BR112020001148A2

BR112020001148A2 - aparelho de mistura e método de operação

Info

Publication number: BR112020001148A2
Application number: BR112020001148-7A
Authority: BR
Inventors: Jie Wu; Bon Nguyen; Dean Harris; Lachlan Graham
Original assignee: Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation
Priority date: 2017-07-17
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2020-07-21
Also published as: AU2018303332B2; AU2018303332A1; US20200230559A1; CN110869112B; WO2019014709A1; CN110869112A

Abstract

Um aparelho (100) para misturar um líquido (160) contendo particulados (106, 108) compreendendo: um vaso (102) para conter o líquido (160) que inclui uma parede lateral (120) e um fundo (124); e um impulsor (300) girando em volta de um eixo geométrico substancialmente vertical (X-X), o dito impulsor (104): adaptado para submergir abaixo da superfície de líquido (162) por uma distância que é aproximadamente um décimo a um meio da altura do líquido (129); e inclui pelo menos duas lâminas espaçadas ao lado de forma anular (310) se estendendo radialmente para fora do eixo geométrico vertical (X-X), as lâminas (310) compreendendo lâminas curvadas para trás que são montadas substancialmente paralelas ao eixo geométrico vertical (X-X), pelo menos 50% do comprimento de cada lâmina (310) compreendendo uma seção angulada (312) se estendendo dentro de um ângulo de corda de 20 a 60 graus; para produzir (a) uma região de fluxo ascendente interna (164) localizada ao longo do dito eixo geométrico vertical (X-X), (b) uma região de fluxo de transição (166) localizada em volta do impulsor (300) na qual o líquido desloca-se radialmente para fora na direção da parede lateral de vaso (120), e (c) uma região de fluxo descendente externa (168) localizada ao longo da parede lateral (120).

Description

APARELHO DE MISTURA E MÉTODO DE OPERAÇÃO REFERÊNCIA CRUZADA

[001] O presente pedido reivindica prioridade do pedido de patente provisório Australiano No. 2017902787 depositado em 17 de julho de 2017, cujo conteúdo é para ser entendido como sendo incorporado a este relatório descritivo por meio desta referência.

CAMPO TÉCNICO

[002] A presente invenção de uma maneira geral diz respeito a um aparelho para misturar líquidos ou líquido com partículas para formar pastas fluidas e outros mais e a um método de operação desse aparelho. O aparelho da presente invenção é adequado para misturar um líquido com um outro ou misturar líquido com partículas para formar tanto suspensões homogêneas quanto misturas em que nem todas as partículas estão totalmente suspensas. A invenção é proposta para aplicações onde carreamento de gás da superfície de líquido durante mistura é indesejável e deve ser evitado.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] A discussão a seguir dos antecedentes da invenção é proposta para facilitar um entendimento da invenção. Entretanto, deve ser considerado que a discussão não é uma confirmação ou admissão de que qualquer material referido foi publicado, era conhecido ou parte do conhecimento geral comum na data de prioridade do pedido.

[004] Deve ser considerado que o aparelho para misturar da presente invenção tem diversas aplicações em uma grande variedade de processos industriais. Uma aplicação como esta é precipitadores agitados usados no processo de precipitar cristais de licor supersaturado. Precipitadores deste tipo são usados em vários processos industriais. A invenção será descrita especificamente em seguida com referência para esta aplicação, mas será prontamente considerado que o escopo da invenção não está limitado a esta aplicação particular.

[005] Tanques de grande escala com volumes de trabalho na faixa de 1.000 a 5.000 m3 são usados na indústria de processamento de minerais para fornecer armazenamento de alimentação e em várias operações de unidades hidrometalúrgicas contínuas, tais como lixiviação (digestão), precipitação, adsorção, oxidação, lavagem de resíduos e neutralização. Tipicamente, eixos longos com um único ou com múltiplos impulsores são usados em tanques com defletores verticais para fornecer suspensão e mistura de sólidos. Em algumas aplicações, agitadores de tubos de aspiração ou tubos de elevação de ar são usados.

[006] Misturadores mecânicos de tubos de aspiração tipicamente fornecem circulação vertical de partículas sólidas suspensas ao ter um impulsor de bombeamento dentro do tubo que alcança profundidade dentro do vaso de mistura. Os vasos tipicamente são equipados com defletores para impedir formação de crosta nas paredes do vaso. Entretanto, estes defletores podem inibir ou impedir rotação do líquido dentro do vaso. Mesmo com defletores no interior do vaso, precipitado pode eventualmente acumular nos defletores e paredes de vaso. Este acúmulo pode exigir que o vaso seja desativado periodicamente para remoção de depósitos de precipitado.

[007] Misturadores com eixos de impulsores longos que submergem as lâminas impulsoras bem abaixo da superfície de líquido também podem ser usados. Estes misturadores tipicamente induzem um fluxo predominantemente em redemoinho com uma pequena componente de velocidade radial, reduzindo a propensão para formação de crosta na parede de vaso. Entretanto, cristais podem precipitar sobre o eixo de impulsor e lâminas impulsoras girando lentamente por causa de turbulência baixa no centro de vaso. Esta acumulação pode exigir que o vaso seja desativado periodicamente para remover depósitos de precipitado na montagem de impulsor.

[008] Em ambos os tipos de vaso, acumulação de sedimentação por causa de sólidos assentando no fundo de tanque pode resultar no atolamento de agitador. Formação de crosta frequentemente resulta em acumulação de sedimento aumentada, por causa de sólidos serem “colados” conjuntamente em grandes torrões de precipitados; sedimentos e sólidos deslocando lentamente perto da parede de tanque resultam em volume de crosta aumentado significativamente. Remoção de sedimentos e torrões de crosta exige tempo e custo consideráveis de desativação de tanque.

[009] Um outro método de misturar líquidos e sólidos (conhecido como um “misturador de Fluxo de Redemoinho”) é descrito na patente Estados Unidos No. 6.467.947. Este aparelho de mistura contém um eixo de impulsor curto e lâminas impulsoras radiais, com as lâminas impulsoras localizadas adjacentes à superfície do líquido. O movimento rotacional das lâminas impulsoras induz um movimento de redemoinho no vaso permitindo suspensão de partículas sólidas.

[010] A publicação de patente Estados Unidos No. 20090238033A1 mostra um melhoramento em relação à US

6.467.947 em que um projeto de impulsor axial aperfeiçoado é usado, tendo lâminas impulsoras espaçadas em um ângulo de aproximadamente 30 a 75 graus a partir de um plano que é perpendicular ao eixo geométrico de rotação da montagem de impulsor para deslocar fluido e gás em uma direção axial e radial. Os impulsores têm também um ângulo de ataque (girado na direção do eixo geométrico de rotação da montagem de impulsor) de 30 a 75 graus. O projeto de lâmina ajuda na produção de um padrão de fluxo de redemoinho no líquido.

[011] O Requerente descobriu que a operação do aparelho de mistura de fluxo de redemoinho descrito na US 6.467.947 e na US 20090238033A1 pode ser difícil, particularmente na partida. Durante partida do agitador de Fluxo de Redemoinho, o impulsor sofre uma resistência muito alta do líquido para desenvolver o movimento de fluxo de redemoinho requerido no líquido. Isto resulta em um torque de partida muito alto. Um consumo de energia inicial alto, portanto, é exigido para os projetos de impulsores mostrados na US 6.467.947 e na US 20090238033A1. Um consumo de energia de partida alto como este para estes tipos de aparelhos de mistura de fluxo de redemoinho algumas vezes não é econômico quando usados para tanques de grande escala, por causa do motor e sistema elétrico precisarem ser superdimensionados por um fator de 2 a 3 para exigências de partida do sistema.

[012] Portanto, é desejável fornecer um aparelho de mistura aperfeiçoado e/ou método de operar o dito aparelho de mistura que reduza as exigências de energia de partida para um agitador do tipo de fluxo de redemoinho.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[013] A presente invenção usa pelo menos um de: um novo projeto de impulsor; controle de propriedade de líquido; ou controle de nível de líquido para reduzir torque de partida do impulsor de um aparelho de mistura do tipo de Fluxo de Redemoinho. Reduzir torque de partida visa permitir que um misturador/agitador do tipo de Fluxo de Redemoinho seja iniciado usando uma capacidade de motor dimensionada de modo normal para acionar o impulsor desse aparelho de mistura.

[014] Um primeiro aspecto da presente invenção fornece um aparelho para misturar um líquido contendo particulados, o aparelho compreendendo: um vaso para conter o líquido, o vaso incluindo uma parede lateral e um fundo; e um impulsor girando em volta de um eixo geométrico substancialmente vertical, o dito impulsor: • adaptado para submergir abaixo da superfície de líquido por uma distância que é aproximadamente um décimo a um meio da altura do líquido; e • incluindo pelo menos duas lâminas espaçadas ao lado de forma anular se estendendo radialmente para fora do eixo geométrico vertical, as lâminas compreendendo lâminas curvadas para trás que são montadas substancialmente paralelas ao eixo geométrico vertical, pelo menos 50% do comprimento de cada lâmina compreendendo uma seção angulada se estendendo dentro de um ângulo de corda de 20 a 60 graus; para produzir (a) uma região de fluxo ascendente interna localizada ao longo do dito eixo geométrico vertical, (b) uma região de fluxo de transição localizada em volta do impulsor na qual o líquido desloca radialmente para fora na direção da parede lateral de vaso, e (c) uma região de fluxo descendente externa localizada ao longo da parede lateral.

[015] A presente invenção fornece uma solução de projeto para permitir que tecnologia de mistura de Fluxo de Redemoinho opere em tanques de grande escala, por exemplo, tanques de processamento de minerais. Este primeiro aspecto da presente invenção fornece uma nova configuração de impulsor de Fluxo de Redemoinho projetada para reduzir torque de partida do impulsor de um aparelho de mistura do tipo de Fluxo de Redemoinho.

[016] A seção angulada nas lâminas é projetada para reduzir o ângulo de colisão de fluxo contra as lâminas no momento inicial durante partida, quando o agitador é simplesmente ligado para uma velocidade de projeto a partir de zero. Pelo menos 50% do comprimento de cada lâmina compreende a seção angulada. A seção angulada, portanto, pode compreender de 50% a 100% do comprimento da lâmina. Em modalidades, a seção angulada compreende pelo menos 60%, preferivelmente pelo menos 70%, mais preferivelmente pelo menos 80% do comprimento da lâmina. Em algumas modalidades, a seção angulada compreende de 70% a 100%, preferivelmente de 75% a 100% do comprimento da lâmina.

[017] Deve ser entendido que o ângulo de corda é o ângulo entre uma linha radial se estendendo do eixo geométrico vertical passando pelo ponto de origem da lâmina próximo ao eixo geométrico vertical e uma linha radial adicional se estendendo do eixo geométrico vertical para o ponto de extremidade distal da lâmina. O ângulo de corda define o ângulo que a lâmina atravessa do ponto de origem para o ponto de extremidade da lâmina em volta de um círculo centrado no ponto de origem.

[018] A seção angulada pode ter várias configurações. Em modalidades, a seção angulada das lâminas se estende ao longo de pelo menos um de: uma curva em um arco de corda de 20 a 60 graus de ângulo de corda; ou um plano linear que se estende dentro de um ângulo de corda de 20 a 60 graus.

[019] Nessas modalidades onde a seção angulada é um plano linear, a seção angulada compreende um corpo alongado linear tal como uma placa, chapa, haste, tira, raio ou barra que se estende dentro do ângulo de corda.

[020] Nessas modalidades onde a seção angulada é curvada, essa curva é um arco de corda tendo um ângulo de corda de 20 a 60 graus. Em algumas modalidades, as lâminas do impulsor preferivelmente são curvadas em um arco de corda de 30 graus de ângulo de corda. Em outras modalidades, as lâminas do impulsor preferivelmente são curvadas em um arco de corda de 60 graus de ângulo de corda. Entretanto, deve ser considerado que outros ângulos de cordas dentro de 20 a 60 graus são possíveis. É notado que em algumas modalidades as lâminas do impulsor preferivelmente são curvadas em um arco de corda com um raio de curvatura ideal na faixa de 0,25 a 0,4, preferivelmente de 0,30 a 0,35 do diâmetro do impulsor. A altura das lâminas, portanto, é alinhada substancialmente paralela ao eixo geométrico vertical do vaso. Também é preferido que as lâminas curvadas do impulsor tenham uma altura substancialmente constante e espessura substancialmente constante fixadas ao dito disco de base com as ditas lâminas. Além disso, cada lâmina do impulsor preferivelmente tem o mesmo comprimento e mesma configuração.

[021] As lâminas compreendem lâminas curvadas para trás que são montadas substancialmente paralelas ao eixo geométrico vertical. Deve ser considerado que “substancialmente paralelas” é proposto para indicar que o afastamento das lâminas pode ter alguma variação secundária em relação a serem paralelas ao eixo geométrico vertical central X-X; por exemplo, + ou – cerca de 5 graus sem qualquer mudança significativa na função do impulsor.

[022] As lâminas são espaçadas ao lado de forma anular em volta do eixo geométrico vertical, e preferivelmente espaçadas ao lado igualmente em volta do eixo geométrico vertical. O impulsor inclui pelo menos duas lâminas espaçadas ao lado de forma anular. Modalidades do impulsor incluem 2, 3, 4, 5 ou 6 lâminas. Modalidades preferidas incluem 4 lâminas espaçadas ao lado igualmente.

[023] As lâminas são adaptadas para submergir abaixo da superfície de líquido por uma distância que é de aproximadamente um décimo a um meio da altura do líquido. Em modalidades preferidas, as lâminas são adaptadas para submergir abaixo da superfície de líquido por uma distância que é de aproximadamente um quarto a um meio da altura do líquido. Deve ser considerado que o impulsor fica submerso abaixo do nível de líquido em uma distância pequena; por exemplo, em algumas modalidades em metade do diâmetro de impulsor (por exemplo, para um rotor de diâmetro de 3 m, submerso em profundidade de 1 a 1,5 m). Para algumas aplicações, é vantajoso instalar o rotor na metade da altura de líquido de tanque, com um eixo maior. Por exemplo, para um nível de líquido de 30 m, o impulsor é instalado submerso em profundidade de 15 m. Tal projeto mais profundo terá um custo maior quando comparado ao de eixos de comprimentos menores, mas ele pode fornecer melhor suspensão de sólidos no fundo em potência menor.

[024] As lâminas preferivelmente são configuradas para se estender entre um ponto de montagem próximo ao eixo geométrico vertical e um diâmetro externo de impulsor, o diâmetro externo de impulsor sendo de 1/4 a 3/4 do diâmetro da parede lateral do vaso. O impulsor preferivelmente é adaptado para submergir abaixo da superfície de líquido por uma distância que é de aproximadamente um terço da altura do líquido.

[025] Em algumas modalidades, as lâminas incluem adicionalmente uma extensão radial que se estende radialmente para fora do eixo geométrico vertical para a seção angulada, a extensão radial compreendendo menos que 50% do comprimento da lâmina. A extensão radial preferivelmente se estende do ponto de montagem próximo ao eixo geométrico vertical para a seção angulada. A seção angulada então se estende da extremidade da extensão radial para o diâmetro externo de impulsor. A extensão radial preferivelmente se estende ao longo de um plano linear que se estende radialmente para fora do eixo geométrico vertical. A extensão radial pode compreender um corpo linear alongado incluindo, mas não limitado a uma placa, chapa, barra, haste, tira, raio.

[026] A extensão radial compreende menos que 50% do comprimento da lâmina. Em algumas modalidades, a extensão radial compreende menos que 40% do comprimento da lâmina, preferivelmente menos que 30% do comprimento da lâmina, e mais preferivelmente menos que 20% do comprimento da lâmina. Em modalidades particulares, a extensão radial compreende de

5% a 50% do comprimento da lâmina, preferivelmente de 10% a 40% do comprimento da lâmina. Em algumas modalidades, a lâmina não inclui uma extensão radial.

[027] O impulsor preferivelmente opera somente na região central do vaso. Em modalidades, as lâminas do impulsor se estendem de um cubo central que gira em volta do eixo geométrico central. O cubo central preferivelmente inclui uma conexão a um eixo para girar o impulsor. As pelo menos duas lâminas preferivelmente também são conectadas ao cubo central e se estendem para fora dele. O cubo central pode ter qualquer configuração desejada. Em uma forma, o cubo central é cilíndrico.

[028] A velocidade rotacional do impulsor usado para induzir o fluxo pode ser selecionada para alcançar as velocidades de fluxo desejadas. Em modalidades, a velocidade de líquido do fluxo externo (e mais preferivelmente do fluxo de líquido adjacente à parede de contenção (fora da camada limite)) está entre cerca de 0,3 m/s e 1 m/s. Mais preferivelmente esta velocidade é maior que 0,5 m/s. A velocidade tangencial máxima de fluxo de líquido no fluxo interno preferivelmente é cerca de 3 vezes a velocidade de fluxo de líquido do fluxo externo.

[029] De novo, uso do projeto de impulsor da presente invenção reduz o consumo de energia do impulsor ou do rotor do aparelho na partida. Em modalidades, a energia de entrada para o impulsor é menor que 50% da energia de partida exigida por projetos de impulsores anteriores revelados para geração de fluxo de redemoinho (em particular aqueles mostrados na US 6.467.947 e na US 20090238033A1).

[030] O vaso pode compreender qualquer recipiente ou tanque de contenção de fluido adequado. Em modalidades, o vaso compreende um tanque. Uma variedade de configurações de tanques pode ser usada. Em modalidades, o tanque compreende um tanque cilíndrico. Em modalidades, o tanque pode ter um diâmetro de 5 a 20 m, preferivelmente de 10 a 15 m em diâmetro. Os tanques preferivelmente também são de 10 a 40 m em altura, mais preferivelmente de 20 a 30 m em altura. O volume de cada um dos tanques tipicamente é de 2.000 a 5.000 m3. O tempo de permanência no vaso é selecionado para assegurar boa mistura do líquido e sólidos. Em modalidades, o tempo de permanência da alimentação está entre 5 e 48 horas. Em algumas modalidades, a extensão de parede lateral (isto é, altura de tanque) preferivelmente é de 1 a 4 vezes o diâmetro de tanque, mais preferivelmente de 1 a 3 vezes o diâmetro de tanque. Entretanto, deve ser considerado que em outras modalidades a razão da altura de parede lateral de vaso para o diâmetro de vaso pode ser maior que 3 para aplicações particulares. Deve ser considerado que a altura de líquido pode ficar muito próxima à altura de parede lateral (tanque).

[031] Em modalidades, o vaso inclui uma extremidade superior e uma extremidade inferior e compreende uma parede lateral de contenção de uma maneira geral cilíndrica se estendendo entre uma extremidade superior e uma extremidade inferior.

[032] Deve ser entendido que o Fluxo de Redemoinho criado no líquido do vaso compreende um fluxo de redemoinho estável no vaso caracterizado por (i) uma região anular externa de fluxo rotacional moderado em volta do dito eixo geométrico vertical adjacente à parede de contenção deslocando da extremidade superior para a extremidade inferior (isto é, uma região de fluxo para baixo) a fim de manter um fluxo contínuo de líquido sobre a parede lateral de contenção, (ii) uma região de fluxo de transição localizada em volta do impulsor na qual líquido desloca radialmente para fora na direção da parede lateral de vaso, e (iii) uma região de núcleo interna de fluxo rotacional rápido em volta do dito eixo geométrico na região central do vaso deslocando da extremidade inferior para a extremidade superior (isto é, uma região de fluxo para cima) e se estendendo de substancialmente adjacente à extremidade inferior do vaso para o impulsor.

[033] Em modalidades particulares, a presente invenção tem aplicação para vasos que têm uma altura igual ou maior que o diâmetro do vaso. A presente invenção foi criada para fornecer mistura satisfatória em vasos tendo alturas de 1 a 4 vezes o diâmetro. Em algumas modalidades, a razão da altura de parede lateral de vaso para o diâmetro de vaso é pelo menos 3. Muitos dispositivos de mistura de estado da técnica não são capazes de fornecer mistura satisfatória nestas configurações.

[034] O vaso preferivelmente tem uma seção transversal circular. Em uma forma da invenção o vaso inclui um fundo de uma maneira geral cônico. Uma seção de base cônica como esta junta a parede de contenção na direção da extremidade inferior do vaso. Em modalidades particulares, o fundo de vaso é cônico e tem uma inclinação de pelo menos 45 graus. Em uma outra forma o vaso inclui uma base de uma maneira geral plana.

[035] Modalidades da presente invenção podem incluir adicionalmente um distribuidor de gás para introduzir um gás, preferivelmente ar, no líquido durante procedimentos de partida. Esse distribuidor de gás pode ter uma variedade de formas. Em algumas modalidades, o distribuidor de gás compreende uma lança de gás localizada na base do vaso. Em modalidades, por exemplo, para pastas fluidas, o vaso pode incluir adicionalmente um ou mais arranjos de espargimento de ar.

[036] Em modalidades, rotação do impulsor pode ser acionada por um Acionador de Partida Suave ou por um Acionamento de Velocidade Variável. Uso de um Acionador de Partida Suave ou de um Acionamento de Velocidade Variável capacita rotação do impulsor para ser controlada na partida, de tal maneira que o impulsor (e Fluxo de Redemoinho resultante) pode ser iniciado em uma velocidade baixa e então acelerado até a velocidade de projeto durante um período de tempo, por exemplo, de 1 a 10 minutos. Em algumas modalidades, o impulsor é de velocidade variável, de tal maneira que o fluxo é capaz de arrastar partículas sólidas tendo uma velocidade de sedimentação de até aproximadamente 30 cm por minuto no líquido e a velocidade do impulsor é escolhida para capacitar partículas tendo uma velocidade de sedimentação desejada para assentar no fundo de vaso.

[037] Algumas modalidades podem incluir uma fonte de energia adicional para energizar um motor acionando rotação do impulsor. Nestas modalidades, um gerador de energia elétrica móvel grande (por exemplo, diesel) com capacidade 2 a 4 vezes maior que a capacidade elétrica pode ser usado para evitar limitação de energia de partida. Isto pode ser instalado como um aperfeiçoamento permanente ou como uma instalação temporal, com conexões elétricas estabelecidas de tal maneira que o tanque pode ser acionado temporariamente por esta unidade na partida. A unidade móvel pode ser desligada, e o motor “normal” pode ser ligado, após algumas ações de comutação por meio de conexões elétricas modificadas propositadamente.

[038] O uso de múltiplos vasos (tanques) operados em paralelo pode permitir operação contínua.

[039] Em uma aplicação específica, a invenção fornece um precipitador compreendendo o aparelho do primeiro aspecto da presente invenção. Preferivelmente, a energia de entrada para o precipitador é menor que 20 W/m3. Entradas de energia tão baixas quanto 7 ou 8 W/m3 podem manter o desempenho de suspensão e mistura.

[040] Um segundo aspecto da presente invenção fornece um método de misturar um líquido compreendendo as etapas de: fornecer um líquido em um vaso tendo uma extremidade superior, uma extremidade inferior e uma parede de contenção substancialmente cilíndrica se estendendo entre as extremidades superior e inferior; fornecer um impulsor girando em volta de um eixo geométrico substancialmente vertical, o dito impulsor incluindo pelo menos duas lâminas espaçadas ao lado de forma anular se estendendo radialmente para fora do eixo geométrico vertical, as lâminas compreendendo lâminas curvadas para trás que são montadas substancialmente paralelas ao eixo geométrico vertical, pelo menos 50% do comprimento de cada lâmina compreendendo uma seção angulada se estendendo dentro de um ângulo de corda de 20 a 60 graus; as lâminas são submersas no dito líquido para uma posição que fica localizada aproximadamente a um décimo a um meio da distância da dita extremidade superior para a dita extremidade inferior; e produzir um fluxo no líquido com o impulsor, o dito fluxo compreendendo (a) um fluxo interno ao longo do dito eixo geométrico vertical, deslocando da extremidade inferior para a extremidade superior, (b) um fluxo para fora do impulsor para a parede de contenção, e (c) um fluxo externo ao longo da parede de contenção, deslocando da extremidade superior para a extremidade inferior.

[041] O método de misturar um líquido de acordo com o segundo aspecto da presente invenção pode usar um aparelho de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção. Portanto, deve ser entendido que a revelação anterior do primeiro aspecto da presente invenção se aplica igualmente a este segundo aspecto da presente invenção.

[042] Um terceiro aspecto da presente invenção fornece um método de iniciar um aparelho de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, o dito método de partida compreendendo: fornecer um líquido para o vaso abaixo do nível que imergiria o impulsor; fornecer um líquido para o vaso para imergir o impulsor; e iniciar rotação do impulsor em volta do eixo geométrico substancialmente vertical; em que a densidade do líquido em volta do impulsor é reduzida na partida do impulsor por pelo menos um de: a) introduzir fluxo de gás no líquido em um período de tempo durante rotação de partida do impulsor;

b) fornecer um líquido para o vaso abaixo do nível que imergiria o impulsor antes de iniciar rotação do impulsor; e então subsequentemente fornecer líquido adicional para o vaso para imergir progressivamente o impulsor para desenvolver um fluxo de redemoinho no líquido; ou c) introduzir um aditivo de modificação de viscosidade no líquido antes da partida de rotação do impulsor para aumentar a viscosidade do líquido, desenvolvendo desse modo um fluxo de redemoinho no líquido compreendendo (a) uma região de fluxo ascendente interna localizada ao longo do dito eixo geométrico vertical, (b) uma região de fluxo de transição localizada em volta do impulsor na qual líquido desloca radialmente para fora na direção da parede lateral de vaso, e (c) uma região de fluxo descendente externa localizada ao longo da parede lateral.

[043] Neste terceiro aspecto da presente invenção, as propriedades do líquido no qual o impulsor age (isto é, no qual está imerso) são modificadas para partida, por exemplo, ao reduzir o nível de líquido, ou ao introduzir bolhas de ar ou um modificador de viscosidade a fim de reduzir carregamento de torque no impulsor, e assim ajudar na partida do aparelho de mistura.

[044] Nessas modalidades onde o nível de líquido no vaso é fornecido abaixo do impulsor, o nível de líquido no vaso preferivelmente é elevado progressivamente para o nível de líquido desejado no vaso após um fluxo de redemoinho ser desenvolvido de modo suficiente. Essa introdução progressiva de líquido pode acontecer lentamente ou gradualmente durante um período de tempo especificado. Por exemplo, em algumas modalidades, o vaso é enchido progressivamente com líquido em uma duração que pode variar de 10 minutos a 10 horas, preferivelmente de 20 minutos a 5 horas, mais preferivelmente de 1 a 4 horas. A viscosidade do líquido também pode ser modificada ao encher o vaso com um líquido livre de sólidos para partida.

[045] Nessas modalidades onde fluxo de gás é introduzido, esse fluxo de gás preferivelmente é introduzido usando um distribuidor de gás. Esse distribuidor de gás pode ter qualquer forma adequada. Em algumas modalidades, o distribuidor de gás compreende uma lança de ar localizada ou perto da base do vaso. Em outras modalidades, o distribuidor de gás compreende um arranjo de espargimento de ar. O fluxo de gás preferivelmente é introduzido no líquido antes de iniciar rotação do impulsor.

[046] Nessas modalidades onde um modificador de viscosidade é adicionado ao líquido, o aditivo de modificação de viscosidade preferivelmente é adicionado em concentrações de 50 a 100 ppm. Uma variedade de aditivos de modificação de viscosidade pode ser adicionada dependendo da composição do líquido introduzido no vaso. Em modalidades, o aditivo de modificação de viscosidade compreende polímero Carbopol ou celulose de carboximetil (CMC), Acti-Gel (da Active Minerals). Entretanto, deve ser entendido que outros aditivos de modificação de viscosidade podem ser usados. Deve ser considerado que, uma vez que fluxo de redemoinho seja desenvolvido de modo suficiente, líquido de produção é fornecido para o vaso após um fluxo de redemoinho.

[047] Um quarto aspecto da presente invenção fornece um método de iniciar um aparelho de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, o dito método de partida compreendendo: fornecer um líquido para o vaso abaixo do nível que imergiria o impulsor; iniciar rotação do impulsor em volta do eixo geométrico substancialmente vertical; fornecer líquido adicional para o vaso para imergir progressivamente o impulsor para desenvolver um fluxo de redemoinho no líquido compreendendo (a) uma região de fluxo ascendente interna localizada ao longo do dito eixo geométrico vertical, (b) uma região de fluxo de transição localizada em volta do impulsor na qual líquido desloca radialmente para fora na direção da parede lateral de vaso, e (c) uma região de fluxo descendente externa localizada ao longo da parede lateral.

[048] Neste quarto aspecto da presente invenção, o motor de agitador é iniciado quando o nível de líquido no vaso está abaixo da altura de impulsor no vaso. O nível de líquido é elevado progressivamente para imergir o impulsor e então sobre o impulsor após um fluxo de redemoinho ser desenvolvido de modo suficiente.

[049] O nível de líquido no vaso preferivelmente é elevado progressivamente para o nível de líquido desejado no vaso após um fluxo de redemoinho ser desenvolvido de modo suficiente. Essa introdução progressiva de líquido pode acontecer lentamente ou gradualmente durante um período de tempo especificado. Por exemplo, em algumas modalidades, o vaso é enchido progressivamente com líquido em uma duração que pode variar de 10 minutos a 10 horas, preferivelmente de 20 minutos a 5 horas, mais preferivelmente de 1 a 4 horas.

[050] A viscosidade do líquido também pode ser modificada ao encher o vaso com um líquido livre de sólidos para partida. Exemplos de líquido livre de sólidos adequado incluem líquido cáustico quente usado para operação de limpeza de tanque em refinaria de alumina, ou líquido ácido. Uma vez que o fluxo de redemoinho seja estabelecido, com leitura de corrente estável no motor, o fluxo de pasta fluida de produção de trabalho (com sólidos) pode ser fornecido para o tanque.

[051] Se exigido, um fluxo de gás, preferivelmente ar, pode ser introduzido no líquido em um período de tempo durante rotação de partida do impulsor. De modo similar, se exigido, um aditivo de modificação de viscosidade pode ser adicionado ao líquido antes da partida de rotação do impulsor para aumentar a viscosidade do líquido. Ambas as etapas adicionais ajudam a modificar as propriedades do líquido que o impulsor encontra na partida.

[052] Nessas modalidades onde um modificador de viscosidade é adicionado ao líquido, o aditivo de modificação de viscosidade preferivelmente é adicionado em concentrações de 50 a 100 ppm. Uma variedade de aditivos de modificação de viscosidade pode ser adicionada dependendo da composição do líquido introduzido no vaso. Em modalidades, o aditivo de modificação de viscosidade compreende polímero Carbopol ou celulose de carboximetil (CMC), Acti-Gel (da Active Minerals). Entretanto, deve ser entendido que outros aditivos de modificação de viscosidade podem ser usados. Deve ser considerado que, uma vez que fluxo de redemoinho seja desenvolvido de modo suficiente, líquido de produção é fornecido para o vaso após um fluxo de redemoinho.

[053] Deve ser considerado que líquido de produção é fornecido para o vaso após um fluxo de redemoinho ser desenvolvido de modo suficiente, por exemplo, uma vez que o fluxo de redemoinho esteja em movimento de estado estável. O efeito de aditivos desaparecerá em algum tempo, sem qualquer impacto de longo prazo na produção na continuação de tanque de processamento.

[054] Um quinto aspecto da presente invenção fornece um método de iniciar um aparelho de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, o dito método de partida compreendendo: fornecer um líquido para o vaso para imergir o impulsor; iniciar rotação do impulsor em volta do eixo geométrico substancialmente vertical; introduzir fluxo de gás no líquido em um período de tempo durante rotação de partida do impulsor para desenvolver um fluxo de redemoinho no líquido compreendendo (a) uma região de fluxo ascendente interna localizada ao longo do dito eixo geométrico vertical, (b) uma região de fluxo de transição localizada em volta do impulsor na qual líquido desloca radialmente para fora na direção da parede lateral de vaso, e (c) uma região de fluxo descendente externa localizada ao longo da parede lateral.

[055] Neste quinto aspecto da presente invenção, um distribuidor de gás pode ser usado para introduzir um fluxo de gás (por exemplo, ar, nitrogênio ou similar) no líquido durante o período de partida. O gás é injetado no líquido até que um fluxo de redemoinho seja desenvolvido de modo suficiente no líquido.

[056] O fluxo de gás preferivelmente é introduzido usando um distribuidor de gás. Esse distribuidor de gás pode ter qualquer forma adequada. Em algumas modalidades, o distribuidor de gás compreende uma lança de ar localizada na base do vaso ou perto dela. Em outras modalidades, o distribuidor de gás compreende um arranjo de espargimento de ar. O fluxo de gás preferivelmente é introduzido no líquido antes de iniciar rotação do impulsor.

[057] Um sexto aspecto da presente invenção fornece um método de iniciar um aparelho de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, o dito método de partida compreendendo: fornecer um líquido para o vaso para imergir o impulsor; introduzir um aditivo de modificação de viscosidade no líquido para aumentar a viscosidade do líquido; iniciar rotação do impulsor em volta do eixo geométrico substancialmente vertical; desenvolvendo desse modo um fluxo de redemoinho no líquido compreendendo (a) uma região de fluxo ascendente interna localizada ao longo do dito eixo geométrico vertical, (b) uma região de fluxo de transição localizada em volta do impulsor na qual líquido desloca radialmente para fora na direção da parede lateral de vaso, e (c) uma região de fluxo descendente externa localizada ao longo da parede lateral.

[058] Neste sexto aspecto da presente invenção, a introdução de um aditivo de modificação de viscosidade resulta em um aumento na viscosidade para tornar o fluxo suavemente laminar (tal como o oposto a turbulento) na maioria das aplicações. Uma quantidade ideal pequena reduzirá o carregamento de torque inicial no impulsor.

[059] Deve ser considerado que uma dosagem ideal do aditivo de modificação de viscosidade é dependente da composição do líquido ou pasta fluida no vaso. Apesar disso, em algumas modalidades o aditivo de modificação de viscosidade preferivelmente é adicionado em concentrações de 50 a 100 ppm. Uma variedade de aditivos de modificação de viscosidade pode ser adicionada dependendo da composição do líquido introduzido no vaso. Em modalidades, o aditivo de modificação de viscosidade compreende polímero Carbopol ou celulose de carboximetil (CMC), Acti-Gel (da Active Minerals). De novo, deve ser entendido que outros aditivos de modificação de viscosidade podem ser usados.

[060] Deve ser considerado que líquido de produção é fornecido para o vaso após um fluxo de redemoinho ser desenvolvido de modo suficiente, por exemplo, uma vez que o fluxo de redemoinho esteja em movimento de estado estável. O efeito de aditivos desaparecerá em algum tempo, sem qualquer impacto de longo prazo na produção na continuação de tanque de processamento.

[061] Um sétimo aspecto da presente invenção fornece um impulsor para aperfeiçoamento em um vaso para conter e misturar um líquido contendo particulados, o vaso incluindo uma parede lateral e um fundo; o impulsor incluindo pelo menos duas lâminas espaçadas ao lado de forma anular se estendendo radialmente para fora do eixo geométrico vertical, as lâminas compreendendo lâminas curvadas para trás que são montadas substancialmente paralelas ao eixo geométrico vertical, pelo menos 50% do comprimento de cada lâmina compreendendo uma seção angulada se estendendo dentro de um ângulo de corda de 20 a 60 graus; em que o impulsor é aperfeiçoado para o vaso para: • girar em volta de um eixo geométrico substancialmente vertical; • ficar submerso abaixo da superfície de líquido em uma distância que é aproximadamente um décimo a um meio da altura do líquido; e • produzir (a) uma região de fluxo ascendente interna localizada ao longo do dito eixo geométrico vertical, (b) uma região de fluxo de transição localizada em volta do impulsor na qual líquido desloca radialmente para fora na direção da parede lateral de vaso, e (c) uma região de fluxo descendente externa localizada ao longo da parede lateral.

[062] Deve ser considerado que o impulsor deste sétimo aspecto da presente invenção pode ser aperfeiçoado para um vaso para formar o aparelho descrito no primeiro aspecto da presente invenção. É para ser entendido que os recursos descritos para o primeiro aspecto da presente invenção se aplicam igualmente para este sétimo aspecto da presente invenção.

[063] Deve ser considerado que tecnologia de misturador/agitador de Fluxo de Redemoinho fornece soluções eficientes em energia para problemas de desenvolvimento de sedimento/crosta em tanques de grande escala, usados tipicamente em exploração e processamento de minerais. A tecnologia permite projeto de aperfeiçoamento e inteiramente novo de custo mais baixo de sistemas agitadores quando comparado com sistemas agitadores convencionais.

[064] Também deve ser considerado que tecnologia de Fluxo de Redemoinho, incluindo o aparelho de mistura do tipo de Fluxo de Redemoinho da presente invenção, fornece soluções para os seguintes problemas: • Desenvolvimento de estoque ou crosta/sedimento que reduz tempo de tanque em linha, ou falha prematura de agitador.

Um padrão de fluxo de Fluxo de Redemoinho reduz e preferivelmente impede o desenvolvimento de crosta e sedimento em um tanque ao ter velocidade de fluxo maior sobre a parede lateral. • Problemas com reinício após uma falta de energia ou evento de atolamento, por causa de interação rápida de material de sedimentação/cementação com o agitador.

O agitador de Fluxo de Redemoinho tipicamente fica localizado na parte superior (metade superior) de um tanque, evitando assim tal material sedimentado.

Material sólido que assenta no fundo do vaso seguinte a uma paralisação é suspenso de novo mais facilmente usando o padrão de fluxo criado pelo agitador de Fluxo de Redemoinho. • Extração inferior, ou excesso de consumo de produtos químicos por causa de mistura inferior.

Agitador de Fluxo de Redemoinho fornece um líquido bem misturado com boa suspensão de partículas, e melhor dispersão de sólidos quando comparado a agitadores convencionais. • Desgaste em lâminas impulsoras.

Um agitador de Fluxo de Redemoinho tem menos erosão quando comparado com agitadores convencionais por causa de velocidade máxima de ponta menor. • Falha de eixos em balanço longos, comuns em operações de espargimento de gás.

Um agitador de Fluxo de Redemoinho tem eixos de agitador menores quando comparado a espargidores de gás convencionais que podem reduzir tensões de flexão, evitando falha mecânica. • Alto custo de capital para substituir sistema agitador danificado.

Sistema de Fluxo de Redemoinho tipicamente custa

1/3 do custo de sistemas convencionais. • Danos ao material de revestimento de tanque por causa de movimento de defletores (por causa de dano por corrosão) usados em sistemas agitadores convencionais. Um agitador de Fluxo de Redemoinho não inclui um número significativo de defletores.

[065] Uma diferença significativa entre o método e aparelho desta invenção e misturadores de estado da técnica consiste na criação intencional do fluxo de redemoinho ou rotacional. Em dispositivos de estado da técnica tal fluxo é considerado indesejável e defletores têm sido usados para impedir que o mesmo seja estabelecido. Adicionalmente, de acordo com a presente invenção o impulsor fica submerso no líquido (isto é, abaixo da superfície do líquido). Isto impede carreamento não desejado de gás da superfície de líquido. A rotação mecânica submersa também impede ondas ou “agitação” na superfície do líquido.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[066] A presente invenção será descrita agora com referência para as figuras dos desenhos anexos, os quais ilustram modalidades preferidas particulares da presente invenção, em que: a figura 1 é uma vista diagramática de um aparelho para misturar ilustrando a orientação das regiões de fluxo de líquido; a figura 2 é uma outra vista diagramática do aparelho da figura 1 ilustrando o movimento de partículas dentro das regiões de fluxo de líquido; a figura 3 fornece (a) uma vista em perspectiva; (b) uma vista superior; e (c) uma vista lateral de um impulsor usado em modalidades da presente invenção; a figura 4 fornece um gráfico de comparação de Torque (Nm) versus Tempo para um aparelho de mistura de Fluxo de Redemoinho usando um impulsor de estado da técnica e um aparelho de mistura de Fluxo de Redemoinho usando o impulsor ilustrado na figura 3; a figura 5 fornece uma vista diagramática de um arranjo de gerador portátil que pode ser acoplado a um agitador de fluxo de redemoinho para suprir exigências de energia adicional para partida.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[067] A presente invenção fornece um novo projeto de impulsor e método de operação associado para reduzir torque de partida do impulsor de um aparelho de mistura do tipo de Fluxo de Redemoinho. Reduzir torque de partida visa permitir que um misturador/agitador do tipo de Fluxo de Redemoinho seja iniciado usando uma capacidade de motor dimensionada de modo normal para acionar o impulsor desse aparelho de mistura.

[068] O conceito por trás de mistura e precipitação com fluxo de redemoinho é que, além da componente de velocidade vertical para suspensão de sólidos, Fluxo de Redemoinho usa uma velocidade horizontal grande para aumentar a velocidade total sobre a parede de vaso. Isto resulta em capacidade de supressão de crosta aperfeiçoada. Em um aparelho de mistura do tipo de Fluxo de Redemoinho, um impulsor de fluxo radial perto do topo do vaso puxa pasta fluida ao longo do eixo geométrico vertical do vaso e descarrega a pasta fluida radialmente para fora com uma componente de velocidade tangencial grande, enquanto também transmitindo uma velocidade de redemoinho grande (ver as figuras 1 e 2). À medida que a pasta fluida alcança a parede de vaso ela muda de direção e espirala para baixo ao longo da parede de vaso. Ao alcançar o fundo de vaso, a pasta fluida espirala na direção do eixo geométrico do vaso. Desse modo, a velocidade de redemoinho aumenta por causa de conservação de momento angular que exige que o produto de velocidade tangencial pelo raio permaneça constante. A pasta fluida em redemoinho rápido então sobe ao longo do eixo geométrico de vaso e entra no agitador. Notar que palhetas de guiamento ou alinhadores de fluxo não são usados. As velocidades de pasta fluida altas resultantes ao longo da parede de vaso resultam em uma taxa de formação de crosta reduzida, o que melhora desempenho por meio de seu impacto em volume de vaso e fator de operação.

[069] Precipitação com Fluxo de Redemoinho aumenta rendimento por meio de fator de operação e volume de vaso aumentados, e o baixo custo de conversão faz dela a opção preferida para substituição de um tubo de aspiração danificado. O agitador tem capacidade superior de nova suspensão, o que permite recuperação fácil a partir de uma interrupção de fornecimento de energia. Cuidados devem ser tomados para otimizar duração de ciclo.

[070] Tanques de pasta fluida com instalação de impulsores de Fluxo de Redemoinho usados em indústria de processamento de minerais tipicamente têm um diâmetro de tanque de 5 a 20 m e altura de tanque de 10 a 40 m. A massa de pasta fluida em tais tanques é muito grande, tipicamente de 5 a 10 milhões toneladas em cada tanque. Para mistura e suspensão eficiente de sólidos (tipicamente na faixa de 5 μm a 5 mm, partículas de minério ou produto com gravidade específica (SG) na faixa de ~1-8, mas SG usualmente dentro de ~2-5), a mistura de pasta fluida é redemoinhada lentamente de acordo com a ação de um impulsor de Fluxo de Redemoinho. Deve ser considerado que gravidade específica neste contexto define a densidade de um líquido ou sólido quando comparada à densidade de um volume igual de água a 4 °C e 1 atm (101,325 kPa). Durante condições normais de planta, tais tanques de agitação de Fluxo de Redemoinho podem continuar a ser operados sem parada por 6 meses a 2 anos, com fluxo de produto de pasta fluida fluindo do primeiro tanque para o último tanque em um conjunto de tanques de processamento típico.

[071] O movimento do impulsor em um vaso/tanque de Fluxo de Redemoinho pode parar por muitos motivos tais como, por exemplo, uma falha de energia, ou falha de equipamento (por exemplo, dano de caixa de engrenagens) ou uma paralisação de equipamento a jusante (por exemplo, classificadores) e outros eventos. Paralisação é também esperada para paralisação de rotina para remoção de carepa ou limpeza de sedimentação.

[072] Reiniciar um impulsor de Fluxo de Redemoinho com a pasta fluida/líquido estacionário (algumas vezes com sólidos sedimentados) pode ser difícil nestes tanques maiores. Nos tanques de Fluxo de Redemoinho de estado da técnica, o consumo de energia no motor foi encontrado tipicamente como excedendo o limite, o que pode causar interrupção do fornecimento de energia (por exemplo, taxado em 200 a 300 Amperes = 2400 watts a 3600 watts), e fornecendo consequentemente um alto risco de dano elétrico.

[073] Embora não querendo ficar limitado a qualquer teoria, os inventores surpreendentemente descobriram que este alto consumo de energia inicial está relacionado com o ângulo de impacto de fluxo do líquido nas lâminas do impulsor durante o procedimento de partida do vaso de Fluxo de Redemoinho. Isto resulta em um carregamento de torque inicial muito alto para o sistema de eixo de agitador (em alguns casos 2 a 3 vezes o carregamento de torque de estado estável), o que resulta em alto consumo de energia.

[074] Tal como mostrado pelas medições de torque versus tempo na figura 4, para arranjos do estado da técnica (de acordo com configurações de vasos de Fluxo de Redemoinho mostradas na patente Estados Unidos No. 6.467.947) e um vaso de Fluxo de Redemoinho de acordo com uma modalidade da presente invenção, o torque inicial alto é dissipado gradualmente à medida que a mistura de pasta fluida fica totalmente em um movimento de fluxo de redemoinho após alcançar o estado estável de projeto, com o ângulo de colisão de fluxo relativo contra as lâminas reduzido significativamente. A potência de estado estável final pode ser tão pequena quanto 1/3 do torque de pico inicial (de novo tal como mostrado na figura 4).

[075] Os Inventores descobriram que este problema de torque de partida alto pode ser resolvido por meio de duas abordagens: 1) Reduzir o ângulo de colisão de fluxo contra as lâminas no momento inicial durante partida, quando o agitador é simplesmente ligado para uma velocidade de projeto a partir de zero; e/ou 2) Reduzir a densidade de pasta fluida que o impulsor encontra na partida, por exemplo, ao reduzir o nível de líquido, ou ao introduzir bolhas de ar.

[076] Para a primeira abordagem de reduzir o ângulo de colisão, um novo projeto de impulsor foi inventado para um agitador de Fluxo de Redemoinho consistindo de lâminas curvadas para trás.

[077] Uma modalidade deste novo projeto de impulsor está mostrada na figura 3. Referindo-se à figura 3, o impulsor 300 compreende quatro lâminas espaçadas ao lado igualmente de forma anular 310 que se estendem radialmente para fora (em relação ao eixo geométrico vertical central X-X) do cubo central 315 que gira em volta do eixo geométrico vertical central X-X. Embora quatro lâminas 310 estejam mostradas na modalidade ilustrada, deve ser considerado que o impulsor 300 pode ter um número diferente das lâminas 310, por exemplo, duas, três, cinco ou seis lâminas 310 espaçadas igualmente ao lado em volta do eixo geométrico vertical central X-X. Cada lâmina 310 compreende um elemento curvado radialmente para trás em um arco de corda de 20 a 60 graus de ângulo de corda α em relação ao eixo geométrico vertical central X-X (que forma a seção angulada 313 desta lâmina 310). Nas modalidades ilustradas, o arco de corda tem um ângulo de corda α de 30 graus. Entretanto, deve ser considerado que outros ângulos de cordas α são possíveis para o arco de corda de cada lâmina 310. Tal como mostrado na figura 3, o ângulo de corda α é o ângulo entre uma linha radial (raio e) se estendendo do eixo geométrico vertical central X-X pelo ponto de fixação (ponto de origem) 317 da lâmina 310 e uma linha radial adicional (raio f) se estendendo do eixo geométrico vertical central X-X para o ponto de extremidade distal 318 da lâmina 310. O ângulo de corda α define o ângulo que o arco atravessa do ponto de origem 317 para o ponto de extremidade 318 do arco em um círculo centrado no ponto de origem 317.

[078] A curvatura da lâmina impulsora 310 é otimizada para permitir que o ângulo de impacto da pasta fluida seja minimizado à medida que a pasta fluida flui do centro para a ponta de lâmina, quando visto em uma estrutura rotativa de referência (isto é, tal como visto das lâminas). O raio de curvatura ideal R está na faixa de 0,30 a 0,35 do diâmetro D do impulsor 300. As lâminas 310 são montadas substancialmente paralelas ao eixo geométrico vertical central X-X. A altura das lâminas 310, portanto, fica alinhada substancialmente paralela ao eixo geométrico vertical central X-X do vaso 102 e tem uma altura substancialmente constante e espessura substancialmente constante fixadas ao dito disco de base com as ditas lâminas

310. Deve ser notado que a montagem das lâminas pode ter alguma variação secundária em relação a ficar paralela ao eixo geométrico vertical central X-X; por exemplo, diferença de + ou – cerca de 5 graus sem qualquer efeito significativo para a função do impulsor.

[079] O impulsor 300 pode conter qualquer número das lâminas 310, as quais podem ser de qualquer material, incluindo aço inoxidável ou qualquer outro material conhecido para as pessoas na técnica pertinente. Na modalidade ilustrada, existem quatro lâminas impulsoras 310. A presente invenção considera qualquer número de lâminas impulsoras, e lâminas impulsoras de qualquer comprimento e configuração. O comprimento das lâminas impulsoras 310 mostradas na figura 3 pode ser escalado para cima ou para baixo, dependendo das dimensões do vaso 102, do tamanho desejado das partículas suspensas 106, velocidade de operação desejada e de outros parâmetros de processo e de dimensões.

[080] O cubo central 315 compreende um corpo de uma maneira geral cilíndrico circundado por cada uma das lâminas

310. Na modalidade ilustrada, as lâminas 310 penetram no cubo central 315 e são conectadas no centro de rotação do impulsor 300. O cubo central 315 inclui também uma placa superior de cubo 320 que inclui uma série de orifícios permitindo que a placa 320 seja conectada a um eixo de acionamento (tal como mostrado nas figuras 1 e 2). As quatro lâminas 310 são espaçadas ao lado de forma anular em volta do cubo central 315, com cada lâmina 310 sendo montada de uma maneira geral oposta a uma outra lâmina 310 em volta do cubo central 315. Em algumas modalidades, o ponto de montagem de lâmina oposta no cubo central 310 pode ficar ligeiramente deslocado. Em outras modalidades, os pontos de montagem de cada lâmina 310 são arranjados para ficar diretamente opostos (180 graus) ao ponto de montagem de uma outra lâmina 310 em volta do cubo central 315.

[081] Este projeto permite um torque de partida expressivamente menor, quando comparado aos projetos de impulsores de fluxo de redemoinho anteriores, por exemplo, tal como mostrado na patente Estados Unidos No. 6.467.947. Testes de laboratório foram conduzidos para comparar este projeto com um projeto convencional. Os tanques de testes de 1 m diâmetro e 2 a 3 m de altura foram feitos de materiais acrílicos transparentes instalados em um tanque quadrado de vidro externo para observação visual. O impulsor 300 foi montado no eixo central do tanque de teste equipado com um detector de torque e velocidade Ono Sokki SS101. A velocidade, torque e nível de líquido foram registrados usando um computador pessoal equipado com uma placa de aquisição de dados National Instruments. Areias ou partículas de vidro (tipicamente com tamanho na faixa de 0,05 a 0,3 mm) e água de torneira foram usadas nos experimentos. Ver um registro de teste de laboratório na figura 4, onde os dados de torques estão representados graficamente contra o tempo; tempo zero é quando o agitador de redemoinho é iniciado. O torque inicial com um projeto de Fluxo de Redemoinho convencional (conforme a US 6.467.947) de ~40 N.m foi reduzido para ~25 N.m com o projeto de impulsor da presente invenção mostrado na figura 3. Outros benefícios deste projeto de impulsor: produz 10% a 50% menos profundidade de sedimentação em fundo de tanque para uma dada entrada de energia, quando comparado com usar aquele revelado na US 6.467.947.

[082] A figura 3A ilustra as duas modalidades de impulsor alternativas 300A e 300B. As modalidades têm uma configuração similar àquela do impulsor mostrado na figura 3, com a exceção da configuração da lâmina 310A e 310B. Portanto, deve ser entendido que o cubo central 315 destas modalidades é tal como descrito anteriormente para a modalidade de impulsor 300. Nas modalidades na figura 3A, as lâminas curvadas para trás 310A e 310B têm configurações de duas partes, compreendendo uma extensão radial 312A, 312B e uma parte angulada 313A, 313B. De novo, embora quatro lâminas 310A e 310B estejam mostradas nas modalidades ilustradas, deve ser considerado que as modalidades de impulsor 300A e

300B podem ter um número diferente das lâminas 310A e 310B, por exemplo, duas, três, cinco ou seis lâminas 310A e 310B espaçadas igualmente ao lado em volta do eixo geométrico vertical central X-X.

[083] O impulsor 300A ilustrado na figura 3A(a) compreende uma lâmina de duas seções tendo uma extensão radial 312A que se estende radialmente para fora do eixo geométrico vertical central X-X para a seção angulada 313A. Nesta modalidade, a seção angulada 313A compreende uma placa plana alongada que se estende ao longo de um plano linear que se estende dentro de um ângulo de corda α de 20 a 60 graus. Na modalidade ilustrada, o ângulo de corda α é de 30 graus.

[084] O impulsor 300B ilustrado na figura 3A(b) compreende uma lâmina de duas seções tendo uma extensão radial 312B que se estende radialmente para fora do eixo geométrico vertical central X-X para a seção angulada 313B. Nesta modalidade, a seção angulada 313B compreende uma placa curvada que se estende ao longo de uma curva em um arco de corda de 20 a 60 graus de ângulo de corda. Na modalidade ilustrada, o ângulo de corda α é de 30 graus.

[085] Em cada uma das modalidades de impulsor 300A e 300B, a extensão radial 312A e 312B se estende do ponto de montagem 317A, 317B próximo ao eixo geométrico vertical central X-X para a seção angulada 313A, 313B. A seção angulada 313A, 313B então se estende da extremidade da extensão radial 312A e 312B para o diâmetro externo de impulsor 318A, 318B. As extensões radiais 312A e 312B das lâminas 310A e 310B compreendem menos que 50% do comprimento das lâminas 310A e 310B, respectivamente. A extensão radial pode compreender qualquer corpo linear alongado adequado tal como uma placa, chapa, barra, haste, tira, raio.

[086] É conhecido pelos inventores que lâminas curvadas para trás e em particular impulsores curvados são usados comumente na indústria de mistura e de fluxo de fluido. Entretanto, lâminas curvadas para trás ou lâminas impulsoras curvadas não foram usadas anteriormente para geração de Fluxo de Redemoinho em um tanque aberto sem defletores para propósito de torque de partida reduzido. O uso de uma configuração como esta para este propósito não é óbvio ou rotina em projeto de agitação com Fluxo de Redemoinho. Neste aspecto, uso de lâminas curvadas para frente ou lâminas retas é uma configuração de impulsor de “senso comum” para aumentar o efeito de limpeza de superfície de parede. Entretanto, os inventores surpreendentemente descobriram que projeto de lâmina reta ou impulsores curvados para frente são realmente problemáticos para partida, quando aplicados em um contexto de Fluxo de Redemoinho sem defletores. É notado que em um projeto de agitador convencional com defletores instalados no tanque o torque de partida é aproximadamente é igual ao torque de estado estável.

[087] Um aparelho de mistura típico incorporando o impulsor 300 mostrado na figura 3 está ilustrado nas figuras 1 e 2.

[088] As figuras 1 e 2 ilustram um aparelho de mistura 100 de acordo com uma modalidade da presente invenção. O aparelho de mistura ilustrado 100 inclui um vaso 102 e uma montagem de impulsor 104. O vaso 102 inclui uma parede lateral de vaso 120 e um fundo de vaso 124, e define uma altura de vaso 128 e um diâmetro de vaso 130. A parede lateral de vaso 120 inclui uma superfície interna de parede lateral de vaso 122. O fundo de vaso 124 inclui uma inclinação 126. A montagem de impulsor 104 compreende um agitador que inclui um eixo de impulsor 142, um acionamento mecânico 144 (tipicamente conectado a um motor de agitador (não ilustrado)) e um impulsor 300 tendo as lâminas impulsoras 310 e o cubo 315 (tal como ilustrado mais claramente na figura 3).

[089] Deve ser considerado que uma configuração similar também pode ser aplicada para um vaso de fundo plano. Entretanto, em tais tanques um componente de fundo ou de base pode ser exigido para ajudar na remoção de quaisquer sólidos grosseiros sedimentados, com o componente direcionando quaisquer sólidos sedimentados ou coletados para um ponto de drenagem, tipicamente no lado da base ou fundo do vaso.

[090] Tal com mostrado mais claramente na figura 1, um líquido 160 dentro do vaso 102 inclui uma superfície de líquido 162, uma região de fluxo ascendente 164, uma região de fluxo de transição 166 e uma região de fluxo descendente

168. As partículas, se presentes dentro do vaso 102, incluem as partículas suspensas 106 e as partículas precipitadas

108. Tal com mostrado mais claramente na figura 2, as partículas definem a região de movimento de partículas para cima 200, uma região de movimento de partículas de transição 202, uma região de movimento de partículas para baixo 204 e uma região de coleta de partículas grandes 206.

[091] Tal como usado neste documento e nas reivindicações, o termo “velocidade de sedimentação” significa a componente de eixo geométrico vertical da velocidade com a qual uma partícula suspensa, tendo uma densidade maior que a do líquido ou solução circundante, e que seja grande o suficiente para precipitar no líquido ou solução, desloca na direção do fundo do vaso de mistura. De uma maneira geral, em um dado líquido, pode ser presumido que partículas maiores têm uma velocidade de sedimentação maior que a das partículas menores da mesma densidade. Também, de uma maneira geral, pode ser presumido que partículas de um dado tamanho suspensas em líquidos tendo uma densidade ou viscosidade mais baixa têm uma velocidade de sedimentação maior que as das partículas suspensas em líquidos tendo uma densidade ou viscosidade mais alta. Portanto, partículas maiores que as partículas suspensas (isto é, as partículas precipitadas 108) caem na direção do fundo de vaso 124 e podem ficar disponíveis para remoção. O tamanho e geometria do vaso 102 e o tamanho, velocidade e configuração da montagem de impulsor 104 podem ser escolhidos de acordo com critérios de dimensionamento convencionais tendo em vista a presente revelação e a aplicação desejada (incluindo propriedades de líquidos e de partículas). Portanto, os componentes do sistema de mistura podem ser escolhidos, e uma vez que escolhidos podem ser operados, para alcançar precipitação de um tamanho de partícula desejado. Entretanto, deve ser considerado que a presente invenção abrange elevação e suspensão de quaisquer tamanhos de partículas grandes ou pequenos ou partículas tendo qualquer velocidade de sedimentação baixa ou alta.

[092] O vaso 102 ilustrado é cilíndrico em forma (com uma seção transversal circular), e ele pode ter qualquer altura de vaso 128 e qualquer diâmetro de vaso 130.

Preferivelmente, a altura de vaso 128 é pelo menos três (3) vezes o valor do diâmetro de vaso 130. As dimensões particulares podem ser escolhidas de acordo com princípios de projeto bem conhecidos de acordo com os parâmetros do(s) líquido(s), particulado e propósito da aplicação desejada. A parede lateral de vaso 120 e o fundo de vaso 124 podem ser feitos de qualquer material, incluindo, mas não limitado a isto, aço inoxidável. A parede lateral de vaso 120 e o fundo de vaso 124 também podem ser feitos de qualquer outro material conhecido na técnica pertinente. A parede lateral de vaso 120 pode ser fixada ao fundo de vaso 124 em qualquer modo, incluindo, mas não limitado a isto, soldagem, rebitagem ou qualquer outro método conhecido na técnica pertinente.

[093] Na modalidade mostrada nas figuras 1 e 2, a superfície interna de parede lateral de vaso 122 e todas as outras partes do vaso 102 não têm defletores. A falta de defletores pode ajudar a impedir formação de crosta sobre a superfície interna de parede lateral de vaso 122. A presente invenção, certamente, não está limitada a vasos que são desprovidos de defletores.

[094] O vaso 102 pode ter qualquer volume que seja apropriado para uso como um precipitador para as partículas suspensas 106. O volume do vaso 102 tipicamente está entre

2.000 a 5.000 m3. Em uma modalidade exemplar, precipitadores para alumina foram projetados com o vaso 102 com volumes de aproximadamente 64 L, 76 L, 2.000 L, 120.000 L, 230.000 L e

530.000 L. Em uma outra modalidade, misturadores de pasta fluida de carvão foram projetados com o vaso 102 com volumes de aproximadamente 19 L, 380 L e 22,8 milhões de litros.

[095] O fundo de vaso pode ser de qualquer forma. Na modalidade preferida mostrada nas figuras, o fundo de vaso 124 é cônico em forma e tem uma inclinação de fundo de vaso 126 de pelo menos quarenta e cinco (45) graus. Em modalidades nas quais o fundo de vaso é cônico, a inclinação de fundo de vaso 126 pode ser de qualquer ângulo, incluindo zero grau (superfície plana), entre zero e quarenta e cinco graus ou maior que quarenta e cinco graus.

[096] A montagem de impulsor 104 inclui o impulsor 300 tal como descrito anteriormente. Deve ser considerado que o impulsor também pode compreender as modalidades de impulsor 300A e 300B ilustradas na figura 3A.

[097] O impulsor 300 é de um projeto de impulsor no qual o líquido 160 pode ser puxado para cima na direção das lâminas impulsoras 310 e através delas. Parte do líquido 160, certamente, pode ser impulsionada através delas radialmente. As lâminas impulsoras 310 são conectadas à extremidade inferior do eixo de impulsor 142 e espaçadas ao lado de forma anular em localizações radiais aproximadamente equidistantes em volta do eixo de impulsor 142. As lâminas impulsoras 310 podem ser contidas em uma montagem de peça única para fixação à extremidade inferior do eixo de impulsor 142, ou elas podem ser fixadas individualmente à extremidade inferior do eixo de impulsor 142.

[098] Na modalidade ilustrada, o torque transmitido pelo acionamento mecânico 144 para o eixo de impulsor 142 é transmitido do eixo para uma placa de cubo 320 e para o cubo 315 (figura 3). A placa de cubo 320 pode ser soldada ao eixo de impulsor 142, ou ela pode incorporar um rasgo de chaveta ou parafuso de retenção para impedir rotação da placa de cubo 320 em relação ao eixo de impulsor 142. Em uma outra modalidade exemplar, o cubo 315 incorpora orelhas soldadas ou fundidas para fixação das lâminas impulsoras 310 à placa de cubo 320. Em outras modalidades, as lâminas impulsoras 310 são soldadas ou aparafusadas à placa de cubo 320. A extremidade inferior do eixo de impulsor 142 pode se projetar abaixo das lâminas impulsoras 310, alcançando uma profundidade no líquido 160 menor que as lâminas.

[099] O acionamento mecânico 144 pode ser qualquer acionamento mecânico conhecido na técnica pertinente que possa ser adaptado para girar o eixo de impulsor 142 e as lâminas impulsoras 310 para a velocidade desejada, tal como uma caixa de engrenagens, um acionamento por correia, acionamento hidráulico e outros mais. O acionamento mecânico 144 é acoplado à extremidade superior do eixo de impulsor

142.

[0100] Uso de uma montagem de impulsor de bombeamento axial 104 pode tornar possível suspensão das partículas suspensas 106 para partículas de até cerca de 100 micra em tamanho ou para partículas tendo uma velocidade de sedimentação de até aproximadamente 30 cm por minuto. Ao variar a velocidade rotacional da montagem de impulsor 104, as forças de elevação para as partículas sólidas suspensas 106 podem ser mudadas. Ao ajustar estas forças de elevação, isto pode permitir suspensão das partículas suspensas 106 de tamanhos desejados ou tendo somente velocidades de sedimentação desejadas. Isto pode permitir que o aparelho de mistura seja usado para classificar tamanhos de partículas ou velocidades de sedimentação.

[0101] O líquido 160 pode ser qualquer meio carregador para as partículas suspensas 106, de acordo com o processo particular ao qual a presente invenção é empregada. A superfície de líquido 162 é o ponto mais alto que o líquido 160 alcança dentro do vaso 102. Em uma modalidade preferida, as lâminas impulsoras 310 são submersas em um terço (1/3) da distância da superfície de líquido 162 para o fundo de vaso 124 (a altura de líquido 129). Em outras modalidades, as lâminas impulsoras 310 são submersas em distâncias entre um décimo (1/10) a um meio (1/2) da distância da superfície de líquido 162 para o fundo de vaso 124 (a altura de líquido 129). As lâminas impulsoras 310 também podem ser submersas em outras profundidades, dependendo das características de fluxo desejadas do líquido 160 dentro do vaso 102.

[0102] O líquido 160 inclui uma região de fluxo ascendente 164, uma região de fluxo de transição 166 e uma região de fluxo descendente 168. A região de fluxo ascendente 164 pode ter ambas de uma componente de velocidade axial (para cima, substancialmente ao longo do eixo geométrico do eixo de impulsor 142) e uma tangencial (girando substancialmente em volta do eixo geométrico do eixo de impulsor 142) para o seu movimento. O líquido 160 desloca através da região de fluxo ascendente 164 na direção das lâminas impulsoras 310. Em uma modalidade preferida, a velocidade no centro da região de fluxo ascendente 164 é maior que nas bordas externas da região de fluxo ascendente 164, em ambas da componente axial e a componente tangencial da velocidade. A relação entre as velocidades em várias partes da região de fluxo ascendente 164 pode variar dependendo das dimensões do vaso 102 e da montagem de impulsor 104, assim como da velocidade rotacional das lâminas impulsoras 310.

[0103] A região de fluxo de transição 166 pode ter componentes de velocidade axial, tangencial e radial (deslocando do centro do vaso 102 para a parede lateral de vaso 120). Tal como pode ser visto na figura 1, o líquido 160 pode ter componentes de velocidade em um arco, deslocando para cima na direção da superfície de líquido 162, para fora na direção da parede lateral de vaso 120 e/ou para baixo na direção da base 124.

[0104] A região de fluxo descendente 168 pode ter componentes de velocidade axial, tangencial e radial para o seu movimento. Em uma modalidade preferida, a velocidade no centro da região de fluxo descendente 168 é maior que nas bordas externas da região de fluxo descendente 168, em ambas de a componente axial e a componente tangencial da velocidade. A relação entre as velocidades em várias partes da região de fluxo descendente 168 pode variar dependendo das dimensões do vaso 102 e da montagem de impulsor 104, assim como da velocidade rotacional das lâminas impulsoras

310. A região de fluxo descendente total 168 pode se deslocar em um movimento tangencial rápido, deslocando em volta do eixo geométrico de eixo de impulsor, enquanto que deslocando ao mesmo tempo para baixo. Este movimento tangencial e axial rápido na região de fluxo descendente 168 pode ajudar a reduzir ou eliminar crosta sobre a parede lateral de vaso

120.

[0105] Em uma modalidade exemplar, um método e aparelho são fornecidos para suspender e classificar partículas sólidas de até cerca de 100 micra em tamanho ou tendo velocidades de sedimentação de até aproximadamente 30 cm por minuto, em vasos cilíndricos altos, usando um impulsor de bombeamento para cima axial, e equipados com um fundo de vaso cônico.

[0106] Nesta modalidade exemplar, as lâminas impulsoras 310 são submersas no líquido 160 e localizadas centralmente na metade superior do líquido 160, em um vaso 102 com uma razão da altura de vaso 128 para o diâmetro de vaso 130 maior que três (3).

[0107] Nesta modalidade exemplar, a rotação da montagem de impulsor 104 pode produzir três componentes de velocidade de fluxo no fluido 160: axial, radial e tangencial. A componente de velocidade radial de fluxo é causada pela rotação de impulsor, e este fluxo pode deslocar o fluido 160 através da região de fluxo de transição 166, na direção da parede lateral de vaso 120. A componente de velocidade axial de fluxo pode ajudar a deslocar o fluido 160 do fundo de vaso 124, através da região de fluxo ascendente 164, na direção das lâminas impulsoras 310. A componente de velocidade tangencial de fluxo causa rotação do corpo inteiro do fluido 160 no vaso 102, em volta de um eixo geométrico vertical central que é substancialmente coincidente com o eixo geométrico de rotação X-X (eixo geométrico vertical central) do eixo de impulsor 142.

[0108] O movimento do fluido 160 pode alcançar uma condição de estado estável, em que o movimento de fluxo tangencial que é induzido pela montagem de impulsor 104 produz um efeito tal como tornado para cima na região de fluxo ascendente 164. Nesta modalidade, a velocidade angular tangencial do fluido 160 na região de fluxo ascendente 164 pode ser maior que a velocidade angular tangencial na região de fluxo descendente 168 na parede lateral de vaso 120. Também, o fluido na região de fluxo ascendente 164 pode ter uma componente de velocidade axial que excede a componente de velocidade axial na região de fluxo descendente 168. Este fenômeno torna possível elevar as partículas sólidas suspensas 106 do fundo de vaso 124 na direção da região de fluxo de transição 166 e da superfície de líquido 162.

[0109] As partículas suspensas 106 são carregadas ao longo da região de fluxo ascendente 164, da região de fluxo de transição 166 e da região de fluxo descendente 168, enquanto suspensas no líquido 160. De uma maneira geral, as partículas suspensas 106 seguem os mesmos vetores de velocidade das partes do líquido 160 nas quais elas estão suspensas. As partículas suspensas 106 são carregadas para cima pelo movimento do líquido 160 na região de movimento de partículas para cima 200, em uma direção substancialmente axial, na direção das lâminas impulsoras 310. Após passar para acima das lâminas impulsoras 310, as partículas suspensas 106 são carregadas na região de movimento de partículas de transição 202 na direção da parede lateral de vaso 120. Uma vez que as partículas suspensas 106 alcancem a região de fluxo descendente 168, elas são carregadas na região de movimento de partículas para baixo 204 até que elas alcancem o fundo de vaso 124. Se as partículas suspensas 106 tiverem aumentado para um tamanho que possa permitir que elas precipitem no líquido 160, elas podem se tornar as partículas precipitadas 108, as quais acumulam no fundo de vaso 124 na região de coleta de partículas grandes 206. Uma vez que as partículas precipitadas 108 sedimentem na região de coleta de partículas grandes 206, estas partículas podem ser removidas do aparelho de mistura 100, preferivelmente por meio de recursos convencionais, para serem usadas para outros propósitos industriais.

[0110] Em uma modalidade exemplar, as partículas suspensas 106 começam a sedimentar na região de movimento de partículas para baixo 204, perto da superfície interna de parede lateral de vaso 122. Estas partículas precipitadas 108 acumulam no fundo de vaso 124, o qual preferivelmente tem uma forma cônica. Se as partículas precipitadas 108 forem menores que o tamanho desejado, as partículas são elevadas de novo na região de movimento de partículas para cima 200 e se tornam as partículas suspensas 106. Este processo de elevação e precipitação pode se repetir até que as partículas precipitadas 108 sejam pelo menos do tamanho desejado, e elas permaneçam na região de coleta de partículas grandes 206 perto do fundo de vaso 124.

[0111] Em uma modalidade exemplar de um cristalizador, em que o processo de mistura faz com que o tamanho das partículas suspensas 106 aumente durante mistura, as partículas precipitadas maiores 108 oscilam somente na região de coleta de partículas grandes 206 perto do fundo de vaso 124. A força de elevação disponível para elevar as partículas precipitadas 108 para a região de movimento de partículas para cima 200 depende da velocidade rotacional da montagem de impulsor 104. Portanto, mudar a velocidade rotacional da montagem de impulsor 104 torna possível descarregar do aparelho de mistura 100 somente as partículas precipitadas 108 pelo menos do tamanho desejado.

[0112] Em uma modalidade exemplar, o fluxo do líquido 160, das partículas suspensas 106 e das partículas precipitadas 108 é contínuo. Fluxo contínuo acarreta o líquido 160, as partículas suspensas 106 e as partículas precipitadas 108 serem periodicamente, regularmente ou constantemente adicionados e removidos do vaso 102. Em outras modalidades, o fluxo do líquido 160, das partículas suspensas 106 e das partículas precipitadas 108 não é contínuo.

[0113] Em uma modalidade exemplar de um digestor de resíduos, bolhas de metano ou de outro gás podem ser produzidas durante o fluxo do líquido 160, e estas bolhas de gás podem ser coletadas na superfície de líquido 162 e/ou acima dela. As características de fluxo do líquido 160 permitem que bolhas de gás condensem no centro do líquido 160, na região de fluxo ascendente 164. Estas bolhas de gás condensadas são então liberadas para a superfície de líquido 162, onde elas podem ser coletadas. Esta condensação de bolhas de gás impede a formação de espuma na superfície de líquido 162, o que permite coleta mais fácil do gás.

[0114] Em uma modalidade exemplar de tratamento de águas servidas, a presente invenção pode ser usada para misturar líquidos e gases contendo até aproximadamente três por cento (3%) de lama suspensa (em peso).

OPERAÇÃO DE PARTIDA

[0115] Redução adicional no torque de partida exigido pela montagem de impulsor 104 e pelo impulsor 300 pode ser alcançada por meio de métodos de reduzir a densidade de pasta fluida. Vários métodos são propostos para reduzir a densidade de pasta fluida.

[0116] Primeiramente, o líquido pode ser fornecido no vaso abaixo do nível que imergiria o impulsor 300 antes de iniciar rotação do impulsor 300; e então subsequentemente fornecer líquido adicional para o vaso 102 para imergir progressivamente o impulsor 300 para desenvolver um fluxo de redemoinho no líquido. Neste método, o motor de agitador é iniciado quando o nível de líquido 129 no vaso 102 está exatamente abaixo da posição do impulsor 300. Após um fluxo de redemoinho ser desenvolvido de modo suficiente no vaso 102, o nível de líquido 129 é então elevado gradualmente para o nível de líquido operacional normal. Este é um método adequado para aperfeiçoamento em um sistema de motor com equipamento de velocidade de eixo fixa, comum na indústria de minerais.

[0117] Em segundo lugar (além de e/ou alternativamente), fluxo de gás pode ser introduzido no líquido em um período de tempo durante rotação de partida do impulsor 300. Em modalidades, uma lança de ar 350 (figura 2) pode ser instalada no vaso 102, localizada na base ou fundo 124 do vaso 102. Neste método, fluxo de ar pode ser injetado no líquido no vaso 102. A lança de ar 350 (agitador) é então ligada e permanece funcionando até que um fluxo de redemoinho seja desenvolvido de modo suficiente. O fluxo de ar da lança de ar 350 é desligado após um fluxo de redemoinho ser desenvolvido de modo suficiente no vaso 102 (figura 2).

[0118] Em terceiro lugar (além de e/ou alternativamente), um aditivo de modificação de viscosidade pode ser introduzido no líquido no vaso antes do início da rotação do impulsor 300 para aumentar a viscosidade do líquido. Neste método um aditivo de modificação de viscosidade adequado é introduzido pelo topo do vaso perto do eixo de acionamento, acima ou abaixo da superfície de líquido. A dosagem do aditivo de modificação de viscosidade tipicamente é uma dosagem pequena, por exemplo, de 50 a 100 ppm. Esta adição resulta em um aumento na viscosidade para tornar o fluxo suavemente laminar na maioria das aplicações. Uma quantidade pequena ideal reduzirá o carregamento de torque inicial no impulsor. O líquido de fluxo de entrada de produção pode ser introduzido uma vez que o fluxo de redemoinho esteja em movimento de estado estável no vaso. O efeito de aditivos desaparecerá no tempo, sem qualquer impacto de longo prazo na produção na continuação de tanque de processamento. Uma dosagem ideal precisará ser desenvolvida para uma dada propriedade de pasta fluida, para evitar aumento excessivo na viscosidade que pode causar aumento do torque de partida.

[0119] O exposto a seguir fornece possíveis etapas de partida seguindo a metodologia descrita anteriormente:

1. Com um vaso 102 vazio com o agitador de fluxo de redemoinho já instalado, encher com o líquido para um nível de líquido 129 exatamente abaixo do impulsor 300;

2. Ligar o motor de agitador para a velocidade de projeto;

3. Continuar a encher para elevar o nível de líquido para submergir lentamente o impulsor 300 para o nível de líquido de projeto, enquanto o impulsor 310 do agitador está girando na velocidade constante de projeto. A velocidade de enchimento é ajustada para uma duração de tempo tipicamente na faixa de 10 minutos a 10 horas, para os vasos 102 com diâmetros na faixa de 5 a 20 m, alturas de vaso de ~10 a 40 m.

4. Preferivelmente, um líquido livre de sólidos é usado para partida; por exemplo, líquido cáustico quente usado para operação de limpeza de vaso em refinaria de alumina, ou líquido ácido. Uma vez que o fluxo de redemoinho seja estabelecido, com leitura de corrente estável no motor, o fluxo de pasta fluida de produção de trabalho (com sólidos) pode ser fornecido para o vaso 102.

5. Se uma pasta fluida com sólidos normais tiver que ser usada ao encher completamente o vaso 102, tempo extra (por exemplo, 5 a 10 horas) deve ser permitido após conclusão do enchimento para ressuspensão de sólidos, o qual pode ter sedimentado para o fundo de vaso durante o processo de enchimento, inicialmente.

6. Partida é completada uma vez que o fluxo de pasta fluida de produção esteja fluindo continuamente para dentro e para fora do vaso 102, com sólidos em boa suspensão e corrente de motor com leitura estável.

7. Para um vaso 102 com pasta fluida, abaixar o nível de líquido para abaixo do agitador, e seguir de (2).

[0120] Redução adicional no torque de partida exigido pelo impulsor 300 (e pela montagem de impulsor 104/agitador) pode ser obtida adicionalmente ao modificar o aparelho de mistura.

[0121] Em algumas modalidades, o agitador pode ser acionado por um Acionador de Partida Suave ou por um Acionamento de Velocidade Variável (VSD). Neste método, o impulsor/agitador de Fluxo de Redemoinho é iniciado com uma velocidade baixa e é então acelerado (elevado) para a velocidade de projeto durante um período de 1 a 10 minutos. Os inventores consideram que este método pode ser econômico para vasos (tanques) relativamente pequenos, com classificação de capacidade de potência de motor modesta

(por exemplo, <50 kW).

[0122] Em outras modalidades, um gerador de energia elétrica grande e móvel (por exemplo, diesel) 420 (figura 5), com capacidade 2 a 4 vezes maior que a capacidade elétrica do fornecimento de energia existente, pode ser usado para evitar qualquer limitação de energia de partida. Isto pode ser instalado como um aperfeiçoamento permanente ou como uma instalação temporária 400 (figura 5), com conexões elétricas estabelecidas de tal maneira que o tanque 410 pode ser acionado temporariamente por esta unidade na partida. A unidade móvel 400 pode ser desligada, e o motor “normal” pode ser ligado, após algumas ações de comutação por meio de uma conexão elétrica 430 modificada propositadamente. Esta abordagem pode ser econômica para locais onde tanques de Fluxo de Redemoinho operam durante muito tempo sem paralisação (por exemplo, dois anos), e tais exercícios temporários envolvendo um gerador de energia móvel podem ser práticos. Deve ser considerado que esta abordagem também pode ser usada para tanques sem equipamento de capacidade de energia elétrica existente. A instalação temporária 400 também pode incluir um impulsor/agitador de acionamento de redemoinho portátil 435.

[0123] Os especialistas no assunto compreenderão que a invenção descrita neste documento está sujeita a variações e modificações além dessas descritas especificamente. É entendido que a invenção inclui todas as tais variações e modificações que estão incluídas no espírito e escopo da presente invenção.

[0124] Onde os termos “compreendem”, “compreende”, “compreendido” ou “compreendendo” são usados neste relatório descritivo (incluindo as reivindicações) eles devem ser interpretados como especificando a presença dos recursos, números inteiros, etapas ou componentes relatados, mas não impossibilitando a presença de um ou mais outros recursos, números inteiros, etapas, componentes ou grupos dos mesmos.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho para misturar um líquido contendo particulados, o aparelho caracterizado pelo fato de que compreende: um vaso para conter o líquido, o vaso incluindo uma parede lateral e um fundo; e um impulsor girando em volta de um eixo geométrico substancialmente vertical, o dito impulsor: • adaptado para submergir abaixo da superfície de líquido por uma distância que é aproximadamente um décimo a um meio da altura do líquido; e • incluindo pelo menos duas lâminas espaçadas ao lado de forma anular se estendendo radialmente para fora do eixo geométrico vertical, as lâminas compreendendo lâminas curvadas para trás que são montadas substancialmente paralelas ao eixo geométrico vertical, pelo menos 50% do comprimento de cada lâmina compreendendo uma seção angulada se estendendo dentro de um ângulo de corda de 20 a 60 graus; para produzir (a) uma região de fluxo ascendente interna localizada ao longo do dito eixo geométrico vertical, (b) uma região de fluxo de transição localizada em volta do impulsor na qual líquido desloca radialmente para fora na direção da parede lateral de vaso, e (c) uma região de fluxo descendente externa localizada ao longo da parede lateral.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seção angulada das lâminas se estende ao longo de pelo menos um de: uma curva em um arco de corda de 20 a 60 graus de ângulo de corda; ou um plano linear que se estende dentro de um ângulo de corda de 20 a 60 graus.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que as lâminas do impulsor são curvadas em um arco de corda de 30 graus de ângulo de corda.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que as lâminas do impulsor têm um raio de curvatura na faixa de 0,25 a 0,4, preferivelmente de 0,30 a 0,35 do diâmetro de impulsor.

5. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as lâminas incluem adicionalmente uma extensão radial que se estende radialmente para fora do eixo geométrico vertical para a seção angulada, a extensão radial compreendendo menos que 50% do comprimento da lâmina.

6. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a extensão radial se estende ao longo de um plano linear que se estende radialmente para fora do eixo geométrico vertical.

7. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as lâminas se estendem entre um ponto de montagem próximo ao eixo geométrico vertical e um diâmetro externo de impulsor, o diâmetro externo de impulsor sendo de 1/4 a 3/4 do diâmetro da parede lateral do vaso.

8. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o impulsor inclui um cubo central incluindo uma conexão para um eixo para girar o impulsor, as pelo menos duas lâminas conectadas ao cubo central e se estendendo para fora dele.

9. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as lâminas curvadas do impulsor têm uma altura substancialmente constante e espessura substancialmente constante fixadas ao dito disco de base com as ditas lâminas.

10. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que cada lâmina tem o mesmo comprimento e mesma configuração.

11. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o impulsor faz com que o fluxo rotacional seja de tal maneira que a velocidade tangencial máxima de fluxo de líquido no fluxo interno é cerca de 3 vezes a velocidade de fluxo de líquido do fluxo externo.

12. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o impulsor faz com que o fluxo rotacional seja de tal maneira que a velocidade de líquido do fluxo externo fica entre 0,3 m/s e 1 m/s.

13. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o vaso inclui uma extremidade superior e uma extremidade inferior e compreende uma parede lateral de contenção de uma maneira geral cilíndrica se estendendo entre as extremidades superior e inferior.

14. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a razão da altura de parede lateral de vaso para o diâmetro de vaso é pelo menos 3.

15. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o fundo de vaso é cônico e tem uma inclinação de pelo menos 45 graus.

16. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito impulsor é adaptado para submergir abaixo da superfície de líquido por uma distância que é aproximadamente um terço da altura do líquido.

17. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente um distribuidor de gás para introduzir um gás, preferivelmente ar, no líquido durante procedimentos de partida.

18. Aparelho, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o distribuidor de gás compreende uma lança de gás localizada na base do vaso.

19. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que rotação do impulsor é acionada por um Acionador de Partida Suave ou por um Acionamento de Velocidade Variável.

20. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente uma fonte de energia adicional para energizar um motor acionando rotação do impulsor.

21. Método de misturar um líquido, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: fornecer um líquido em um vaso tendo uma extremidade superior, uma extremidade inferior e uma parede de contenção substancialmente cilíndrica se estendendo entre as extremidades superior e inferior; fornecer um impulsor girando em volta de um eixo geométrico substancialmente vertical, o dito impulsor incluindo pelo menos duas lâminas espaçadas ao lado de forma anular se estendendo radialmente para fora do eixo geométrico vertical, as lâminas compreendendo lâminas curvadas para trás que são montadas substancialmente paralelas ao eixo geométrico vertical, pelo menos 50% do comprimento de cada lâmina compreendendo uma seção angulada se estendendo dentro de um ângulo de corda de 20 a 60 graus, as lâminas são submersas no dito líquido para uma posição que fica localizada aproximadamente a um décimo a um meio da distância da dita extremidade superior para a dita extremidade inferior; e produzir um fluxo no líquido com o impulsor, o dito fluxo compreendendo (a) um fluxo interno ao longo do dito eixo geométrico vertical, deslocando da extremidade inferior para a extremidade superior, (b) um fluxo para fora do impulsor para a parede de contenção, e (c) um fluxo externo ao longo da parede de contenção, deslocando da extremidade superior para a extremidade inferior.

22. Método de misturar um líquido, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que usa um aparelho conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 20.

23. Método de iniciar um aparelho conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 20, o dito método de partida caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer um líquido para o vaso abaixo do nível que imergiria o impulsor; fornecer um líquido para o vaso para imergir o impulsor; e iniciar rotação do impulsor em volta do eixo geométrico substancialmente vertical; em que a densidade do líquido em volta do impulsor é reduzida na partida do impulsor por meio de pelo menos um de: (a) introduzir fluxo de gás no líquido em um período de tempo durante rotação de partida do impulsor; (b) fornecer um líquido para o vaso abaixo do nível que imergiria o impulsor antes de iniciar rotação do impulsor; e então subsequentemente fornecer líquido adicional para o vaso para imergir progressivamente o impulsor para desenvolver um fluxo de redemoinho no líquido; ou (c) introduzir um aditivo de modificação de viscosidade no líquido antes da partida de rotação do impulsor para aumentar a viscosidade do líquido, desenvolvendo desse modo um fluxo de redemoinho no líquido compreendendo (a) uma região de fluxo ascendente interna localizada ao longo do dito eixo geométrico vertical, (b) uma região de fluxo de transição localizada em volta do impulsor na qual líquido desloca radialmente para fora na direção da parede lateral de vaso, e (c) uma região de fluxo descendente externa localizada ao longo da parede lateral.

24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o nível de líquido no vaso é elevado progressivamente para o nível de líquido desejado no vaso após um fluxo de redemoinho ser desenvolvido de modo suficiente.

25. Método, de acordo com a reivindicação 23 ou 24, caracterizado pelo fato de que o vaso é enchido progressivamente com líquido em uma duração de 10 minutos a

10 horas.

26. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23, 24 ou 25, caracterizado pelo fato de que o vaso é enchido com um líquido livre de sólidos para partida.

27. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 26, caracterizado pelo fato de que o fluxo de gás é introduzido usando um distribuidor de gás, preferivelmente uma lança de ar localizada na base do vaso ou perto dela.

28. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 27, caracterizado pelo fato de que o fluxo de gás é introduzido no líquido antes de iniciar rotação do impulsor.

29. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 28, caracterizado pelo fato de que o aditivo de modificação de viscosidade é adicionado em concentrações de 50 a 100 ppm.

30. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 29, caracterizado pelo fato de que o aditivo de modificação de viscosidade compreende pelo menos um de Polímero Carpobol, celulose de carboximetil (CMC) ou Acti-Gel.

31. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 30, caracterizado pelo fato de que líquido de produção é fornecido para o vaso após um fluxo de redemoinho ser desenvolvido de modo suficiente.

32. Método de iniciar um aparelho conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 20, o dito método de partida caracterizado pelo fato de que compreende:

fornecer um líquido para o vaso abaixo do nível que imergiria o impulsor; iniciar rotação do impulsor em volta do eixo geométrico substancialmente vertical; fornecer líquido adicional para o vaso para imergir progressivamente o impulsor para desenvolver um fluxo de redemoinho no líquido compreendendo (a) uma região de fluxo ascendente interna localizada ao longo do dito eixo geométrico vertical, (b) uma região de fluxo de transição localizada em volta do impulsor na qual líquido desloca radialmente para fora na direção da parede lateral de vaso, e (c) uma região de fluxo descendente externa localizada ao longo da parede lateral.

33. Método, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que o nível de líquido no vaso é elevado progressivamente para o nível de líquido desejado no vaso após um fluxo de redemoinho ser desenvolvido de modo suficiente.

34. Método, de acordo com a reivindicação 32 ou 33, caracterizado pelo fato de que o vaso é enchido progressivamente com líquido em uma duração de 10 minutos a 10 horas.

35. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 32, 33 ou 34, caracterizado pelo fato de que o vaso é enchido com um líquido livre de sólidos para partida.

36. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 32 a 35, caracterizado pelo fato de que fluxo de gás, preferivelmente ar, é introduzido no líquido em um período de tempo durante rotação de partida do impulsor.

37. Método, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de que o fluxo de gás é introduzido usando um distribuidor de gás, preferivelmente uma lança de ar localizada na base do vaso ou perto dela.

38. Método, de acordo com a reivindicação 36 ou 37, caracterizado pelo fato de que o fluxo de gás é introduzido no líquido antes de iniciar rotação do impulsor.

39. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 32 a 38, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente: introduzir um aditivo de modificação de viscosidade no líquido antes da partida de rotação do impulsor para aumentar a viscosidade do líquido.

40. Método, de acordo com a reivindicação 39, caracterizado pelo fato de que o aditivo de modificação de viscosidade é adicionado em concentrações de 50 a 100 ppm.

41. Método, de acordo com a reivindicação 39 ou 40, caracterizado pelo fato de que o aditivo de modificação de viscosidade compreende pelo menos um de Polímero Carpobol, celulose de carboximetil (CMC) ou Acti-Gel.

42. Impulsor para aperfeiçoamento em um vaso para conter e misturar um líquido contendo particulados, o vaso incluindo uma parede lateral e um fundo, o impulsor caracterizado pelo fato de que inclui pelo menos duas lâminas espaçadas ao lado de forma anular se estendendo radialmente para fora do eixo geométrico vertical, as lâminas compreendendo lâminas curvadas para trás que são montadas substancialmente paralelas ao eixo geométrico vertical, pelo menos 50% do comprimento de cada lâmina compreendendo uma seção angulada se estendendo dentro de um ângulo de corda de 20 a 60 graus;

em que o impulsor é aperfeiçoado para o vaso para: • girar em volta de um eixo geométrico substancialmente vertical; • ficar submerso abaixo da superfície de líquido em uma distância que é aproximadamente um décimo a um meio da altura do líquido; e • produzir (a) uma região de fluxo ascendente interna localizada ao longo do dito eixo geométrico vertical, (b) uma região de fluxo de transição localizada em volta do impulsor na qual líquido desloca radialmente para fora na direção da parede lateral de vaso, e (c) uma região de fluxo descendente externa localizada ao longo da parede lateral.

43. Impulsor, de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pelo fato de que é aperfeiçoado para um vaso para formar um aparelho conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 20.