ANTECEDENTES

T. Anthony (“Tony”) Royal, un Vicepresidente de Jenike & Johanson, fue nombrado co-inventor de una patente para un sistema de reactor de presión y tolva de esclusa, usado para descafeinar granos verdes de café.

Durante el proceso, el dióxido de carbono líquido libre de cafeína entraba cerca del fondo de la nave y fluía en dirección ascendente, a través de un lecho de contacto de granos estacionarios. El líquido se convertía en carga de cafeína y salía cerca de la cima de la nave. Usando tolvas de esclusa, pequeñas cargas de granos frescos son introducidos periódicamente en la cima de la nave de procesamiento de 5.000 psi, con una cantidad igual de granos descafeinados saliendo desde el fondo.

Era crítico que el nuevo equipo operara como esperado, ya que su alto costo proyectado haría que futuras modificaciones no fueran económicamente factibles.

EL PROBLEMA

Para procesar económicamente los granos de café verdes, se requería un reactor con capacidad relativamente grande. El reactor tenía que operar a presiones mayores a 5.000 pies para mantener el dióxido de carbono en su forma supercrítica (líquido).

Para que el proceso fuera efectivo, los granos tenían que procesarse a través del reactor con un modelo de flujo másico. El modelo de flujo ‘first-in-first-out’ resultante, alcanzaría tiempos de permanencia uniforme para cada carga de material al reactor. Un tiempo mínimo de permanencia era crítico para el descafeinado apropiado de los granos.

El tamaño de la abertura era otra preocupación. Mientras una abertura relativamente grande proporcionaría altas tasas de descarga, la válvula de presión grande y alta sería demasiado cara para comprarla y mantenerla. Por esto, la válvula tuvo que ser lo más pequeña posible, pero proporcionando aún las tasas de descarga requeridas.

Adicionalmente al tamaño de salida, se tuvo que considerar la dirección del flujo durante la descarga. Los granos debían descargarse desde el reactor de alta presión a uno menor.

A medida que los granos llenaran el reactor más pequeño, el fluido que ocupaba ese reactor tendría que ser desplazado. Sin otra salida, ese fluido tendría que dejar la nave más pequeña por la misma abertura por donde estaban entrando los granos.

LA SOLUCION

Tony y sus asociados en Jenike & Johanson desarrollaron un diseño que se ajustaba a los requerimientos planteados.

El flujo másico se alcanzó, haciendo las paredes de la tolva de la nave suaves e inclinadas, para que los granos fluyeran a lo largo de éstas. Hicimos ensayos de laboratorio para determinar los ángulos de pared requeridos para flujo másico, pero debido a la dificultad de ensayar a altas presiones, sustituimos el dióxido de carbono líquido por agua.

Se diseñó un inserto para ser puesto dentro de la tolva cónica. Esto permitió a las paredes ser menos inclinadas y por lo tanto, minimizar el alto del reactor, lo cual redujo su costo.

Jenike & Johanson determinó las dimensiones de salida apropiadas, usando nuestro programa de computadora de flujo a dos fases. Para minimizar el tamaño de la válvula de salida y sus costos asociados, concluimos que el flujo de fluido debía ser en la misma dirección que los granos descargados y a una tasa especificada. Al proporcionar otra salida para el fluido desplazado de la tolva de esclusa más baja, este fluido podría ser inyectado a la nave más grande a través de un distribuidor puesto justo encima de su salida, proporcionando mediante esto un flujo con corriente en la misma dirección que el de los granos.

EL RESULTADO

Los ensayos de laboratorio, trabajo de modelación, y pensamiento innovador de Tony Royal y sus asociados en Jenike & Johanson, proporcionaron una base para el diseño de la nave de presión. El equipo fue instalado y está trabajando como esperado. Los costos iniciales fueron minimizados y no se necesitaron modificaciones. El diseño fue único y patentado, nombrando a Tony como un co-inventor.

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