ES2234649T3 - Aparato para extraer un componente fluido de materiales solidos en particulas. - Google Patents
Aparato para extraer un componente fluido de materiales solidos en particulas.Info
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Abstract
Un aparato para eliminar un componente fluido de materiales sólidos en partículas, el cual comprende: - una carcasa (1) - un plato perforado (2) que divide la carcasa (1) en una primera cámara (3) y una segunda cámara (4), siendo la primera cámara (3) una cámara de introducción de gas y siendo la segunda cámara (4) una cámara de reacción y secado, cuyo aparato tiene: - un medio (10) para introducir el material en partículas sólidas en la segunda cámara (4) - un sistema (17) de salida de gas para la extracción de los gases de la segunda cámara (4) y que está caracterizado porque: - la primera cámara (3) está provista de una primera entrada (5) de gas y una segunda entrada (6) de gas, estando separadas la primera entrada (5) de gas y la segunda entrada (6) de gas - encontrándose la primera entrada (5) de gas en el fondo (7) de la primera cámara (3) y proporcionando al gas una dirección axial, y - encontrándose la segunda entrada (6) de gas por debajo del plato (2) y proporcionando al gas un componente de dirección tangencial - el plato perforado (2) está provisto de una abertura (8) de salida provista de un obturador (9) extraíble para abrir y cerrar la abertura (8) de salida - existen unos medios de calentamiento (15, 18) para el calentamiento de los gases que se introducen por la primera entrada (5) de gas y la segunda entrada (6) de gas.
Description
Aparato para extraer un componente fluido de
materiales sólidos en partículas.
La invención se refiere a un aparato para
eliminar un componente fluido de materiales sólidos en partículas
que comprende las características del preámbulo de la
reivindicación 1. La invención se refiere también a un procedimiento
para eliminar estos fluidos de esos materiales según las
características del preámbulo de la reivindicación 14.
Tal aparato y el respectivo procedimiento son
conocidos por el documento US A 3 544 089.
En el documento US A 4 033 555 se describe un
aparato para el acondicionamiento de materiales en grano o en
partículas en un lecho fluidizado. Según este documento, puede
eliminarse la humedad de materiales tales como arena proporcionando
un lecho fluidizado de la arena y sometiendo a la arena a una
corriente de aire con una determinada distribución de flujo para que
el material circule y se mezcle. El aparato descrito tiene un plato
de criba provisto de unas aberturas de forma específica por las
cuales se introduce un gas fluidizante en el aparato. Estas
aberturas estimulan la circulación y crean un salpicamiento
controlado del material en las cercanías de las paredes, y de este
modo se consigue una circulación interna del material en el lecho
fluido, lo cual impide que se apelmace el material en grano. Esto
hace que pueda aplicarse también este sistema a materiales en grano
que no fluyan libremente tales como, por ejemplo, arena húmeda.
Sin embargo este aparato no es útil para eliminar
la humedad de materiales alimenticios sólidos en partículas, ya que
estos materiales pueden estropearse fácilmente durante el
tratamiento produciéndose la aparición de puntos negros debidos al
requemado. Además este aparato no puede utilizarse en un
procedimiento semicontinuo ya que no está prevista la extracción del
material tratado. Además el calentamiento del gas no es eficiente,
ya que no se indica como se calientan los gases fluidizantes y/o
como puede aplicarse al procedimiento el calor latente en los gases
de escape. Además la introducción de los gases fluidizantes por el
fondo del plato de criba no es muy eficiente, ya que estos gases no
tienen unos componentes axial y tangencial claros. De ahí que las
aberturas del plato de criba tengan que tener una forma muy
específica.
Por el documento US 4 875 435 se conoce un
aparato que puede aplicarse para el secado y el recubrimiento
combinados de materiales farmacéuticos. De ahí que el aparato según
esta Patente Estadounidense esté provisto de un medio pulverizador
para el recubrimiento. Aunque se crea un lecho fluidizado encima de
un plato de criba y se introducen unos gases que proporcionan un
componente axial a los materiales sólidos en el lecho fluidizado,
el gas que proporciona el componente tangencial a estos materiales
es introducido por encima del plato de criba. Se considera que esta
introducción del citado gas no conduce a buenos resultados. Además
el sistema allí descrito tiene otros inconvenientes tales como el
hecho de que en la cámara de tratamiento situada sobre el plato de
criba existan unas zonas en las que la fluidización no es óptima, lo
cual conduce a unas condiciones de falta de higiene que no son
permisibles en el tratamiento de productos alimentarios. Además
existirán puntos calientes que conducirán a un requemado local de
los productos alimentarios y por lo tanto se obtendrán productos
inaceptables. Además los productos no pueden ser retirados del
sistema de un modo que permita un procedimiento semicontinuo.
En el documento US 4 532 155 se describe un
aparato similar. Por lo tanto el uso de este aparato tiene los
mismos inconvenientes mencionados anteriormente.
Según el documento US 3 908 045, un aparato para
el recubrimiento de partículas de detergente está provisto de un
plato perforado a través del cual se introduce un gas fluidizante
de manera que recubra una sustancia fluidizable en un lecho
fluidizado. Aunque se introduce un aire que proporciona un
componente tangencial a las partículas, no está claro si este aire
es introducido por encima o por debajo del plato perforado.
Según los documentos US 4 866 858 ó JP 54040480
la transferencia de calor en un lecho fluidizado puede mejorarse si
el gas fluidizante es introducido en forma de corrientes
secuenciales (creando así una especie de corriente pulsante de
gas).
El uso de una abertura situada centralmente para
la extracción del producto de reacción de un sistema de lecho
fluidizado está descrito, por ejemplo, en el documento US 4 640
023.
El documento
US-A-3544089 describe un aparato
para la eliminación de un componente fluido en materiales sólidos en
partículas. El aparato tiene una carcasa dividida en una cámara de
introducción de gas y una cámara de reacción y secado. El material
sólido es introducido en la segunda cámara y es secado por el gas
procedente de la cámara de introducción de gas.
Se ha estudiado la posibilidad de desarrollar un
aparato novedoso y descubrir un procedimiento novedoso que permita
eliminar un componente fluido, en particular la humedad, de un
material en partículas, en particular productos alimentarios en
partículas, cuyo procedimiento evite los problemas de la técnica
anterior mencionados anteriormente. De este estudio resultaron
nuevas invenciones de un aparato y de un procedimiento. Por lo
tanto esta invención se refiere en una primera instancia a un
aparato para eliminar un componente fluido de materiales sólidos en
partículas, el cual comprende:
- -
- una carcasa
- -
- un plato perforado que divide la carcasa en una primera cámara y una segunda cámara, siendo la primera cámara una cámara de introducción de gas y siendo la segunda cámara una cámara de reacción y secado, cuyo aparato tiene:
- -
- un medio para introducir el material en partículas sólidas en la segunda cámara
- -
- un sistema de salida de gas para la extracción de los gases de la segunda cámara
y que está caracterizado porque:
- -
- la primera cámara está provista de una primera entrada de gas y una segunda entrada de gas, estando separadas la primera entrada de gas y la segunda entrada de gas
- -
- encontrándose la primera entrada de gas en el fondo de la primera cámara y proporcionando al gas una dirección axial, y
- -
- encontrándose la segunda entrada de gas por debajo del plato y proporcionando al gas un componente de dirección tangencial
- -
- el plato perforado está provisto de una abertura de salida provista de un obturador extraíble para abrir y cerrar la abertura de salida
- -
- existen unos medios de calentamiento para el calentamiento de los gases que se introducen por la primera entrada de gas y la segunda entrada de gas.
Para obtener una fluidización eficiente del
material en partículas, en la cual las partículas obtengan un
componente de velocidad axial y uno tangencial, y simultáneamente
el material en partículas permanezca sobre el plato perforado
durante el procedimiento, se ha descubierto que es mejor que el
plato perforado esté provisto de unas perforaciones con un diámetro
comprendido entre 0,5 y 4 mm. Se obtienen resultados óptimos si la
superficie total de las perforaciones del plato es
10-30%, preferiblemente 15-25%, de
la superficie total del plato.
Se ha descubierto que para conseguir que el lecho
fluidizado adopte la forma de un lecho anular de partículas
fluidizadas y a la vez se facilite la extracción del producto
final, es beneficioso que el plato tenga forma de cono o de cuenco
de base redonda, existiendo una abertura de salida en el punto
inferior del cono o cuenco de base redonda.
El espesor del plato y el tamaño de las
perforaciones del mismo tienen influencia sobre la velocidad del
componente tangencial del gas introducido y por lo tanto sobre la
creación del lecho fluidizado. Por lo tanto se prefiere aplicar un
plato en el cual la relación entre el espesor (t) del plato y el
diámetro (d) de las perforaciones del plato sea
t/d=0,2-1,6.
La posición de la entrada de gas tiene influencia
sobre la eficacia para crear el lecho fluidizado. Se ha descubierto
que los mejores resultados se obtienen si la entrada de gas se
encuentra en un punto superior a 0,4 h, preferiblemente en un punto
superior a 0,5 h, desde el fondo de la carcasa, siendo h la altura
de la cámara.
Para controlar la temperatura de la cámara de
reacción se aplica un sensor térmico a la cámara de introducción y
preferiblemente se aplica también un sensor térmico a la cámara de
reacción. Los sensores térmicos producen una señal que se utiliza
para controlar la temperatura de las corrientes de gas en las
entradas a través de unos medios de regulación para regular el
calentamiento de estas corrientes de gas.
Un dispositivo que puede utilizarse para obtener
una transferencia de calor eficaz en el lecho fluidizado es un
generador de impulsos, situado preferiblemente en la corriente de
gas introducida por la entrada. De este modo la velocidad de esta
corriente de gas puede ser pulsante, resultando un lecho fluidizado
en el que puede cambiarse la distancia entre las partículas
individuales durante el procedimiento. Esta pulsación se efectúa
preferiblemente con una amplitud comprendida entre 0,25 y 10
herzios.
Se ha descubierto que para conseguir un
procedimiento semicontinuo la provisión de una abertura de salida en
el plato lleva a unos resultados muy adecuados. Por lo tanto es
preferible utilizar un aparato en el cual un obturador está unido a
un pistón, cuyo obturador se corresponde con la forma y tamaño de la
abertura de salida del plato, cuya abertura de salida tiene un
diámetro de 100-200 mm.
Se ha descubierto que para conseguir un consumo
eficiente de energía es ventajoso que exista un intercambiador
térmico indirecto en el sistema de salida del gas que abandona la
cámara, mediante el cual el gas del sistema de salida de gas tenga
un intercambio térmico indirecto con el gas fresco introducido en el
sistema por las entradas. El gas que sale del intercambiador
térmico puede dividirse en dos corrientes mediante una válvula
situada en el intercambiador térmico, cuyas dos corrientes de gas se
introducen en el sistema por las entradas. La relación entre las
corrientes de gas introducidas por las entradas puede ser
controlada por la posición de la válvula.
La invención se refiere también a un
procedimiento para eliminar un componente fluido de un material
sólido en partículas dentro de un reactor, en el cual el material
en partículas sólidas es fluidizado por un gas precalentado, de tal
modo que durante el tratamiento térmico las partículas sólidas
forman un lecho de partículas anular y fluidizado, a una
temperatura y durante un tiempo suficientes para eliminar el
componente fluido sin requemar el material en partículas sólidas,
tras lo cual el material en partículas sólidas ya tratado es
separado del reactor como producto final, y a continuación se
introduce en el reactor un material en partículas sólidas fresco,
del cual debe eliminarse el componente fluido, cuyo procedimiento
está caracterizado porque el gas precalentado comunica a las
partículas sólidas un componente axial de velocidad y un gas
precalentado que comunica a las partículas sólidas un componente
tangencial de velocidad es introducido en el reactor por debajo de
una placa perforada que forma una barrera entre una cámara de
introducción de los gases de tratamiento y una cámara de
reacción.
Los mejores resultados se obtienen cuando el gas
que proporciona el componente tangencial de velocidad es introducido
en el reactor por debajo de una placa perforada que forma una
barrera entre una cámara de introducción de los gases de
tratamiento y una cámara de reacción.
Las velocidades que pueden aplicarse al gas
fluidizante pueden estar comprendidas entre más de 0,5 m/s,
preferiblemente más de 1,5 m/s, y menos de 50 m/s, preferiblemente
menos de 10 m/s. Los mejores resultados se obtienen cuando los
gases que proporcionan el componente axial de velocidad y el
componente tangencial de velocidad son introducidos en la cámara de
introducción con una relación V_{ax} : V_{tang} = 0,1 a 10,
siendo V_{ax} la velocidad del gas que proporciona el componente
axial y siendo V_{tang} la velocidad del gas que proporciona el
componente tangencial. Los gases deberán ser introducidos en el
reactor con una velocidad tal que el material en partículas sólidas
que ha sido introducido por encima de la placa del plato perforado
permanezca por encima del plato perforado en forma de un lecho
fluidizado anular de partículas sólidas.
La temperatura que puede aplicarse en la cámara
de reacción (4) deberá ser controlada cuidadosamente dentro de un
margen específico, esto puede efectuarse introduciendo los gases en
el reactor directamente bajo el plato perforado (2) con una
temperatura comprendida entre 180 y 350ºC, preferiblemente entre 200
y 300ºC.
El consumo de energía más eficiente se consigue
si la temperatura de los gases que se introducen en el reactor está
controlada por una señal del sensor de temperatura situado en la
cámara de introducción del reactor, cuya señal se envía a un
intercambiador térmico indirecto en el cual el gas fresco
introducido sufre un intercambio técnico indirecto con el gas
extraído del reactor. Si se utiliza también en este control una
señal de un segundo sensor térmico, situado este en la cámara de
reacción, es posible un control de temperatura aun más eficaz.
El tiempo de residencia del material en
partículas en el reactor puede estar comprendido eficazmente entre
15 y 90 segundos, preferiblemente entre 20 y 60 segundos.
Aunque cualquier clase de producto alimentario en
partículas puede ser sometido al tratamiento según la invención,
particularmente usando el aparato según la invención, se ha
descubierto que se obtienen unos resultados muy buenos e
inesperados cuando el material alimentario es arroz en grano y el
componente fluídico eliminado del mismo es agua. La corriente de
gas puede seleccionarse entre cualquier gas inerte de grado
alimentario, pero es preferible aplicar aire o nitrógeno.
En el dibujo adjunto se ha representado
esquemáticamente el aparato según la invención. Como ilustración del
aparato y del procedimiento de la invención, se describirá con
mayor detalle el dibujo y el uso del aparato según este dibujo.
El material a secar, tal como arroz en grano, es
introducido desde una tolva (10) en la cámara de reacción (4) de un
reactor que comprende una carcasa (1) provista de un plato
perforado (2) en forma de wok y provisto de unas perforaciones (11)
con un tamaño aproximado de 2 mm y que divide la carcasa (1) en una
cámara (3) de introducción de gas y una cámara (4) de reacción y
secado. Un gas fluidizante es introducido con una velocidad de 15
m/s en la cámara (3) por unas entradas (5) de gas existentes en el
fondo (7). Esta corriente de gas comunica un componente axial a las
partículas existentes en la cámara (4). Simultáneamente se
introduce un gas con una velocidad de 35 m/s directamente bajo el
plato (2) por las entradas (6) de gas. Este gas comunica un
componente tangencial a las partículas sólidas presentes en la
cámara (4). De este modo el material en partículas sólidas forma un
lecho fluidizado anular en la cámara (4). Los gases introducidos por
las entradas (5) y (6) se calientan en el calentador (18), después
de haber sido precalentados en el intercambiador térmico (15)
mediante intercambio térmico indirecto con los gases que salen del
sistema por la salida (17). La temperatura de los gases
introducidos por las entradas (5) y (6) está controlada por los
sensores térmicos (12) y (13) presentes en las cámaras (3) y (4)
respectivamente. Los sensores térmicos producen una señal que se
envía al medio (14) de regulación térmica conectado al calentador
(18) y a la válvula (16) situada en el mismo. Para poder
interrumpir el procedimiento y extraer el producto seco del
reactor, existe una abertura (8) en el plato (2), cuya abertura (8)
está provista de un obturador (9) de forma y tamaño
correspondientes a la abertura (8), y cuyo obturador cierra la
abertura (8) durante el procedimiento de secado pero puede ser
levantado mediante un pistón (19) después de interrumpirse el
suministro de gas al sistema. El producto seco es extraído a través
de un conducto conectado a un separador (20) en el cual se enfría el
producto y se separa el exceso de gas. Los gases de escape que
abandonan el sistema a través de la salida (17) son conducidos a un
separador (24), que preferiblemente es un ciclón, en donde se
separan el polvo y el gas, tras lo cual los gases son conducidos al
intercambiador térmico (15) al que también llega el gas fresco por
la entrada (21). Para transportar el gas se utiliza un ventilador
(22). La válvula (16) es utilizada para dividir el gas procedente
del ventilador (22) en dos corrientes (5) y (6) según una relación
deseada.
Claims (23)
1. Un aparato para eliminar un componente fluido
de materiales sólidos en partículas, el cual comprende:
- -
- una carcasa (1)
- -
- un plato perforado (2) que divide la carcasa (1) en una primera cámara (3) y una segunda cámara (4), siendo la primera cámara (3) una cámara de introducción de gas y siendo la segunda cámara (4) una cámara de reacción y secado, cuyo aparato tiene:
- -
- un medio (10) para introducir el material en partículas sólidas en la segunda cámara (4)
- -
- un sistema (17) de salida de gas para la extracción de los gases de la segunda cámara (4)
y que está caracterizado porque:
- -
- la primera cámara (3) está provista de una primera entrada (5) de gas y una segunda entrada (6) de gas, estando separadas la primera entrada (5) de gas y la segunda entrada (6) de gas
- -
- encontrándose la primera entrada (5) de gas en el fondo (7) de la primera cámara (3) y proporcionando al gas una dirección axial, y
- -
- encontrándose la segunda entrada (6) de gas por debajo del plato (2) y proporcionando al gas un componente de dirección tangencial
- -
- el plato perforado (2) está provisto de una abertura (8) de salida provista de un obturador (9) extraíble para abrir y cerrar la abertura (8) de salida
- -
- existen unos medios de calentamiento (15, 18) para el calentamiento de los gases que se introducen por la primera entrada (5) de gas y la segunda entrada (6) de gas.
2. Un aparato según la reivindicación 1, en el
cual el plato perforado (2) está provisto de unas perforaciones
(11) con un diámetro comprendido entre 0,5 y 4 mm.
3. Un aparato según la reivindicación 2, en el
cual la superficie total de las perforaciones del plato (2) es
10-30%, preferiblemente 15-25%, de
la superficie total del plato.
4. Un aparato según las reivindicaciones
1-3, en el cual el plato (2) tiene la forma de un
cuenco de base redonda, y en el punto más bajo del cuenco de base
redonda existe una abertura (8) de salida.
5. Un aparato según la reivindicación
2-4, en el cual la relación entre el espesor (t)
del plato (2) y el diámetro (d) de las perforaciones (11) del plato
(2) es t/d=0,2-1,6.
6. Un aparato según las reivindicaciones
1-5, en el cual la segunda entrada (6) de gas está
situada en un punto superior a 0,4 h, preferiblemente en un punto
superior a 0,5 h, desde el fondo de la carcasa (1), siendo h la
altura de la primera cámara (3).
7. Un aparato según las reivindicaciones
1-6, en el cual existe un sensor térmico (12) en la
primera cámara (3).
8. Un aparato según la reivindicación 7, en el
cual en la segunda cámara (4) también existe un sensor térmico
(13).
9. Un aparato según las reivindicaciones 7 u 8,
en el cual el sensor térmico (12) o los sensores térmicos (12) y
(13) están conectados a un medio de regulación (14) para regular el
calentamiento de las corrientes de gas de la primera entrada (5) de
gas y la segunda entrada (6) de gas.
10. Un aparato según las reivindicaciones
1-9, en el cual la segunda entrada (6) de gas está
provista de un medio para generar impulsos en la corriente de gas de
la segunda entrada (6).
11. Un aparato según las reivindicaciones
1-10, en el cual el obturador (9) está unido a un
pistón (19), cuyo obturador (9) se corresponde con la forma y tamaño
de la abertura (8) de salida del plato (2), cuya abertura de salida
tiene un diámetro de 100-200 mm.
12. Un aparato según las reivindicaciones
1-11, en el cual existe un intercambiador térmico
indirecto (15) en el sistema de salida (17) del gas que abandona la
segunda cámara (4), mediante el cual el gas de la salida (17) sufre
un intercambio térmico indirecto con el gas fresco (21) introducido
en el sistema por la primera entrada (5) de gas y/o la segunda
entrada (6) de gas.
13. Un aparato según las reivindicaciones
1-12, en el cual existe una válvula (16) en el
sistema de gas que abandona el intercambiador térmico (15) para
dividir el gas de introducción entre la primera entrada (5) de gas y
la segunda entrada (6) de gas.
14. Un procedimiento para eliminar un componente
fluido de un material sólido en partículas dentro de un reactor, en
el cual el material en partículas sólidas es fluidizado por un gas
precalentado, de tal modo que durante el tratamiento térmico las
partículas sólidas forman un lecho de partículas anular y
fluidizado, a una temperatura y durante un tiempo suficientes para
eliminar el componente fluido sin requemar el material en
partículas sólidas, tras lo cual el material en partículas sólidas
ya tratado es separado del reactor como producto final, y a
continuación se introduce en el reactor un material en partículas
sólidas fresco, del cual debe eliminarse el componente fluido, cuyo
procedimiento está caracterizado porque el gas precalentado
comunica a las partículas sólidas un componente axial de velocidad
y un gas precalentado que comunica a las partículas sólidas un
componente tangencial de velocidad es introducido en el reactor por
debajo de una placa perforada que forma una barrera entre una
cámara de introducción de los gases de tratamiento y una cámara de
reacción.
15. Un procedimiento según la reivindicación 14,
en el cual los gases que proporcionan el componente axial de
velocidad y el componente tangencial de velocidad son introducidos
en la cámara de introducción con una relación V_{ax} : V_{tang}
= 0,1 a 10, siendo V_{ax} la velocidad del gas que proporciona el
componente axial y siendo V_{tang} la velocidad del gas que
proporciona el componente tangencial.
16. Un procedimiento según las reivindicaciones
14-15, en el cual los gases son introducidos en el
reactor con una velocidad tal que el material en partículas sólidas
que ha sido introducido por encima de la placa del plato perforado
permanece por encima del plato perforado en forma de un lecho
fluidizado anular de partículas sólidas.
17. Un procedimiento según las reivindicaciones
14-16, en el cual la temperatura de los gases
introducidos en el reactor está comprendida entre 180 y 350ºC,
preferiblemente entre 200 y 300ºC, en un punto situado directamente
bajo el plato perforado.
18. Un procedimiento según las reivindicaciones
14-17, en el cual la temperatura de los gases
introducidos en el reactor es controlada por la señal de un sensor
de temperatura situado en la cámara de introducción del reactor,
cuya señal es enviada a un intercambiador térmico indirecto en el
cual el gas fresco introducido sufre un intercambio térmico
indirecto con el gas extraído del reactor.
19. Un procedimiento según las reivindicaciones
14-18, en el cual el tiempo de residencia del
material en partículas dentro del reactor está comprendido entre 15
y 90 segundos, en particular entre 20 y 60 segundos.
20. Un procedimiento según las reivindicaciones
14-19, en el cual la cámara de tratamiento del
reactor está provista de un pistón provisto de un obturador de
tamaño y forma correspondientes a una abertura situada en la parte
inferior del plato perforado, cuyo pistón es elevado cuando
finaliza el tratamiento de una tanda de material sólido en
partículas, tras lo cual se extrae el producto final tratado de la
cámara de reacción, utilizando la sobrepresión existente en el
interior de esta cámara.
21. Un procedimiento según las reivindicaciones
14-20, en el cual el gas que proporciona el
componente tangencial de velocidad a las partículas sólidas es
introducido en el reactor con unas pulsaciones de amplitud
comprendida entre 0,25 y 10 herzios.
22. Un procedimiento según las reivindicaciones
14-21, en el cual el material sólido en partículas
es un producto alimentario, en particular arroz en grano, y el
componente fluido a eliminar del mismo es agua.
23. Un procedimiento según las reivindicaciones
14-22, en el cual el gas aplicado es un gas inerte,
preferiblemente aire o nitrógeno.
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