ES2220481T3

ES2220481T3 - Reactor de lecho fluidizado y procedimiento para el tratamiento de fluidos.

Info

Publication number: ES2220481T3
Application number: ES00942931T
Authority: ES
Inventors: Neil Helwig
Original assignee: Marine Biotech Inc
Current assignee: Marine Biotech Inc
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2020-06-16
Also published as: WO2000076655A1; US20030129097A1; WO2000076655A9; EP1194223A1; AU5748000A; US20050069466A1; EP1194223B1; CA2374331A1; ATE265885T1; MXPA01012838A; DE60010465D1; DE60010465T2

Abstract

Un reactor de fluidificación (10) que comprende: una columna (12) que tiene una cámara interior (13) que se extiende entre un primer extremo (14) y un segundo extremo de la columna (15); una cámara impelente (16) situada circunferencialmente alrededor del segundo extremo (15) de la columna (12), teniendo la cámara impelente un extremo del fondo (17); un anillo (19) definido por el segundo extremo de la columna (15) y el extremo del fondo de la cámara impelente (17) a través del cual el fluido de la cámara impelente fluye hacia arriba dentro de la cámara interior (13) de la columna; y una entrada de fluido (165) en comunicación con la cámara impelente (16) y a través de la cual se introduce fluido; caracterizado porque la cámara impelente (16) o la entrada (165) están diseñadas para dirigir el fluido circunferencialmente alrededor de la cámara impelente hacia el anillo (19).

Description

Reactor de lecho fluidizado y procedimiento para el tratamiento de fluidos.

Campo técnico

La presente invención trata de reactores de fluidificación y, más específicamente, de reactores de lecho granular diseñados para tratar fluidos con rendimiento hidráulico. La presente invención también trata de procedimientos para tratamiento de fluidos.

Técnica anterior

Aunque los Reactores de Lecho Fluidificado y, en particular, los Lechos de Arena Fluidificada (FSB) (Fluidized Sand Beds) han jugado un papel importante en la evolución de los Sistemas de Acuicultura por Recirculación (RAS) (Recirculation Aquaculture Systems), ha habido complicaciones asociadas al uso de FSB. La mayoría de las veces, los FSB convencionales se han usado para filtración biológica en RAS, por ejemplo, para tratar agua de cultivo usada para cultivar organismos acuáticos. El concepto en que se basan los FSB es exponer el agua de cultivo a un área superficial muy grande en un espacio de volumen pequeño durante el procedimiento de tratamiento. Por ejemplo, teniendo un metro cúbico de lecho de arena para FSB se pueden proveer hasta aproximadamente 25.000 metros cuadrados de área superficial utilizable, dependiendo del tamaño de los gránulos de arena. El área superficial utilizable de los gránulos de arena provee un hábitat para bacterias especializadas que, por ejemplo, pueden oxidar amoniaco tóxico excretado en la biomasa en el agua de cultivo y convertirlo en sustancias no tóxicas. La cantidad de amoniaco que puede oxidarse es generalmente proporcional a la cantidad de área superficial utilizable para que las bacterias se reproduzcan.

Los FSB exponen el área superficial utilizable provista por los gránulos "fluidificando" el lecho de arena dentro de una columna. En particular, el fluido que se va a tratar puede introducirse a través del fondo del lecho de arena a una velocidad que es suficiente para levantar y suspender los gránulos a medida que el fluido se desplaza a través del lecho de arena. El que antes era un lecho de arena compacto o "estático" ahora se convierte en una sustancia viscosa, fluida, con un volumen claramente definido dentro de la columna fluyente de fluido. Cuando el lecho de arena se vuelve fluido, los gránulos de arena están separados unos de otros con mucha área superficial de cada gránulo expuesta. Por otra parte, un lecho de arena estática es compacto, para cubrir la mayoría del área superficial de cada gránulo. Además de tener un área superficial mayor, el lecho de arena fluidificada tiene generalmente un volumen mayor que el del lecho de arena estática.

A pesar de su sencillez, la aplicación de FSB a menudo puede ser frustrante y complicada. Los FSB convencionales, como el que se muestra en las Figs. 1A-B, utilizan un sistema de colector interno con tuberías extensas para dirigir el fluido que se va a tratar a través del colector. En particular, el colector se coloca normalmente bajo el lecho de arena, en el fondo del reactor, con tuberías de alimentación de fluido que se extienden desde la parte superior del reactor bajando hasta el colector. Al suministrar al colector fluido sin tratar para fluidificar el lecho de arena, existe pérdida importante de presión debido al diseño de las tuberías, así como al diseño de la salida del colector. Además, la velocidad del fluido a través de las salidas del colector puede ser elevada, ya que las salidas tienen diámetros menores que el diámetro del colector, y puede ser sumamente abrasivo. Las características abrasivas del fluido a velocidades elevadas en presencia de arena se han atribuido a la destrucción catastrófica de reactores FSB y los suelos de hormigón sobre los que están construidos. Un incremento de velocidad de fluido también puede causar distribución desigual de fluido dentro del lecho de arena, lo que puede llevar a la generación de zonas de turbulencia en el lecho de arena. La presencia de turbulencia en el lecho de arena puede disminuir el rendimiento hidráulico, así como el comportamiento del lecho de arena, creando un entorno inhóspito para las bacterias en los gránulos de arena. Además, a medida que el sistema colector se usa a lo largo del tiempo, las partículas del fluido sin tratar pueden obstruir las salidas del colector. Por otra parte, la colocación del colector en el lecho de arena puede llevar además a la obstrucción de las salidas con arena hasta cerrarlas completamente. Para limpiar el colector, normalmente son necesarias complejas tuberías adicionales para acceder al colector desde la parte superior del reactor. Añadir tuberías caras y la necesidad de limpieza frecuente del colector pueden sumarse al coste de operación del reactor.

El documento US3251337 describe un procedimiento de uso de un lecho fluidificado espiral para recubrir partículas refractarias. El documento US4665632 describe aparatos para distribuir fluido uniformemente a través de un lecho de material granuloso. El documento LU-A-46629 describe un procedimiento y aparato para poner en contacto líquidos y partículas.

Por lo tanto, es deseable proveer un reactor de fluidificación que pueda introducir y distribuir fluido a través del lecho de arena uniformemente, y reducir suficientemente la velocidad del fluido a través del mismo, para aumentar el rendimiento hidráulico del reactor, disminuir el coste de operación y generar un entorno más apropiado para que se lleven a cabo las reacciones.

Resumen de la invención

La presente invención provee un reactor de fluidificación para tratamiento de fluido. En un aspecto, la invención comprende un reactor de fluidificación según la Reivindicación 1.

La cámara impelente puede situarse circunferencialmente alrededor de una superficie exterior de la columna. Alternativamente, la cámara impelente puede configurarse para estar colocada circunferencialmente alrededor de la cámara interior de la columna. La configuración de la cámara impelente puede inducir una configuración de flujo sustancialmente uniforme, ya que se permite que el fluido introducido dentro de la cámara impelente fluya circunferencialmente alrededor de la columna en un recorrido ciclónico. Para introducir fluido en la cámara impelente, el reactor de fluidificación puede estar provisto de una entrada en comunicación con la cámara impelente. La entrada puede estar colocada tangencialmente a la cámara impelente, para impartir un flujo ciclónico al fluido introducido a través del mismo. El reactor de fluidificación puede incluir además un anillo que se extiende circunferencialmente alrededor de la columna. El anillo provee una abertura a través de la cual el fluido puede salir de la cámara impelente y fluir hacia arriba dentro de la cámara interior de la columna.

Puede proveerse un director de flujo alrededor del anillo, de manera que el fluido que sale a través del anillo puede dirigirse hacia el centro de la cámara interior. Tal director de flujo puede permitir que el flujo de fluido dentro de la cámara interior se aproxime a una configuración de "flujo de pistón". En otras palabras, en cualquier sección transversal a través de la cámara interior, el caudal se mueve sustancialmente de manera ascendente uniforme a lo largo de la columna. El reactor también puede incluir un deflector alineado concéntricamente dentro de la cámara interior y adyacente al anillo. La presencia del deflector mejora el flujo de fluido desde el anillo hacia arriba y hacia el centro de la cámara interior. El reactor de fluidificación puede incluir además un lecho de material de tratamiento para tratar el fluido introducido en el reactor. El material puede ser cualquier material granular que sea sustancialmente más denso que el fluido que hay dentro de la cámara interior. El reactor también puede estar provisto de una salida en comunicación con la cámara interior de la columna a través de la cual el fluido que se mueve hacia arriba desde dentro de la cámara interior puede sacarse de la misma.

El reactor de fluidificación puede incluir un sistema para tratamiento de fluido. El sistema puede incluir una fuente de fluido que se va a tratar y un primer camino en comunicación fluida con la fuente. El primer camino proporciona una ruta a lo largo de la cual puede dirigirse el fluido dentro del reactor de fluidificación a través de una entrada del reactor. En una realización, el movimiento de fluido desde la fuente a lo largo del primer camino puede facilitarse por gravedad. Alternativamente, puede emplearse un mecanismo de presurización para facilitar el flujo de flujo de fluido a lo largo del primer camino. El sistema incluye además un segundo camino para dirigir el fluido desde el interior del reactor a través de una salida. En relación con el fluido que se saca del interior del reactor, puede proveerse un segundo mecanismo de presurización para presurizar el fluido dentro del reactor, para facilitar la extracción de fluido a través de la salida. El sistema puede incluir además un receptor para recibir fluido del segundo camino. Por ejemplo, donde el sistema es un sistema cerrado, la fuente de fluido que se va a tratar también puede hacer de receptor de fluido del segundo camino. Donde el sistema puede incluir dispositivos adicionales de tratamiento de fluido, el receptor y la fuente pueden ser dispositivos de tratamiento diferentes.

En otro aspecto, la invención comprende un procedimiento para tratamiento de fluido según la Reivindicación 15. El procedimiento puede suponer generar una dirección de flujo para el fluido que se va a tratar, dirección de flujo que se aproxima a una configuración ciclónica. Posteriormente, puede permitirse al fluido seguir un recorrido espiral hacia abajo, mientras que se mantiene la configuración ciclónica. Después de esto, la dirección de flujo puede dirigirse hacia arriba y el centro por la configuración ciclónica. Preferiblemente, el flujo ascendente sigue una configuración de flujo de pistón, durante el cual puede introducirse en el fluido un material de tratamiento para tratar el fluido. El fluido que se va a tratar puede introducirse desde una fuente hasta dentro de una cámara interior de un reactor de fluidificación por una parte superior de la cámara interior. Después de esto, el fluido puede ser sometido a un flujo hacia abajo a través de un lecho de material granular de tratamiento colocado en una parte de fondo de la cámara interior. El fluido puede dirigirse después a través de un anillo y dentro de una cámara impelente situada circunferencialmente alrededor de un extremo del fondo del reactor. Luego puede permitirse al fluido fluir hacia arriba dentro de la cámara impelente y extraerse de la cámara impelente a través de una salida.

Breve descripción de los dibujos

Las Figs. 1A-B ilustran una vista longitudinal y superior de un reactor de fluidificación de la técnica anterior.

La Fig. 2A ilustra una vista longitudinal de un reactor de fluidificación según una realización de la presente invención.

La Fig. 2B ilustra una vista superior del reactor de fluidificación mostrado en la Fig. 1A.

La Fig. 3 ilustra una vista longitudinal de un reactor de fluidificación según otra realización de la presente invención.

Las Figs. 4-6 ilustran diversos sistemas de la presente invención para el tratamiento de fluido.

Descripción detallada de realizaciones específicas

Haciendo referencia ahora a los dibujos, en las Figs. 2A-B se muestra un reactor de fluidificación 10 para tratamiento de fluido según una realización de la presente invención. El reactor de fluidificación 10 incluye una columna 12, columna que se provee de una cámara interior 13 que se extiende entre un primer extremo 14 y un segundo extremo 15 de la columna 12. La columna 12, según una realización, puede ser de forma sustancialmente cilíndrica a lo largo de toda su longitud. Aunque mostrada para ser sustancialmente cilíndrica, debe apreciarse que la columna puede estar provista de cualquier forma geométrica a lo largo de su longitud, siempre que la forma permita a la columna mantener en ella el fluido que se va tratar. El reactor de fluidificación 10 también incluye una cámara impelente 16 para recibir fluido introducido en el reactor de fluidificación 10. La cámara impelente 16 se sitúa circunferencialmente alrededor del segundo extremo 14 de la columna 12, e incluye un extremo inferior 17. Como se muestra en las Figs. 2A-B, la cámara impelente 16 puede situarse circunferencialmente alrededor de una superficie exterior 18 de la columna 12. En la configuración mostrada en la Fig. 2A, debe apreciarse que la cámara impelente 16 puede estar provista de una superficie 161 que se extiende a través del extremo del fondo 17 de la cámara impelente 16, y puede estar provista de un diámetro 162 que es relativamente mayor que un diámetro 121 de la columna 12. En una realización alternativa, la cámara impelente 16 puede situarse circunferencialmente alrededor de la cámara interior 13, como se ilustra en la Fig. 3. En esta realización, la cámara impelente 16 puede estar provista de una superficie 163 que se extiende a través del segundo extremo 15 de la columna 12. La cámara impelente 16, en esta realización, incluye un diámetro 164 que es menor en relación con el diámetro 121 de la columna 12. La cámara impelente 16, si se coloca a lo largo de la superficie exterior 18 (como se muestra en las Figs. 2A-B) o a lo largo de la cámara interior 13 (como se muestra en la Fig. 3), puede configurarse para inducir una configuración de flujo sustancialmente uniforme al fluido introducido en la cámara impelente. En particular, a medida que se introduce fluido en la cámara impelente 16, el fluido se dirige a lo largo de la pared de la cámara impelente, haciendo que el fluido fluya a una velocidad sustancialmente uniforme circunferencialmente alrededor de la columna 12. Debe observarse que la cámara impelente 16 no debe tener necesariamente un diámetro constante desde su extremo superior a su extremo del fondo 17. Sin embargo, su configuración debe permitir a la cámara impelente 16 mantener una configuración de flujo ciclónico de velocidad sustancialmente uniforme.

Para introducir fluido que se va a tratar dentro de la cámara impelente 16, se provee una entrada 165. La entrada 165, en una realización, puede colocarse en comunicación tangencial con la cámara impelente 16. La posición tangencial de la entrada 165 en relación con la cámara impelente 16 permite al fluido que entra en la cámara impelente 16 fluir a lo largo de la pared de la cámara impelente, teniendo como resultado un flujo ciclónico circunferencialmente alrededor de la columna 12. El reactor de fluidificación 10 incluye además un anillo 19 situado alrededor del segundo extremo 15 de la columna 12. Como se muestra en las Figs. 2A y 3, el anillo se coloca entre el segundo extremo 15 de la columna 12 y el extremo del fondo 17 de la cámara impelente 16, para proveer una abertura a través de la cual puede fluir fluido desde la cámara impelente 16 hacia arriba dentro de la cámara interior 13. En una realización preferida, el anillo 19 se provee de una dimensión suficiente para permitir que salga fluido a través del mismo a una velocidad relativamente superior a la velocidad del fluido que circula dentro de la cámara impelente 16. En una realización, la velocidad del fluido que sale del anillo 19 puede estar dentro de un intervalo de aproximadamente hasta 25,0 ft/sec^{2}. De esta manera, el fluido que fluye a través del anillo 19 puede distribuirse uniformemente dentro de la cámara interior 13. A pesar de la velocidad superior a través del anillo 19, el fluido que sale a través del anillo 19 es sustancialmente menos que la velocidad del fluido que se mueve a través de los orificios de un colector convencional, como el mostrado en la Fig. 1. En particular, la reducción de velocidad por el colector convencional puede ser de aproximadamente del 85% a menos del 95%. La capacidad del anillo 19 para reducir la velocidad del fluido por reactores convencionales, mientras que provee distribución uniforme del fluido con poco o casi ningún cambio entre la velocidad del fluido dentro de la cámara impelente y la velocidad del fluido que sale de la cámara impelente, puede llevar a aumentar el rendimiento hidráulico e importantes ahorros de energía. Además, la reducción de la velocidad del fluido puede disminuir la probabilidad de daño en el reactor 10 por fluido de movimiento rápido.

Puede proveerse un director de flujo 191, como se muestra en la Fig. 3, a lo largo del anillo 19 para facilitar el flujo de fluido desde la cámara impelente 16 a la cámara interior 13. En una realización de la invención, el director de flujo 191 puede situarse a lo largo de toda la circunferencia del anillo 19 para dirigir el flujo de fluido hacia un área central de la cámara interior 13 a través de la cual se extiende el eje X. El director de flujo 191 también puede ayudar a facilitar la transición de flujo de fluido desde la cámara impelente 16 a la cámara interior 13 permitiendo al fluido seguir una configuración de flujo relativamente laminar a lo largo del director 191 dentro de la cámara interior 13. Permitiendo que el flujo de fluido siga un camino relativamente laminar puede reducirse la cantidad de flujo turbulento dentro de la cámara interior 13. Con una reducción de flujo turbulento, el fluido que entra en la cámara interior 13 puede aproximarse a una configuración de flujo de pistón a medida que se desplaza hacia arriba a lo largo de la columna 12. En otras palabras, a lo largo de cualquier parte transversal a través de la cámara interior 13, el caudal se mueve hacia arriba de manera sustancialmente uniforme a lo largo de la columna 12. Debe apreciarse que aunque el flujo a través del anillo puede ser relativamente laminar, la dirección del flujo de fluido, como se ilustra en la Fig. 2B, puede seguir aún una configuración ciclónica ascendente a lo largo de la cámara interior 13.

Para mejorar más el flujo ascendente de fluido una vez a través del anillo 19 y hacia el eje X, el reactor de fluidificación 10 puede estar provisto de un deflector 131. El deflector 131, como se muestra en las Figs. 2A y 3, puede colocarse dentro de la cámara interior 13 y adyacente al anillo 19, de manera que el deflector 131 está en alineación axial con la columna 12. El deflector 131 puede incluir una pendiente que sube desde el anillo 19 hacia el eje X y que termina en el vértice 132. Según una realización de la presente invención, el deflector 131 puede incluir una pendiente que sube a un ángulo de aproximadamente 35º y puede incluir un diámetro que es aproximadamente del 70% al 75% del diámetro 121 de la columna 12. El deflector 131 puede ser de forma cónica; sin embargo, puede tener otras formas geométricas, por ejemplo, cuadrada, pentagonal o hexagonal, siempre que su forma provea al deflector 131 de la capacidad para desviar el flujo de fluido desde el anillo 19 hacia arriba y hacia el eje X.

A medida que el fluido fluye hacia arriba a lo largo de la cámara interior 13, el fluido dentro de la parte superior 133 de la cámara 13 puede impulsarse a través de una salida 123. La presencia de la salida 123 permite que el nivel de fluido dentro de la cámara interior 13 se mantenga por debajo de un punto de rebose. Sería deseable para dirigir el flujo de fluido que sale de la salida 123 a un nivel superior al nivel de la salida 123, que el reactor de fluidificación 10 pueda estar provisto de un cerramiento 141 a través del primer extremo 14 de la columna 12. La colocación del cerramiento 141 a través del primer extremo 14 actúa para presurizar el fluido dentro de la cámara interior 13. Por consiguiente, el fluido que sale de la salida 123 puede forzarse hasta un nivel superior al de la salida 123, por ejemplo, a un receptor. Para garantizar su encaje seguro al primer extremo 14, el cerramiento 141 puede estar provisto de cualquier mecanismo de sujeción disponible en la técnica, por ejemplo, tornillos y pernos, hilos de rosca complementarios entre el cerramiento y la columna, o sustancias adherentes.

Como el reactor de fluidificación 10 de la presente invención puede usarse en diversas industrias para diversas aplicaciones de tratamiento, por ejemplo, químico o biológico, tóxico o no tóxico, el reactor de fluidificación está hecho preferiblemente de un material que es compatible con el fluido que se trata y que es sustancialmente resistente a la corrosión. Además, como el reactor de fluidificación 10 debe soportar gran volumen de flujo de fluido, el material usado en la construcción del reactor 10 debe ser suficientemente resistente para proporcionar soporte a lo largo y en todo el reactor 10. Por lo tanto, los materiales que pueden usarse incluyen, pero no se limitan a metal, plástico moldeado y termoendurecido, incluyendo termoplásticos y fibra de vidrio. En una realización en la que se usa material de fibra de vidrio, el material de fibra de vidrio puede incluir aproximadamente del 40% al 75% de resina homologada FDA (Fib-Chem, Monessen, PA) disponible comercialmente, y aproximadamente 25% a 60% de fibra de vidrio. Puede usarse una pequeña cantidad (por ejemplo, aproximadamente 0,5% a 2%) de un catalizador, como peróxido de metil-etil-cetona (MEKP) (Fib-Chem, Monessen, PA) para curar la resina homologada FDA.

Haciendo referencia ahora a la Fig. 4, el reactor de fluidificación 10, según una realización de la presente invención, puede usarse dentro de un sistema 40 para el tratamiento de fluido biológico, por ejemplo, en un procedimiento de nitrificación aeróbica o un procedimiento de desnitrificación anaeróbica. Como se muestra en la Fig. 4, el reactor de fluidificación 10 recibe fluido que se va a tratar de una fuente 41, como un pozo, o una fuente 42, como un tanque de acuicultura. Para facilidad de análisis, el sistema 40 tratado en lo sucesivo estará en relación con un sistema de ciclo cerrado. Sin embargo, debe entenderse que el reactor de fluidificación 10 puede ser parte de un sistema abierto o un sistema en el que pueden usarse varios reactores de fluidificación 10.

Mirando todavía la Fig. 4, puede dirigirse el fluido desde la fuente 42 al reactor de fluidificación 10 a través de la entrada 165. En una realización, el movimiento del fluido a lo largo del camino 43 hasta la entrada 165 puede facilitarse por gravedad si la fuente 42 y el camino 43 se colocan generalmente a un nivel superior al nivel de la entrada 165. Alternativamente, puede emplearse un mecanismo de presurización 44, como una bomba de presión positiva, para facilitar el flujo de fluido a lo largo del camino 43. A medida que se introduce el fluido a través de la entrada 165, la colocación tangencial de la entrada 165 en relación con la cámara impelente 16 hace que el fluido fluya a lo largo de la pared de la cámara impelente 16 circunferencialmente alrededor de la columna 12, impartiendo así un flujo ciclónico dentro de la cámara impelente 16. El flujo ciclónico dentro de la cámara impelente 16 continúa hacia abajo hacia el anillo 19, y hace que el fluido se distribuya uniformemente a través del anillo 19 y hacia arriba dentro de la cámara interior 13 de la columna 12.

En el tratamiento biológico de fluido, como fluido de acuicultura, el reactor de fluidificación 10 puede estar provisto de un lecho de material de tratamiento 134 en una parte del fondo 135 de la cámara interior 13. En una realización, el material de tratamiento 134 puede ser un medio granular que tiene una densidad más alta en relación con la del fluido que se va a tratar y su contenido. Por ejemplo, el material de tratamiento 134 puede ser arena. Por supuesto, puede usarse otro material de tratamiento 134, siempre que el material proporcione suficiente área superficial para uso como hábitat para crecer en el mismo, por ejemplo, por microorganismos especializados (por ejemplo, bacterias), y para tratar el fluido que fluye a través del material. Por ejemplo, las bacterias pueden oxidar amoniaco tóxico excretado en la biomasa en el fluido y convertirlo en sustancias no tóxicas. Debe apreciarse que el tipo de microorganismo al que se permite reproducirse en el área superficial de cada gránulo en el lecho de material de tratamiento dependerá generalmente del nivel o contenido de nutrientes del fluido que se va a tratar, y determinará generalmente el tipo de procedimiento de tratamiento biológico que se va a llevar a cabo.

A medida que el fluido se mueve a través del anillo 19, en una realización, el fluido se distribuye uniformemente y hacia arriba por la configuración ciclónica, a través del medio granular de tratamiento 134, y hacia el centro de la cámara interior 13, mientras que sigue una configuración generalmente de flujo de pistón para fluidificar el lecho de medio de tratamiento 134. Para fluidificar el lecho de medio de tratamiento 134, la velocidad a la que debe introducirse el fluido que se va a tratar a través del fondo del medio de tratamiento 134 es preferiblemente una que sea suficiente para causar una expansión homogénea del lecho de medio de tratamiento 134 con turbulencia mínima a lo largo de su superficie superior 136. En otras palabras, la velocidad del fluido debe ser tal que el fluido sea capaz de levantar y suspender los gránulos del lecho dentro de la cámara interior 13 para aumentar, por exposición, la cantidad de área superficial del lecho, para el fluido que se va a tratar, a medida que se desplaza a través del mismo. Como se ilustra en la Fig. 2A, el lecho de material de tratamiento 134, una vez fluidificado, se vuelve un lecho viscoso, fluido, con un volumen claramente definido dentro de la cámara interior 13. Este volumen claramente definido es generalmente mayor que el de un lecho estático de material de tratamiento. Por consiguiente, empleando una configuración de flujo ciclónico uniforme, como se ilustra en la Fig. 2B, el lecho de medio granular de tratamiento 134 puede fluidificarse homogéneamente con pocas zonas "muertas" o ninguna dentro del lecho, en las que el material de tratamiento 134 permanece estático y compacto. Como se apreciará, esto puede contribuir a la provisión de un ambiente más apropiado dentro del cual pueden prosperar los microorganismos, y puede llevar a un aumento de, por ejemplo, la velocidad de nitrificación o desnitrificación (dependiendo del tratamiento) por unidad de volumen de espacio del reactor.

Una vez que el fluido, ahora tratado, ha alcanzado la parte superior 133 de la cámara interior 13, puede impulsarse el fluido tratado a través de la salida 123 por el flujo de fluido ascendente desde la parte del fondo 135 de la cámara interior 13. En relación con la extracción del fluido tratado de dentro de la cámara interior 13, puede proveerse un mecanismo de presurización (no mostrado) para presurizar el fluido dentro de la cámara 13, para facilitar la extracción del fluido tratado. En una realización, el mecanismo de presurización puede ser una tapadera 141 colocada a través del extremo superior 14 de la columna 12. Alternativamente, el mecanismo de presurización puede ser una bomba de presión positiva, o puede incluir tanto una tapadera como una bomba. A medida que el fluido tratado sale a través de la salida 123, se desplaza a lo largo de un segundo camino 45 y, como el sistema 40 utilizado se trata en el contexto de un sistema cerrado, el fluido se deposita de vuelta en la fuente 42. Tal sistema cerrado que utiliza un reactor de fluidificación 10 con un lecho de medio de tratamiento 134 puede tener utilidad a gran escala, por ejemplo, en la industria de piscifactorías, para nitrificación o desnitrificación del fluido usado para contener los peces. El sistema cerrado también puede usarse para hacer recircular agua usada en un tanque para peces ornamentales o un estanque de peces. Por supuesto, el reactor de fluidificación 10 debe realizarse a escala de acuerdo a las diferentes aplicaciones. El sistema 40 aquí descrito también puede usarse para diversos tratamientos químicos, por ejemplo, para intercambio de iones para controlar el nivel de pH del fluido. En tal tratamiento, el medio de tratamiento 134 puede tener que modificarse respecto al usado en el tratamiento biológico para incluir retención de compuestos dentro del lecho que pueden facilitar el intercambio de iones.

En una realización alternativa, el sistema 40 puede funcionar como un sistema abierto. Haciendo referencia aún a la Fig. 4, el sistema abierto puede incluir una fuente 42 dentro de la cual se mantiene el fluido que se va a tratar. El fluido de la fuente 42 puede dirigirse al reactor de fluidificación 46 por el camino 47. Sin embargo, después de que el fluido sale del reactor 46 a lo largo del camino 48, a diferencia del sistema cerrado anterior, el sistema abierto aquí descrito no deposita el fluido tratado de nuevo en la fuente 42. En lugar de eso, el fluido tratado se deposita dentro de un receptor 49, como un tanque de contención o un estanque, que está colocado espacialmente lejos de la fuente 42. El sistema abierto puede ser útil rellenando masas naturales de agua con fluido tratado que puede haber sido contaminado previamente con partículas extrañas.

Además de usarse independientemente, el reactor de fluidificación 10 de la presente invención puede ser parte de un sistema que incluye múltiples reactores de fluidificación 10, 46 y 47, como el mostrado en la Fig. 4. En el sistema 40 mostrado en la Fig. 4, puede proveerse un reactor de fluidificación 47 para tratar agua recibida del pozo urbano 41. Posteriormente puede suministrarse el agua tratada a lo largo del camino 48, por ejemplo, al tanque de cultivo 42 para mantener peces. Como se trató anteriormente, esta parte del sistema 40 puede incluir el reactor de fluidificación 10 como parte de un sistema de ciclo cerrado. El agua tratada del reactor de fluidificación 47 también puede desviarse a otros sistemas de ciclo cerrado 49. Los sistemas de ciclo cerrado 47 y 49 pueden configurarse para desviar algo del fluido de la fuente/receptor, como el tanque de cultivo 42, al reactor de fluidificación 46, reactor que es parte de un ciclo abierto en el sistema 40, para tratamiento posterior antes de devolver el agua tratada a una masa natural de agua, como la laguna 49. La configuración provista en la Fig. 4 no es más que un diseño posible para el sistema 40. Sin embargo, debe entenderse que pueden emplearse otras configuraciones y/o modificaciones del sistema 40 que utilizan múltiples reactores de fluidificación para satisfacer necesidades de aplicaciones específicas. Además, el reactor de fluidificación 10, como se muestra en la Fig. 5, puede utilizarse, según una realización, como parte del sistema 50, en el que el reactor de fluidificación 10 está en comunicación fluida con otros dispositivos de tratamiento de fluidos, por ejemplo, un dispositivo 51 ó 52 para permitir la sedimentación de sólidos a partir de líquido, un dispositivo 52 para separar sólidos a partir de líquido, un dispositivo 53 para extraer dióxido de carbono (CO_{2}), y un dispositivo para permitir la extracción de sólidos a partir de líquido.

Según otra realización de la presente invención, el reactor de fluidificación 10 puede emplearse como cámara de reactor para la mezcla y combinación de diversas sustancias, por ejemplo, líquido con líquido o líquido con sólido. Cuando se utiliza como cámara de reactor, el reactor de fluidificación 10 puede usarse como recipiente reactor de proceso continuo o recipiente reactor de mezcla de tandas. En la realización en la que el reactor de fluidificación 10 se emplea como recipiente reactor de procedimiento continuo, el reactor 10 se configura para ser parte de un sistema cerrado de recirculación 60, como se ilustra en la Fig. 6. El sistema 60 puede incluir una fuente 61 que contiene diversas sustancias que se van a tratar. El sistema puede estar provisto de varias fuentes, cada una conteniendo una sustancia que se va a tratar, si así se desea.

Como se muestra en la Fig. 6, las sustancias contenidas dentro de la fuente 61 pueden medirse y dirigirse a la cámara impelente 16 del reactor 10 a través de la entrada 165 por el camino 62. Una vez dentro de la cámara impelente 16, las sustancias están sometidas a una configuración de flujo ciclónico, después de lo cual se introducen dentro de la cámara interior 13 del reactor 10 a través del anillo 19. Cuando se utiliza como recipiente para mezclar y combinar, el reactor 10 no incluye un lecho de medio de tratamiento. En cambio, se permite que las sustancias continúen a lo largo de la configuración de flujo ciclónico dentro de la cámara interior 13 para mezcla y combinación continua hasta que el nivel dentro de la cámara interior 13 alcanza el de la salida 123. Después de esto se permite que el producto mezclado salga por la salida 123 donde, posteriormente, puede redirigirse de vuelta a la fuente 61 a lo largo del camino 63 para mezcla y combinación adicional si fuera necesario. Una vez que se ha logrado la condición de mezcla deseada, el procedimiento se para y se extrae el producto mezclado del reactor 10.

En la realización en la que se emplea el reactor de fluidificación 10 como recipiente reactor de mezcla de tandas, puede modificarse el camino 63 del sistema 60 para llevar el producto mezclado lejos del reactor 10 dentro de un receptor (no mostrado) diferente de la fuente 61. Recogiendo el producto mezclado en un receptor diferente, el producto mezclado en el procedimiento de mezcla de tandas no está sometido a otra mezcla.

El sistema 60, que utiliza el reactor de fluidificación 10 como recipiente para mezclar y combinar ausente de un lecho de medio de tratamiento, puede tener muchas aplicaciones diferentes. Algunas de las aplicaciones incluyen, pero no se limitan a, neutralización de las aguas ácidas de las minas de fluido contaminado generado durante el procedimiento de minería metálica, neutralización industrial y química de baños ácidos usados en el procedimiento de revestimiento de acero, mezcla y combinación de medicamentos en la industria farmacéutica, mezcla y combinación usadas para pigmentos y tintes, y mezcla y combinación usadas en productos químicos
agrícolas.

Según otra realización de la presente invención, el reactor de fluidificación 10 puede modificarse para uso como unidad de filtración. Haciendo referencia de nuevo a la Fig. 2A, el fluido que se va a tratar puede introducirse a través de la salida 123 dentro de la parte superior 133 de la cámara interior 13. Cuando se introduce fluido adicional dentro de la cámara interior 13, el fluido dentro de la cámara interior 13 es impulsado hacia abajo dentro del lecho de material granular 134. A medida que el fluido se desplaza a través del lecho de material granular 134 hacia la parte del fondo 134, el lecho de material granular 134 se compacta y hace de filtro para capturar y extraer partículas dentro del fluido. Después de esto, el fluido que sale del lecho de material granular 134 puede dirigirse a través del anillo 19 y dentro de la cámara impelente 16 y extraerse a través de la entrada 165. La configuración del reactor 10 como unidad de filtración puede resultar útil para diferentes aplicaciones llevadas a cabo en industrias donde puede necesitarse filtración de líquidos.

Aunque se ha descrito la invención en relación con las realizaciones específicas de la misma, se entenderá que es capaz de otra modificación. Además, se pretende que esta solicitud contemple cualquier variación, uso o adaptación de la invención, incluyendo tales desviaciones respecto a la presente descripción según figura en la práctica conocida o habitual en la técnica a la cual pertenece la invención, y según abarca el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Un reactor de fluidificación (10) que comprende:

una columna (12) que tiene una cámara interior (13) que se extiende entre un primer extremo (14) y un segundo extremo de la columna (15);

una cámara impelente (16) situada circunferencialmente alrededor del segundo extremo (15) de la columna (12), teniendo la cámara impelente un extremo del fondo (17);

un anillo (19) definido por el segundo extremo de la columna (15) y el extremo del fondo de la cámara impelente (17) a través del cual el fluido de la cámara impelente fluye hacia arriba dentro de la cámara interior (13) de la columna; y

una entrada de fluido (165) en comunicación con la cámara impelente (16) y a través de la cual se introduce fluido;

caracterizado porque

la cámara impelente (16) o la entrada (165) están diseñadas para dirigir el fluido circunferencialmente alrededor de la cámara impelente hacia el anillo (19).

2. Un reactor de fluidificación según se expone en la reivindicación 1, en el que la columna (12) es sustancialmente cilíndrica a lo largo de toda su longitud.

3. Un reactor de fluidificación según se expone en la reivindicación 1 ó 2, en el que la cámara impelente (16) está situada circunferencialmente alrededor de una superficie exterior de la columna (12), y una superficie inferior que se extiende a través del extremo inferior de la cámara impelente.

4. Un reactor de fluidificación según se expone en cualquier reivindicación precedente, en el que la cámara impelente (16) está situada circunferencialmente alrededor de la cámara interior (13) de la columna (12), y una superficie inferior que se extiende a través del segundo extremo de la columna (15).

5. Un reactor de fluidificación según se expone en cualquier reivindicación precedente, en el que el extremo del fondo de la cámara impelente (17) incluye un director de flujo (191) para dirigir el flujo de fluido desde el anillo hacia un centro de la columna (12).

6. Un reactor de fluidificación según se expone en cualquier reivindicación precedente, en el que el fluido que fluye a través del anillo (19) desde la cámara impelente (16) se aproxima a una configuración de flujo de pistón, en el que el fluido fluye uniformemente hacia arriba transversalmente a lo largo de la columna (12).

7. Un reactor de fluidificación según se expone en cualquier reivindicación precedente, en el que el fluido que sale a través de la cámara impelente (16) tiene una velocidad superior a la velocidad del fluido dentro de la cámara impelente (16).

8. Un reactor de fluidificación según se expone en cualquier reivindicación precedente, en el que la entrada de fluido (165) está en comunicación tangencial con la cámara impelente (16), de manera que el fluido introducido en la cámara impelente (16) por la entrada de fluido (165) fluye circunferencialmente alrededor de la cámara impelente (16), a través del anillo (19), y hacia arriba dentro de la cámara interior (13) de la columna.

9. Un reactor de fluidificación según se expone en cualquier reivindicación precedente, que además incluye un deflector (131) colocado en alineación axial dentro de la cámara interior y adyacente al anillo (19), para mejorar el flujo de fluido desde el anillo hacia arriba y hacia un centro de la cámara interior (13).

10. Un reactor de fluidificación según se expone en la reivindicación 9, en el que el deflector (131) es cónico, teniendo un gradiente ascendente que termina en un vértice en el centro de la columna (12).

11. Un reactor de fluidificación según se expone en cualquier reivindicación precedente, que además incluye un lecho de material granular sustancialmente más denso que el fluido dentro de la cámara.

12. Un reactor de fluidificación según se expone en la reivindicación 11, en el que el lecho de material granular es de una altura suficiente, de manera que el fluido que fluye a través del anillo (19) causa una expansión homogénea del lecho para generar una suspensión del material granular con turbulencia mínima a lo largo de una superficie superior del lecho.

13. Un reactor de fluidificación según se expone en cualquier reivindicación precedente, que además incluye una salida (123) en comunicación con la cámara interior (13) de la columna (12) y a través de la cual el fluido que se mueve hacia arriba desde dentro de la cámara interior puede extraerse de la misma.

14. Un reactor de fluidificación según se expone en la reivindicación 13, que además incluye un cerramiento superior (141) que se extiende a través del primer extremo de la columna (14), para presurizar el fluido dentro del reactor para facilitar el ascenso de fluido a través de la salida hasta un nivel superior al nivel de la salida.

15. Un procedimiento para tratamiento de fluido, comprendiendo el procedimiento:

proveer un reactor de fluidificación (10) para recibir fluido que se va tratar de una fuente (61), comprendiendo el reactor una columna (12) que tiene una cámara interior (13) que se extiende longitudinalmente a lo largo de la columna, una cámara impelente (16) situada circunferencialmente alrededor de un extremo del fondo de la columna, un anillo definido por el extremo del fondo de la columna (17) y un extremo inferior de la cámara impelente para comunicación fluida entre la cámara impelente y la cámara interior de la columna, una entrada (165) para introducir fluido de la fuente a la cámara impelente, estando diseñados la cámara impelente (16) o la entrada (165) para dirigir el fluido circunferencialmente alrededor de la cámara impelente hacia el anillo (19), y una salida (123) para extracción de fluido de dentro de la cámara interior;

introducir el fluido de la fuente a través de la entrada y dentro de la cámara impelente;

dirigir el fluido circunferencialmente alrededor de la cámara impelente hacia el anillo;

permitir al fluido salir de la cámara impelente a través del anillo y dentro de la cámara interior;

someter el fluido a un flujo ascendente desde una parte del fondo de la cámara interior, a través de un lecho de material de tratamiento colocado en una parte del fondo de la cámara interior, hasta una parte superior de la cámara interior; y

extraer el fluido tratado de la parte superior de la cámara interior a través de la salida.

16. Un procedimiento según se expone en la reivindicación 15, en el que el paso de introducir incluye impartir al fluido un flujo tangencial a medida que entra en la cámara impelente (16).

17. Un procedimiento según se expone en la reivindicación 15 ó 16, en el que el paso de impartir incluye generar un flujo circunferencial a medida que el fluido se mueve hacia adelante dentro de la cámara impelente (16).

18. Un procedimiento según se expone en cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, en el que el paso de permitir incluye desviar el fluido, para mejorar el flujo de fluido desde el anillo (19) hacia arriba y hacia un centro de la cámara interior (13).

19. Un procedimiento según se expone en cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, en el que el paso de someter incluye permitir que el fluido se mueva hacia arriba en una configuración de flujo de pistón, en el que el fluido fluye uniformemente hacia arriba transversalmente a través del lecho de material y la cámara interior (13).

20. Un procedimiento según se expone en la reivindicación 19, en el que el paso de permitir incluye causar una expansión homogénea del lecho, para generar una suspensión del material del lecho con turbulencia mínima a lo largo de una superficie superior del lecho.

21. Un procedimiento según se expone en cualquiera de las reivindicaciones 15 a 20, en el que el paso de extraer incluye generar una presión positiva dentro de la cámara interior (13) para facilitar la extracción de fluido desde la salida (123).

22. Un procedimiento según se expone en la reivindicación 21, en el que el paso de generar incluye hacer avanzar el fluido extraído desde la salida (123) hasta un nivel superior al nivel de la salida.

23. Un procedimiento según se expone en cualquiera de las reivindicaciones 15 a 22, en el que el lecho comprende material granular de tratamiento.