BR102020020215A2

BR102020020215A2 - Drag solids densification equipment

Info

Publication number: BR102020020215A2
Application number: BR102020020215-4A
Authority: BR
Inventors: Ronaldo Leite De Almeida Junior
Original assignee: Ronaldo Leite Almeida Junior
Priority date: 2020-10-01
Filing date: 2020-10-01
Publication date: 2022-04-12
Also published as: WO2022067408A1

Abstract

Patente de invenção de equipamento utilizado para o adensamento de sólidos e clarificação de líquidos, gerando-se um regime laminar utilizando-se de módulos compostos por lamelas e de um fluxo de sucção de fundo em recirculação, imposto por ação de bomba centrífuga ou equipamento similar.

Patent of invention of equipment used for the densification of solids and clarification of liquids, generating a laminar regime using modules composed of lamellae and a recirculating bottom suction flow, imposed by the action of a centrifugal pump or similar equipment .

Description

DRAGGING SOLID THINNING EQUIPMENT

FIELD OF APPLICATION OF THE INVENTION

[01] Esta patente de invenção tem como objetivo apresentar um equipamento a ser utilizado para separar partículas sólidas de fluxos de líquidos, obtendo-se um fluxo com alta concentração de sólidos e outro isento ou com baixa concentração de sólidos, para aplicação em processos que demandem a separação destas fases, como nos setores industriais do ramo de equipamentos para laboratório, equipamentos para a produção de fármacos do ramo farmacêutico, equipamentos para a indústria de biotecnologia e equipamentos para a separação e adensamento de sólidos em geral.[01] This invention patent aims to present an equipment to be used to separate solid particles from liquid flows, obtaining a flow with a high concentration of solids and another without or with a low concentration of solids, for application in processes that require the separation of these phases, such as in the industrial sectors of laboratory equipment, equipment for the production of pharmaceuticals in the pharmaceutical sector, equipment for the biotechnology industry and equipment for the separation and densification of solids in general.

CURRENT TECHNOLOGICAL STAGE

[02] Atualmente em processos de sedimentação e transporte de partículas, a velocidade terminal de sedimentação é um importante parâmetro que define a trajetória da partícula em relação ao fluído.[02] Currently in sedimentation and particle transport processes, the terminal velocity of sedimentation is an important parameter that defines the trajectory of the particle in relation to the fluid.

[03] Dependendo da concentração e tipo de partículas encontradas, 4 tipos de sedimentação podem ocorrer: partícula discreta, floculenta, bloqueada e adensada. Quando a partícula é introduzida em um líquido, forças gravitacionais aceleram a partícula até que a resistência ao movimento se equipare a força gravitacional. Quando esta condição de equilíbrio é atingida a aceleração cessará e então a velocidade de sedimentação será constante e é chamada de velocidade terminal.[03] Depending on the concentration and type of particles found, 4 types of sedimentation can occur: discrete, flocculent, blocked and dense particles. When the particle is introduced into a liquid, gravitational forces accelerate the particle until the resistance to motion equals the gravitational force. When this equilibrium condition is reached the acceleration will cease and then the sedimentation velocity will be constant and is called the terminal velocity.

[04] Os fatores que afetam a velocidade terminal de sedimentação dependem de muitos fatores como o Número de Reynolds, forma, rugosidade, proximidade de corpos limítrofes, concentração (incluindo gradiente), velocidade do fluxo e turbulência. A maioria das perturbações citadas aparecem simultaneamente. Análises da velocidade terminal de sedimentação de partículas com formas regulares como cilíndricas, elipsoides, discos e isométricas tem sido estudada por muitos pesquisadores.[04] The factors that affect the terminal velocity of sedimentation depend on many factors such as Reynolds Number, shape, roughness, proximity to boundary bodies, concentration (including gradient), flow velocity and turbulence. Most of the aforementioned disturbances appear simultaneously. Analysis of the terminal velocity of sedimentation of particles with regular shapes such as cylindrical, ellipsoid, disk and isometric has been studied by many researchers.

[05] A teoria clássica de sedimentação foi primeiramente introduzida por Hazen, que mostrou que a remoção teórica da matéria em suspensão depende da área superficial provida e não especificamente do período de detenção ou do volume do tanque. A taxa de remoção do material em suspensão depende do período de detenção definido como o tempo para a suspenção atingir ao fundo do tanque.[05] The classical theory of sedimentation was first introduced by Hazen, who showed that the theoretical removal of suspended matter depends on the surface area provided and not specifically on the detention period or the volume of the tank. The removal rate of suspended material depends on the holding period defined as the time for the suspension to reach the bottom of the tank.

[06] Sedimentadores de alta taxa empregam um conjunto de placas paralelas ou tubos arranjados de forma inclinada com período de detenção curtos. O aumento da área de contato sólido líquido aumenta a resistência, o que reduz o Número de Reynolds do fluxo, e sob algumas circunstâncias a turbulência é reduzida e a sedimentação da partícula é amplificada.[06] High rate settlers employ a set of parallel plates or tubes arranged in an inclined manner with short retention times. Increasing the solid-liquid contact area increases resistance, which reduces the Reynolds Number of the flow, and under some circumstances turbulence is reduced and particle settling is amplified.

[07] A apresentação da tecnologia aqui proposta derivou-se da necessidade de se projetar um equipamento de separação de uma fase sólida de um líquido por sedimentação, onde a interferência do peso específico da partícula, bem como a sua velocidade terminal de sedimentação tenha uma influência menor, que nos atuais sistemas de sedimentação gravitacionais, por uma adição de efeito hidrodinâmico que acelera o procedimento.[07] The presentation of the technology proposed here was derived from the need to design equipment for separating a solid phase from a liquid by sedimentation, where the interference of the specific weight of the particle, as well as its terminal sedimentation velocity, has a less influence, than in the current gravitational sedimentation systems, by an addition of hydrodynamic effect that accelerates the procedure.

DRAGGING SOLID THINNING EQUIPMENT.

[08] Para se intensificar a separação de sólidos por equipamentos de separação gravitacional de sólidos, no atual estado da técnica são otimizados por instalação de lamelas operando em regime laminar, cuja sedimentação ocorre pelo processo de “classificação por refluxo”, onde as partículas sedimentando-se em um plano inclinado é o fator chave nesta classificação. O processo subentendido pela classificação por refluxo é conhecido como “Efeito Boycott”.[08] In order to intensify the separation of solids by gravitational solids separation equipment, in the current state of the art they are optimized by installing lamellae operating in a laminar regime, whose sedimentation occurs by the process of "classification by reflux", where the particles sedimenting up on an inclined plane is the key factor in this classification. The process implied by the reflux classification is known as the “Boycott Effect”.

[09] A taxa de sedimentação de partículas sólidas sob a ação da gravidade pode ser significantemente aumentada se houver a sedimentação de sólidos em paredes de sedimentadores dispostas de forma inclinada. Para se reduzir a distância em que a partícula deve assentar, uma série de placas ou tubos inclinados é colocada no tanque de sedimentação retangular de fluxo horizontal. Três configurações comuns são utilizadas normalmente onde seu nome indica a direção do escoamento do líquido em relação à direção em que as partículas deixarão as placas ou tubos: sedimentação contracorrente, sedimentação concorrente e sedimentação corrente cruzada.[09] The rate of sedimentation of solid particles under the action of gravity can be significantly increased if there is sedimentation of solids on sedimenter walls arranged at an angle. To reduce the distance the particle must settle, a series of inclined plates or tubes are placed in the horizontal flow rectangular settling tank. Three common configurations are commonly used where their name indicates the direction of liquid flow in relation to the direction in which the particles will leave the plates or tubes: countercurrent settling, concurrent settling, and crosscurrent settling.

[10] As placas ou tubos são inclinados a um grau que os sólidos recolhidos deslizem até a superfície de zona de lodo.[10] The plates or tubes are inclined to such a degree that the collected solids slide to the surface of the sludge zone.

[11] O atual estado da técnica considera para dimensionamento a clássica lei de arraste de Newton:

[11] The current state of the art considers Newton's classical drag law for design:

[12] Sendo Cd o coeficiente de arraste, D a força de arraste, Ap a área da partícula, ρ a densidade do fluído e Vs a velocidade da partícula em relação ao fluxo de líquido. Considerar que Cd é dependente do Número de Reynolds.[12] Where Cd is the drag coefficient, D is the drag force, Ap is the particle area, ρ is the fluid density and Vs is the particle velocity in relation to the liquid flow. Consider that Cd is dependent on the Reynolds number.

[13] Para dimensionamento de sedimentadores considera que a partícula assumirá a direção e a velocidade resultante dos vetores de força de arraste e peso gravitacional. Decompõe-se a força em velocidades relativas ao fluxo e estima-se a velocidade terminal de sedimentação considerando-se o peso da partícula, seu volume específico (relativo à força de empuxo) e a concentração do meio.[13] For sedimentation sizing, it is assumed that the particle will assume the direction and velocity resulting from the drag force vectors and gravitational weight. The force is decomposed into relative flow velocities and the terminal sedimentation velocity is estimated considering the weight of the particle, its specific volume (relative to the buoyancy force) and the concentration of the medium.

[14] O fluxo considerado para carregar a partícula é um fluxo para cima, devido ao sedimentador normalmente ser alimentado por baixo, com o fluxo dirigindo-se para a superfície, onde o sobrenadante vaza por vertedores. Em geral é gerado um sistema de vetores velocidades, onde a resultante é obtida pela decomposição da velocidade terminal de sedimentação e decomposição da velocidade gerada pelo fluxo para cima. Esta resultante deve ser direcionada para uma direção em que partícula toque a placa inclinada antes de seu limite, para que possa ocorrer a separação. Quanto menor o ângulo da resultante do vetor velocidade com a vertical, menor será a distância que a partícula percorrerá antes do contato com as placas, possibilitando-se assim o aumento do fluxo tratado, em relação a um sedimentador gravitacional convencional.[14] The flow considered to carry the particle is an upward flow, as the settler is normally fed from below, with the flow directed towards the surface, where the supernatant leaks through weirs. In general, a velocity vector system is generated, where the result is obtained by decomposing the terminal velocity of sedimentation and decomposing the velocity generated by the upward flow. This resultant must be directed in a direction in which the particle touches the inclined plate before its boundary, so that separation can occur. The smaller the angle of the resultant of the velocity vector with the vertical, the smaller the distance that the particle will travel before contact with the plates, thus allowing an increase in the treated flow, in relation to a conventional gravitational sedimentator.

[15] Assim sendo, a velocidade terminal de sedimentação da partícula assume primordial importância na eficiência da separação. Partículas de baixa densidade tendem a não serem separadas desta forma, pois a força de arraste gerada pelo fluxo aumenta consideravelmente com o volume maior da partícula, bem como o empuxo, todos na direção para cima, em relação ao peso da partícula para este volume, fazendo com que a partícula acompanhe o fluxo e saia pelo vertedor.[15] Therefore, the terminal velocity of particle sedimentation is of paramount importance in the efficiency of separation. Low density particles tend not to be separated in this way, as the drag force generated by the flow increases considerably with the larger particle volume, as well as the buoyancy, all in the upward direction, relative to the particle weight for this volume, causing the particle to follow the flow and exit through the weir.

[16] O objetivo desta patente é de apresentar um novo equipamento que opera como adensador por arraste, sendo que não somente dependente da sedimentação gravitacional, pois através de um fluxo advindo do fundo, denominado de fluxo de dragagem adiciona-se na indução de movimento da partícula, um vetor no sentido para baixo, na direção do ângulo de inclinação da placa ou lamela, que poderá ser de vertical (0°) até 55° com a linha horizontal. O vetor velocidade de dragagem, por projeto será várias vezes maior que o vetor velocidade terminal de sedimentação, tornando o volume específico da partícula um fator secundário e reduzindo-se grandemente o efeito da concentração de partículas no adensamento de separação.[16] The objective of this patent is to present a new equipment that operates as a thickener by drag, not only dependent on gravitational sedimentation, because through a flow coming from the bottom, called dredging flow, it is added in the induction of movement of the particle, a vector in the downward direction, in the direction of the angle of inclination of the plate or lamella, which can be from vertical (0°) to 55° with the horizontal line. The dredging velocity vector, by design, will be several times greater than the terminal sedimentation velocity vector, making the specific volume of the particle a secondary factor and greatly reducing the effect of particle concentration on separation densification.

[17] Um outro aspecto é que para separadores lamelares operem com eficiência, é necessário que o Número de Reynolds seja menor que 500, preferencialmente menor que 350 e o Número de Froude seja maior que 10-5. Estes parâmetros opostos trazem uma dificuldade adicional, pois ambos são diretamente proporcionais à velocidade induzida pelo fluxo, uma vez que no processo de separação acelerado por lamelas a velocidade induzida pelo fluxo é fixa, ou seja, depende do fluxo a ser tratado, podendo algumas vezes enquadrar a condição do Número de Reynolds e ficar abaixo do Número de Froude. Como na Separação Hidrodinâmica por Lamelas a velocidade de dragagem, que é parâmetro de regulagem do processo, adicionada a velocidade induzida pelo fluxo, será a velocidade total de fluxo a cruzar as lamelas, podendo ser ajustada ao enquadramento dos dois números adimensionais.[17] Another aspect is that for lamellar separators to operate efficiently, it is necessary that the Reynolds Number is less than 500, preferably less than 350 and the Froude Number is greater than 10-5. These opposite parameters bring an additional difficulty, as both are directly proportional to the flow-induced velocity, since in the lamellar-accelerated separation process the flow-induced velocity is fixed, that is, it depends on the flow to be treated, and can sometimes fit the Reynolds Number condition and fall below the Froude Number. As in the Hydrodynamic Separation by Lamels, the dredging speed, which is a process regulation parameter, added to the flow-induced speed, will be the total flow speed crossing the lamellae, which can be adjusted to the framework of the two dimensionless numbers.

[18] A presente patente de invenção descreve um equipamento que opera no sentido de se adensar sólidos por arraste, utilizando-se de lamelas nos seguintes estágios

a. Introduzir as fases misturadas na calha de admissão,
b. Recircular o fluxo de dragagem do fundo, por uma bomba ou outro equipamento similar, recalcando de volta para a calha de admissão para a geração de corrente de sucção nos interstícios das lamelas,
c. Submeter os dois fluxos a fluírem pelas lamelas no processo de sedimentação por corrente cruzada (cross flow) que proporcionarão as condições ótimas medidas pelo Número de Reynolds e Número de Froude, e por uma composição de vetores de velocidade que direcionam as partículas sólidas a atingirem uma lamela inclinada ou o fundo do equipamento, antes da parede do equipamento onde está instalado o vertedor de líquido clarificado,
d. O líquido clarificado deverá ser vertido individualmente de cada espaço entre as lamelas para a calha de clarificado através de vertedor e direcionado ao seu destino,
e. A recirculação do fluxo de sucção que ao longo do tempo terá a sua concentração aumentada e deverá tem um fluxo descartado, quando se identificado a concentração ideal de descarte de sólidos. O tempo de descarte deverá ser o suficiente para que a concentração de sólidos atinja à concentração inicial de operação.

[18] The present invention patent describes an equipment that operates in the sense of densifying solids by drag, using lamellae in the following stages

The. Introduce the mixed phases into the inlet chute,
B. Recirculate the bottom dredge flow, by a pump or other similar equipment, back to the inlet chute to generate suction current in the interstices of the lamellae,
ç. Submit the two flows to flow through the lamellae in the cross flow sedimentation process that will provide the optimal conditions measured by the Reynolds Number and Froude Number, and by a composition of velocity vectors that direct the solid particles to reach a inclined lamella or the bottom of the equipment, before the wall of the equipment where the clarified liquid weir is installed,
d. The clarified liquid must be poured individually from each space between the lamellae into the clarified chute through a spillway and directed to its destination,
and. The recirculation of the suction flow, which over time will have its concentration increased and should have a discarded flow, when the ideal concentration of solids disposal is identified. The disposal time must be long enough for the solids concentration to reach the initial operating concentration.

[19] Compõem o quadro de informações gráficas, o seguinte conjunto de figuras:
Figura 1: Desenho esquemático geral do equipamento de adensamento por arraste,
Figura 2: Seção transversal com inclinação de lamelas do equipamento de adensamento de sólidos por arraste,
Figura 3: Seção transversal sem inclinação de lamelas do equipamento de adensamento de sólidos por arraste,
Figura 4: Vista parcial em 3 dimensões do equipamento de adensamento de sólidos por arraste,
Figura 5: Vista parcial em 3 dimensões seccionada do equipamento de adensamento de sólidos por arraste,
Figura 6: Desenho esquemático de partícula de sólido submetida a fluxos estratégicos do equipamento de concentração de sólidos por arraste.[19] The following set of figures make up the graphic information frame:
Figure 1: General schematic drawing of the drag consolidation equipment,
Figure 2: Cross-section with lamella slope of the drag solids densification equipment,
Figure 3: Cross-section without slope of lamellae of the drag solids densification equipment,
Figure 4: Partial view in 3 dimensions of the solids consolidation equipment by drag,
Figure 5: Partial view in 3 dimensions sectioned of the equipment for densification of solids by drag,
Figure 6: Schematic drawing of solid particle subjected to strategic flows from the drag solids concentration equipment.

[20] Nas figuras pode ser verificado o formato do equipamento separador e concentrador hidrodinâmico laminar, sendo composto por:

(1) Carcaça externa do equipamento;
(2) Válvula de controle de fluxo de mistura reciclada, captada por sistema de coleta de fundo.
(3) Tubulação de descarte de concentrado;
(4) Válvula de controle de fluxo de concentrado;
(5) Tubulação de recalque de fluxo concentrado;
(6) Sistema de coleta de fluxo concentrado por arraste
(7) Bomba centrífuga ou equipamento similar;
(8) Tubulação de sucção ligada à admissão da bomba;
(9) Válvula de controle de fluxo dos tubos perfurados do sistema de coleta de fundo;
(10) Tubo de descarte de clarificado;
(11) Calha Vertedora de clarificado;
(12) Nível de água do corpo principal do equipamento de adensamento de sólidos por arraste;
(13) Seção transversal do equipamento de adensamento de sólidos por arraste
(14) Nível de água do vertedor do equipamento de adensamento de sólidos por arraste;
(15) Parede de entrada do sistema lamelar do equipamento de adensamento de sólidos por arraste;
(16) Parede de direcionamento de entrada do sistema lamelar do equipamento de adensamento de sólidos por arraste;
(17) Tubulação de entrada de mistura do equipamento de adensamento de sólidos por arraste;
(18) Tubulação de dosagem de reciclado do equipamento de adensamento de sólidos por arraste;
(19) Válvula de controle de fluxo do recalque de concentrado do equipamento de adensamento de sólidos por arraste;
(20) Distância entre paredes internas de lamelas [d] do equipamento de adensamento de sólidos por arraste;
(21) Ângulo de inclinação [α] da parede da lamela com a linha horizontal
(22) Orifícios de captação do sistema de coleta de fluxo concentrado do equipamento de adensamento de sólidos por arraste;
(23) Comprimento de seção de lamela para compor o sistema para verter o líquido clarificado;
(24) Altura de seção de lamela para compor o sistema para verter o líquido clarificado;
(25) Lâmina vertedora de perfil triangular de seção de lamela para compor o sistema para verter o líquido clarificado do equipamento de adensamento de sólidos por arraste;
(26) Altura total da lamela do equipamento de adensamento de sólidos por arraste;
(27) Altura útil da lamela [H] do equipamento de adensamento de sólidos por arraste;
(28) Comprimento total útil das lamelas [L] do equipamento de adensamento de sólidos por arraste;
(29) Altura útil de bloqueio de entrada do sistema lamelar do equipamento de adensamento de sólidos por arraste;
(30) Altura útil da parede de direcionamento de entrada do sistema lamelar do equipamento de adensamento de sólidos por arraste;
(31) Representação de partícula unitária de sólido para ser adensada com outras partículas;
(32) Vetor de velocidade induzida pelo fluxo de mistura de entrada e que cruza o módulo laminar;
(33) Eixo Z para a representação espacial de velocidades de fluxos;
(34) Plano X-Z para representação espacial de velocidades de fluxos;
(35) Eixo X para a representação espacial de velocidades de fluxos;
(36) Plano de inclinação igual de lamelas para representação espacial de velocidades de fluxos;
(37) Plano inclinado que contem resultantes de combinação de velocidades de fluxo;
(38) Vetor de velocidade resultante final contido no plano (37), de todas as velocidades de fluxo do sistema;
(39) Vetor de velocidade resultante da combinação do vetor de velocidade terminal com o vetor de velocidade do fluxo de sucção;
(40) Ângulo obtido do plano inclinado que contem resultantes de combinação de velocidades de fluxo;
(41) Ângulo do plano de inclinação igual de lamelas para representação espacial de velocidades de fluxos;
(42) Eixo vertical Y para representação espacial de velocidades induzidas por fluxos;
(43) Plano vertical Y-Z para representação espacial de velocidades induzidas por fluxos;
(44) Vetor velocidade terminal da partícula por influência gravitacional e do empuxo;
(45) Calha de admissão de mistura para adensamento e clarificação.
(46) Módulo laminar contendo lamelas
(47) Vetor de velocidade induzida pelo fluxo de sucção e que cruza em direção inclinada o módulo laminar;

[20] In the figures, the format of the laminar hydrodynamic separator and concentrator equipment can be verified, consisting of:

(1) External housing of the equipment;
(2) Recycled mixture flow control valve, captured by bottom collection system.
(3) Concentrate disposal piping;
(4) Concentrate flow control valve;
(5) Concentrated flow discharge piping;
(6) Drag concentrated flow collection system
(7) Centrifugal pump or similar equipment;
(8) Suction piping connected to the pump inlet;
(9) Bottom collection system perforated pipe flow control valve;
(10) Clarified disposal tube;
(11) Clarified Pouring Chute;
(12) Water level of the main body of the drag solids consolidation equipment;
(13) Cross section of drag solids densification equipment
(14) Water level in the spillway of the drag solids consolidation equipment;
(15) Entrance wall of the lamellar system of the drag solids densification equipment;
(16) Inlet direction wall of the lamellar system of the drag solids densification equipment;
(17) Mixing inlet pipe of the drag solids densification equipment;
(18) Recycled dosing piping from drag solids densification equipment;
(19) Concentrate discharge flow control valve of the drag solids densification equipment;
(20) Distance between inner walls of lamellae [d] of the drag solids densification equipment;
(21) Angle of inclination [α] of the lamella wall with the horizontal line
(22) Capture holes of the concentrated flow collection system of the drag solids densification equipment;
(23) Length of lamella section to compose the system for pouring the clarified liquid;
(24) Height of the lamella section to compose the system for pouring the clarified liquid;
(25) Pouring blade of triangular profile of lamella section to compose the system to pour the clarified liquid of the equipment of densification of solids by drag;
(26) Total height of the lamella of the skidding solids densification equipment;
(27) Useful height of the lamella [H] of the drag solids densification equipment;
(28) Total useful length of the lamellae [L] of the drag solids densification equipment;
(29) Useful entry blocking height of the lamellar system of the drag solids densification equipment;
(30) Useful height of the inlet guidance wall of the lamellar system of the drag solids densification equipment;
(31) Representation of a solid unitary particle to be compacted with other particles;
(32) Velocity vector induced by the incoming mixture flow and crossing the laminar module;
(33) Z axis for the spatial representation of flow velocities;
(34) XZ plane for spatial representation of flow velocities;
(35) X axis for the spatial representation of flow velocities;
(36) Equal slope plane of lamellae for spatial representation of flow velocities;
(37) Inclined plane containing resultant combinations of flow velocities;
(38) Final resultant velocity vector contained in the (37) plane, of all flow velocities in the system;
(39) Velocity vector resulting from the combination of the terminal velocity vector and the suction flow velocity vector;
(40) Angle obtained from the inclined plane which contains resultant combinations of flow velocities;
(41) Angle of the plane of equal slope of lamellae for spatial representation of flow velocities;
(42) Vertical Y axis for spatial representation of flow-induced velocities;
(43) Vertical plane YZ for spatial representation of flow-induced velocities;
(44) Particle terminal velocity vector by gravitational and buoyancy influence;
(45) Mixture inlet chute for consolidation and clarification.
(46) Laminar module containing lamellae
(47) Velocity vector induced by the suction flow and that crosses the laminar module in an inclined direction;

DESCRIPTION OF THE OPERATION WITH DRAGGING SOLID THICKENING EQUIPMENT

[21 ] O equipamento objeto da patente de invenção, foi concebido para a separação de fase sólida em mistura líquido-sólido obtendo-se como clarificado uma mistura com baixa concentração ou isenta de sólidos e como descarte uma mistura com alta concentração de sólidos. As etapas operacionais que ocorrem em equipamento montado em tanque prismático delimitado pela carcaça (1) por representação da FIGURA 1 até a FIGURA 5, sendo que a FIGURA 6 representa os vetores de velocidades provocadas por fluxos diversos sobre a partícula (31).[21 ] The equipment object of the invention patent was designed for the separation of solid phase in liquid-solid mixture, obtaining a mixture with low concentration or free of solids as clarified and as discarding a mixture with high concentration of solids. The operational steps that occur in equipment mounted in a prismatic tank delimited by the housing (1) by representation of FIGURE 1 to FIGURE 5, with FIGURE 6 representing the velocity vectors caused by different flows on the particle (31).

[22] A introdução das fases misturadas na calha de admissão (45) consiste em se dosar a corrente de fluxo pela tubulação de admissão (17), que ao fluir pela seção transversal do módulo laminar (46) gerará o vetor velocidade induzida pelo fluxo de mistura (32). Em adição será direcionado também a vazão de recalque da bomba (7) da mistura concentrada que vai ao fundo do equipamento, coletada pelo sistema de coleta de fluxo concentrado (6). Tal mistura é direcionada a calha de admissão (45) e também distribuída pela área transversal do módulo laminar (46) e gerará o vetor velocidade (47) cujo ângulo de inclinação é paralelo ao ângulo de inclinação das lamelas (21), provocado pela de sucção da bomba (7).[22] The introduction of the mixed phases in the inlet chute (45) consists of dosing the flow current through the inlet pipe (17), which when flowing through the cross section of the laminar module (46) will generate the velocity vector induced by the flow mixing (32). In addition, the pump discharge flow (7) of the concentrated mixture that goes to the bottom of the equipment will also be directed, collected by the concentrated flow collection system (6). Such mixture is directed to the inlet chute (45) and also distributed over the cross-sectional area of the laminar module (46) and will generate the velocity vector (47) whose angle of inclination is parallel to the angle of inclination of the lamellae (21), caused by the pump suction (7).

[23] O fluxo de dragagem do fundo, provocado pela bomba (7), recalcado de volta para a calha de admissão (4), através do sistema de coleta de fluxo concentrado (12) é regulado pelas válvulas de controle de fluxo (9) e (19), operando em recirculação no equipamento.[23] The bottom dredging flow, caused by the pump (7), pumped back to the inlet chute (4), through the concentrated flow collection system (12) is regulated by the flow control valves (9 ) and (19), operating in recirculation in the equipment.

[24] O montante de vazão descarregada na calha de admissão (45), será transferida para o módulo laminar (46), passando pelos defletores (15) e (16), que tem a função de distribuir igualmente ao fluxo pela seção do módulo laminar (46) em sentido cruzado às lamelas, que será dividido em a) fluxo que se dirige ao vertedor (25), para a geração de corrente de fluxo nos interstícios das lamelas gerando o vetor velocidade induzida pelo fluxo (32) e b) velocidade induzida pelo fluxo de sucção (47) que se dirige ao sistema de coleta de fluxo concentrado (6).[24] The amount of flow discharged in the inlet chute (45), will be transferred to the laminar module (46), passing through the deflectors (15) and (16), which has the function of distributing equally to the flow through the module section laminar (46) crosswise to the lamellae, which will be divided into a) flow that goes to the weir (25), for the generation of flow current in the interstices of the lamellae generating the velocity vector induced by the flow (32) and b) velocity induced by the suction flow (47) which is directed to the concentrated flow collection system (6).

[25] Além dos vetores de velocidades provocado por arraste de sólidos, compõe ainda este sistema, a velocidade terminal da partícula por influência gravitacional e empuxo (44)[25] In addition to the velocity vectors caused by solids drag, this system also comprises the terminal velocity of the particle by gravitational influence and buoyancy (44)

[26] A resultante das velocidades [vr1,2,3] (38) dos fluxos [v1] (32), com [v3] (44) e mais a velocidade terminal [v2] (44) direcionam o fluxo pelas lamelas no processo de adensamento por corrente cruzada (cross flow) que proporcionarão as condições ótimas medidas pelo Número de Reynolds e Número de Froude, e por uma composição de vetores de velocidade que direcionam as partículas sólidas a atingirem uma lamela inclinada com o ângulo α (21) ou o fundo do equipamento se este ângulo for de 0° (vertical), antes de se atingir a parede do equipamento onde está instalado o vertedor de líquido clarificado (25). Conforme explicado acima, o Adensador de Sólidos por Arraste poderá operar com as lamelas em configuração inclinadas, conforme FIGURA 2, ou na vertical, conforme FIGURA 3, sendo que neste caso deixa de exercer o efeito Boycott, somente aplicando as condições adequadas dadas pelo Número de Reynolds e Froude para que a partícula possa acompanhar a resultante de velocidades induzidas.[26] The resultant of the velocities [vr1,2,3] (38) of the flows [v1] (32), with [v3] (44) plus the terminal velocity [v2] (44) direct the flow through the lamellae in the cross-current densification process (cross flow) that will provide the optimal conditions measured by the Reynolds Number and Froude Number, and by a composition of velocity vectors that direct the solid particles to reach an inclined lamella with the angle α (21) or the bottom of the equipment if this angle is 0° (vertical), before reaching the wall of the equipment where the clarified liquid weir (25) is installed. As explained above, the Drag Solids Compactor may operate with the lamellae in an inclined configuration, as shown in FIGURE 2, or vertically, as shown in FIGURE 3, in which case the Boycott effect ceases to be exerted, only applying the appropriate conditions given by the Number of Reynolds and Froude so that the particle can follow the resultant of induced velocities.

[27] O líquido clarificado deverá ser vertido individualmente de cada espaço entre as lamelas para a calha de clarificado (11) através de vertedor (25) e direcionado ao seu destino através da tubulação de clarificado (10). Um detalhe de disposição importante nas FIGURAS 1 e 5 é que poderá existir um retalho nas lamelas de dimensões (23) e (24) para que possa se criar uma seção de tanque com espelho de líquido, para que este possa ser vertido pelo vertedor (25) para a calha vertedora (11). Poderá haver situações em que este retalho nas lamelas seja desnecessário, fazendo com que as lamelas do módulo laminar (46) encostem no vertedor (25), eliminando-se o espaço (23) e (24). O vertedor (25) determina a altura da lâmina d'água (12). Desta forma o fluxo [v1] (32) somente entra pelo lado da calha de admissão (45) e sai pela calha de coleta de clarificado (11) fazendo com que o fluxo tenha que atravessar todo o comprimento das lamelas em fluxo cruzado. Esta é uma importante diferença entre a invenção e os atuais equipamentos de separação laminar onde a lâmina d'água está acima do topo das lamelas em toda a sua extensão, para possibilitar a instalação de vertedores que cubram toda a área útil do sistema de lamelas ou tubular e para que possa haver a distribuição do fluxo por toda o volume útil de sedimentação nos módulos laminares.[27] The clarified liquid must be poured individually from each space between the lamellae to the clarified chute (11) through a spillway (25) and directed to its destination through the clarified pipe (10). An important arrangement detail in FIGURES 1 and 5 is that there may be a flap on the lamellae of dimensions (23) and (24) so that a section of the tank with a mirror of liquid can be created, so that it can be poured by the spillway ( 25) to the spillway (11). There may be situations in which this flap on the lamellas is unnecessary, causing the lamellae of the laminar module (46) to touch the spillway (25), eliminating the space (23) and (24). The weir (25) determines the height of the water depth (12). In this way, the flow [v1] (32) only enters from the side of the inlet chute (45) and leaves through the clarified collection chute (11) causing the flow to cross the entire length of the lamellae in cross flow. This is an important difference between the invention and current laminar separation equipment where the water depth is above the top of the lamellae along its entire length, to enable the installation of spillways that cover the entire usable area of the lamella system or tubular and so that the flow can be distributed throughout the useful volume of sedimentation in the laminar modules.

[28] A recirculação do fluxo de sucção [v3] (47) que ao longo do tempo terá a sua concentração aumentada resultando em adensamento, sendo que no momento em que se atingir a concentração ótima de descarte, deverá se proceder um fluxo de descarte, pela tubulação de descarte (3) e controlado pela válvula de descarte (4). A concentração ótima de descarte poderá ser várias vezes maior que a concentração da mistura a ser tratada.[28] The recirculation of the suction flow [v3] (47) which over time will have its concentration increased resulting in densification, and when the optimal disposal concentration is reached, a disposal flow should proceed , by the drain pipe (3) and controlled by the drain valve (4). The optimal disposal concentration may be several times greater than the concentration of the mixture to be treated.

[29] Em detalhe na FIGURA 5, pode ser visto o conjunto de sucção de mistura concentrada que será captada através dos orifícios de captação (22) instalados no sistema de coleta de fluxo concentrado (6), interligados pela (5) projetado com variações de diâmetros de orifícios e diâmetros de tubo considerando-se a estratégia hidráulica de se manter a vazão de tubulação de sucção (8) distribuída igualmente por toda a área útil abaixo do módulo laminar (46), para que a força de arraste para baixo seja exercida sobre todas as partículas posicionadas nos interstícios entre lamelas.[29] In detail in FIGURE 5, the concentrated mixture suction set can be seen that will be captured through the capture holes (22) installed in the concentrated flow collection system (6), interconnected by (5) designed with variations of orifice diameters and pipe diameters, considering the hydraulic strategy of keeping the suction pipe flow (8) evenly distributed over the entire useful area below the laminar module (46), so that the drag force downwards is exerted on all particles positioned in the interstices between lamellae.

[30] Este sistema de captação (6) é de extrema importância para o processo, pois deverá garantir a distribuição equalitária da vazão de sucção por toda a área útil de operação dos módulos laminares (46). Devido a esta construção, é gerado na partícula um fluxo de velocidade [v3] (47) que por determinação de projeto será várias vezes maior que a própria velocidade terminal de sedimentação da partícula [v2] (44), alterando a direção da resultante [v3] (47) para baixo, tornando a separação essencialmente por arraste, ao invés de gravitacional.[30] This capture system (6) is extremely important for the process, as it must guarantee the equal distribution of the suction flow throughout the entire useful area of operation of the laminar modules (46). Due to this construction, a velocity flux [v3] (47) is generated in the particle, which by design determination will be several times greater than the particle's own terminal sedimentation velocity [v2] (44), changing the direction of the resultant [ v3] (47) downwards, making the separation essentially drag rather than gravitational.

[31] Esta é uma importante diferença entre a invenção e os atuais decantadores lamelares onde a mistura concentrada é direcionada por paredes inclinadas ou raspadores de fundo simplesmente coletada por sucção em um ponto específico, sem a função de gerar arraste na partícula em sedimentação.[31] This is an important difference between the invention and current lamellar decanters where the concentrated mixture is directed by inclined walls or bottom scrapers simply collected by suction at a specific point, without the function of generating drag on the sedimenting particle.

[32] Como o fluxo de sucção [V3] (47) opera em recirculação interna, este fluxo é responsável por gerar continuamente a força motriz de separação de sólidos ao aplicar forças de arraste nas partículas sólidas no sentido para baixo.[32] As the suction flow [V3] (47) operates in internal recirculation, this flow is responsible for continuously generating the driving force of solids separation by applying drag forces on the solid particles in the downward direction.

[33] Nesta invenção, não há a preocupação de concentrar sólidos em um determinado ponto de coleta, pois abaixo das lamelas a turbulência será tão grande que as partículas não se separarão mais do fluxo de líquido, sendo captadas pelos orifícios (22) do sistema de coleta de mistura concentrada (6).[33] In this invention, there is no concern about concentrating solids at a certain collection point, because below the lamellae the turbulence will be so great that the particles will no longer separate from the liquid flow, being captured by the holes (22) of the system. collection of concentrated mixture (6).

[34] As dimensões distância [d] entre lamelas (20), e comprimento de lamelas [L] (28) para que a partícula (31) atinja a lamela quando inclinada, ou o fundo quando a lamela for disposta na posição vertical, a altura útil das lamelas [H] (27), o ângulo de inclinação [α] (21) e (41) que é a inclinação da lamela com a horizontal e o ângulo [α1] (40) formado pelos vetores [v2] (44) e [v3] (47) são dimensões usadas para o dimensionamento do equipamento.[34] The dimensions distance [d] between lamellae (20), and lamella length [L] (28) for the particle (31) to reach the lamella when tilted, or the bottom when the lamella is placed in an upright position, the useful height of the lamellae [H] (27), the angle of inclination [α] (21) and (41) which is the inclination of the lamella with the horizontal and the angle [α1] (40) formed by the vectors [v2] (44) and [v3] (47) are dimensions used for equipment sizing.

[35] Em relação ao dimensionamento, considerar que o número de Reynolds deverá ser abaixo de 500 e o número de Froude deverá ser acima de 10-5.[35] Regarding the sizing, consider that the Reynolds number should be below 500 and the Froude number should be above 10-5.

[36] O número de Reynolds é conhecido como:

Sendo:
RH: Raio hidráulico; Área molhada/perímetro molhado,
V: velocidade considerada
γ: viscosidade cinemática do líquido[36] The Reynolds number is known as:

Being:
RH: Hydraulic radius; Wet area/wet perimeter,
V: considered speed
γ: kinematic viscosity of the liquid

[37] Para o caso a velocidade v pode ser considerada por:

RH;

[37] For this case, the speed v can be considered by:

HR;

[38] O número de Froude será:

Sendo:
g: aceleração da gravidade[38] The Froude number will be:

Being:
g: acceleration due to gravity

ADVANTAGES OF OPERATION WITH DRAGGING SOLID Consolidation EQUIPMENT

[39] O ADENSADOR DE SÓLIDOS POR ARRASTE, é um equipamento concebido para operar em sistemas que necessitem de adensar ou clarificar uma corrente líquida contendo uma concentração de sólidos.[39] The DRAGGED SOLID THICKENER is an equipment designed to operate in systems that need to densify or clarify a liquid stream containing a concentration of solids.

[40] O atual estado da arte fornece 4 tipos de separadores concentradores para fases líquidas-sólida conforme segue: sedimentador gravitacional simples ou laminar (que usa como campo de força a gravidade e no caso de lamelas o efeito Boycott), flotador por ar dissolvido (que usa como força de separação o empuxo de bolhas de ar), centrifuga (que usa como força de separação o campo da força centrípeta) e finalmente os filtros e membranas (que usam barreiras físicas como campo de separação). O adensador de sólidos por arraste utiliza como principal força de separação o arraste hidrodinâmico em direção contraria ao fluxo de descarga do clarificado, permitido pela disposição construtiva do equipamento. Apesar da ação da gravidade colaborar para uma melhor separação, ela não é o campo essencial ao funcionamento do processo. Assim sendo, problemas como partículas leves ou de alto volume especifico, podem ser solucionados pela atual invenção.[40] The current state of the art provides 4 types of concentrating separators for liquid-solid phases as follows: simple or laminar gravitational settler (which uses gravity as a force field and in the case of lamellae the Boycott effect), dissolved air float (which uses as the force of separation the buoyancy of air bubbles), centrifuges (which uses the field of centripetal force as the separation force) and finally filters and membranes (which use physical barriers as the field of separation). The solids thickener by drag uses as main separation force the hydrodynamic drag in the opposite direction to the clarified discharge flow, allowed by the constructive arrangement of the equipment. Although the action of gravity collaborates for a better separation, it is not the essential field for the functioning of the process. Therefore, problems such as light or high specific volume particles can be solved by the present invention.

[41] Em termos de aplicação em processos, o equipamento adensador de sólidos por arraste se posiciona entre a sedimentação gravitacional e equipamentos de ação centrífuga. Enquanto os equipamentos centrífugos têm limitações de faixa de vazão de operação, devido a custos de equipamento e consumo energético, o separador hidrodinâmico laminar pode operar sem restrições no mesma faixa de operação de um sedimentador gravitacional, ainda com a vantagem de ocupar até mesmo menos área de construção devido a sua alta taxa de aplicação e a possibilidade de construções com maiores dimensões na vertical.[41] In terms of application in processes, the solids thickening equipment by drag is positioned between gravitational sedimentation and centrifugal action equipment. While centrifugal equipment has operating flow range limitations, due to equipment costs and energy consumption, the laminar hydrodynamic separator can operate without restrictions in the same operating range as a gravitational sedimentator, still with the advantage of occupying even less area. of construction due to its high rate of application and the possibility of constructions with larger vertical dimensions.

[42] O equipamento de adensamento de sólidos por arraste tem um baixo consumo energético, o menor em sua categoria considerando-se a concentração obtida e pode ser utilizado para a otimização de processos já existentes com a sua instalação entre reatores e atual separador em utilização.[42] The equipment for densification of solids by dragging has a low energy consumption, the lowest in its category considering the concentration obtained and can be used to optimize existing processes with its installation between reactors and the current separator in use. .

Claims

DRAGGING SOLID THICKENING EQUIPMENT whose system is characterized by operating with two streams of different flows introduced into the prismatic housing (1), and a liquid flow consisting of solid particles contained in a liquid is introduced through the inlet pipe (17) discharging in the inlet chute (45), which crosses the laminar module (46) where its clarification takes place, being discharged by the weir (25) to the clarified collection chute (11) and discharged to the final destination through the disposal pipe ( 10); and the second flow stream that operates in recirculation also uses the inlet chute (45) that receives this flow through the concentrated mixture recycle pipe (18), which has its flow regulated by the concentrated recycle regulation valve (2) , and the concentrate can be discarded through the disposal pipe (3) controlled by the disposal valve (4), which receives the flow repressed by the pump (7) that sucks this flow through the concentrate disposal pipe (8) from which the secondary suction tubes contained in the collection system (6) that admit the mixture with high concentration through the holes (22), a mixture that was concentrated by the densification of solids that occurs in the interstices of the laminar module (46) containing lamellae (14) by where this flow circulates in recycle.

DRAG SOLID THICKENING EQUIPMENT, according to claim 1, characterized in that it contains a concentrated mixture capture system arranged on a flat bottom composed of a concentrate collection system (6) through holes (22), interconnected by the pipe suction (5) connected to the pump (7), designed with variations in orifice diameters and tube diameters, considering the hydraulic strategy of keeping the suction flow evenly distributed throughout the entire useful area below the laminar module, so that the downward drag force is exerted on all particles positioned in the interstices between the lamellae (14).

DRAGGED SOLID Consolidation EQUIPMENT, according to claim 1, characterized in that it contains means for the laminar module (46) characterized by the space [d] between lamellae (20), lamella length [L] (28) and height of the lamellae [H] (27), via the discharge flow provided by the pump (7) and that regulated by the valve (19), determine an environment without turbulence, more precisely in a laminar regime, keeping the Reynolds Number less than 500 and also a regime of stability of particle movement, maintaining a regime with the Froude number greater than ten raised to the power of minus 5, enabling the solid particles to be directed by the resultant of the Newton drag forces, in the direction inclined downwards.

DRAGGING SOLID Consolidation EQUIPMENT, according to claim 1, characterized in that it contains means to operate according to FIGURE 3 with the laminar module (46) containing lamellae (14) arranged in the vertical direction only to determine a laminar and stable regime, or also contain means to operate according to FIGURE 2 by the regime of "classification by reflux", where the particles settle on the inclined lamellae (14) whose angle of inclination with the horizontal varies from 55° to 60°, to slide towards the fund, and the choice of operating mode will be determined by the characteristics of each project.

DRAGGING SOLID Consolidation EQUIPMENT, according to claim 1, characterized in that it contains a clarified collection pouring chute system (11) and spillway (25) positioned at the useful height [H] of the lamellae (27), below the total height of the lamellae (26), but above the lamella cutout (14) determined by the dimension (24) ensuring that each lamella interstice operates individually and independently of the other interstices aiming that the flow that was introduced into the inlet chute (45) cross the entire length of the laminar module until it is poured into the chute (11).

DRAGGING SOLID THICKENING EQUIPMENT, according to claim 1, characterized in that it contains means for the collection of concentrated solids to occur in a turbulent flow regime provided by the high discharge flow imposed by the pump (7), preventing the dissociation of solids of the liquid flow, which are collected through the holes (22).

DRAGGED SOLID CONSENT EQUIPMENT, according to claim 1, characterized in that it contains means to operate without disposal for a sufficiently long period until the recirculation concentration reaches the desired design concentration, for then proceeding with the disposal of concentrate of intermittently or continuously, through the pipe (3) with flow controlled by the valve (4).

DRAGGED SOLID Consolidation EQUIPMENT, according to claim 1, characterized in that it contains a compartment called the inlet chute (45) for receiving the mixture to be treated together with the recycle concentrated by the pipes (17) and (18) respectively , mixing and distributing through the laminar modules (46) containing lamellae (14) with the aid of deflectors (15) and (16), ensuring the homogeneity of this distribution throughout the useful section of the laminar module in the cross flow direction.

DRAGGING SOLID Consolidation EQUIPMENT, according to claim 1, characterized in that it is possible to choose between having a flap on the slats of dimensions (23) and (24) so that a tank section with a liquid mirror can be created, so that it can be poured by the spillway (25) to the spillway (11) or there may be situations in which this flap on the lamellas is unnecessary, causing the lamellas of the laminar module (46) to touch the spillway (25), eliminating the space (23) and (24) is used.