ES2220296T3 - Procedimiento y dispositivo para extraer materiales pertubadores de un hidrociclon. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para extraer materiales perturbadores de una suspensión (S) que contiene fibras de papel utilizando un hidrociclón, en el que el líquido (W) diluyente se añade a la suspensión (S) en la zona interna, en cuanto al radio, del hidrociclón, caracterizado porque el líquido (W) diluyente se añade con un sentido de la corriente que está dirigido en el sentido contrario al sentido axial de descarga de los materiales perturbadores.

Description

Procedimiento y dispositivo para extraer materiales perturbadores de un hidrociclón.

La invención se refiere a un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 1.

Como es sabido, los hidrociclones son muy apropiados para concentrar partículas pesadas o partículas ligeras en suspensiones de pastas fibrosas por medio de fuerzas centrífugas y conducirlas fuera del hidrociclón a través de una abertura de descarga prevista para ello. Generalmente sirven para la separación de partículas de metal pequeñas, esquirlas de vidrio y arena
y / o de icopor y plásticos ligeros. Junto a la consecución de un alto efecto de separación es especialmente importante la seguridad operativa, especialmente la ausencia de obstrucción de este tipo de hidrociclones. Las obstrucciones pueden producirse cuando los materiales perturbadores se acumulan y concentran, por ejemplo, en la zona de la abertura de descarga prevista para ellos, de tal manera que se produce un bloqueo. En muchos casos tiene que encontrarse un compromiso entre la seguridad operativa, es decir, evitar las obstrucciones, por un lado, y una eficacia lo más alta posible de la máquina (caudal, efecto de separación), por otro lado. Una posibilidad conocida como tal para reducir el riesgo de obstrucción en hidrociclones de partículas pesadas consiste en que se alimenta un líquido diluyente. Para ello, un conducto de alimentación de agua desemboca en la zona del borde del hidrociclón, por ejemplo, a través de ranuras guiadas en la dirección periférica en la pared del ciclón. Sin embargo, entonces el líquido diluyente arremolina las capas del borde y tiene que atravesar la suciedad pesada concentrada ya allí, lo que puede conducir a descargar nuevamente las partículas pesadas en la corriente de pasta aceptada.

Otras soluciones utilizan para la adición del líquido diluyente un tubo central con aberturas dirigidas hacia fuera de forma radial. El documento CA 1 138 378 A muestra un ejemplo. También aquí llega rápido el líquido diluyente a la pared del hidrociclón con los efectos perjudiciales ya descritos. Debido a la corta separación y a la corriente de líquido diluyente dirigida directamente a la pared del ciclón pueden producirse efectos de rebote no deseados. Además, existe un riesgo aumentado de obstrucción de las aberturas que hay que mantener relativamente pequeñas. La corriente giratoria propuesta conduce a otros remolinos que perturban.

Otra variante se muestra en el documento US 3.785.489. Aquí existe una salida axial, no obstante debe generarse una corriente de rotación mediante un número de paletas (vanes) en la entrada central del agua de dilución que empuje el agua de dilución rápidamente hacia fuera. Junto a las desventajas ya mencionadas en el efecto de esta corriente, también existe en el caso de este tipo de paletas un riesgo de obstrucción aumentado.

La invención se basa en la tarea de crear un procedimiento para extraer materiales perturbadores de hidrociclones, con el que sea posible tanto una exclusión hacia fuera operativamente segura de los materiales perturbadores, como también un buen efecto de separación.

Esta tarea se soluciona mediante las características citadas en la parte caracterizadora de la reivindi-
cación 1.

Por consiguiente, según la invención, la introducción del líquido diluyente no tiene lugar en el borde del hidrociclón, donde es de esperar la obstrucción, sino en el centro, con dirección axial, y con ello principalmente en la corriente nuclear. En el caso de una velocidad de entrada suficientemente grande, el líquido diluyente llega a la zona cónica del espacio de separación y por medio de la acción de la corriente tangencial que se presenta allí, se mezcla paulatinamente con la suspensión de pasta fibrosa que lo rodea. El tipo de dilución conduce a una nueva descarga moderada de las fibras en la pasta aceptada, sin que suceda también lo mismo con partículas pesadas ya concentradas, puesto que éstas se encuentran contra la pared y no se ven afectadas por la adición de agua de dilución. Sin las medidas según la invención se arremolinaría una parte de las partículas pesadas ya concentradas y llegaría al centro del hidrociclón. De allí se descargarían luego con la pasta aceptada.

La invención y sus ventajas se explican mediante dibujos. En este sentido, muestran:

la figura 1, la realización del procedimiento mediante un hidrociclón de partículas pesadas en un alzado lateral, seccionado;

las figuras 2 a 4, variantes para la adición del líquido diluyente;

la figura 5, un diagrama vectorial de velocidades especiales en el borde del chorro del líquido diluyente;

la figura 6, una vista en perspectiva de un hidrociclón según la invención;

las figuras 7 y 8, otra variante en cada caso de la parte inferior del hidrociclón según la invención.

En la figura 1 se observa de forma esquemática a grandes rasgos un hidrociclón según la invención con una entrada 2 para la suspensión S que contiene fibras de papel así como con una salida 3 de pasta aceptada para la suspensión depurada, es decir, la pasta A aceptada. La suspensión S a purificar se pone en rotación y llega a la parte 6 de separación con un cono 1 de separación, en el que generalmente aumenta una vez más la velocidad de rotación. Con ello, las partículas ST pesadas contenidas se concentran en la pared interna del cono 1 de separación y descendiendo llegan al dispositivo 17 de descarga de rechazos. Según la invención, el líquido W diluyente se introduce en dirección axial en la zona interna, en cuanto al radio, del hidrociclón. En este caso, el punto 5 de adición destinado para ello tiene la separación a respecto al punto 4 más estrecho del cono 1 de separación, la cual preferiblemente, vista en la dirección axial, es de cómo máximo algunos milímetros. En caso especiales, esta distancia a puede ser de hasta el 30% de la longitud L del hidrociclón. Otro requisito útil consiste en que la distancia axial respecto a la entrada 2 se mantenga lo más grande posible, por ejemplo, de al menos el 70% de la longitud L del hidrociclón. Las partículas ST pesadas caen, tras haber pasado el punto 4 más estrecho del cono 1 de separación, a la cámara 8 de descarga, de la que se extraen como rechazo R, por ejemplo, por medio de un dispositivo 17 de descarga. Esta descarga puede tener lugar de forma continua o intermitente. En el caso del ejemplo aquí mostrado, el líquido W diluyente se añade por medio de un tubo 9 de admisión vertical sencillo, el cual en el punto 5 de adición tiene una abertura que desemboca de forma axial y en el sentido contrario al de la descarga de los materiales ST perturbadores. Esta figura también debe aclarar de forma esquemática que el líquido W añadido llega principalmente a la corriente nuclear central del hidrociclón. Concretamente es importante que los materiales ST perturbadores que están descendiendo puedan caer a la cámara 8 de descarga de la forma menos perturbada posible debido a remolinos, etc. Por otro lado, por medio de la adición del líquido W puede impedirse por completo un espesamiento no deseado de la fracción pesada, puesto que es también posible una dilución parcial en las zonas externas del cono 1 de separación. No obstante, el efecto de dilución y las corrientes transversales, remolinos, etc., vinculados con él se debilitan sucesivamente a medida que se acercan a la pared del cono, de tal manera que no hay que temer un menoscabo del efecto de separación. Estos procesos están indicados por medio de flechas 10 discontinuas. En el caso de que en casos excepcionales no pueda evitarse una rotación reducida de la corriente de agua de dilución que sale, habría que mantener su componente Vu periférica (véase la figura 5) tan reducida en comparación con la velocidad Vax axial, que el ángulo \alpha entre las resultantes de los dos vectores y el eje no sea mayor de 30º. En general, con este tipo de adición de agua de dilución se distribuye la mezcla en un volumen considerablemente mayor y, por eso, es menos perjudicial para el efecto de separación.

Con una ventaja especial, el líquido W se introduce en el hidrociclón en una determinada posición axial. Entonces, sólo existe una abertura en el punto 5 de adición. Eventualmente, su situación puede ajustarse en la dirección axial.

La figura 2 muestra una variante respecto a la realización del procedimiento. En ella, el líquido W diluyente se introduce directamente en el centro del tubo 11 de rechazos, que se conecta por debajo del cono 1 de separación, por medio de un tubo 9 de admisión curvado. En este sentido, el punto 5 de adición está seleccionado aquí de tal manera que se encuentra por debajo del punto 4 más estrecho, lo que no tiene que ser así necesariamente.

La figura 3 muestra otra posibilidad para la realización del procedimiento. Aquí, el líquido W diluyente se introduce primero en una pieza 16' insertada de flujo, en cuyo interior se encuentra un cuerpo 12 central de desplazamiento, de tal manera que se produce una sección transversal anular de la corriente. El chorro anular avanza fácilmente a la parte del cono de separación que se encuentra por encima. También está indicado aquí por medio de flechas cómo las partículas ST pesadas en las inmediaciones de la pared se deslizan hacia abajo a la cámara 8 de descarga. Pueden hacerlo sin que la corriente de líquido diluyente las descargue en la corriente nuclear del hidrociclón.

La forma de realización según la figura 4 muestra una afluencia axial del líquido W diluyente a través del tubo 9 central de admisión. Éste desemboca dentro de la pieza 16'' insertada de flujo a través de un inyector 13 en un tubo 14 central. Gracias a esto pueden sacarse partículas de la suspensión por succión fuera del ciclón y añadirse nuevamente en el centro lo que sirve para el modo estable de funcionamiento y minimiza la pérdida de fibras.

Un hidrociclón similar al de la figura 1 se muestra en la figura 6 en una vista en perspectiva. Pueden verse más detalles estructurales, sin embargo este diseño está muy simplificado aún.

La figura 7 muestra fundamentalmente la parte inferior de la figura 6 de forma ampliada. De esta manera se observa más fácilmente que el tubo 9 de admisión está atornillado exactamente en el centro y desemboca en una abertura circular, aquí por encima del punto 4 más estrecho. Es fácil de montar y puede regularse de forma axial. Con ayuda de la regulación axial es posible un mejor ajuste del hidrociclón a las condiciones existentes.

La cámara 8 de descarga de la figura 8 presenta un tubo 9 de admisión insertado de forma ligeramente excéntrica, sin embargo, éste permanece en la zona interna, en cuanto al radio, del hidrociclón. La sección transversal de salida del tubo 9 de admisión mantiene una separación b respecto a la pared del hidrociclón que como mínimo es del 10% del diámetro interno del hidrociclón en este punto. Tiene que seguir garantizado que las partículas pesadas ya concentradas no vuelvan a barrerse por medio del líquido diluyente. La excentricidad puede conllevar ventajas en casos especiales, por ejemplo, cuando el hidrociclón se pone en funcionamiento en posición horizontal. Ésta también puede hacerse regulable.

Según de qué manera se realiza la pieza 16, 16', 16'' insertada de flujo, se producen diferentes efectos en la realización del procedimiento. Generalmente, estos efectos diferentes son absolutamente deseados. Concretamente es posible una optimización especial del procedimiento, según el caso de aplicación, es decir, por consiguiente, el caudal, el espesor de los materiales y la carga de suciedad, por citar sólo éstos. En la práctica se obtiene una ventaja fundamental cuando las diferentes piezas insertadas de flujo se realizan de tal manera que son intercambiables. Entonces puede realizarse un ajuste sin un gran gasto, concretamente, mediante el sencillo intercambio de las piezas insertadas de flujo realizadas de forma diferente. De todos modos, debido a consideraciones prácticas habrá que ocuparse de que las piezas insertadas de flujo sean fácilmente extraíbles, porque a pesar de todos los esfuerzos para evitar una obstrucción, esto no siempre se logra.

Las piezas insertadas de flujo dibujadas deben mostrar únicamente el principio. Pueden concebirse otras piezas insertadas de flujo aplicables. Especialmente sus dimensiones pueden ajustarse al correspondiente fin de aplicación por medio del cálculo y de pruebas sencillas.

Claims (20)

1. Procedimiento para extraer materiales perturbadores de una suspensión (S) que contiene fibras de papel utilizando un hidrociclón, en el que el líquido (W) diluyente se añade a la suspensión (S) en la zona interna, en cuanto al radio, del hidrociclón, caracterizado porque el líquido (W) diluyente se añade con un sentido de la corriente que está dirigido en el sentido contrario al sentido axial de descarga de los materiales perturbadores.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el hidrociclón empleado presenta un cono (1) de separación y porque el punto (5) de adición para el líquido (W) diluyente está seleccionado de tal manera, que tiene una separación (a) axial de cómo máximo el 30% de la longitud (L) del hidrociclón respecto al punto (4) más estrecho del cono (1) de separación.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la corriente de líquido (W) diluyente se añade sin giro.

4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la corriente de líquido (W) diluyente se añade únicamente con un giro, cuyo vector resultante de la velocidad de la corriente de la velocidad (Vu) periférica y la velocidad (Vax) axial en el borde del chorro tiene un ángulo (\alpha) respecto al eje de cómo máximo 30º.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, 2, 3 ó 4, caracterizado porque el líquido (W) diluyente se añade con un chorro liso.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, 2, 3, 4 o 5, caracterizado porque el líquido (W) diluyente se añade en un chorro redondo.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, 2, 3, 4 ó 5, caracterizado porque el líquido (W) diluyente se añade en un chorro anular.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el líquido (W) diluyente se añade en el centro con ayuda de un inyector (13) y porque el inyector (13) succiona de la zona anular alrededor del punto (5) de adición.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el líquido (W) diluyente se añade con una velocidad axial de cómo mínimo 4 m/s.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque a partir de una suspensión (S) que contiene fibras de papel se forma una fracción ligera como pasta aceptada y se separan partículas (ST) pesadas como fracción pesada.

11. Hidrociclón para la realización del procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8 con una entrada (2) para la suspensión (S) a depurar, una salida (3) de pasta aceptada para la suspensión depurada, una parte (6) de separación a la que está conectado directa o indirectamente un dispositivo (17) de descarga de rechazos para las partículas pesadas, presentando el hidrociclón como mínimo una toma para la adición de líquido (W) diluyente, encontrándose el punto (5) de adición en la zona interna, en cuanto al radio, del hidrociclón, caracterizado porque el punto (5) de adición tiene como mínimo una abertura que desemboca de forma axial y en el sentido contrario al sentido de descarga de los materiales perturbadores.

12. Hidrociclón según la reivindicación 11, caracterizado porque el punto (5) de adición se encuentra en un punto que en la dirección axial está separado como mínimo un 70% de la longitud (L) del hidrociclón respecto a la entrada (2) de la suspensión (S) al hidrociclón.

13. Hidrociclón según la reivindicación 12, caracterizado porque la parte (6) de separación tiene un cono (1) de separación.

14. Hidrociclón según la reivindicación 11, 12 ó 13, caracterizado porque el punto (5) de adición es parte de una pieza (16, 16', 16'') insertada de flujo que está introducida en el hidrociclón.

15. Hidrociclón según la reivindicación 14, caracterizado porque la pieza (16, 16', 16'') insertada de flujo puede intercambiarse con otra pieza insertada de flujo que está configurada de otra forma en relación a su efecto de flujo.

16. Hidrociclón según la reivindicación 11, 12, 13, 14 ó 15, caracterizado porque la sección transversal de la abertura puede ajustarse.

17. Hidrociclón según una de las reivindicaciones 11 a 16, caracterizado porque la posición de la abertura puede ajustarse.

18. Hidrociclón según una de las reivindicaciones 11 a 17, caracterizado porque el punto (5) de adición está dispuesto de forma concéntrica al centro del hidrociclón.

19. Hidrociclón según una de las reivindicaciones 11 a 17, caracterizado porque el punto (5) de adición está dispuesto de forma excéntrica respecto al centro del hidrociclón y con una separación (b) respecto a la pared interna del hidrociclón que es de cómo mínimo el 10% del diámetro interno del hidrociclón en este punto.

20. Hidrociclón según una de las reivindicaciones 11 a 19, caracterizado porque el punto (5) de adición se forma por la abertura de desembocadura de un tubo (9) de admisión, el cual se introduce en el hidrociclón por debajo de la sección transversal más estrecha de la parte (6) de separación.