BRPI0907062B1

BRPI0907062B1 - hidrociclone

Info

Publication number: BRPI0907062B1
Application number: BRPI0907062A
Authority: BR
Inventors: Backman Jan
Original assignee: Glv Finance Hungary Kft
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2019-10-22
Also published as: SE0800237L; SE531578C2; WO2009096890A1; US8205756B2; CA2713843A1; BRPI0907062A2; BRPI0907062A8; FI122293B; FI20105881A; US20100307969A1; CA2713843C

Abstract

hidrociclone a presente invenção refere-se a um hidrociclone (1) para separar uma mistura líquida em uma fração pesada e uma fração leve, que compreende um alojamento (2) que forma uma câmara de separação alongada (3) apresentando uma parede circunferencial (4), uma extremidade de base (5), uma extremidade de ápice (6), um meio (1 o) para suprir a mistura líquida para a câmara de separação (3) através de pelo menos um membro de entrada (7), de modo que, durante a operação, um fluxo de líquido seja gerado como um vórtice helicoidal (11) em torno de um eixo central (12), pelo menos um percurso (13) na parede circunferencial (4) pelo menos sobre uma porção da câmara de separação (3), e pelo menos um meio para criar turbulência, que compreende pelo menos um degrau (14) no percurso (13) da parede circunferencial (4) que mostra um aumento do raio da câmara de separação (3), em que pelo menos um degrau (14) apresenta um ângulo (a) com relação ao eixo central (12).

Description

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se a um hidrociclone com um meio para criar turbulência. Em maiores detalhes, um hidrociclone para separar uma mistura líquida em uma fração pesada e uma fração leve compreende um alojamento que forma uma câmara de separação alongada apresentando uma parede circunferencial, uma extremidade de base e uma extremidade de ápice. O alojamento apresenta pelo menos um membro de entrada para suprir uma mistura líquida na câmara de separação onde pelo menos um dos membros de entrada é posicionado na extremidade de base, um primeiro membro de saída para descarregar a fração leve separada da câmara de separação na extremidade de base, e um segundo membro de saída para descarregar a fração pesada separada da câmara de separação na extremidade de ápice.

Também é provido um meio para suprir a mistura líquida para a câmara de separação através de pelo menos um membro de entrada, de modo que, durante a operação, um fluxo de líquido seja gerado como um vórtice helicoidal em torno de um eixo central na câmara de separação, o dito vórtice helicoidal se estendendo da extremidade de base para a extremidade de ápice. Pelo menos um percurso é provido na parede circunferencial pelo menos sobre uma porção da câmara de separação, e é provido pelo menos um meio para criar turbulência, o qual compreende pelo menos um degrau no percurso da parede circunferencial que mostra um aumento do raio da câmara de separação.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

Na indústria de polpa e papel, hidrociclones são amplamente usados para limpar suspensões de fibras das partículas indesejadas e da poluição, partículas mais comumente pesadas. Assim, a suspensão de fibra é separada em uma fração pesada contendo as ditas partículas pesadas indesejadas e uma fração leve contendo fibras.

Na definição de partículas pesadas indesejadas, estas compre2 endem partículas apresentando uma maior densidade comparada com as fibras aceitas, tais como areia, arenito de granulação grossa, metal, flocos de revestimento e plásticos de alta densidade. Mas as partículas indesejadas poderíam também ser partículas orgânicas que se originam de fontes de madeira, por exemplo, várias partículas de casca de árvore, lascas, talhos, partículas de resina, veias e fibras grossas de parede espessa. Estas últimas poderíam apresentar densidade igual às das fibras aceitas, mas são separadas devido a sua superfície específica inferior.

Um hidrociclone típico para esta finalidade apresenta hidrociclones dispostos em estágios de realimentação em cascata.

A fim de diminuir o número de estágios de realimentação, é importante separar com seletividade tão alta quanto possível dentro de cada hidrociclone, isto é, minimizar a porção de fibra separada e descarregada através de uma saída de fração pesada de cada hidrociclone, sem reduzir a cota de partículas indesejadas. Também é importante reduzir a concentração de fibras na saída de fração pesada a fim de impedir a obstrução da saída de fração pesada no ápice e obter condições de operação seguras.

Um objetivo é o de minimizar o fator de espessamento Tf,

Tf = Rm/Rv, onde Rm é a cota de rejeição em massa (proporção de fibras) e Rv é a cota de rejeição em volume (proporção do fluxo) extraídas na saída de fração pesada.

A fim de minimizar o fator de espessamento de um hidrociclone, um meio para criar turbulência pode ser provido na câmara de separação. Tais exemplos são descritos, por exemplo, no documento EP 615469 B1. Tal meio para criar turbulência pode ser um degrau, onde o raio da parede interna da câmara de separação repentinamente aumenta, o que causa um fluxo turbulento que expande flocos de fibras e que libera partículas indesejadas da rede de fibra que é frequentemente formada próximo à parede da câmara de separação. Os degraus são paralelos com o eixo central do hidrociclone.

No entanto, existe uma necessidade de equilíbrio, de modo que a criação de um fluxo turbulento que expande os flocos de fibras não venha a perturbar o vórtice helicoidal que separa as partículas indesejadas, de modo que a eficiência de separação do hidrociclone não venha a ser diminuída.

Outro hidrociclone conhecido apresentando um meio para criar turbulência é o Celleco Cleanpac 130, fabricado e vendido pela GL&V Sweden AB. Ele apresenta um percurso helicoidal na parede circunferencial da câmara de separação, ao longo de uma porção da câmara de separação, na mesma direção que o vórtice helicoidal do fluxo de líquido, quando em uso. O meio para criar turbulência é igual aquele do documento EP 615469 B1, isto é, o percurso helicoidal mostra um aumento repentino no raio da câmara de separação, um por revolução do percurso helicoidal e paralelo com o eixo central.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção é um aperfeiçoamento da tecnologia de EP 615469 B1. Este é obtido por um hidrociclone do tipo descrito inicialmente, em que pelo menos um degrau apresenta um ângulo com relação ao eixo central.

Com a provisão de pelo menos um degrau que aumenta o raio da câmara de separação no ângulo com relação ao eixo central, um vórtice secundário é formado devido a uma queda de pressão que ocorre depois dos degraus apresentam um componente de fluxo radialmente para fora e um componente de fluxo na direção do ápice que transporta as partículas relativamente mais pesadas na parede de circunferencial da câmara de separação radialmente para fora e na direção da saída da fração pesada da extremidade de ápice. Desse modo, é minimizado qualquer componente de fluxo direcionado radialmente para dentro, o que poderia perturbar o vórtice helicoidal do fluxo de líquido e assim perturbar a separação de partículas indesejadas.

O eixo rotacional do vórtice secundário tem aproximadamente o mesmo ângulo com relação ao eixo central que um degrau ou um ângulo maior. Isto se deve ao fato de, principalmente, o vórtice secundário ficar em linha com o degrau inclinado, mas uma porção do vórtice helicoidal que percorre ao longo da parede circunferencial irá alcançar o degrau inclinado com um pequeno retardo ao longo do degrau, uma vez que o vórtice helicoidal alcança primeiro o degrau em uma primeira extremidade mais próxima à extremidade de base do hidrociclone e depois subsequentemente ao longo do degrau na direção de uma segunda extremidade do degrau mais próximo à extremidade de ápice.

De acordo com uma concretização, quando mais de um degrau for disposto no percurso da parede circunferencial, uma passagem será formada entre dois degraus subsequentes na direção da extremidade de ápice. A passagem terá aproximadamente o mesmo raio. Esta passagem irá minorar partículas indesejadas que fluem ao longo do percurso para fluir na direção da extremidade de ápice através da passagem para o nível subsequente de percurso na parede circunferencial. O vórtice secundário depois da passagem irá adicionalmente aliviar o fluxo de partículas indesejadas com relação ao nível subsequente de percurso.

Em outra concretização, a primeira e a segunda extremidades do degrau são arredondadas, de modo que seja provida uma conexão suave entre os percursos subsequentes antes e depois do degrau.

O percurso na parede circunferencial pode ter muitas formas e constelações diferentes. Por exemplo, o percurso pode apenas cobrir uma porção da parede circunferencial vista ao longo do eixo central. Mas o percurso pode também ou alternativamente apenas cobrir uma porção da circunferência, por exemplo, metade da circunferência. Em uma concretização preferida, o percurso apresenta uma forma helicoidal. Em outra concretização preferida, o percurso é helicoidal, mas assimétrico, de modo que um lado da parede circunferencial seja liso e o lado oposto apresente uma profundidade de percurso maior comparada ao percurso helicoidal simétrico. Em uma concretização preferida adicional, o percurso se apresenta na forma de cilindros assimetricamente dispostos, diminuindo assim no raio na direção da extremidade de ápice, onde um lado da parede circunferencial é liso e o lado oposto apresenta uma profundidade de percurso comparada a cilindros simetricamente dispostos.

De acordo com uma concretização adicional da presente inven5 ção, cada revolução do percurso helicoidal da parede circunferencial compreende um degrau. O ângulo do degrau com relação ao eixo central pode estar entre 2 e 70 graus, preferivelmente entre 5 e 45 graus.

Embora os dois hidrociclones conhecidos descritos acima diminuam o fator de espessamento, um hidrociclone da presente invenção irá também aumentar a eficiência de redução de rejeição. Desse modo, será possível extrair uma quantidade menor de fração pesada separada (isto terá sucesso devido ao menor fator de espessamento) e ainda reduzir as partículas indesejadas no mesmo nível ou em um nível ainda melhor. Por isso, uma menor fração de luz (por exemplo, contendo fibras) será perdida. Testes mostraram que isto dará origem a melhores efeitos nos hidrociclones com grandes entradas, o que irá também conferir uma queda de pressão menor sobre o hidrociclone e assim economizar energia.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A presente invenção será agora descrita em maiores detalhes com referência aos desenhos anexos, nos quais:

a figura 1 mostra uma vista em seção de um hidrociclone, de acordo com uma concretização da presente invenção;

a figura 2 mostra características funcionais em uma concretização da invenção;

a figura 3 mostra um percurso helicoidal dentro de um hidrociclone, de acordo com uma concretização da presente invenção;

a figura 4 mostra um percurso helicoidal assimétrico dentro de um hidrociclone, de acordo com outra concretização da presente invenção; e a figura 5 mostra um percurso dentro de um hidrocarbono formado por cilindros assimetricamente dispostos, de acordo com uma concretização adicional da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS DA PRESENTE INVENÇÃO

A figura 1 mostra um hidrociclone 1 para separar uma mistura líquida em uma fração pesada e uma fração leve em uma vista em seção ao longo de um eixo central 12. O hidrociclone 1 compreende um alojamento 2 que forma uma câmara de separação alongada 3 apresentando uma parede circunferencial 4. O hidrociclone 1 apresenta uma extremidade de base 5 em que é disposto um membro de entrada 7, através do qual uma mistura líquida a ser separada será suprida preferivelmente de forma tangencial na câmara de separação 3 por um meio 10 para esta finalidade, tal como uma bomba, a fim de gerar um fluxo de líquido na forma de um vórtice helicoidal 11 em torno do eixo central 12. Caso desejado, diversos membros de entrada podem ser dispostos, por exemplo, dispostos em torno do meio do comprimento do hidrociclone 1 (não mostrado).

O hidrociclone 1 compreende uma extremidade de ápice 6 oposta à extremidade de base 5. Pelo menos dois membros de saída diferentes são dispostos. Em uma concretização da presente invenção, vide figura 1, um primeiro membro externo 8 é disposto para descarregar a fração leve separada da câmara de separação 3 na extremidade de base 5 e um segundo membro de saída 9 é disposto para descarregar a fração pesada separada da câmara de separação 3 na extremidade de ápice 6. O vórtice helicoidal 11 se estende da extremidade de base 5 para a extremidade de ápice 6.

Um hidrociclone 1, de acordo com a presente invenção, é provido com pelo menos um percurso 13 na parede circunferencial 4 da câmara de separação 3. O percurso 13 na parede circunferencial 4 pode ter muitas formas e constelações diferentes. Por exemplo, o percurso 13 pode apenas cobrir uma porção da parede circunferencial 4 vista ao longo do eixo central (vide, por exemplo, a figura 1). Mas o percurso 13 pode também ou alternativamente apenas cobrir uma porção da circunferência (vide, por exemplo, as figuras 4 e 5) ou, por exemplo, metade da circunferência.

No hidrociclone da invenção 1, há pelo menos um meio de criação de turbulência, que compreende pelo menos um degrau 14 neste percurso 13 da parede circunferencial 4, mostrando um aumento do raio da câmara de separação 3. Pelo menos um degrau é disposto em um ângulo α com relação a um plano que se estende através do eixo central 12. O ângulo é um ângulo positivo visto na direção da extremidade de ápice 6. Preferivelmente, o ângulo α está entre 2-70 graus, e, mais preferivelmente, entre 5 7 graus. Preferivelmente, cada revolução do percurso 13 na parede circunferencial 4 compreende um degrau 14. Também é concebível dispor mais de um degrau 14 por revolução.

Quando o vórtice helicoidal 11 fluir ao longo da parede circunferencial 4 da câmara de separação 3, ele alcançará o degrau inclinado 14, e um vórtice secundário 15 será formado devido a uma queda de pressão que ocorre depois do degrau 14 (vide figura 2). O vórtice secundário 15 apresenta um componente de fluxo radialmente para fora e um componente de fluxo na direção da extremidade de ápice 6 que transporta as partículas relativamente mais pesadas 25 na parede circunferencial 4 da câmara de separação 3 radialmente para fora e para a saída de fração pesada 9 na extremidade de ápice 6.

As partículas de rejeição pesadas 25, que foram transportadas por meio do vórtice secundário 15, pousarão em uma prateleira 24 e o vórtice helicoidal 11 irá conduzir o transporte das partículas de rejeição pesadas 25 até que elas alcancem uma passagem 17 nas proximidades do degrau subsequente 14 na direção da extremidade de ápice 6, quando a parede circunferencial 4 for provida com mais de um percurso 13. O vórtice secundário 15 do degrau subsequente 14 irá adicionalmente transportar as partículas de rejeição pesadas 25. A passagem 17 terá preferivelmente aproximadamente o mesmo raio. Nas concretizações mostradas, as passagens 17 e os degraus 14 são situados aproximadamente no mesmo ângulo rotacional em torno do eixo central 12 para cada revolução do percurso 13, mas, naturalmente, é concebível dispor os degraus 14 com mais ou menos 360 graus com relação ao degrau subsequente 14 no percurso 13, por meio do que a forma da passagem 17 irá diferir correspondentemente.

Um eixo rotacional 16 do vórtice secundário 15 tem aproximadamente o mesmo ângulo que o eixo central 12 como degrau 14 ou um ângulo maior. Isto se deve ao fato de principalmente o vórtice secundário 16 estar em linha com o degrau inclinado 14, mas uma porção do vórtice helicoidal 11 que percorre ao longo da parede circunferencial 4 irá alcançar o degrau inclinado 15 com um pequeno retardo ao longo do degrau 14, uma vez que o vórtice helicoidal 11 primeiramente alcance o degrau 14 em uma primeira extremidade 18 mais próxima à extremidade de base 5 do hidrociclone 1 e então subsequentemente ao longo do degrau 14 na direção de uma segunda extremidade 19 do degrau 14 mais próximo à extremidade de ápice 6.

Na concretização da figura 2, a primeira 18 e a segunda 19 extremidades do degrau 14 são arredondadas de modo que seja provida uma conexão suave entre os percursos subsequentes 13 e especialmente a prateleira 24 antes e depois do degrau 14. Como um exemplo, a profundidade do invólucro 24 é de cerca de 1 - 5 mm pelo menos na posição mais profunda, preferivelmente de 1,5 - 3 mm.

Em uma concretização preferida, o percurso 13 apresenta uma forma helicoidal (vide figuras 1, 2 e 3). Na figura 4, é mostrada outra concretização preferida do percurso 13. O percurso 13 é helicoidal, mas assimétrico, de modo que um lado 20 da parede circunferencial 4 seja liso e o lado oposto 21 tenha uma profundidade de percurso maior 22 comparada a um percurso helicoidal simétrico 13. Em uma concretização preferida adicional, vide figura 5, o percurso 13 se apresenta na forma de cilindros assimetricamente dispostos 23, que diminuem no raio na direção da extremidade de ápice 6, onde um lado 20 da parede circunferencial 4 é liso e o lado oposto 21 apresenta uma maior profundidade de percurso 22 comparada aos cilindros simetricamente dispostos 23.

Em uma concretização com um ou mais percursos 13 que não cobrem toda a revolução, por exemplo, a concretização assimétrica acima mostrada nas figuras 4 e 5, a prateleira 24 irá diminuir do degrau 14 na direção do lado liso 20, por meio do que as partículas de rejeição pesadas 25 podem ser facilmente transportadas na direção da extremidade de ápice 6 no lado liso 20 e em quaisquer passagens 17.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Hidrociclone (1) para separar uma mistura líquida em uma fração pesada e uma fração leve, que compreende um alojamento (2) que forma uma câmara de separação alongada (3) apresentando uma parede circunferencial (4), uma extremidade de base (5), uma extremidade de ápice (6), pelo menos um membro de entrada (7) para suprir uma mistura líquida na câmara de separação (3), pelo menos um dos membros de entrada (7) posicionado na extremidade de base (5), um primeiro membro de saída (8) para descarregar fração de luz separada da câmara de separação (3) na extremidade de base (5), um segundo membro de saída (9) para descarregar fração pesada separada da câmara de separação (3) na extremidade de ápice (6), um meio (10) para suprir a mistura líquida para a câmara de separação (3) através do pelo menos um membro de entrada (7), de modo que, durante a operação, um fluxo de líquido seja gerado como um vórtice helicoidal (11) em torno de um eixo central (12) na câmara de separação (3), o dito vórtice helicoidal (11) se estendendo da extremidade de base (5) para a extremidade de ápice (6), caracterizado pelo fato de que o hidrociclone (1) compreende pelo menos um percurso (13) na parede circunferencial (4) pelo menos sobre uma porção da câmara de separação (3), e pelo menos um meio para criar turbulência, que compreende pelo menos um degrau (14) no percurso (13) da parede circunferencial (4) mostrando um aumento do raio da câmara de separação (3), em que pelo menos um degrau (14) apresenta um ângulo (α) com relação ao eixo central (12).
2. Hidrociclone de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um degrau (14) inclui uma queda de pressão e um segundo vórtice (15) apresenta um eixo rotacional (16), o ângulo com relação ao eixo central (12) sendo aproximadamente igual ao ângulo (α) para o degrau (14) ou maior.
3. Hidrociclone de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que uma passagem (17) é formada apresentando aproximadamente o mesmo raio entre dois degraus subsequentes (14) na direção da extremidade de ápice (6).

Petição 870190064331, de 09/07/2019, pág. 5/9
4. Hidrociclone de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que uma primeira (18) e uma segunda (19) extremidades do degrau (14) são arredondadas para serem suavemente conectadas aos percursos subsequentes (13) na parede circunferencial (4).
5. Hidrociclone de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o percurso (13) da parede circunferencial (4) apresenta uma forma helicoidal.
6. Hidrociclone de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o percurso helicoidal (13) é assimétrico, de modo que um lado (20) da parede circunferencial (4) seja liso e o lado oposto (21) apresente uma maior profundidade de percurso (22) comparada a um percurso helicoidal simétrico (13).
7. Hidrociclone de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o percurso (13) da parede circunferencial se apresenta na forma de cilindros assimetricamente dispostos (23), diminuindo no raio na direção da extremidade de ápice (6), onde um lado (20) da parede circunferencial (4) é liso e o lado oposto (21) apresenta uma maior profundidade de percurso (22) comparada aos cilindros simetricamente dispostos (23).
8. Hidrociclone de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que cada revolução do percurso (13) da parede circunferencial (4) compreende um degrau (14).
9. Hidrociclone de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o ângulo (α) do degrau (14) com relação ao eixo central (12) está entre 2 e 70 graus.
10. Hidrociclone de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o ângulo (α) do degrau (14) com relação ao eixo central (12) está entre 5 e 45 graus.