ES2297819T3 - Dispositivo de agitacion de un liquido y de inyeccion de un gas en este liquido, adaptado para depositos de poca profundidad. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de agitación de un líquido en un reactor y de inyección de un gas en dicho líquido para formar una dispersión de gas-líquido, que comprende: - un dispositivo (1) de accionamiento dispuesto por encima del reactor, dotado de un árbol (2) de salida vertical equipado en su extremo inferior con al menos un elemento móvil (4) de flujo axial sumergido en el líquido, - un medio (3 y 7) de introducción del gas por encima del elemento móvil (4) de flujo axial, - un deflector (5) colocado por encima del elemento móvil (4) de flujo axial que impide la ascensión de la dispersión de gas-líquido; caracterizado porque comprende un deflector (6) colocado por debajo del elemento móvil (4) de flujo axial que transforma el flujo axial de dicho elemento móvil en flujo radial.
Description
Dispositivo de agitación de un líquido y de
inyección de un gas en este líquido, adaptado para depósitos de poca
profundidad.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de agitación de un líquido en un reactor y de inyección
de un gas en este líquido.
El documento
EP-A1-0995485 describe un
dispositivo de agitación de un líquido en un reactor, o depósito, y
de inyección de un gas en este líquido. Este dispositivo comprende
un motor de accionamiento de un árbol vertical dispuesto por encima
del reactor. El árbol del motor lleva y acciona en su extremo
inferior una hélice sumergida en el líquido; lleva y acciona
igualmente una turbina autoaspirante colocada entre la superficie
del líquido y la hélice. La turbina autoaspirante está conectada a
una fuente de gas, generalmente un gas oxigenado, de manera que,
cuando se acciona mediante el árbol del motor, aspira a la vez gas y
líquido en el que está sumergida, formando así una dispersión de
gas-líquido. La dispersión de
gas-líquido generada por la turbina autoaspirante
se dirige hacia la hélice con la ayuda de una cámara anular que
forma un deflector que rodea la turbina autoaspirante.
En la práctica, la potencia de bombeo de la
hélice genera corrientes descendentes de líquido y de gas que
pueden alcanzar más de 7 metros de profundidad. Así, cuando el fondo
del depósito está situado a 7 metros o menos, la corriente impacta
con el fondo. Esto no tiene importancia si las paredes y el fondo
del reactor son de hormigón, o si la profundidad supera los 3
metros. Al contrario, esto permite poner en movimiento los posos
que se tienden a acumular en el fondo del reactor. En cambio,
determinados reactores presentan paredes y un fondo de membranas
geotextiles o de arcilla, que son muy sensibles a la abrasión. En
general, estos depósitos son muy poco profundos (de 1,5 a 3
metros). El impacto de un flujo potente erosiona y agrieta tales
fondos, hasta poner en peligro la estanqueidad del reactor. Además,
la puesta en movimiento de grandes cantidades de arcilla perturba
la decantación de los posos aguas abajo del depósito de
aireación.
El objetivo de la presente invención es proponer
un dispositivo de agitación de un líquido en un reactor y de
inyección de un gas en este líquido, en el que se crea un flujo
axial potente, que se puede poner en práctica en depósitos de poca
profundidad o en depósitos de paredes friables.
Con este objetivo, la invención se refiere a un
dispositivo de agitación de un líquido en un reactor y de inyección
de un gas en dicho líquido para formar una dispersión de
gas-líquido, que comprende:
- un dispositivo de accionamiento dispuesto por
encima del reactor, dotado de un árbol de salida vertical equipado
en su extremo inferior con al menos un elemento móvil de flujo axial
sumergido en el líquido,
- un medio de introducción del gas por encima
del elemento móvil de flujo axial,
- un deflector colocado por encima del elemento
móvil de flujo axial que impide la ascensión de la dispersión de
gas-líquido;
y que comprende un deflector colocado por debajo
del elemento móvil de flujo axial que transforma el flujo axial de
dicho elemento móvil en flujo radial.
Otras características y ventajas de la invención
serán evidentes tras la lectura de la descripción que viene a
continuación. Se dan formas y modos de realización de la invención a
título de ejemplos no limitativos, ilustrados mediante los dibujos
adjuntos en los que:
- la figura 1 es una vista de un dispositivo
según la invención,
- la figura 2 es una vista del deflector
colocado por debajo del elemento móvil de flujo axial y que
transforma el flujo axial de dicho elemento móvil en flujo radial
utilizable en el dispositivo según la invención,
- la figura 3 es una vista desde abajo de un
dispositivo según la invención,
- la figura 4 es un corte transversal del
deflector puesto en práctica en la figura 3.
En lo sucesivo, el término "reactor"
significa "depósito" natural así como "recipiente" de
paredes más o menos próximas y con el techo más o menos
cerrado.
La invención se refiere por tanto a un
dispositivo de agitación de un líquido en un reactor y de inyección
de un gas en dicho líquido para formar una dispersión de
gas-líquido, que comprende:
- un dispositivo de accionamiento dispuesto por
encima del reactor, dotado de un árbol de salida vertical equipado
en su extremo inferior con al menos un elemento móvil de flujo axial
sumergido en el líquido,
- un medio de introducción del gas por encima
del elemento móvil de flujo axial,
- un deflector colocado por encima del elemento
móvil de flujo axial que impide la ascensión de la dispersión de
gas-líquido;
y que comprende un deflector colocado por debajo
del elemento móvil de flujo axial que transforma el flujo axial de
dicho elemento móvil en flujo radial.
Según la invención, el dispositivo de agitación
comprende un dispositivo de accionamiento, por ejemplo un motor,
dispuesto por encima de la superficie del líquido, dotado de un
árbol giratorio de salida que se extiende verticalmente y
parcialmente sumergido en el líquido. El árbol lleva en su extremo
inferior un elemento móvil de flujo axial, que puede ser una hélice
o un tornillo, sumergido en el líquido, y que dirige generalmente
el líquido hacia la parte inferior del depósito. El dispositivo
comprende igualmente un medio de introducción del gas por encima
del elemento móvil de flujo axial y en el líquido de manera que el
gas y el líquido se arrastren por el elemento móvil de flujo axial
y que se cree una dispersión de gas-líquido. El
dispositivo comprende finalmente un deflector colocado por encima
del elemento móvil de flujo axial de tal forma que impide la
ascensión de la dispersión de gas-líquido. Esta
forma puede permitir dirigir el flujo axial hacia la parte inferior
del depósito y/o puede servir de colector de gas impidiendo que éste
último escape a la superficie del depósito. La característica
esencial de la invención se basa en que un deflector suplementario
se coloca por debajo del elemento móvil de flujo axial y de tal
forma que transforma el flujo axial creado por el elemento móvil en
flujo radial.
Según una primera variante del dispositivo según
la invención, el deflector colocado por debajo del elemento móvil
de flujo axial puede ser una placa, generalmente circular.
Preferiblemente, esta placa está centrada sobre el árbol de salida.
Puede ser ventajoso colocar este deflector colocado por debajo del
elemento móvil de flujo axial a la mayor distancia posible de dicho
elemento móvil para aprovechar lo más posible la profundidad
disponible bajo el dispositivo de agitación. Generalmente, la
superficie del deflector colocado por debajo del elemento móvil de
flujo axial se aumenta en función de la distancia entre este
deflector y este elemento móvil de flujo axial. A título
indicativo, para una distancia deflector-elemento
móvil de flujo axial inferior a 200 mm, basta que la superficie del
deflector sea al menos del orden de la superficie proyectada sobre
el mismo por el elemento móvil de flujo axial. La superficie del
deflector se puede extender igualmente en la superficie proyectada
sobre el mismo por el dispositivo de agitación global.
Un cono de deflexión o un prisma puede estar
centrado sobre la placa. El ángulo del cono o del prisma se puede
optimizar en función de la distancia entre el deflector colocado por
debajo del elemento móvil de flujo axial y dicho elemento móvil de
flujo axial.
Desde un punto de vista práctico, el deflector
colocado por debajo del elemento móvil de flujo axial se puede
fijar sobre el árbol de salida del dispositivo de accionamiento.
Durante el funcionamiento del dispositivo, el deflector colocado
por encima del elemento móvil de flujo axial se acciona entonces
igualmente por el motor. Esta puesta en práctica presenta la
ventaja de permitir modificar rápidamente un dispositivo de la
técnica anterior para adaptarlo a depósitos de poca profundidad:
basta añadir un deflector sobre el árbol del accionamiento.
Según una segunda variante de la invención, el
deflector colocado por debajo del elemento móvil de flujo axial
está constituido por:
- una placa central, y
- porciones de superficie repartidas de manera
angular alrededor de la placa central y que presentan un perfil
evolutivo divergente hacia el exterior y hacia el fondo del
reactor.
El perfil divergente de las porciones de
superficie se calcula ventajosamente de manera que ofrece una
sección de paso mínima bajo el elemento móvil de flujo axial,
ensanchándose dicha sección hacia la parte inferior. Esta sección
mínima puede representar de 1,5 a 3 veces la sección proyectada del
elemento móvil de flujo axial. La forma del perfil divergente
permite forzar que se aspire el flujo de la dispersión de
gas/líquido entre las porciones de superficie y el eje central del
elemento móvil. Es preferible que el diámetro de enrollamiento de
las porciones de superficie no sea inferior al diámetro del elemento
móvil de flujo axial.
Según esta variante, el deflector está
constituido por tanto por dos partes: la placa central y las
porciones de superficie repartidas de manera angular alrededor de
la placa. La placa central es preferiblemente circular. Se puede
fijar sobre el árbol de salida del dispositivo de accionamiento tal
como para la primera variante. Un cono de deflexión puede sustituir
ventajosamente a la placa central. A distancia de la placa central o
del cono se encuentran porciones de superficie repartidas de manera
angular alrededor de la placa. Según la invención, estas porciones
de superficie presentan un perfil evolutivo divergente hacia el
exterior y hacia el fondo del reactor; así, en corte transversal
según un plano que pasa por el árbol de salida vertical, estas
superficies presentan un perfil que se abre hacia el exterior y el
fondo del reactor. Este perfil es generalmente curvo con el fin de
generar un efecto de tipo Coanda para cualquier corriente rápida que
circula tangencialmente a la entrada del perfil. Por la combinación
de estas dos partes del elemento móvil, el flujo axial que proviene
del elemento móvil de flujo axial se redirige mediante la placa
central o el cono tangencialmente al perfil descrito por las
superficies anteriormente descritas: se adhiere contra las porciones
de superficie repartidas de manera angular alrededor de la placa
central o del cono. El efecto Coanda así obtenido mantiene la
corriente de la dispersión de gas/líquido adherida bajo las
porciones de superficie. Esta corriente se libera en el extremo del
perfil según el ángulo definido por éste; preferiblemente, el
extremo del perfil está en la horizontal para obtener un flujo
radial dirigido hacia las paredes verticales del reactor.
Esta segunda variante permite limitar la pérdida
de carga cuando el flujo axial entra en contacto con el deflector y
uniformizar la corriente. La velocidad del líquido redirigido por el
deflector es muy rápida y el caudal elevado; en consecuencia, el
deflector añadido no afecta al funcionamiento del elemento móvil de
flujo axial. Las condiciones de transferencia del gas en el líquido
siguen siendo óptimas.
Según el ángulo en el extremo del perfil que
permite generar el efecto Coanda, la eyección radial del flujo se
puede controlar con respecto a la vertical. Por tanto es posible
repartir mejor el flujo en el depósito.
Según el modo preferido de la invención, el
dispositivo presenta un medio de introducción del gas por encima
del elemento móvil de flujo axial particular, que está constituido
por:
- una turbina autoaspirante sumergida en el
reactor, colocada por encima del elemento móvil de flujo axial y
que se puede accionar mediante el árbol de salida, y
- un cilindro que envuelve coaxialmente el árbol
de salida, cuyo extremo inferior desemboca en la turbina y cuyo
extremo superior está conectado de manera estanca al dispositivo de
accionamiento y está perforado con una abertura de inyección de un
gas en un intervalo anular delimitado por el árbol y el
cilindro;
estando constituida la turbina por dos discos
superpuestos y por un conjunto de álabes radiales dispuestos entre
los discos y fijados a éstos, estando perforado el disco superior
con una perforación central en la que penetra el extremo inferior
del cilindro que delimita con el borde de dicha perforación un
espacio al menos parcialmente anular por el que se aspira líquido
en la turbina.
La figura 1 permite caracterizar un dispositivo
según la presente invención. El dispositivo comprende un dispositivo
1 de accionamiento, por ejemplo un motor, dispuesto por encima de
la superficie del líquido, dotado de un árbol giratorio 2 de salida
que se extiende verticalmente y parcialmente sumergido en el
líquido. El árbol 2 lleva en su extremo inferior un elemento móvil
4 de flujo axial, una hélice, sumergido en el líquido. El árbol 2
lleva igualmente, dispuesto entre la hélice 4 y la superficie del
líquido, una turbina autoaspirante 3 que está por consiguiente
sumergida dentro del reactor y está accionada por el árbol 2 de
salida a la misma velocidad que la hélice 4. El árbol 2 de salida
está envuelto de manera coaxial por un cilindro 7 conectado por su
extremo superior al dispositivo 1 de accionamiento, con
interposición de un dispositivo de estanqueidad, y cuyo extremo
inferior 7a desemboca en la turbina 3 de manera coaxial al árbol 2.
En el extremo superior del cilindro 7 está perforada una abertura 8
de inyección de un gas en el intervalo anular 9 delimitado por el
árbol 2 y por el cilindro 7. El sistema de inyección de gas en el
orificio 8 no está representado. La turbina autoaspirante 3 está
constituida por dos discos 10, 11 colocados horizontalmente, y por
un conjunto de álabes radiales, colocados entre los discos 10, 11 y
fijados a los mismos. Un primer deflector 5 está colocado por
encima de la turbina 3 y del elemento móvil 4 de flujo axial. Un
segundo deflector 6 está colocado sobre el árbol 2 por debajo de la
hélice 4 de flujo axial. El dispositivo de la figura 1 comprende
igualmente contrapalas 14 que permiten dirigir los diferentes
flujos con el fin de maximizar los rendimientos en cuanto a la
transferencia y la agitación.
La figura 2 ilustra un deflector 6 destinado a
estar colocado por debajo del elemento móvil de flujo axial que
presenta la forma de una placa, centrado sobre el árbol 2 de salida,
y en el centro del cual está colocado un cono 13 de deflexión.
La figura 3 ilustra un dispositivo según la
invención visto desde abajo. Este dispositivo está equipado con un
deflector 61, 62 colocado por debajo del elemento móvil 4 de flujo
axial del cual se pueden identificar tres palas en el dibujo. Este
deflector está constituido por una placa circular central 61 y por
porciones 62 de superficie repartidas de manera angular alrededor
de la placa circular central 61 y que presentan un perfil evolutivo
divergente hacia el exterior. Esta forma particular provoca un
efecto de tipo Coanda a cualquier corriente que se aspira
tangencialmente al perfil descrito por las porciones 62 de
superficie. Estas porciones 62 de superficie están fijadas a las
contrapalas 14 del dispositivo de agitación.
La figura 4 es un corte transversal según el eje
xx' del deflector de la figura 3: se puede observar el cono 61
deflector centrado sobre la placa central y el perfil que permite
generar el efecto Coanda de las porciones 62 de superficie
repartidas de manera angular alrededor de la placa central. Las
flechas representan la corriente del flujo a lo largo de la placa
central o cono deflector (61) y de las porciones repartidas de
manera angular alrededor de la placa o cono central.
Mediante la puesta en práctica de un dispositivo
tal como se describió anteriormente, el flujo axial del elemento
móvil de flujo axial se desvía y se evita el impacto del flujo axial
sobre el fondo del depósito.
Claims (12)
1. Dispositivo de agitación de un líquido en un
reactor y de inyección de un gas en dicho líquido para formar una
dispersión de gas-líquido, que comprende:
- un dispositivo (1) de accionamiento dispuesto
por encima del reactor, dotado de un árbol (2) de salida vertical
equipado en su extremo inferior con al menos un elemento móvil (4)
de flujo axial sumergido en el líquido,
- un medio (3 y 7) de introducción del gas por
encima del elemento móvil (4) de flujo axial,
- un deflector (5) colocado por encima del
elemento móvil (4) de flujo axial que impide la ascensión de la
dispersión de gas-líquido;
caracterizado porque comprende un
deflector (6) colocado por debajo del elemento móvil (4) de flujo
axial que transforma el flujo axial de dicho elemento móvil en
flujo radial.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el deflector (6) colocado por debajo del
elemento móvil (4) de flujo axial es una placa.
3. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado porque la placa está centrada sobre el árbol
(2) de salida.
4. Dispositivo según la reivindicación 2 ó 3,
caracterizado porque un cono (14) de deflexión está centrado
sobre la placa.
5. Dispositivo según la reivindicación 2 ó 3,
caracterizado porque un prisma de deflexión está centrado
sobre la placa.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque la superficie del deflector
(6) colocado por debajo del elemento móvil (4) de flujo axial se
extiende en la superficie proyectada sobre el mismo por el
dispositivo de agitación.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el deflector (6) colocado
por debajo del elemento móvil (4) de flujo radial está fijado sobre
el árbol (2) de salida del dispositivo (1) de accionamiento.
8. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el deflector (6) colocado por debajo del
elemento móvil de flujo axial está constituido por:
- una placa central (61), y
- porciones (62) de superficie repartidas de
manera angular alrededor de la placa circular central (61) y que
presentan un perfil evolutivo divergente hacia el exterior y hacia
el fondo del reactor.
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque el perfil evolutivo divergente de las
porciones (62) de superficie es del tipo que provoca un efecto
Coanda sobre cualquier corriente que se aspira de manera tangencial
en la sección descrita por el perfil evolutivo divergente.
10. Dispositivo según la reivindicación 8 ó 9,
caracterizado porque la placa central (61) está fijada sobre
el árbol (2) de salida del dispositivo de accionamiento.
11. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque un cono de
deflexión está centrado sobre la placa central (61).
12. Dispositivo según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el medio de
introducción del gas por encima del elemento móvil de flujo axial
está constituido por:
- una turbina autoaspirante (3) sumergida en el
reactor, colocada por encima del elemento móvil (4) de flujo axial
y que se puede accionar mediante el árbol (2) de salida, y
- un cilindro (7) que envuelve coaxialmente el
árbol (2) de salida, cuyo extremo inferior (7a) desemboca en la
turbina (3) y cuyo extremo superior está conectado de manera estanca
al dispositivo (1) de accionamiento y está perforado con una
abertura (8) de inyección de un gas en un intervalo anular (9)
delimitado por el árbol (2) y el cilindro (7);
estando constituida la turbina (3) por dos
discos superpuestos (10, 11) y por un conjunto de álabes radiales
dispuestos entre los discos y fijados a éstos, estando perforado el
disco superior (10) con una perforación central (12) en la que
penetra el extremo inferior (7a) del cilindro (7) que delimita con
el borde de dicha perforación un espacio al menos parcialmente
anular por el que se aspira líquido en la turbina (3).
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