ES2229707T3 - Secador de banda con una fuente de calor regenerativa completamente integrada. - Google Patents
Secador de banda con una fuente de calor regenerativa completamente integrada.Info
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Abstract
Un secador (10) para una banda de material que comprende: una entrada (11) de banda y una salida (12) de banda espaciada de dicha entrada de banda; una diversidad de boquillas para secar dicha banda; caracterizado porque el secador comprende además; una fuente (20) de calor regenerativa que comprende al menos una columna (15) de intercambio de calor, teniendo dicha al menos una columna una entrada de gas y una salida de gas, estando dicha al menos una columna en comunicación con una zona (18) de combustión y conteniendo material de intercambio de calor; medios (21, 40) de válvula para alternativamente dirigir el gas desde dicho secador a dicha entrada de dicha al menos una columna de intercambio de calor; y medios (41, 17, 16) en comunicación con dicha zona de combustión para dirigir allí una porción del gas a una o más de dicha diversidad de boquillas.
Description
Secador de banda con una fuente de calor
regenerativa completamente integrada.
La presente invención se refiere a un secador
según se define en el preámbulo de la reivindicación 1. Tal secador
se conoce del documento
US-A-5107008. La invención se
refiere además a un método para secar material.
El control y/o eliminación de impurezas
indeseables y subproductos de diversas operaciones de fabricación ha
ganado considerable importancia en vista de la contaminación
potencia que puede generar tales impurezas y subproductos. Un
enfoque convencional para eliminar o al menos reducir estos
contaminantes es por oxidación térmica. La oxidación térmica ocurre
cuando el aire contaminado que contiene suficiente oxígeno se
calienta a una temperatura suficientemente alta y durante un período
de tiempo suficiente para convertir los compuestos indeseados en
gases inofensivos tal como dióxido de carbono y vapor de agua.
El control del aparato secador de banda, que
incluye secadores de flotación capaces de soportar sin contacto y
secar una banda en movimiento de material, tal como papel, película
u otro material de lámina, vía aire calentado que sale de una serie
de boquillas de aire típicamente opuestas, requiere una fuente de
calor para el aire calentado. Adicionalmente, como resultado del
proceso de secado, componentes orgánicos volátiles (VOC) indeseables
se pueden despedir de la banda móvil de material, especialmente
cuando el secado es de un revestimiento de tinta o similar sobre la
banda. Tales VOC están asignados por mandato de ley para ser
convertidos en gases inofensivos antes de liberarlos al medio
ambiente.
El aparato secador de flotación de la técnica
anterior se ha combinado con diversos dispositivos posquemadores o
incineradores de una manera separada en la cual los gases oxidados,
calientes se recuperan del escape del oxidante térmico y se
devuelven al dispositivo secador. Estos sistemas no se consideran
totalmente integrados debido a la separación del oxidante y
componentes del secador y al requisito de un dispositivo de
calentamiento adicional en el recinto de secado. Otros sistemas de
la técnica anterior combinaron un tipo de oxidante térmico
integralmente dentro del recinto del secador, que utiliza también
gases malolientes volátiles de material de banda como combustible.
Sin embargo, este denominado sistema de combustión térmica directa
no utilizó ningún tipo de dispositivo o medios de recuperación de
calor y requería relativamente grandes cantidades de combustible
suplementario, especialmente en casos de concentraciones bajas de
gas maloliente volátil. Aún otro aparato de la técnica anterior
combinaba un secador de flotación con el denominado oxidante del
tipo recuperativo térmico en una forma realmente integrada. Una
desventaja de estos sistemas es la limitación de la eficacia para
recuperar calor debido al tipo empleado de intercambiador de calor,
evitando de este modo las capacidades de consumo de combustible
suplementarias extremadamente bajas y con frecuencia la
imposibilidad de cualquier operación autotérmica. Esta limitación en
eficacia resulta del hecho de que un intercambiador de calor con
gran eficacia precalentará el aire que entra a temperaturas
suficientemente altas para ocasionar la oxidación acelerada de los
tubos del intercambiador de calor lo cual da como resultado fallo
del tubo, fuga, reducción en eficacia y destrucción de los
volátiles. En general, el dispositivo del tipo recuperativo térmico
tiene una fiabilidad reducida de los componentes del sistema tales
como el intercambiador de calor y quemador debido a la exposición
del metal a alta temperatura de funcionamiento.
Incluso otro sistema totalmente integrado utiliza
un combustor catalítico para convertir gases malolientes y tiene el
potencial para proporcionar todo el calor requerido para el proceso
de secado. Este tipo de sistema puede usar un intercambiador de
calor de gran eficacia debido a que la presencia de un catalizador
permite que ocurra la oxidación a bajas temperaturas. De este modo,
incluso un intercambiador de calor de gran eficacia no puede
precalentar el aire que entra a temperaturas dañinas. Sin embargo,
un oxidante catalítico es susceptible de contaminar el catalizador
mediante ciertos componentes de los gases malolientes, de ese modo
haciéndose ineficaz en la conversión de estos gases malolientes a
componentes inofensivos. Adicionalmente, los sistemas catalíticos
típicamente emplean un intercambiador de calor del tipo de metal
para propósitos de recuperación de calor primario, que tienen una
vida útil de servicio limitada debido a un funcionamiento a alta
temperatura.
Por ejemplo, la patente de U.S. no. 5.207.008
describe un secador de flotación de aire con un posquemador
integrado. El aire cargado de disolvente que resulta de la operación
de secado se dirige más allá de un quemador donde se oxidan los
compuestos orgánicos volátiles. Al menos una porción del aire
sometido a combustión calentado resultante es entonces recirculado a
las boquillas de aire para secar la banda flotante.
La Patente de U.S. No. 5.210.961 describe un
secador de banda que incluye un quemador y un intercambiador de
calor recuperativo.
El documento
EP-A-0326228 describe un aparato
calentador compacto para un secador. El aparato calentador incluye
un quemador y una cámara de combustión, la cámara de combustión
definiendo una trayectoria en forma de U. La cámara de combustión
está en comunicación con un intercambiador de calor
recuperativo.
En vista del elevado coste del combustible
necesario para generar el calor requerido para oxidación, es
ventajoso recuperar tanto calor como sea posible. Con este fin, la
Patente de U.S. no. 3.870.474 describe un oxidante regenerativo
térmico que comprende tres regeneradores, dos de los cuales están en
funcionamiento en cualquier momento dado al tiempo que el tercero
recibe una pequeña purga de aire purificado para forzar desde allí
cualquier aire contaminado o no tratado y descargarlo en una cámara
de combustión donde se oxidan los contaminantes. Al completar un
primer ciclo, el flujo de aire contaminado se reserva a través del
regenerador desde el cual se ha descargado previamente el aire
purificado, para precalentar el aire contaminado durante el paso a
través del regenerador anterior a su introducción en de la cámara de
combustión. De esta manera, se logra la recuperación de calor.
La Patente de U.S. no. 3.895.918 describe un
sistema de regeneración giratorio térmico en el que se dispone una
diversidad de lechos espaciados de intercambio de calor no
paralelos, dispuestos hacia la periferia de una cámara de combustión
de alta temperatura, central. Cada lecho de intercambio de calor
está rellenado con elementos de cerámica para intercambiar calor.
Los gases de escape de procesos industriales se suministran a un
conducto de entrada, el cual distribuye los gases a secciones de
intercambio de calor seleccionadas que dependen de si está abierta o
cerrada una válvula de entrada a una sección determinada.
Sería deseable sacar ventaja de las eficacias
alcanzadas con el intercambio de calor regenerativo en secadores de
flotación de aire.
Los problemas de la técnica anterior se han
superado por la presente invención, la cual proporciona un secador
de banda integrado y un intercambiador de calor regenerativo, así
como un método para secar una banda de material que usa el mismo. El
aparato y el método de la presente invención proporcionan el
calentamiento de aire y la conversión de los VOC a gases inofensivos
de una manera totalmente integrada vía la inclusión de un
dispositivo de combustión regenerativo como un elemento integral del
aparato secador. En una realización, el secador es un secador de
flotación de aire equipado con barras de aire que soportan sin
contacto la banda flotante con aire caliente desde el oxidante.
La figura 1 es una representación esquemática de
una realización del aparato y proceso de la presente invención;
la figura 2 es una vista en perspectiva de un
lecho monolítico según la presente invención;
la figura 3 es una representación esquemática de
una segunda realización de la presente invención;
la figura 4 es una representación esquemática de
una tercera realización de la presente invención;
la figura 5 es una representación esquemática de
una cuarta realización de la presente invención;
la figura 6 es una representación esquemática de
una quinta realización de la presente invención;
la figura 7 es una representación esquemática de
un oxidante regenerativo de lecho único integrado con un secador;
y
la figura 8 es una representación esquemática de
un oxidante regenerativo de lecho único de la figura 7.
Fundamental para la realización de un secador
totalmente integrado y dispositivo de oxidación térmica regenerativa
es el requerimiento de que toda la energía necesaria para el proceso
de secado se derive de la combustión y conversión de los VOC
despedidos con combustible mínimo o no añadido. Según la presente
invención, es posible lograr un modo de proceso autónomo o
autotérmico. Muchos de los VOC son exotérmicos en reacción química y
como tal se deben considerar como combustible en un sistema
integrado que desplaza el combustible suplementario, tal como gas
natural. El aparato resultante proporciona gran eficacia de
recuperación de calor suficiente para proporcionar una condición
autotérmica, o al menos una entrada de combustible suplementario muy
mínima, de una manera sostenible y controlada con gran fiabilidad de
componentes y casi completa conversión de gases malolientes
volátiles no deseables a componentes inofensivos.
Volviendo ahora a la figura 1, se muestra
esquemáticamente un secador 10 de flotación de zona única con un
oxidante 20 térmico regenerativo integrado. El secador 10 de
flotación incluye una ranura 11 de entrada de banda y una ranura 12
de salida de banda espaciada de la ranura 11 de entrada de banda, a
través de la cual se acciona una banda 13 flotante. En el secador
10, la banda flotante se soporta de forma flotante por una
diversidad de barras 14 de aire. Aunque preferiblemente las barras
14 de aire se posicionan según se muestra en una relación opuesta
escalonada, aquellos expertos en la técnica reconocerán que son
posibles otras disposiciones. Para lograr buena flotación y
transferencia de calor elevada, se prefieren barras de aire
HI-FLOAT® distribuidas comercialmente por MEGTEC
Systems, que flotan la banda 13 en una trayectoria sinusoidal a
través del secador 10. El secado mejorado se puede lograr
incorporando elementos de calentamiento infrarrojos en la zona de
secado. Los conjuntos superior e inferior de barras de aire están en
comunicación con los cabezales 16, 16' respectivos, cada uno de los
cuales recibe una fuente de aire caliente vía un ventilador 17 de
suministro, y lo dirige a las barras 14 de aire respectivas. Se
proporciona una trampilla 25 de aire añadida en comunicación con el
ventilador 17 para suministrar aire añadido al sistema cuando sea
necesario. Aquellos expertos en la técnica apreciarán que aunque se
ilustra un secador de flotación, los secadores donde el soporte sin
contacto de la banda no es necesario se contemplan también dentro
del alcance de la presente invención.
El oxidante 20 regenerativo que está integrado
con el secador 10 es preferiblemente un oxidante de dos columnas,
aunque se podría usar una columna (figuras 7 y 8) con el quemador en
la entrada de la cámara de sobrepresión o tres o más columnas o un
tipo giratorio. Con la tecnología de oxidación térmica regenerativa,
las zonas de transferencia de calor en cada columna deben ser
periódicamente regeneradas para permitir que los medios de
transferencia de calor (generalmente un lecho de gres o monturas
cerámico) sean abastecidos en la zona de energía agotada. Esto se
logra alternando periódicamente la zona de transferencia de calor a
través de la cual pasan los fluidos fríos y calientes.
Específicamente, cuando el fluido caliente pasa a través de la
matriz termotransferente, el calor se trasfiere del fluido a la
matriz, enfriando de ese modo el fluido y calentando la matriz.
Contrariamente, cuando el fluido frío pasa a través de la matriz
calentada, el calor se transfiere desde la matriz al fluido dando
como resultado el enfriamiento de la matriz y calentamiento del
fluido. En consecuencia, la matriz actúa como un almacén térmico,
aceptando alternativamente calor del fluido caliente, almacenando
ese calor, y entonces liberándolo al fluido frío.
La alternancia de las zonas de transferencia de
calor para proporcionar la regeneración de la matriz se logra vía
las válvulas de conmutación adecuadas. En una realización de la
presente invención, hay una válvula de conmutación por zona de
transferencia de calor, y preferiblemente las válvulas de
conmutación son válvulas del tipo de vástago neumático cuya
frecuencia de conmutación o ciclo está en función de la medida del
caudal volumétrico de modo que un caudal reducido permite períodos
más largos entre los cambios. Al tiempo que las válvulas de
conmutación proporcionan los medios para la regeneración de matriz,
el acto de regeneración propiamente dicho da como resultado una
emisión de corta duración del fluido no tratado directo a la
atmósfera, que ocasiona una disminución de la eficacia de
destrucción del compuesto orgánico volátil (VOC) y en casos en que
se impliquen VOC de puntos de ebullición elevado, cuestiones de
opacidad potencial, a menos que se emplee algún método para atrapar
este aire cambiante. Preferiblemente, entonces, se usa una cámara 90
de atrapamiento para incrementar la eficacia del aparato.
La figura 1 muestra generalmente en 10 un
oxidante térmico regenerativo de dos columnas. El gas que se va a
procesar se dirige desde el recinto 10 secador al oxidante 20 vía el
ventilador 30 de escape y la canalización adecuada, a través de la
válvula de conmutación o válvulas 21, y dentro (o fuera) de una de
las columnas 15, 15' de intercambio de calor regenerativo rellenadas
con medios de intercambio de calor. Una zona 18 de combustión que
tiene medios de calentamiento asociados tales como uno o más
quemadores 22 caldeados con gas con ventilador 23 de combustión
asociado e instalación de válvulas en la línea de gas está en
comunicación con cada columna 15, 15' de intercambio de calor
regenerativo, y está también en comunicación con el ventilador 17 de
suministro del secador. Idealmente, la operación del medio de calor
de la zona de combustión es necesaria sólo durante el arranque, para
llevar la zona 18 de combustión y las columnas 15, 15' de
intercambio de calor a la temperatura de operación. Una vez que se
alcanza la temperatura de operación, el medio de calentamiento es
preferiblemente apagado (o colocado en "modo piloto") y se
mantiene una condición autotérmica. Las temperaturas de operación de
la zona 18 de combustión adecuada están generalmente dentro de un
intervalo de 742,22-964,45ºC. Aquellos expertos en
la técnica apreciarán que aunque el término "zona de
combustión" se ha usado típicamente en la industria para
identificar el elemento 18, la mayor parte o toda la combustión
puede tener lugar en los lechos de intercambio de calor, y poca o
ninguna combustión puede realmente tener lugar en la zona 18 de
combustión. En consecuencia, el uso de este término a través de la
memoria descriptiva y reivindicaciones no se debe interpretar como
que implica que la combustión debe tener lugar en esa zona.
Preferiblemente las columnas 15, 15' de
intercambio de calor se orientan horizontalmente (es decir, el
caudal de gas a su través continúa en una trayectoria horizontal) en
el aparato para economizar espacio. Para minimizar la acumulación
indeseable de gas del proceso e inducir incluso a la distribución
uniforme de gas del proceso a través de los medios de intercambio de
calor, se usa preferiblemente una combinación de medios empaquetados
al azar que incluye espacios vacíos que permiten el paso de gas a
través de las partículas de los medios, y medios estructurados. En
una realización preferida, los espacios vacíos en los medios
empaquetados al azar son mayores que los espacios vacíos que existen
en los intersticios formados entre las partículas de los medios. Si
los espacios vacíos son demasiado pequeños, el gas tenderá a fluir
en los intersticios en lugar de a través de los espacios vacíos en
las partículas. Estas partículas de intercambio están fabricadas de
un material único y están caracterizadas por salientes o paletas que
se extienden desde el centro de la partícula. Los espacios entre los
salientes proporcionan una fracción de espacio libre ideal para el
paso de gases, mejorando de ese modo las características de caída de
presión del agregado del lecho del intercambiador de calor. Estos
medios empaquetados al azar pueden también tener un catalízador
aplicado a la superficie.
Aquellos expertos en la técnica reconocerán que
se pueden usar otras formas adecuadas para los medios empaquetados
al azar de la presente invención, incluyendo monturas,
preferiblemente monturas de 1,27 cm, etc.
Una segunda porción de los medios de intercambio
de calor es una estructura monolítica usada en combinación con los
medios empaquetados al azar antes mencionados. La estructura
monolítica preferiblemente tiene alrededor de 50 celdas/6,45
cm^{2}, y permite el flujo laminar y la baja caída de presión.
Tiene una serie de pequeños canales o conductos formados allí que
permiten que el gas pase a través de la estructura en trayectorias
predeterminadas. Las estructuras monolíticas adecuadas son panales
cerámicos mullíticos que tienen 40 celdas por elemento (diámetro
externo de 150 mm x 150 mm) distribuido comercialmente por
Porzellanfabrik Frauenthal GMBH. En la realización preferida de la
presente invención, se prefieren las estructuras monolíticas que
tienen dimensiones de alrededor de 15,01 cm x 15,01 cm x 30,48 cm.
Estos bloques contienen una diversidad de canales cuadrados
paralelos (40-50 canales por 6,45 centímetro
cuadrado), con una sección transversal de canal único de
aproximadamente 3 mm x 3 mm rodeado por una pared de aproximadamente
0,7 mm de grueso. De este modo, se puede determinar una sección
transversal de aproximadamente 60-70% y un área de
superficie específica de aproximadamente 850 a 1000 m^{2}/m^{3}.
También se prefieren bloques monolíticos que tienen dimensiones de
15,01 cm x 15,01 cm x 15,24 cm. En algunas aplicaciones, se aplica
un catalizador a la superficie monolítica.
La porción montada al azar resistente al
relativamente elevado flujo de los medios se coloca preferiblemente
donde el gas del proceso que se va a tratar entra en la columna de
intercambio de calor, ayudando de ese modo eficazmente en la
distribución del gas a través de la sección transversal de columna.
La porción monolítica resistente de flujo relativamente bajo de los
medios se coloca preferiblemente sobre la salida de los medios
empaquetados al azar, en donde ya ha ocurrido la distribución del
gas. Dentro de un lecho regenerativo en el que está ocurriendo la
oxidación, la sección de salida del lecho tiene temperaturas de
fluido más altas que la sección de entrada. Una temperatura mayor
significa tanto el aumento de la viscosidad como el aumento de la
velocidad real del fluido, lo cual entonces genera una caída de
presión elevada. De este modo, es ventajoso el uso de los medios
estructurados, que tiene una caída de presión inherentemente más
baja, en esta porción de la columna.
Aquellos expertos en la técnica apreciarán que un
lecho de capa múltiple de los medios de intercambio de calor pueden
constar de más de dos capas distintas de medios. Por ejemplo, los
medios empaquetados al azar en la entrada de una columna pueden ser
una combinación de diferentes tamaños de monturas, tal como una
primera capa de monturas de 1,27 cm seguido de una segunda capa de
monturas de 2,54 cm. La capa monolítica se orientaría entonces hacia
la salida de la columna. Análogamente o además, la capa monolítica
podría ser por ejemplo, una primera capa de monolitos que tienen
secciones transversales de canal de 3 mm x 3 mm, seguidos por una
segunda capa de monolitos que tienen secciones transversales de
canal de 5 mm x 5 mm. En un sistema en el que sólo se usa una
columna de intercambiador de calor única, el lecho de medios de capa
múltiple puede ser una primera capa de medios empaquetados al azar,
una segunda capa de medios monolíticos, y una tercera capa de medios
empaquetados al azar. Aquellos expertos en la técnica apreciarán que
el diseño particular del lecho de capa múltiple depende de la caída
de presión deseada, eficacia térmica y coste tolerable.
Más preferida es una estructura monolítica al
100%, según se muestra en la figura 2. En la disposición horizontal
mostrada, los bloques son apilados para construir el área de flujo
en sección transversal deseada y la longitud de flujo deseada. Para
construir un secador integrado con un oxidante regenerativo, que
incluye una cámara de atrapamiento, la cual se monta en las líneas
del proceso existente tal como una prensa en la línea de impresión
en artes gráficas, se requiere un lecho de intercambio de calor
compacto, lo cual se obtiene mejor con el lecho monolítico. Un
diseño de lecho monolítico alternativo tendría un catalizador
aplicado a la superficie monolítica. Para una estructura monolítica
al 100%, la uniformidad del flujo de aire dentro del monolito es
crítica para el rendimiento del intercambiador de calor. En la
figura 1, los dispositivos 95 de distribución o difusión del flujo,
tales como placas, se emplean en la entrada y salida de cada columna
para distribuir uniformemente el flujo de aire a través del lecho
del intercambiador de calor. Tales distribuidores de flujo se hacen
opcionales en los que se usa el medio empaquetado al azar, puesto
que el medio empaquetado al azar ayuda a distribuir el flujo de
aire.
La instalación de las válvulas 40 adecuada se
proporciona para dirigir los gases a la atmósfera o para purgar
dentro del recinto del aparato (o la cámara 90 de atrapamiento) para
la destrucción óptima eficaz.
La presión adecuada y/o atenuadores 92 de
temperatura se pueden proporcionar según se muestra para amortiguar
los efectos de la conmutación de válvula durante el ciclo del
intercambiador de calor regenerativo. Esta válvula de conmutación
puede crear pulsaciones de presión y/o puntas de temperatura que
pueden afectar adversamente la operación del secador. Las
pulsaciones de presión pueden entrar al secador a través de la línea
de suministro de aire caliente y alterar la presión ligeramente
negativa (relativa a la atmósfera) del recinto del secador. Esto
permitiría que el aire cargado disolvente se fugue de las ranuras de
banda del secador. Las fluctuaciones de temperatura que pudieran
ocurrir durante el proceso de conmutación harían más difícil
controlar la temperatura del aire del secador en el punto de
regulación deseado. El atenuador 92 podría reducir las pulsaciones
de presión introduciendo una resistencia al flujo en la línea de
alimentación del recinto del secador. Las fluctuaciones de
temperatura se reducen introduciendo un dispositivo de elevada área
superficial y alta capacidad térmica en la línea de flujo que va al
recinto del secador.
El oxidante está integrado con el secador en el
sentido del proceso; esto es, el aparato es una disposición compacta
con lo cual el secador depende del oxidante para calentar y para
limpiar los VOC. Esto se puede lograr encerrando el oxidante y
secador en un recinto único, o acoplando el oxidante al secador, o
colocándolo en una estrecha proximidad al secador. El oxidante
también se puede calentar aislado del secador. Preferiblemente hay
una pared común entre el secador y el lecho(s) de intercambio
de calor del oxidante.
En una realización de la presente invención, el
aire de refrigeración se puede extraer más allá del oxidante y
añadirse al interior del secador como aire añadido. Este
procedimiento enfría el oxidante y precaliente el aire añadido,
añadiéndose a la eficacia del sistema.
La figura 3 muestra un secador de flotación con
un oxidante térmico regenerativo integrado según la figura 1,
excepto que el secador es un secador de zona dual con un retorno de
aire caliente. Cada zona incluye medios 17, 17' de recirculación tal
como un ventilador para suministrar las barras 14 de aire con aire
incidente de secado calentado vía los conductos adecuados en
comunicación con los cabezales 16, 16'. La mayoría del suministro de
aire caliente a la primera zona es desde el oxidante térmico
regenerativo, según se ha regulado por la válvula 41 de suministro
de aire caliente. La segunda zona recibe su suministro de aire
caliente de la recirculación.
La figura 4 muestra un secador de flotación con
un oxidante térmico regenerativo integrado según la figura 1,
excepto que el secador es un secador de zona múltiple (se muestran
tres zonas) con un retorno de aire caliente. Cada zona incluye
medios 17, 17' de recirculación tal como un ventilador para
suministrar las barras 14 de aire con aire incidente de secado
calentado vía conductos adecuados en comunicación con los cabezales
16, 16'. Todas las zonas excepto la final recibe la mayoría del
suministro de aire caliente del oxidante térmico regenerativo, según
se regula por la válvula 41 de suministro de aire caliente. La zona
final recibe su suministro de aire caliente de la recirculación.
La figura 5 muestra un secador de flotación con
un oxidante térmico regenerativo integrado según la figura 1,
excepto porque el secador es un secador de zona múltiple (se
muestran tres zonas) con un retorno de aire caliente, con la zona
final siendo una zona de acondicionamiento. Cada zona incluye medios
17, 17' de recirculación tal como un ventilador para suministrar las
barras 14 de aire con aire incidente de secado calentado vía
conductos adecuados en comunicación con los cabezales 16, 16'. La
zona de acondicionamiento integrada es como se describe en la
Patente de U.S. No. 5.579.590, cuya descripción se incorpora aquí
como referencia. La zona de acondicionamiento contiene aire
acondicionado que está substancialmente libre de contaminantes y
está a una temperatura lo suficientemente baja para absorber calor
de la banda, disminuyendo efectivamente la proporción del grado de
evaporación del disolvente y mitigación de la condensación. El medio
45 de control de presión se dispone de modo que los vapores del
disolvente no se escaparán del recinto del secador y de modo que el
aire añadido ambiente se pueda regular según se requiere vía el
medio 46 de control
La figura 6 muestra una realización similar a la
figura 5, excepto que se elimina la purga del oxidante a la cámara
de atrapamiento del secador (y válvula correspondiente). Se muestra
un limpiador 50 de chimenea catalítico opcional para destrucción
adicional de los VOC que se están escapando a la atmósfera, para
aumentar la eficacia del aparato en su totalidad.
Volviendo ahora a la figura 7, se muestra un
oxidante de lecho único integrado con un secador de flotación de
aire de dos zonas. El ventilador 30 de escape extrae el aire cargado
de disolvente desde dentro del recinto del secador y lo dirige al
oxidante regenerativo para tratamiento. La(s)
válvula(s) 21 de conmutación dirige(n) el aire al lado
de entrada del lecho 15 de los medios de intercambio de calor. (El
lado de entrada del lecho 15 de los medios alterna desde un lado del
lecho al otro según un tiempo de conmutación predeterminado). El
lecho 15 de los medios de intercambio de calor es una acumulación
solitaria de material sin ninguna oclusión por una cámara de
combustión. Existe una zona de combustión dentro del lecho donde
ocurren temperaturas globales suficientemente elevadas para
convertir los VOC a productos finales de dióxido de carbono y vapor
de agua. La localización y tamaño de la zona de combustión puede
cambiar dentro del lecho 15 de medios según la combinación
particular del índice disolvente/combustible, medida del caudal de
la masa de aire y tiempo de conmutación. Los medios de intercambio
de calor se pueden componer totalmente de cualquiera de los diversos
tipos de material de montaje al azar o una combinación de material
empaquetado al azar y estructurado. La realización preferida es una
combinación de tipos de medios en los que los medios estructurados
están localizados en las denominadas caras frías del lecho y el
material empaquetado al azar está posicionado en la sección del
centro del lecho. De este modo la acumulación de intercambio de
calor de lecho único está preferiblemente compuesta de, de modo
plano, normal a la dirección del flujo del aire, primero una
profundidad de medios estructurados seguida por una sección de
medios empaquetados al azar y a su vez inmediatamente seguida por
una segunda sección de medios estructurados de la misma profundidad
que la primera. La orientación del lecho puede ser tal que el flujo
sea vertical u horizontal, aunque el flujo debe ser normal a los
planos de diversas secciones de los medios.
Una fuente de calor adecuada tal como una tubería
de gas de combustión o preferiblemente un elemento de calentamiento
eléctrico está localizado en el centro, en la sección de medios
empaquetados al azar con el fin de calentar inicialmente el lecho de
intercambio. Se pretende que el elemento eléctrico se apague en el
momento en que el disolvente y/o combustible esté presente en el
lecho. Preferiblemente un material combustible, tal como gas
natural, se introduce dentro del gas que va a ser tratado antes de
su entrada en el lecho de intercambio de calor con el fin de
mantener las temperaturas del lecho cuando estén disponibles
cantidades insuficientes del disolvente del proceso para soportar
las temperaturas de combustión requeridas.
Una porción de los gases de combustión se retira
del centro del lecho de intercambio de calor con el fin de mezclar y
calentar el aire de suministro que se dirige a la banda de material
13. El gas caliente se retira de la sección central de material
empaquetado al azar vía una cámara 75 de sobrepresión de recogida de
aire caliente que corre longitudinalmente a lo largo del centro,
sección de medios empaquetados al azar. El fin de la cámara de
sobrepresión es retirar una cantidad uniforme de gas de un lado a
otro del lecho de medios de intercambio para evitar variaciones de
temperatura dentro del lecho originadas por un régimen de flujo no
uniforme.
La temperatura final del aire de suministro la
cual incide sobre la banda de material 13 se determina por la
cantidad de gases calientes mezclados con la recirculación de aire
antes del ventilador 17 de suministro. La cantidad de gases
calientes se regula por la válvula 4' de suministro de aire caliente
que está en comunicación con la cámara 75 de sobrepresión para
recogida de aire caliente unida al lecho de intercambio de
calor.
La fuente de calor regenerativa descrita es capaz
de suministrar calor suficiente a un secador que consiste en una o
más (se muestran dos) zonas de control distintas según se señalan
por los ventiladores de suministro individuales. El calor procedente
de la sección del oxidante se puede dirigir a una o más de las zonas
individuales según se requiera y bajo el proceso de control. El
diseño de secador puede incorporar una o más zonas de refrigeración
que operan conjuntamente con e integradas al control de zona de
calentamiento. La atmósfera dentro del secador se controla
activamente vía una trampilla 25 de aire añadida.
La figura 8 describe la realización preferida de
un lecho de intercambio de calor que consiste en una acumulación
solitaria de material de intercambio de calor sin oclusión ampliada
por una cámara de combustión. Una zona de combustión descrita existe
dentro del lecho circundante y alrededor del centro del lecho en la
dirección de flujo. El tamaño y localización de la zona de
combustión se determina por un aumento significativo y suficiente en
el gradiente de temperatura dentro del lecho de forma que pueda
ocurrir la combustión y conversión de volátiles. Una cámara 76 de
sobrepresión de distribución de aire de entrada/salida proporciona
perfiles de velocidad uniforme a las caras frías del lecho 15 de
intercambio de calor. Una placa 77 de distribución perforada se
puede proporcionar justo antes de las caras frías en la dirección
del flujo de aire para proporcionar uniformidad adicional del perfil
de velocidad antes de entrar al lecho de intercambio de calor. El
lecho de intercambio de calor preferiblemente consiste en medios 15A
estructurados, que tiene excelente eficacia de pérdida de presión, y
medios 15B empaquetados al azar, que permite el fácil empotrado de
los serpentines de calefacción allí dentro y permite la retirada de
gas caliente para calentar el suministro de aire de la sección de
secado. El medio 60 de calefacción, preferiblemente un elemento de
calefacción de resistencia eléctrica, se controla con el control 61
de potencia y calienta el lecho durante el arranque. La instalación
de las válvulas 9 para la inyección de gas combustible regula la
cantidad de combustible inyectado dentro del efluente para mantener
una atmósfera combustible mínima dentro de la zona de combustión
para soportar la conversión de disolvente y combustible a dióxido de
carbono y vapor de agua.
En cualquiera de las realizaciones mostradas,
para mejorar la eficacia de la destrucción de VOC y eliminar las
cuestiones de opacidad que resultan de la regeneración de la matriz,
el fluido no tratado se puede desviar apartándolo de la chimenea del
oxidante y dirigirlo dentro de una "vasija de retención" o
cámara 90 de atrapamiento de VOC. La función de la cámara 90 de
atrapamiento es contener el residuo del fluido no tratado que ocurre
durante el proceso de regeneración de matriz suficientemente
prolongado de forma que la mayoría pueda ser reciclado lentamente
(es decir, a una medida de caudal muy baja) de nuevo a la entrada
del oxidante para tratamiento, o puede ser suministrado al
ventilador 23 de combustión como aire de combustión, o lentamente
sangrado a la atmósfera a través de la chimenea de escape. El fluido
no tratado en la cámara 90 de atrapamiento debe ser enteramente
evacuado dentro del marco de tiempo asignado entre los ciclos de
regeneración de matriz puesto que el proceso se debe repetir para
todas las regeneraciones de matriz posteriores.
Además de su capacidad de volumen, el diseño de
los interiores de la cámara 90 de atrapamiento es crítico comparado
con su capacidad para contener y retornar de nuevo el fluido no
tratado a la entrada del oxidante para tratamiento dentro del tiempo
asignado entre los ciclos de regeneración de la matriz del
intercambiador de calor. Cualquier volumen no tratado adecuadamente
retornado dentro de este ciclo escapará a la atmósfera vía la
chimenea de escape, reduciendo de ese modo la eficacia del
dispositivo de atrapamiento, y reduciendo la eficacia total de la
unidad del oxidante.
Para algunas condiciones operativas, la cantidad
de disolventes volátiles en la corriente de escape del secador sería
menos que la requerida para la operación autotérmica. Para evitar el
uso de un quemador de combustión para proporcionar energía
suplementaria, el combustible suplementario se puede introducir
dentro del sistema, tal como en la corriente de escape, para
proporcionar la energía necesaria. Un combustible preferido es gas
natural u otros gases o líquidos combustibles convencionales. La
eliminación de la operación del quemador es ventajosa debido a que
el aire de combustión requerido para la operación del quemador
reduce la eficacia del oxidante y puede originar la formación de
NO_{x}. La introducción de gas combustible se puede lograr
detectando la temperatura en alguna localización, tal como en las
columnas de intercambio de calor. Por ejemplo, los detectores de
temperatura se pueden localizar en cada uno de los lechos de
intercambio de calor, alrededor de 45,72 cm por debajo de la parte
superior de los medios de intercambio de calor en cada lecho. Una
vez que comience la operación normal del aparato, el gas material
combustible se aplica al proceso de gas, por medio de una conexión
en T antes que el gas de proceso entre a la columna de intercambio
de calor, basado en el promedio de las temperaturas detectadas por
los detectores en cada lecho de intercambio de calor. Si el promedio
de las temperaturas detectadas cae por debajo de un punto regulado
predeterminado, se añade gas combustible adicional al efluente
contaminado que entra al oxidante. Igualmente, si el promedio de las
temperaturas detectadas se incrementa por encima de un punto
regulado predeterminado, se detiene la adición del gas
combustible.
Alternativamente, la temperatura de la zona de
combustión puede ser indirectamente controlada por medio de medición
y control del contenido de energía del aire de escape que entra al
oxidante. Se puede usar un detector Límite Explosivo más Bajo
Adecuado (LEL) tal como el distribuido por Control Instruments
Corporation, para medir el contenido total de disolvente más el
contenido de combustible del aire de escape en un punto adecuado
tras el punto de inyección de combustible suplementario. Esta
medición se usa entonces para modular por medio de control adecuado
la frecuencia de inyección del combustible para mantener un nivel
predeterminado, constante del contenido de combustible total,
típicamente en el intervalo de 5 a 35% de LEL, preferiblemente en el
intervalo de 10 a 20% de LEL. Si el LEL medido por el detector está
por debajo del punto de regulación deseado, la cantidad de
combustible suplementario inyectada se aumenta tal como abriendo la
válvula 9 de control. Si el LEL medido está por encima del punto de
regulación, la frecuencia de inyección de combustible suplementario
se reduce tal como cerrando la válvula 9 de flujo. En el caso de que
el contenido del disolvente del proceso de secado sea mayor que el
punto de regulación LEL deseado incluso sin inyección de
combustible, la velocidad de escape del proceso de secado se puede
incrementar para reducir el LEL tal como ajustando el flujo a través
del ventilador 30 de escape. Este ajuste de flujo de escape es bien
conocido por aquellos expertos en la técnica, y se logra
preferiblemente con un accionador de velocidad variable en el
ventilador 30, o por una trampilla de control de flujo.
Si se hace demasiado alta la concentración de los
componentes del combustible en el gas para ser tratado, ocurrirán
las temperaturas excesivas en el aparato que pueden ser
perjudiciales. Para evitar tales temperaturas excesivas en la zona
de combustión e incineración de elevada temperatura, la temperatura
se puede detectar con un termopar apropiadamente posicionado en la
zona de combustión y/o en una o más de las columnas de intercambio
de calor, y cuando se alcanza una temperatura alta predeterminada,
los gases que normalmente pasarían a través de la columna de
intercambio de calor de refrigeración pueden ser en su lugar
desviados alrededor de la columna. Cuando se colocan en las columnas
de intercambio de calor, la localización particular de los
detectores de temperatura no es absolutamente crítica; pueden ser
localizados por ejemplo 15,24 cm, 30,48 cm, 45,72 cm, 60,96 cm por
debajo de la parte superior de los medios. Preferiblemente, los
detectores se colocan desde alrededor de 30,48 a 45,72 cm por debajo
de la parte superior de los medios. Cada detector está
eléctricamente acoplado a un medio de control. Un conducto/trampilla
de desvío caliente recibe una señal desde el medio de control que
modula la trampilla para mantener una temperatura según se ha medido
por el detector a un punto de regulación predeterminado. Aquellos
expertos en la técnica apreciarán que el punto de regulación real
usado depende en parte de la profundidad real del detector de
temperatura en el gres, así como sobre el punto de regulación de la
cámara de combustión. Un punto de regulación adecuado está en el
intervalo de alrededor de 853,34ºC a alrededor de 863,34ºC. Los
gases desviados se pueden escapar a la atmósfera, combinados con
otros gases que han sido ya enfriados como resultado de su paso
normal a través de la columna de intercambio de calor de
refrigeración o usados para algún otro fin.
Claims (18)
1. Un secador (10) para una banda de material que
comprende:
una entrada (11) de banda y una salida (12) de
banda espaciada de dicha entrada de banda;
una diversidad de boquillas para secar dicha
banda; caracterizado porque el secador comprende además;
una fuente (20) de calor regenerativa que
comprende al menos una columna (15) de intercambio de calor,
teniendo dicha al menos una columna una entrada de gas y una salida
de gas, estando dicha al menos una columna en comunicación con una
zona (18) de combustión y conteniendo material de intercambio de
calor;
medios (21, 40) de válvula para alternativamente
dirigir el gas desde dicho secador a dicha entrada de dicha al menos
una columna de intercambio de calor; y
medios (41, 17, 16) en comunicación con dicha
zona de combustión para dirigir allí una porción del gas a una o más
de dicha diversidad de boquillas.
2. El secador de la reivindicación 1, en el que
hay al menos dos columnas de intercambio de calor.
3. El secador de la reivindicación 1 ó 2, en el
que al menos algunas de dicha diversidad de boquillas son boquillas
de flotación para soportar de forma flotante dicha banda en dicho
recinto de alojamiento.
4. El secador de la reivindicación 1, 2 ó 3, en
el que dicho material de intercambio de calor es una combinación de
medios empaquetados al azar y medios estructurados.
5. El secador de la reivindicación 1, 2 ó 3, en
el que dicho material de intercambio de calor es un monolito.
6. El secador de la reivindicación 2 ó 3, que
comprende además una cámara de atrapamiento que tiene una entrada en
comunicación con dicho medio de válvula.
7. El secador de la reivindicación 1, 2 ó 3, que
comprende además medios para introducir un material combustible en
dicha al menos una columna de intercambio de calor.
8. El secador de la reivindicación 1, 2 ó 3, en
el que dicho material de intercambio de calor comprende un
catalízador.
9. El secador de la reivindicación 1, 2 ó 3, que
comprende además medios de atenuación en comunicación con dicha zona
de combustión.
10. El secador de la reivindicación 9, en el que
dicho medio de atenuación atenúa la presión.
11. El secador de la reivindicación 9, en el que
dicho medio de atenuación atenúa la temperatura.
12. El secador de la reivindicación 1, que
comprende además el medio detector de la temperatura en dicha fuente
de calor regenerativa, y el medio de desviación sensible al mismo
para extraer una porción de gases de dicha fuente de calor
regenerativa cuando dicho medio detector de temperatura detecta una
temperatura predeterminada.
13. El secador de la reivindicación 1, que
comprende además un detector para detectar la concentración del
disolvente orgánico volátil de dicho gas dirigido a dicha
entrada.
14. El secador de la reivindicación 7, que
comprende además un detector para detectar la concentración del
disolvente orgánico volátil de dicho gas dirigido a dicha entrada, y
en el que la cantidad de dicho material combustible introducido es
sensible a la concentración detectada.
15. Un método de secado de una banda de material
circulante, que comprende:
transportar dicha banda a un secador que tiene
una atmósfera secadora;
hacer incidir el gas calentado sobre dicha banda
con una diversidad de boquillas;
aspirar una porción de dicha atmósfera secante
hacia una fuente de calor regenerativa integrada que comprende al
menos una columna de intercambio de calor en comunicación con una
zona de combustión y que contiene material de intercambio de calor
para calentar dicha porción de dicha atmósfera secante;
quemar en dicha fuente de calor regenerativa
contaminantes volátiles contenidos en dicha atmósfera secante; y
dirigir una porción del gas quemado de dicha
fuente de calor regenerativa a una o más de dicha diversidad de
boquillas.
16. El método de la reivindicación 15, que
comprende además detectar la concentración de contaminantes
volátiles en dicha atmósfera secante.
17. El método de la reivindicación 15 ó 16, que
comprende además introducir un material combustible dentro de dicha
al menos una columna de intercambio de calor.
18. El método de la reivindicación 18, en el que
la cantidad de gas combustible introducida es sensible a la
concentración detectada de contaminantes volátiles.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US8460398P | 1998-05-07 | 1998-05-07 | |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES99921735T Expired - Lifetime ES2229707T3 (es) | 1998-05-07 | 1999-05-05 | Secador de banda con una fuente de calor regenerativa completamente integrada. |
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