sólida. La reducción se lleva a cabo dividiendo o fraccionando la muestra por para la reducción de sólidos duros, dando lugar a pocos finos; el impacto genera productos gruesos, medios o finos; la frotación conduce a productos muy finos a partir de materiales blandos no abrasivos. El corte da lugar a un tamaño definido de partícula, ‘y a veces también de forma. medios mecánicos hasta el tamaño deseado. En los procesos industriales la reducción El término reducción de tamañose aplica a todas las formas en las que laspartículas de sólidos se pueden cortar o romper en piezas La reducción de partículas aumenta también la reactividad de los sólidos, la distintos métodos y con fines diferentes”. (McCabe, Smith, & Harriot, 1991) más pequeñas. permite de tamaño de sólidos se lleva a cabo por separación por métodos 1.1 Criterios de la desintegración mecánica. “Este es un término genérico de reducción de tamaño. Los molinos son un
  3. 3. 3 tipo de equipos de desintegración. Un parte de estos molinos se restringen a molino ideal debiera molienda en húmedo, contrario a los (1)Tener una gran capacidad, (2) requerir vibratorios, y producen cierta poco consumo de energía por unidad sedimentación.” (Robert H. Perry, 1998) deproducto, y (3) dar lugar a un producto de un único tamaño, o distribución detamaños, que se desee.” (McCabe, Smith, & Harriot, 1991) “En los molinos agitados, una rueda central de paletas se encarga de agitar los medios a velocidades entre 100 y 1500 rpm. Las variables que afectan el proceso de molienda para estos molinos son: (1) 1.2 Características de los productos triturados. “El objetivo de la operación unitaria es producir pequeñas partículas a partir de otras más grandes. Las partículasmás pequeñas son deseables por su gran superficie o bien por su forma,tamaño y número.” (McCabe, Smith, & Harriot, 1991) velocidad de agitador y de alimentación, (2) tamaño y densidad de los granos, (3) carga en porcentaje del volumen del molino, (4) temperatura, (5) diseño de las palas, (6) forma de la cámara del molino, (7) tiempo de residencia. Los molinos agitados poseen tamaño que oscilan entre 1 a 1000 L, con potencias instaladas de hasta 320Kw.” (Robert H. Perry, 1998) 2. Tipos de molino “Existen variedad de molinos entre los La clasificación realizada en cuanto a los molinos se basó con respecto al libro (Robert H. Perry, 1998), ya que estos son los más utilizados en la operación de molienda a nivel industrial. 2.1 molinos agitados.¨ Se denominan también molinos de arena, estos molinos emplean medios de molienda de 6 mm o menores mientras que los m. vibratorios emplean medios más grandes; la mayor que se destacan el molino agitado continuo y el molino de cuello anular.” (Robert H. Perry, 1998) “Para el molino continuo, el medio se agita mediante discos montados sobre un eje central. La suspensión alimentada se bombea por un extremo y se descarga por el contrario, donde se retiene el medio de molienda mediante una rejilla de discos planos poco espaciados las cuales se
  4. 4. 4 emplean en viscosidades de 1 Pa.s.” (Robert 2.2 Molinos de anillo y rodillo. “Este tipo H. Perry, 1998) de molinos vienen equipados con rodillos y anillos. La presion se aplica por medio de fuertes resortes o a traves de la fuerza centrigufa que ejercen los rodillos sobre el anillo. Puede hacerse que el anillo o los rodillos sean estacionarios, y que el primero este en posicion vertical u horizontal. Estos molinos son mas eficientes energeticamente que los molinos de bolas o martillos”. Imagen 1. Molino agitado continuo (Robert H. Perry, 1998) Tomado de “ (SNEERINGER, 2013)l” “Se pueden clasificar en (1) molinos de anillo y rodillo sin clasificacion interna,con productibidad nula actualmente, (2) molinos con clasificacion interna, entre los que se encuentran :Molinos neumaticos Hercules de Bradley, molinos de cuenco y molino de Raymond; el cual cuenta con un anillo de molienda que esta fijado sobre el plano horizontal, debajo delanillo se encuentran las aberturas tangenciales de aire por las que este penetra a la camara de molienda. Cuenta con un eje vertical impulsado desde la parte inferior que impulsa los cojinetes del Imagen 2. Molino de cuellor anular rodillo. La fuerza centrifuga impulsa a los rodillos a cenirse contra el anillo. La materia Tomado de “ (SNEERINGER, 2013)l” prima proveniente del alimentador cae entre los rodillos y el anillo, siendo molida. Tanto el moviemiento centrifugo del aire como el
  5. 5. 5 de la reja mueven el material grueso hacia la Imagen 5. Rodillo, Molino de Raymond linea de presion. El aire arrastra el material fino y lo lleva hacia arriba, partiendo de la Tomado de “LOESCHE, THOMAS” zona de molienda, realizando cierta clasificacon en este punto.” (Robert H. Perry, 1998) Imagen 3. Estructura molino de anillo y rodillos Tomado de “(GEBR.PFEIFFER, 2013)” Imagen 6. Rodillos, Molinos de anillo y rodillo Tomado de “LOESCHE, THOMAS” 2.3 Molinos de dispersores y coloides. “Estos molinos operan basandose en el principio de esfuerzo cortante del fluido a alta velocidad que producen gotitas Imagen 4. Molino de anillo y rodillo dispersas de tamaño diminuto, entre 3 y 5µm”. (Robert H. Perry, 1998) Tomado de “ (INDUSTRY, 2013)” “La concentracion de energia en los molinos de esta clase es alta, y se observa
  6. 6. 6 calentamiento considerable, efecto que se aplicaciones. Las variaciones incluyen recuce casi siempre mediante el uso de una recubrimientos poliméricos para prevenir la camisa enfriada por agua. En otros casos, contaminacion con hierro, el mezcaldo con como sucede cuando las emulsiones se diferentes componentes, y operación tanto a calientan, la misma camisa sirve para enfriar altas como a bajas temperaturas. dicho calentamiento”. (Robert H. Perry, 1998) El método de operación de la este tipo de “Se destacan: (1) molinos para coloides modelo M, (2) molino Morehouse, (3) molino Premier, (4) molino Charlotte, (5) molinos para coloides APV y (6) molinos para molienda de pintura; los cuales consisten en un sistema de 2 a 5 rodillos lisos (denominados cilindros) que trabajan con diferentes velocidades. La alimentacion en forma de pasta se introduce entre los 2 primeros cilindros que estan a baja velocidad y se descarga por los cilindros finales que estan a altas velocidades, este proceso se hace gracias a una hoja de corte. La pasta pasa de la superficie de un rodillo a la siguiente debido a la diferencia de velocidad, lo que se traduce en la aplicación de un esfuerzo cortante a la pelicula del material”. (Robert H. Perry, 1998) molino encontramos los molinos de bolas y molino de tubos. pueden alimentar de se explicara brevemente a continuación: “El diámetro del medio de molienda debe ser superior en 10 veces al de la alimentación, pero no más de 100 veces. Según se alcanza una molienda más fina, la manera como las partículas se deforman y fluyen alteran la razón de carga, mientras que los requerimientos de electricidad aumentan.cLa disponibilidad de tamaños varia desde 1,3 cm hasta 44 µm.“ (Robert H. Perry, 1998) Los rendimientos que presenta este tipo de molino y dependiendo de sus variaciones “varian entre 10 y 29 Tm/h. La molienda se incrementa con el tiempo e residencia, volumen útil del molino, densidad energética y frecuencia de vibración; y 2.4 Molinos vibratorios. Dentro tipo de Se molino diferentes maneras, que se adaptan a diferentes llenado del medio de molienda y de la carga alimentada. La cantidad d energía que se puede aplicar limita la longitud del tubo a 600mm, aunque alguno diseños alcanzan los 1000mm. Son más favorables las
  7. 7. 7 vibraciones de mayor amplitud que las de Lo que respecta a los productos finales mayor frecuencia. Los rendimientos altos que producen estos molinos se tiene “finura pueden obtenerse empleando mas artesas, de productos se regula modificacndo la como en los molinos de tubo.“ (Robert H. valocidad Perry, 1998) alimentación o la abertura entre los martillos del rotor, la vlocidad de y la placa de molienda. La descarga por El molino vibratorio de tubos también es rejilla sirve como calsificador interno, pero útil para la molienda en húmedo. En la su área limitada no permite un molienda de finos por vía húmeda la aprovechamiento eficaz cuando se requieren estrecha distribución de los tiempos de aberturas pequeñas. El molino es capaz de residencia conduce a un circuito simple recibir alimento de diametro de 2cm y abierto con bajo rendimiento. reducirlo, hcaciendo que este sea cpaz de atravezar una malla número 200“ (Robert H. 2.5 Molino de Martillos. Estos molinos Perry, 1998) sirven para pulverizar y desintegrar, funcionan a altas velocidades. Los molinos de martillos mas representativos son: La manera como esta constituido y las  Mikro Pulverizer partes que lo conforman seran explicadas  Pulverizador Imp así “El eje del rotor puede ser vertical y  Desintegrador Rietz horizontal, eje  Molino de Clavijas horizontal. El eje sostiene los martillos, en  Molino vertical Raymond aunque predomina el ocasiones llamados agitadores, y pueden ser elementos en forma de T, de estribo, barras 2.6 Molino de Discos. Un concepto basico o anillos. La accion de molienda resulta de referido a este tipo de molinos es: los impacto y la fricción de las particulas “conocidos como molinos de fricción es del material alimentado, la cubierta y los un equivalente de los antiguos molinos elementos de molienda.“ (Robert H. Perry, de piedra, es que estas se sustituyen por 1998) discos de acero en los que se montan placas de molienda intercambiables que
  8. 8. 8 giran a velocidades mucho mayores.“ (Robert H. Perry, 1998) Los molinos ams representativos de esta clase son: Molino Andritz-Sprout-Bauer y el molino Buhrstone. Entre sus características de funcionamiento encontramos “que esta 2.7 molienda se lleva a cabo entre placas, que clasificaciones con distintas caracteristicas pueden operar en un plano horizontal o y vertical; uno o los dos dicos giran, y cuando clasificación “según la naturaleza de la los dos lo hacen, la rotación se efectua en acción de molienda que desempeñan. En direcciones opuestas. . La alimentación una de sus clases, la energía del fluido se entra por un canal cerca del eje, pasa entre obtiene las placas y se descarga en la periferia de velocidad con cierto ángulo en torno a una los discos. Las placas de molienda se porsión, o en toda la periferia de la cámara sujetan a los discos por medio de pernos y trituradora y clasificadora. En este grupo se la distancia entre estos es ajustable“ (Robert encuentra el reductonizer y el Jet-O-Mizer. H. Perry, 1998) En la otra clase los fluidos arrastran las Molinos hidráulicos. Tienen dos su funcionamiento, en corrientes se finas hace de una alta partículas a alta velocidad hacia una Las el conjunto de partes que componen cámara en donde se tiene dos corrientes este molino son: “un eje, los discos y las que chocan entre sí. Los molinos Majac y placas te trituración de denomina impulsor. de chorro en lecho fluidizado pertenecen a Los molinos de un solo impulsor con placas este grupo.“ (Robert H. Perry, 1998) para los mismos objetivos que los molinos de impulsor doble, excepto que aceptan Dentro de las generalidades de estos alimentaciones de mayor tamaño aunque su molinos se tiene que “se registra gran intervalo de reducción de un material dado liberación de energia y se obtiene un alto sea menorm y afrecen mayores caudales de orden de turbulencia que ahce que las salida con menores pontencias de entrada.“ partículas se desmenucen entre sí y se (Robert H. Perry, 1998) subdividan. No todas las partpiculas se muelen por completo, de manera que es necesario realizar la peracion de clasificacion para devolver las de mayor
  9. 9. 9 tamaño a fin de realizar una molienda mas Pala la industria de alimentos los completa. La mayor parte de estos molinos “Molinos agitadores, Molinos de martillos y emplean la energía de la corriente de fluido clavijas, Molinos de anillos y rodillos” en (Robert H. Perry, 1998) son los más movimiento para efectuar una clasificación centrifuga.“ (Robert H. Perry, 1998) implementados. Finalmente en la industria minera los “Molinos agitados, Molinos de martillo, 4. Aplicaciones Molino anillo y rodillo, molinos hidráulicos” En la industria farmacéutica, alimentaria y minera, entre otras, los procesos de (Robert H. Perry, 1998), a nivel general son los más utilizados. molienda se emplean para modificar la 5. Ventajas y desventajas de algunos distribución de tamaño de las partículas, así equipos. como sus superficie, densidad y también para mejorar sus propiedades de mezclado. Existen distintos tipos de molinos y  Molinos de martillos “Ventaja: Los molinos de martillos pueden tamizadores que se ajustan a cada proceso, tratar casi cualquier producto: sólidos dependiendo de la consistencia de la materia fibrosos como cortezas o cuero, virutas de prima de los requerimientos del producto acero, pastas blandas y húmedas, arcilla terminado. plástica o una roca dura. En el trabajo solo se hablaran de las siguientes tres industrias y de los molinos más usados en estas. Desventaja: Para obtener una molienda fina, están limitados a los materiales más blandos.” (McCabe, Smith, & Harriot, 1991) En la industria minera los molinos más  Molino de rodillos utilizados son: “Molino martillo-cuchilla, “Ventaja: Pulverizan hasta cincuenta Molinos agitadores, Molinos de martillo” toneladas por hora (rápida producción). (Robert oscilantes, H. Perry, Molinos 1998), “Molinos cónicos, Molinos cilíndricos”. (Antioquia, s.f.) Ventaja: Cuando se utiliza clasificación, puede ser tan fino como que el 99 por ciento
  10. 10. 10 pase a través de un tamiz de doscientas Ventaja: Los molinos de volteo a diferencia mallas. de los otros pueden operar tanto de forma Desventaja: Es una maquina muy elaborada continua como discontinua o por lotes. por consiguiente un poco difícil su limpieza Ventaja: A este tipo de molino se le pude y mantenimiento.” (McCabe, Smith, & modificar la forma de moler ya sea con Harriot, 1991) barras, bolas y guijarros.  Molinos de frotación “Ventaja: Molinos provistos con diferentes estrías, rugosidades o dientes sobre los discos permiten una gran variedad de operaciones incluyendo molienda, troceado, granulación y desmenuzamiento, así como también operaciones no directamente Desventaja: Sea la forma que sea al moler el principio básico de funcionamiento no es muy efectivo si estamos hablando de producción ya que se demora de dos a cinco veces más en moler el alimento.” (McCabe, Smith, & Harriot, 1991)  relacionadas con la reducción de tamaño, tales como mezclado y rizado de plumas. Molino de martillos con clasificación (ultrafino) “Ventaja: Reducen el material a tratar con Desventaja: La potencia requerida es mayor un diámetro promedio de uno a veinte que en el molino de rodillos y de martillos micrómetros. para generar una determinada molienda. Ventaja: Partes intercambiables requeridas por la molienda a tratar; me refiero a los discos de molino simple o doble.” (McCabe, Smith, & Harriot, 1991)  Molinos de volteo: “Desventaja: Estos molinos resultan inadecuados para la reducción intermedia y fina de materiales abrasivos. Desventaja: Los molinos de este tipo reducen de uno a dos toneladas por hora. Desventaja: Tiene un sistema de acción muy elaborado uniendo la molienda por abrasión o impacto y separación por inyección de aire.” (McCabe, Smith, & Harriot, 1991)  Molinos que utilizan la energía de un fluido (ultrafinos)
  11. 11. 11 “Ventaja: Es el molino con mayor poder de Desventaja: Al ser el de mayor poder de reducción (partículas entre 0,5 a 10 reducción tiene un flujo másico micrómetros) relativamente pequeño.” (McCabe, Smith, & Desventaja: Se utilizan otros gastos aparte Harriot, 1991) de la energía del motor y compresor tal como vapor de agua. Bibliografía Antioquia, U. d. (s.f.). Farmacotecnia . Recuperado el 27 de Octubre de 2013, de http://docencia.udea.edu.co/qf/farmacotecnia/01/01_equipos.html Harriott, W. R.-J.-P. (s.f.). Operaciones unitarias en ingenieria química . Aravaca (Madrid): McGraw-Hill. International, E. (s.f.). Zhengyuan Powder Engineering Equipment Co., Ltd. Recuperado el 27 de Octubre de 2013, de http://www.chinamill.es/3-impact-mill.html McCabe, W. L., Smith, J. C., & Harriot, P. (1991). Operaciones unitarias en Ingenieria Quimica. Madird: McGraw-Hill. Robert H. Perry, D. W. (1998). Manual del ingeniero químico. McGraw-Hill.
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