Applicazione della tecnologia Jet Milling per migliorare l'efficienza dei processi

Kyle Shanley, ingegnere di processo, NETZSCH Premier Technologies LLC | 31 marzo 2023

Nel mondo della riduzione delle dimensioni delle particelle, la fresatura a getto è sempre stata un mezzo ideale per ottenere particelle fini. I mulini a getto prendono il nome dalla loro fonte di energia di macinazione: gas compresso espanso attraverso uno o più ugelli per creare un getto di gas ad alta velocità. Sebbene ci siano state molte variazioni nella progettazione di apparecchiature che utilizzano questa tecnologia di base, i moderni mulini a getto a letto fluidizzato con classificazione interna mostrano molti vantaggi rispetto ad altri tipi di mulini a getto.

Utilizzano getti opposti all'interno di un letto di materiale e un classificatore d'aria dinamico incorporato per il controllo del taglio superiore PSD (distribuzione delle dimensioni delle particelle). Questa configurazione provoca collisioni particella-particella ad alta velocità all'interno del letto fluidizzato, limitando al tempo stesso il contatto ad alta velocità con le superfici interne del mulino. Ciò rende questi mulini ideali per la movimentazione di materiali di un'ampia varietà di durezza e abrasività senza eccessiva usura della macchina e contaminazione del materiale, ideale per materiali che richiedono elevata purezza o colore pulito. Le velocità dei getti possono anche essere le più alte mai viste in qualsiasi tecnologia di fresatura, consentendo loro di macinare i materiali fino ai PSD più fini. Inoltre, poiché utilizzano un gas come mezzo per la macinazione, è molto facile controllare la temperatura e si può ottenere un aumento della temperatura sostanzialmente pari a zero all'interno del mulino.

I mulini a getto sono senza dubbio la tecnologia di fresatura più flessibile e versatile, ma spesso si trovano esclusi da determinate applicazioni e settori. Un processo di fresatura a getto tradizionale spesso funziona con una pressione dell'ugello di macinazione di circa 7 barg a 250°C. Un compressore d'aria deve utilizzare notevoli quantità di energia per ottenere aria compressa a questa pressione e temperatura. Viene utilizzata ancora più energia se l'aria deve essere priva di olio e secca, cosa comune nei processi di fresatura a getto. Ciò lascia la forma più versatile e vantaggiosa di riduzione delle dimensioni delle particelle tra molti processi a causa degli elevati costi di investimento di capitale o degli elevati costi energetici. Ciò ha portato a molti preconcetti secondo cui la fresatura a getto è riservata solo a materiali di alto valore, materiali che richiedono i migliori PSD o materiali che richiedono elevata energia per essere macinati. La verità è, tuttavia, che un mulino a getto può essere utilizzato in diversi modi e può essere ideale per molte applicazioni che storicamente si sono allontanate dalla tecnologia. Qui esamineremo le possibilità di creare un efficiente processo di fresatura a getto adatto a un’ampia gamma di applicazioni, con particolare attenzione al mulino a getto a letto fluidizzato.

Se vogliamo trovare modi per migliorare l’efficienza energetica e il costo di un processo di fresatura a getto, dobbiamo guardare alla principale fonte di consumo energetico: il compressore d’aria. È risaputo nel settore che la compressione dell'aria non è di per sé un processo efficiente, con molti compressori ad alta pressione nell'intervallo di efficienza compreso tra il 40 e il 60%. Per risolvere questo problema, prendiamo in considerazione un compressore d'aria standard a due stadi, oil-free (Figura 1). Per raggiungere la pressione e la temperatura desiderate, l'aria ambiente viene prima compressa fino a circa 4 barg, dove si riscalda fino a circa 2.000°C. Quest'aria viene quindi raffreddata e nuovamente compressa, dove raggiunge fino a 8,0 barg e viene nuovamente riscaldata a circa 1.600°C (i valori esatti possono variare). Se è necessaria aria di macinazione a temperatura ambiente, quest'aria deve ora essere nuovamente raffreddata, lasciandoci quattro passaggi per raggiungere l'aria compressa ad alta pressione a temperatura ambiente. E se iniziassimo a rimuovere alcuni di questi passaggi dal compressore d'aria?

Figura 1: Fasi del compressore d'aria oil-free

Possiamo considerare due scenari principali: rimozione dello stadio di raffreddamento finale, che ci dà fino a 8 barg e 1.600°C di aria, oppure rimozione di entrambi gli stadi di raffreddamento e del secondo stadio di compressione, lasciandoci fino a 4 barg e 2.000°C. Ma dobbiamo capire come ciò influirà sul funzionamento dei nostri mulini a getto? Di seguito sono riportati alcuni valori che potrebbero essere ottenuti con un comune mulino a getto a letto fluidizzato.

Figura 2: Scenari del mulino a getto sul mulino a getto a letto fluidizzato NETZSCH CGS 50