Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVODE FILTRAÇÃO CONTÍNUA DE FLUIDO".
A presente invenção refere-se a um dispositivo de filtração con-tínua de fluido, que compreende:
- células de filtração que apresentam cada uma delas uma aber-tura para cima, pela qual elas são alimentadas em fluido a filtrar e que éguarnecida de um leito filtrante, que, em posição de filtração das células,permite uma passagem de um filtrado e uma retenção de uma torta de filtra-ção, e um fundo, essas células sendo dispostas em carrossel em torno deum eixo de rotação e ajustadas cada uma delas de maneira a poder pivotarem torno de um eixo de basculamento, tangencial a um círculo horizontalque tem como centro o eixo de rotação,
- meios de sustentação das células de filtração, que sustentamcada célula de maneira que ela possa efetuar uma revolução em torno doeixo de rotação,
- meios de acionamento das células de filtração que acionamessas últimas em revolução em torno do eixo de rotação,
- meios de deslocamento das células de filtração que provocamum movimento de basculamento dessas últimas em torno de seu eixo debasculamento, durante a revolução das mesmas em torno do eixo de rota-ção, e
- meios de evacuação do filtrado para fora das células, que com-preendem pelo menos um orifício de saída no fundo de cada célula, um cole-tor central e meios de ligação que permitem um escoamento para o filtradoentre o dito pelo menos um orifício de saída e o coletor.
São conhecidos já faz muito tempo dispositivos de filtração comcélulas em carrossel, que estão em especial em uso na produção de ácidofosfórico. Podem ser citadas entre outras as patentes e pedidos de patenteUS-A-3.389.800, BE-A-768591, BE-A-847088, U S-A-4.721.566, WO-90/13348 e WO 92/20426.
Todos esses documentos descrevem um processo de filtraçãono qual as células de filtração, de forma trapezoidal em uma vista em planta,giram em carrossel em torno de um eixo de rotação e são a um momentodado basculadas em torno de um eixo radial, para permitir uma evacuaçãoda torta de filtração e uma lavagem da célula.
Visto esse basculamento em torno de um eixo radial horizontal,um espaçamento suficiente entre as células vizinhas deve ser previsto parapermitir o basculamento precitado, sem enganchamento entre essas células.
Disso resulta uma perda de superfície filtrante e portanto de ca-pacidade do dispositivo.
Também já foi previsto um dispositivo de filtração do tipo descri-to no início (ver por exemplo US-A-1028789). Esse dispositivo apresenta oinconveniente de necessitar do escoamento do filtrado através de uma juntagiratória, concêntrica ao eixo de basculamento da célula e que faz parte domancai dessa última. Uma tal junta dá necessariamente lugar a um desgastedas partes em atrito e devem ser previstas entradas de ar no circuito sobvácuo, com como efeito um resfriamento dos filtrados e uma cristalizaçãodesses últimos dentro desse circuito. Por outro lado, o mecanismo de bascu-lamento da célula, complicado, está situado sob a célula, quer dizer em umazona de risco de corrosão na qual ele entrará inevitavelmente em contatocom os fluidos corrosivos alimentados nas células.
Também é conhecido um dispositivo de filtração no qual as célu-las em carrossel basculam em torno de um eixo tangencial (ver US-A-2768753). Nesse dispositivo, o coletor está situado, em uma vista em planta,no exterior das células de filtração em relação ao eixo de rotação e o orifíciode saída de cada célula repousa diretamente sobre esse coletor ligado auma fonte de vácuo deslizando para isso sobre ele. Nenhuma fonte de gássob pressão é prevista para auxiliar no descolamento das matérias sólidas ena lavagem do leito filtrante em posição basculada. O descarregamento dasmatérias sólidas é obtido por choque e paralisação do movimento de bascu-lamento em um batente.
A presente invenção tem como objetivo evitar esses inconveni-entes, ao mesmo tempo em que prevê um dispositivo relativamente simples,menos custoso, que demanda esforços nitidamente diminuídos para obteruma evacuação para fora das células da torta de filtração e a limpeza dasmesmas, e que permita uma evacuação sem vazamento do filtrado, semdesgaste exagerado dos meios de evacuação
Para resolver esses problemas, é previsto, de acordo com a in-venção, um dispositivo de filtração tal como descrito no início, no qual osditos meios de ligação de cada célula compreendem um conduto flexível, noqual, em posição de filtração da célula, nenhuma zona do conduto flexível émais baixa do que uma outra zona desse conduto situada a jusante em rela-ção ao escoamento do filtrado, o conduto flexível sendo ajustado de maneiraa não sofrer alongamento durante o basculamento da célula.
Esse dispositivo permite fazer as células bascularem enquantoas bordas laterais das mesmas permanecem eqüidistantes. É possível por-tanto aproximar as células do centro reduzindo-se para isso ao máximo oafastamento entre elas e, ou aumentar a superfície filtrante global do disposi-tivo para um mesmo volume, ou manter essa última no mesmo valor paraum volume nitidamente menor. Por outro lado, por essa disposição, o líquidofiltrado escoa em permanência, sem desaceleração, dentro do conduto flexí-vel. Esse último não é submetido a nenhum alongamento durante o bascu-lamento e, visto sua disposição entre o orifício de saída de uma célula e umcoletor disposto centralmente, o conduto flexível também não é submetido aum esforço na torção, durante o basculamento das células. A fadiga dosmeios de ligação é portanto mínima.
De acordo com uma forma de realização da invenção, em umaseção radial que passa através do dispositivo, o conduto flexível na posiçãode filtração da célula se estende para baixo a partir de um orifício de saídade acordo com um eixo sensivelmente vertical, e depois, a uma altura inferi-or ao eixo de básculamento, é curvado na direção do coletor de maneira aapresentar continuamente uma inclinação para baixo, e o conduto flexível naposição de basculamento da célula se estende sensivelmente horizontal-mente a partir do orifício de saída até o eixo de basculamento, e depois écurvado na direção do coletor.
De uma maneira vantajosa, o eixo de basculamento é sustenta-do em pelo menos um mancai que apresenta um primeiro diâmetro externoD1, o conduto flexível apresenta um segundo diâmetro externo D2 e a dis-tância entre o eixo de basculamento e o eixo sensivelmente vertical acimamencionado do conduto flexível também é igual ou superior a 0 e inferior ouigual a D1 + D2. Essa disposição a mais próxima possível entre o eixo debasculamento e o eixo vertical do conduto flexível permite de uma maneiravantajosa não submeter o conduto flexível a um esforço de alongamentodurante o basculamento.
De acordo com uma forma de realização aperfeiçoada da inven-ção, o dispositivo compreende para cada conduto flexível um suporte quegira em torno do eixo de rotação simultaneamente às células de filtração.Dessa maneira, o suporte impede que o conduto flexível, sob seu própriopeso ou sob seu peso quando o filtrado escoa dentro dele, não tenha ten-dência a fletir para baixo em uma posição na qual ele não estaria mais deuma maneira contínua em inclinação para baixo na direção do coletor.
De acordo com uma forma especial de realização da invenção, ocoletor é ligado a uma fonte de depressão que os condutos flexíveis ligadosàs células de filtração em posição de filtração comunicam a essas últimas,embaixo do leito filtrante das mesmas, e o coletor também é um distribuidorligado a uma fonte de gás sob pressão que os condutos flexíveis ligados àscélulas de filtração em posição basculada comunicam a essas últimas, paraauxiliar na soltura da torta de filtração a partir do leito filtrante.
De acordo com uma outra forma de realização da invenção, osmeios de deslocamento precitados compreendem um rodízio disposto emcada célula de maneira a poder girar livremente em torno de um eixo de pi-votamento, e um trilho de guia disposto de maneira fixa em um lugar do dis-positivo de filtração de modo a receber o rodízio de cada célula de filtraçãoacionada, e a guiar o mesmo de maneira a provocar o dito movimento debasculamento da célula.
Outros detalhes e particularidades da invenção se destacarão dadescrição dada em anexo, a título não-limitativo, com referência aos dese-nhos anexos.A figura 1 representa uma vista em planta parcialmente quebra-da de um dispositivo de filtração de acordo com a invenção.
A figura 2 representa uma vista em corte de acordo com a linhaIl-Il da figura 1.
A figura 3 representa, em escala ampliada, uma vista em plantado trilho de guia de acordo com a linha Ill-Ill da figura 2.
A figura 4 representa, em escala ampliada, uma vista em cortedo trilho de guia de acordo com a linha IV-IV da figura 2.
A figura 5 representa um detalhe em escala ampliada da parteesquerda da figura 2.
A figura 6 representa uma vista em corte de acordo com a linhaVl-Vl da figura 5.
A figura 7 representa uma variante da disposição prevista nafigura 6.
A figura 8 representa uma vista em corte de acordo com a linhaVIII-VIII da figura 7.
Essas figuras são representações esquemáticas e, em diferen-tes lugares, numerosos elementos foram omitidos para facilitar a leitura dasmesmas.
Nas diferentes figuras, os elementos idênticos ou análogos sãodesignados pelas mesmas referências.
No exemplo de realização representado nas figuras 1 e 2, célu-las de filtração 1 em forma de cuba, que apresentam uma abertura dispostapara cima durante a filtragem, são ajustadas em carrossel em torno de umeixo de rotação vertical 2. Essas células 1 são guarnecidas de um leito fil-trante 41 horizontal acima do qual é alimentado um fluido a filtrar e embaixodo qual é recolhido um filtrado.
De acordo com a invenção, cada célula 1 é capaz de girar emtorno de um eixo de basculamento 3 que é disposto tangencialmente a umcírculo horizontal imaginário 4 do qual o centro é formado pelo eixo de rotação 2.
No exemplo de realização ilustrado, o fundo 45 de cada célula 1é provido de dois mancais 5 e 6 através dos quais é passada um eixo 7 demaneira a permitir um basculamento livre da célula em torno do eixo 7. Esseeixo 7 é coaxial ao eixo de basculamento 3 precitado.
Assim como está ilustrado nas figuras 1 e 2, esse eixo 7 é sus-tentado por dois sistemas de alavancas de sustentação 8 e 9, cada um des-ses sistemas de alavanca sendo formado por varetas 10 a 13 dispostas emtriângulo. A uma extremidade, as varetas 10 e 11 são fixadas a um anel 14que circunda um eixo central 15 de maneira a poder girar livremente em tor-no dessa última e sem contato com ela. Esse eixo central 15 é coaxial aoeixo de rotação 2. Em sua outra extremidade, a vareta 10 é ligada ao eixo 7e a vareta 11 a um chassi rotativo circular 16 munido de uma cremalheira. Avareta 13 liga o eixo 7 ao chassi circular 16 e a vareta 12 liga esse último auma parte central da vareta 10. Cada célula é desse modo sustentada porduas armações ao mesmo tempo leves e indeformáveis, que só são subme-tidas a tensões de tração e de compressão.
O chassi circular 16, disposto coaxialmente ao eixo de rotação 2,é sustentado e guiado por jogos de rodízios com eixo horizontal e respecti-vamente vertical 17 e 18, sobre os quais ele pode girar em um plano hori-zontal em torno do eixo de rotação 2. No exemplo ilustrado, um motor deacionamento 19 aciona um pinhão dentado 20 que é engatado com a crema-lheira do chassi circular 16. Quando o motor é colocado em serviço, ele a-ciona também o conjunto da instalação em rotação no sentido da flecha F.
Cada célula de filtração é munida de um rodízio 21 que, no e-xemplo ilustrado, é disposto sobre essa última no lado em frente ao centrodo dispositivo. O rodízio 21 é disposto de maneira a poder girar livrementeem torno de um eixo de pivotamento 22. Esse eixo 22 se estende de prefe-rência radialmente entre o eixo de rotação central 2 do dispositivo e o eixode basculamento 3 da célula correspondente, em uma vista em planta,quando a célula está em posição horizontal.
Vantajosamente, o eixo de pivotamento 22 de um rodízio 21 seencontra assim em um plano que passa pelo eixo de rotação 2 do dispositivoe perpendicular ao eixo de basculamento 3 da célula que corresponde aorodízio, e isso durante todo o movimento de basculamento da célula.
Em uma parte do dispositivo, situada à direita na figura 1, umtrilho de guia 23 é disposto de modo a receber o rodízio 21 de cada célula defiltração acionado.
No exemplo ilustrado, o trilho de guia 23 é sustentado acima dascélulas de filtração por duas estruturas 24 e 25, das quais as extremidadesna direção do centro são sustentadas por uma travessa 26. Hastes 27 provi-das cada uma delas de um estribo de suspensão 43 mantêm de maneira fixao trilho de guia 23 suspenso acima das células de filtração. O trilho 23 temuma forma de U, na vista em planta da figura 1, e ele compreende uma partecentral 30 e dois ramos laterais 28 e 29.
Esse trilho de guia 23 é formado, no exemplo ilustrado, por duasparedes laterais 31 e 32 que se estendem paralelamente em todo o percursodo trilho. Entre essas duas paredes, o rodízio 21 segue uma direção de des-Iocamento ilustrada por flechas na figura 3.
Assim como está ilustrado nas figuras 1 e 2, quando o rodízio 21de uma célula de filtração atinge a parte central 30 do trilho de guia 23, acélula está em posição sensivelmente vertical.
Um posto de limpeza do leito filtrante 41 e da parte posterior dacélula é previsto no exemplo ilustrado. Ele compreende duas lanças 33 e 34que são providas de bocais pulverizadores e que são alimentadas com umlíquido de limpeza. Essas lanças projetam esse líquido sobre as células defiltração em posição aproximadamente vertical, o que permite uma evacua-ção dos líquidos projetados por gravidade, em um recipiente coletor não re-presentado.
Cada célula de filtração é vantajosamente munida de meios deajuste de sua horizontalidade. Esses meios consistem, no exemplo ilustrado,em uma aba 35 que se estende para baixo a partir da borda da célula dis-posta em frente ao centro do dispositivo. Essa aba é provida de um rebordoque apresenta um furo rosqueado no qual uma haste rosqueada 36 pode seratarraxada. Essa haste rosqueada 36, da qual a extremidade é desse modoajustável em altura, por atarraxamento, vem se apoiar contra um batente 37,que se estende, no caso ilustrado, entre as duas varetas 10 dos sistemas dealavanca 8 e 9 de sustentação da célula de filtração.
A alimentação das células de filtração com fluido a filtrar é efetu-ada de uma maneira corrente pela parte de cima das células. O filtrado éevacuado por um orifício 42 situado no fundo de cada célula. Esse orifício éligado por um conduto flexível 38 a um coletor distribuidor central 39.
Assim como se destaca da figura 5, que é uma vista em umaseção radial através do dispositivo de acordo com a invenção, o condutoflexível 38 é representado em traços cheios em posição de filtração da célulae em traços interrompidos em sua posição basculada. Em posição de filtra-ção, ele se estende para baixo de acordo com um eixo sensivelmente verti-cal 46 a partir do orifício de saída. Quando ele passa a uma altura inferior aoeixo de basculamento 3, o conduto flexível 38 é então curvado na direção docoletor central 39 de maneira a apresentar continuamente uma inclinaçãopara baixo. A fim de que, por seu próprio peso e pelo peso do filtrado que elerecebe, o conduto não tenha tendência a fletir para baixo e a apresentar as-sim uma posição baixa desfavorável ao escoamento, no exemplo ilustradona figura 2, cada conduto flexível 38 é sustentado parcialmente por uma ca-lha 40 que gira com as células. No exemplo ilustrado na figura 5, trata-semais de um suporte local 47, que sustenta o conduto flexível 38 em uma par-te central desse último.
A inclinação do conduto flexível pode ser variável, mas ela é emtodo lugar superior a 0o.
Como pode ser visto na figura 5, o comprimento L do condutoflexível entre o orifício de saída 42 e o suporte 47 permanece constantemesmo quando a célula está em posição basculada e que o conduto flexívelfoi deformado. A parte do conduto flexível 38 entre o suporte 47 e o coletor39 não é deformada e portanto também não muda de comprimento.
Na posição basculada, o conduto flexível se estende sensivel-mente horizontalmente a partir do orifício de saída 42 até o eixo de bascula-mento 3, e depois ele é curvado na direção do coletor 39.
Assim como está indicado nas figuras 5 e 6, o mancai 6 apre-senta um diâmetro externo D1 e o conduto flexível um diâmetro externo D2.
Na forma de realização ilustrada, a distância E entre o eixo de basculamento3 e o eixo sensivelmente vertical 46 do conduto é vantajosamente deD1 + D2
Portanto, ainda que isso não seja crítico, e que essa distância Epossa ser maior, é preferível que ela seja a mais próxima possível de 0 eque ela seja no máximo igual a D1 + D2.
É possível por exemplo imaginar uma forma de realização talcomo ilustrada nas figuras 7 e 8. Aí, a célula pivota em torno de pontas deeixo 48 e 49 coaxiais entre si e coaxiais ao eixo de basculamento 3, e osmancais 5 e 6 são mantidos à distância por um eixo axialmente deslocado50 de maneira a formar uma espécie de virabrequim. O eixo 46 cruza agorao eixo de basculamento 3 e a distância E é igual a 0.
Também é possível imaginar que o eixo 46 seja, em uma vistaem planta, situado mais para o exterior, em relação ao eixo de basculamento 3.
O funcionamento do dispositivo ilustrado é o seguinte.
O motor 19 aciona em rotação a cremalheira do chassi circular16 e com ela cada uma das células de filtração no sentido F. As células sãodispostas horizontalmente, estreitamente lado a lado, e elas são alimentadascom um fluido a filtrar. A filtração do fluido é efetuada através do leito filtrante41, de uma maneira corrente, sob uma depressão, obtida por meios conhe-cidos em si.
O filtrado de cada célula é evacuado pelo conduto flexível 38correspondente, e uma torta de filtração é formada acima do leito filtrante.Pela disposição continuamente inclinada para baixo do conduto flexível 38, aevacuação é feita facilmente, rapidamente, e sem zonas nas quais filtradopoderia estagnar e cristalizar. Toda peça que é submetida a um atrito e umdesgaste, suscetível de permitir vazamentos e entradas de ar, é evitada. Adepressão é comunicada sem perda a partir do coletor do filtrado 39 até aparte baixa de cada célula em posição de filtração.
A um momento, o rodízio 21 da célula encontra o trilho de guia23, como ilustrado na figura 3. O trilho força o rodízio a subir e portanto acélula a bascular. Sua extremidade interna pivota para cima em torno do ei-xo de basculamento 3. Aproximadamente à meia distância do ramo 28 dotrilho 23, o centro de gravidade da célula passa na vertical do eixo de bascu-lamento 3. Acima disso, o peso da célula coopera para seu acionamento atéque ela chegue na parte central 30. Do mesmo modo durante o percurso noramo 29 do trilho de guia, desde que o centro de gravidade da célula passade novo na vertical do eixo de basculamento 3, o peso da célula participapara o acionamento dessa última.
Quando o rodízio 21 segue o percurso da parte central do trilhode guia 23, a célula está em posição quase vertical e portanto o leito filtrantetambém.
Durante esse basculamento, o conduto flexível 38 passa da po-sição representada em traços cheios na figura 5 para a posição representa-da em traços interrompidos. Se há uma deformação de curvatura do condutoflexível 38 para cima, não se pode observar nenhum alongamento desseúltimo, nem nenhuma torção em torno de seu eixo longitudinal. A fadiga éportanto reduzida ao mínimo.
A torta de filtração cai primeiro sobre a parede externa 44 bas-tante inclinada da célula, e depois dentro de um coletor não representado, ea célula passa através do posto de limpeza já descrito, antes de bascular denovo para a posição horizontal è recomeçar o ciclo de filtração.
É possível vantajosamente prever, por meios conhecidos em si,o estabelecimento de uma ligeira contrapressão de ar na parte de dentro decada célula enquanto essa última está em posição basculada na vertical,para auxiliar na evacuação da torta de filtração. Essa contrapressão podeser alimentada a partir do coletor 39, que serve nesse caso de distribuidor,no fundo da célula, por intermédio do conduto flexível 38.
Deve ser entendido que a presente invenção não está de ne-nhum modo limitada à forma de realização descrita acima e que muitas mo-dificações podem ser trazidas a ela dentro do âmbito das reivindicações a-nexas.