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AMANDUS KAHL GmbH & Co. KG
Dieselstrasse 5-9
D-21465 Reinbek / Hamburg
Teléfono: +49 (0)40 727 71 - 0
Fax: +49 (0)40 727 71 - 100
www.akahl.com.es
En las industrias transformadoras de materi -as primas el procesamiento de sustanciassólidas tiene mucha importancia. El diseñodel proceso causa problemas, siempre quela composición de la sustancia sólida seamuy heterogénea, en lo que se refiere al tipode material, densidad y tamaño de las partí -culas, o varia en el curso del tiempo, siemprecuando el tamaño medio del grano y la den -si dad del producto sean muy bajos o elproducto tienda a conglutinar y formar gru -mos. Debido a estas características negati -vas de producto las fases de proceso si -
guientes como dosificación, transporte,mezclado y almacenamiento son
hechas más difíciles, en muchoscasos incluso imposibles.
Refinamiento de sustancias sólidas mediante aglomeración por compresión con prensas granuladoras de matriz plana
CONTENIDO
Aplicaciones posibles delproceso de granulación
Campos de aplicación delproceso de granulación
Aglomeración por extrusióncon matriz plana
Ventajas de la prensagranuladora de matriz plana
■ Alimentación de material■ Cabezal de rodillos■ Matrices■ Efecto cizallador■ Cambio de las herramientas
de prensado ■ Enfriamiento y secado
de pellets
Ensayos de producto pueden ser llevados a cabo en la planta-piloto de KAHL
Para compensar las desventajas indica dasdel pro ducto, es aconsejable aplicar unproceso para la producción de un granulado,es decir un producto a granel de tamañouniforme de partículas con un mínimo definos.Para este fin la tecnología de procesosofrece tres métodos principales: la aglome -ración por agitación, la aglomeración depedazos (briquetear) y la aglomeración porextrusión (granular). Estos procesos sellaman aglomeración, como se trata de juntarpartículas individuales.En contraposición a la aglomeración poragitación partiendo de polvos finos con laadición de líquidos como aglutinante ytrabajando sin factores exteriores de presión,la aglomeración por compresión es unatecnología con la cual las sustancias sólidasa tratar pueden ser aglomeradas y compac -tadas, quedando resistente a la rotura y laabrasión, sin la adición de aglutinantesdebido a la muy alta presión exterior. Mien -tras que el proceso de briquetear normal -mente es limitado a materias pulverulentas,la granulación es un proceso que permiteuna variación del estado granulométrico delos productos a tratar, es decir de la formay de la distribución de la granulometría. A
este respecto las prensas granuladoras dematriz plana son particularmente ventajosas,como el producto es trituradoadicionalmente en el interior de la máquinapor las fuerzas de cizallamiento.El proceso de granulación permite unnúmero de otras mejoras – en combinacióncon procesos antepuestos de acondicio na -miento – aparte de los cambios de productomencionados, aumentando sobre todo laestabilidad mecánica de las sustancias sóli -das. Al modificar los parámetros de proceso(presión, temperatura, tiempo de retención) yla construcción de la máquina y al añadirmateriales adicionales funcionales a los pro -ductos a tratar se puede ajustar los valoresespecíficos (densidad, valor calorífico),causar cambios estructurales (p.ej. modifica -ción de proteínas y almidón) y reducir lacarga de gérmenes. Desde el punto de vistadel marketing la apariencia exterior de losproductos finales también es importante enmuchos casos. Bajo ciertas condiciones(producto, condiciones de proceso) esposible crear una superficie pulida y brillanteal granular el producto.
Una gran superficie en la pista de rodillos esespecialmente importante al pelletizarmaterial de un peso a granel muy bajo y conun tamaño máximo de partículas de 100 x100 mm, por ejemplo papel o film plástico.El área específica está entre 25 y 30 cm2 porkW de capacidad instalada, dependiendo delfin de aplicación y de la compactación dese -ada del material. Solamente al tener unasuperficie específica grande de canales decompactación se puede aprovechar laenergía instalada sacando un rendimientomáximo.
Efecto cizalladorEl efecto cizallador de los rodillos sobre lacapa de material entre rodillos y matrizresulta en una mayor pre-compactación, unbuen comportamiento de entrada, unamenor trituración y torsión del material, unmenor largo del canal de compactación,pellets más lisos, duros y resistentes alemplear la misma cantidad de energía. Encaso de materiales que no deben sometersea fuerzas de cizallamiento adicionales o quepueden causar un desgaste excesivo de lamatriz, se pueden emplear rodillos cónicos.Debido a la alimentación directa del material,la gran cámara de prensado y el efectocizallador de los rodillos se pueden procesarmateriales de estructura muy gruesa. Enalgunos productos, como por ejemplobasura, se puede suprimir una fase previa detrituración o molienda, ó triturar el materialcon perforaciones más grandes en la criba.Resultado: Ahorro en energía e inversión asícomo simplificación del proceso.
Cambio de las herramientas deprensado Las matrices descansan con toda su circun -ferencia en la carcasa de la prensa.El cabezal de rodillos está montado de formasuelta sobre el eje principal y está conectadocon el mismo por medio de chaveteros ychavetas. Desde arriba el cabezal de rodilloses fijado por medio de la tuerca hidráulicaajustable.
Refinamiento de sustancias sólidas medianteaglomeración por compresión con prensas granuladoras de matriz plana
matriz durante la marcha. Así se puede influirel espesor de la capa de material alcanzandola capacidad más económica de la prensa.
MatricesSe puede variar el espesor de la matriz, elnúmero, la forma y el diámetro de las perfo -raciones así como el ancho de la pista derodillos en la matriz según el material a pro -cesar. Para un rendimiento específico altocon un consumo bajo de energía por unidadcuantitativa (rendimiento por unidad detiempo) es importante entre otros el tiempode retención del material en el canal decompactación.La dureza de pellet se reduce al disminuir eltiempo de retención, o sea que la calidad del pellet se empeora al aumentar el rendi -miento. Para compensar esto, se puedeaumen tar el largo del canal de compactaciónhasta alcanzar la potencia máxima delmotor. Pero a la vez con canales de com -pactación demasiado largos existe el riesgode atascamiento de los rodillos. Por talmotivo es más razonable aumentar lacantidad de canales de compactación almáximo posible, para obtener la máximasuperficie en la pista de rodillos por unidadde accionamiento.
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Fig. 5: Funcionamiento del ajuste hidráulico delcabezal de rodillos: a la izquierda en posiciónlibre, a la derecha en posición de trabajo
De esta manera el cambio de matrices essencillo y rápido, ya que no hay que soltartornillos o dispositivos de apriete aparte de latuerca hidráulica. Cabezal de rodillos y matrizpueden ser sacados fácilmente con un poli -pasto eléctrico y reemplazados sin tener quelimpiar la cámara de prensado.
Enfriamiento y secado de pelletsSi hay que disminuir la humedad del materialpara mejorar la estabilidad de almacena -miento, el valor calorífico o las propiedadesde combustión, los pellets pueden ser seca -dos en un secador de cinta KAHL usandocalor residual de bajo costo.
Ensayos de producto pueden serllevados a cabo en la planta-piloto de KAHL Durante los años pasados más de 5000 pro -ductos fueron pelletizados con éxito en laplanta-piloto de KAHL (véanse la fig. 6).A continuación unos ejemplos:■ Catalizadores■ Aceleradores de vulcanización■ Masa para comprimidos■ Productos instantáneos de vitamina C■ Productos básicos farmacéuticos■ Grafito■ Pigmentos■ Estearatos■ Polvos, desperdicios de plásticos■ Fertilizantes■ Aditivos de agentes para lavar■ Carbón activo■ Lodos■ Talco■ RDF, WDF etc.
Technologia
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Refinamiento de sustancias sólidas mediante aglomeración por compresión con prensas granuladoras de matriz plana
Aplicaciones posibles del proceso de granulación Los procesos de granulación son empleadospara diferentes fines:■ Acondicionar materias primas■ Dar forma■ Mezclar con sustancias de relleno■ Acondicionar desperdicios para el reciclaje■ Producir y mejorar productos acabados■ Dar estabilidad a mezclas
Campos de aplicación del proceso de granulación ■ Cervecerías■ Fábricas químicas■ Plantas siderúrgicas■ Fábricas de piensos compuestos■ Centrales eléctricas■ Industria de plásticos■ Agricultura■ Industria de minerales■ Industria alimenticia■ Molinos de aceite■ Industria farmacéutica■ Plantas secadoras■ Industria de la celulosa■ Azucareras, etc.
Aglomeración por extrusión con matriz plana La aglomeración por extrusión con prensasde matriz plana ha resultado como la másversátil manera de compactación para todoslos productos sean éstos en pedazos, defibra larga, pulverulentos o pastosos. Unapre-trituración no es necesaria. Según laindustria, el producto final se llama pellet,granulado, comprimido o briqueta. Lasherramientas importantes para el proceso degranulación son los rodillos y la matriz per -forada. La compactación se realiza en loscanales (perforaciones) de prensado encon -trándose en la matriz (véanse las fig. 1 y 2).El material pre-triturado de forma gruesa sedosifica verticalmente desde arriba a la cá -ma ra de prensado y se forma una capasobre la matriz. Los rodillos pasan sobreesta capa y la compactan (véanse la fig. 3).La presión aumenta continuamente, a medi -da que el rodillo va llevando el material haciael canal de compactación, hasta tal puntoque el cilindro de material (tapón) que seencuentra dentro del canal va siendo despla -zado poco a poco. Para que esto sea posi -ble, la fuerza de fricción del pellet en el canalno debe exceder la fuerza de prensado delrodillo.Esto significa que se empuja una pequeñarodaja de material al canal de compactación,la cual es conectada con el pellet que ya seencuentra dentro del canal. Al mismo tiempoeste pellet es empujado un poco y sale porel lado inferior de la matriz.El diseño de nuestras prensas permitemantener entre matriz y rodillos una caparestante de material para obtener una mejor
precompactación y adhesión del materialentre sí y para que no haya contacto entremetal y metal, lo que causaría un desgasteinnecesario de las herramientas de pren -sado.Cada canal de compactación es sobrepasa -do por los rodillos varias veces por segundo.Eso significa que se trata de un proceso deprensado discontinuo comparándolo con unextrusor. Las rodajas de material empujadasen cada canal de compactación forman unacuerda continua que sale por el lado inferiorde la matriz donde es cortada al largo cilín -drico deseado con cuchillas ajustables.La meta es obtener un pellet homogéneo,cuya producción en rodajas no se nota ycuya consistencia se mantiene a pesar deser sometido a esfuerzos mecánicos.Para lograr esta meta con diferentesmateriales es necesario tomar en cuenta unaserie de parámetros, como son:1. Grado de trituración del material a
pelletizar2. Composición de las mezclas de
producto3. Contenido de humedad del material
a pelletizar4. Adición de aglutinantes, adición de
vapor, acondicionamiento del material a pelletizar
5. Número y dimensiones de rodillo6. Diámetro de la matriz, número de las
perforaciones7. Largo, diámetro y forma geométrica de
las perforaciones8. Distancia entre rodillos y matriz9. Secado de los pellets
10. Enfriamiento de los pelletsSe pueden variar el diámetro de la matriz, lasuperficie abierta de perforaciones, el anchode la pista de rodillos, el diámetro, el ancho yel número de rodillos según las característi -cas del material a pelletizar. Un sistemahidráulico para el cabezal de rodillos haceposible la variación de la distancia entrerodillos y matriz durante la marcha. Así elespesor de la capa de material puede serajustado a las necesidades del producto.Como las herramientas de prensado se vandesgastando, el cabezal de rodillos puedeser reajustado sin interrumpir la marcha.
Ventajas de la prensa granuladora dematriz plana Alimentación de materialLa alimentación de material se realiza verti -cal mente desde arriba por gravedad, sindesvíos, sin guías o medios mecánicosauxiliares (sin alimentación forzada). El riesgode atascamiento o la formación de puentesdebido a una compactación no deseada,especialmente cuando se trata de productosde un peso a granel muy bajo, es práctica -mente eliminado.
La prensa ha sido diseñada con una cámarade recepción grande para la alimentación dematerial y la recepción del mismo por lasherramientas de prensado. El diámetro máxi -mo de matriz es de 1250 mm. Una cámaragrande para recibir el material es muy nece -saria en caso de productos de un peso agranel bajo. La relación de compac tación encaso de papel viejo y paja es 15:1, es decirpor tonelada de pellets hay que dosificar a laprensa aprox. 15 m3 de material.
Cabezal de rodillosEl cabezal de rodillos forma una unidad conlos ejes de los rodillos y los rodillos giratori -os. El número, el diámetro, el ancho, laforma (cilíndrica o cónica) y la superficie de
los rodillos son escogidos en forma óptimasegún el producto a procesar. En caso demateriales con un peso a granel muy bajo setrabaja con pocos rodillos de manera que seaumenta el espacio disponible dentro de lacámara de alimentación.La velocidad circunferencial de los rodillos esrelativamente baja con 2,5 m/s. De estamanera el material entra mejor entre la matrizy los rodillos, la desaireación es más fácil, sereduce el riesgo de deslizamiento de losrodillos y la marcha de la prensa es casisilenciosa con un nivel de sonido más bajoque el del motor de accionamiento.El sistema de ajuste hidráulico del cabezal derodillos (véanse la fig. 5) hace posible laoptimización de la distancia entre rodillos y
Fig. 3: Prensa granuladora de matriz plana
Alimentación
Entrada
Tuerca de ajustehidráulico paradistancia derodillos a matriz
Anillo elástico
Rodillo
Cabezal derodillos
Rascador
Matriz
Dispositivocortador
Eje principal
Fig. 1: Elementos principales de la prensa granuladora de matriz plana: Fig. 4: Diagrama de flujo de una planta granuladora típica
Fig. 2: Proceso de granulación en la prensa de matriz plana
Estación de descarga para bigbags
Depósito con agitador
Roscadosificadora
Sistema dosificador para vapor/agua
Mezclador acondicionador Ventilador radial
Prensa granuladoratipo 33-390
Filtro
Máquinacribadora
Enfriador/secador de cinta
Armario de distribución Pellets/migas
Mezclador continuo
Migajador
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