ES2300252T3 - Separador de gotas. - Google Patents
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Abstract
Separador de gotas para separar gotas de líquido así como la materia sólida y el condensado asociados con las mismas de un flujo (a) de gas que se pone en movimiento de rotación, separador (1) de gotas que comprende un conducto (11, 13, 15) de flujo de gas y un tubo (12) de separación de gotas que lo rodea, y en el que la capa (c) más exterior del flujo (a) de gas está dispuesta para su paso desde el conducto (11) de flujo al tubo (12) de separación de gotas para separar las gotas, y el flujo de gas libre de gotas está dispuesto para su paso desde el tubo (12) de separación de gotas de vuelta al conducto (15) de flujo, caracterizado porque el conducto de flujo de gas está formado por tres partes sucesivas colocadas a una distancia axial entre sí en la dirección de flujo y rodeadas por el tubo (12) de separación de gotas, tres partes sucesivas que son un tubo (11) de flujo, una parte (13) cónica que se estrecha en la dirección de flujo, y un tubo (15) de continuación, siendo el diámetro del extremo aguas arriba de dicha parte (13) cónica en la dirección de flujo menor que el diámetro del tubo (11) de flujo y siendo el diámetro del extremo aguas abajo de la parte (13) cónica en la dirección de flujo menor que el diámetro del tubo (15) de continuación y estando a una distancia adecuada del tubo (15) de continuación, por lo que entre dichas partes (11, 13, 15) sucesivas del conducto de flujo se forman huecos de flujo axial, huecos que proporcionan una conexión de flujo abierta entre el conducto de flujo y el tubo de separación de gotas.
Description
Separador de gotas.
La invención se refiere a un separador de gotas
para separar gotas de líquido así como la materia sólida y el
condensado asociados con las mismas de un flujo de gas que se pone
en movimiento de rotación, separador de gotas que comprende un
conducto de flujo de gas y un tubo de separación de gotas que lo
rodea, y en el que la capa más exterior del flujo de gas está
dispuesta para su paso desde el conducto de flujo al tubo de
separación de gotas para separar las gotas, y el flujo de gas libre
de gotas está dispuesto para su paso desde el tubo de separación de
gotas de vuelta al conducto de flujo.
Con referencia al estado de la técnica, se hace
referencia a la patente estadounidense nº 4.057.075 que da a
conocer una disposición para separar películas, gotas y
pulverizaciones de flujos de gas que se transportan por una tubería
en la que una tubería está dotada de un estrechamiento de sección
transversal adaptado para acelerar el flujo de gas en la tubería y
una ranura de separación anular que tiene una superficie deflectora
anular y que comunica con una trampa colectora, estando adaptada la
superficie deflectora anular para recibir el flujo de gas que
contiene líquido y hacer que el flujo pase a la trampa
colectora.
Con frecuencia, en los flujos de gas está
presente líquido en forma de gotas, líquido que se desea eliminar.
La eliminación de gotas es particularmente necesaria cuando se apaga
un flujo de gas. Las gotas de líquido que salen hacia fuera desde
un tubo de flujo contaminan el entorno en función de la velocidad de
escape bien en el entorno inmediato de una chimenea o tubería de
escape o bien, en el caso de una chimenea alta, incluso a una
distancia.
Se han utilizado diferentes materiales hechos de
materiales porosos para separar gotas de líquido de un flujo de
gas. Se conocen lechos de estructura cerrada o abierta de manera
adecuada, hechos de fibras naturales, hilo de metal o diferentes
fibras de plástico, lechos que se colocan en un conducto de flujo.
También se conocen tamices de metal o plástico situados uno sobre
el otro o paquetes de placas hechos de placas perforadas, cuyo
objetivo es hacer que el líquido se separe del gas sobre las
superficies de un separador de gotas mientras que el flujo de gas
tiene que hacer cambios rápidos en la dirección de flujo. Cuanto más
bruscos sean los cambios de dirección que el flujo de gas tiene que
hacer y cuanto mayor sea el número de las aberturas de ranura o
placa a través de las que tiene que fluir, tanto mejor se separarán
las gotas de líquido. Estos separadores conocidos sufren el
inconveniente de obstruirse por dos motivos. Un motivo son las
partículas de materia sólida y polvo presentes posiblemente en el
flujo de gas. El otro motivo es el fenómeno de cristalización, que
resulta del hecho de que gotas de líquido supersaturado se forman
sobre las superficies del separador de gotas, gotas de las que la
materia sólida que produce la obstrucción empieza a cristalizar
sobre las aberturas y/o paredes del separador de gotas.
Una solución conocida al problema es la
denominada disposición de placas Euroform, en la que el gas inicia
un flujo laminar tras el borde de las placas situadas en una
estrecha relación de solapamiento. La superficie de flujo está
dotada de una cavidad alargada que se extiende transversalmente a la
dirección de flujo, cavidad en cuyo interior cae el líquido o gota
de líquido presente en el flujo de gas por su peso específico.
Debido a que esta hendidura forma además un ángulo oblicuo con
respecto al flujo de gas, el líquido que se separa del mismo se
guía a lo largo de la hendidura hasta un extremo de la misma, desde
el que se guía hasta una salida, y el gas libre de gotas continúa
su circulación. La desventaja de esta disposición es también que
las hendiduras se llenan debido a la materia sólida que está
contenida en el gas o que cristaliza a partir del líquido. Esto
significa que el gas fluye a través de todo el paquete de placas sin
que las gotas se separen porque las hendiduras previstas para
separar las gotas se han obstruido.
En la mayoría de los casos, los separadores de
gotas estáticos no funcionan de manera satisfactoria al menos en
las condiciones en las que existe un riesgo de obstrucción o de que
las hendiduras se llenen debido al contenido en materia sólida del
flujo de gas o si las gotas de líquido en cuestión tienen una
tendencia a formar concentraciones supersaturadas y que cristalizan
en gotas separadas.
Por consiguiente, existe la necesidad de
encontrar otras soluciones para la separación de gotas. Una solución
de este tipo es un separador de ciclón. Funciona bastante bien si
el flujo de gas contiene gotas suficientes, que lavan continuamente
la superficie interior del ciclón evitando que la materia sólida se
pegue a las paredes interiores del ciclón. Sin embargo, la
desventaja del separador de ciclón son los tamaños de gotas
limitados. Nieblas y vapores menores que un umbral de separación
dado, nieblas y vapores que pueden separarse mediante los filtros
de lecho de fibras mencionados anteriormente, pasan a través del
separador de ciclón. Las demás desventajas del separador de ciclón
incluyen su gran tamaño y la necesidad de colocar el ciclón en una
posición vertical.
Un objeto de la invención es reducir los
problemas asociados con los separadores de gotas conocidos.
Otro objeto de la invención es proporcionar un
separador de gotas que funciona sin problemas no sólo en las
condiciones descritas anteriormente sino también en condiciones en
las que una chimenea alta de escape puede hacer que un líquido se
condense a partir de gas supersaturado. Este tipo de situación se
produce con frecuencia, por ejemplo, en chimeneas altas no aisladas
de lavadores húmedos particularmente en invierno, cuando las paredes
frías de la chimenea producen la condensación del líquido contenido
en el flujo de gas. Si no existe un separador de gotas en el
extremo de la chimenea, las gotas y el líquido condensado fluyen
visiblemente a lo largo de la pared exterior de la chimenea
formando rayas de suciedad y con frecuencia las gotas de condensado
también salen al entorno de la chimenea.
El separador de gotas según la invención se
caracteriza porque un flujo de gas está formado por tres partes
sucesivas colocadas a una distancia axial entre sí en la dirección
de flujo y rodeadas por un tubo de separación de gotas, tres partes
sucesivas que son un tubo de flujo, una parte cónica que se estrecha
en la dirección de flujo, y un tubo de continuación, siendo el
diámetro del extremo aguas arriba de dicha parte cónica en la
dirección de flujo menor que el diámetro del tubo de flujo y siendo
el diámetro del extremo aguas abajo de la parte cónica en la
dirección de flujo menor que el diámetro del tubo de continuación y
estando a una distancia adecuada del tubo de continuación, por lo
que entre dichas partes sucesivas del conducto de flujo se forman
huecos de flujo axial, huecos que proporcionan una conexión de flujo
abierta entre el conducto de flujo y el tubo de separación de
gotas.
El separador de gotas según la invención es
adecuado para la separación de líquido a partir de un gas que fluye
en un tubo horizontal, oblicuo o vertical, en cuya conexión el
separador de gotas puede estar situado en el centro del tubo de
flujo o en su extremo. El gas y el líquido adicional alimentados
posiblemente en su interior se ponen en movimiento de flujo de
rotación antes que el separador de gotas para producir un campo
centrífugo en el flujo de gas para hacer que las gotas y el líquido
más pesados que el gas fluyan con el gas a lo largo de la pared
interior del tubo de flujo. La parte principal del flujo de gas que
entra en el separador de gotas entra en la parte cónica que se
estrecha, cuyo extremo delantero tiene un diámetro menor que el tubo
de flujo de gas y que está situada a una distancia pequeña del
extremo de dicho tubo de flujo, por lo que se forma un hueco entre
el extremo del tubo de flujo y el extremo delantero de la parte
cónica. A través de dicho hueco parte del gas que contiene líquido
y que fluye a lo largo de la pared exterior del tubo de flujo puede
fluir como un anillo delgado a una parte de expansión que está
situada fuera de la parte cónica y en la que el líquido y las gotas
se separan del flujo de gas. Si el tubo de flujo está en una
posición vertical, el líquido separado vuelve desde un espacio
colector anular situado fuera del tubo de flujo a través de
aberturas previstas en las paredes del tubo de flujo de vuelta al
tubo en el que fluye hacia abajo a lo largo de la superficie
interior del tubo de flujo. Si el tubo de flujo está inclinado o en
una posición horizontal, el tubo está dotado de una abertura
separada a través de la que se reparte el líquido.
A continuación, se describirá la invención con
referencia a las figuras 1 a 3 de los dibujos adjuntos, aunque la
invención no pretende estar exhaustivamente limitada a los detalles
de los mismos.
La figura 1 muestra un separador de gotas
colocado en el extremo de un tubo de flujo vertical.
La figura 2 muestra un separador de gotas
colocado en conexión con un flujo de gas que avanza en una posición
horizontal.
La figura 3 muestra un separador de gotas en el
que se pulveriza líquido adicional en un flujo de gas para lavar el
gas.
La figura 1 muestra un tubo 11 de flujo de gas
colocado en una posición vertical, tubo desde el que se descarga un
flujo de gas hacia el exterior a través de un separador 1 de gotas.
Dentro del tubo 11 de flujo, el flujo a de gas se mueve hacia
delante en un movimiento de rotación que se produce de una manera en
sí conocida. El separador 1 de gotas está fijado al extremo del
tubo 11 de flujo, separador de gotas que comprende una parte 13
cónica que se estrecha en la dirección de flujo y un tubo 12 de
separación de gotas que rodea la parte cónica. La parte 13 cónica
está colocada después del tubo 11 de flujo a una distancia pequeña
de la abertura de su boca y el diámetro de su abertura de entrada
dirigida hacia el tubo 11 de flujo es menor que el diámetro del
tubo 11 de flujo, de manera que entre el tubo 11 de flujo y la parte
13 cónica queda un hueco anular que se extiende tanto en la
dirección de flujo como en una dirección transversal al flujo. El
diámetro del tubo 12 de separación de gotas es mayor que el
diámetro del tubo 11 de flujo y está conectado al tubo 11 de flujo
mediante una brida a una distancia pequeña desde la abertura de boca
del tubo 11 de manera que queda un espacio anular entre la parte de
extremo del tubo 11 de flujo y el tubo 12 de separación de gotas.
En la pared del tubo 11 de flujo existe una serie de aberturas 14
ligeramente por encima del plano en el que el tubo 12 de separación
de gotas se une al tubo 11 de flujo. El tubo 12 de separación de
gotas se extiende en la dirección de flujo por toda la longitud de
la parte 13 cónica y su extremo exterior en la dirección de flujo
se estrecha para formar un cono 16, en cuyo centro empieza un tubo
15 de continuación.
Se hace que el líquido principalmente en forma
de gotas que se desplaza con el gas que fluye en movimiento de
rotación en el tubo 11 de flujo pase por la acción de un campo
centrífugo a las paredes interiores del tubo 11 de flujo, sobre las
que fluye como una película delgada hacia delante. El perfil de
flujo del gas en el tubo tiene, como se conoce, la forma de un
tapón truncado de manera que la velocidad de flujo es menor sobre
la superficie interior del tubo que en el centro del tubo. Después
de que el tubo 11 de flujo se termina, la parte principal del flujo
a de gas continúa su flujo a la parte 13 cónica que a una distancia
pequeña del tubo 11 sigue como un flujo b, cuya velocidad de flujo
aumenta en la parte 13 cónica a medida que disminuye el área de
sección transversal del flujo. La capa más exterior del flujo a de
gas que fluye cerca de las paredes del tubo 11 de flujo sale a
través del hueco anular formado entre el tubo 11 de flujo y la parte
13 cónica al tubo 12 de separación de gotas como un flujo c. Entre
el tubo 12 de separación de gotas y la parte 13 cónica existe un
espacio de flujo anular que se ensancha en la dirección de flujo y
en el que la velocidad de flujo del gas es sustancialmente menor
que en el tubo 11 de flujo. Como resultado, las gotas de líquido y
otro material más pesado contenidos en el flujo de gas pueden
separarse del flujo de gas y caer al fondo del tubo 12 de
separación de gotas como un líquido d, que sigue fluyendo a través
de las aberturas 14 de vuelta al tubo 11 de flujo. Aquí, el flujo d
de líquido es tan fuerte que puede fluir hacia abajo a lo largo de
las paredes del tubo 11 de flujo en una dirección opuesta a la
dirección del flujo a de gas.
La parte principal del flujo a de gas descargado
desde el tubo 11 de flujo fluye por tanto a través de la parte 13
cónica a una velocidad creciente en forma del flujo b y desde allí
además al tubo 15 de continuación y posiblemente al aire libre.
Entre la parte 13 cónica y el tubo 15 de continuación existe un
hueco a través del que el flujo c de gas que ha circulado a través
del tubo 12 de separación de gotas y que se ha liberado de gotas de
líquido y materia sólida puede unirse al flujo b principal del gas.
El flujo b de gas descargado a una velocidad alta desde la parte 13
cónica expulsa con él el flujo c de gas que se ha hecho circular a
través del tubo 12 de separación de gotas. Por otro lado, las gotas
de líquido condensadas por la acción del movimiento de rotación del
gas en la parte 13 cónica pueden salir a través de dicho hueco al
tubo 12 de separación de gotas y así formar parte de las gotas que
van a eliminarse. El espacio cónico anular que se estrecha dejado
entre el cono 16 proporcionado como la continuación del tubo 12 de
separación de gotas y el tubo 15 de continuación garantiza que el
líquido se separe del gas que fluye en el tubo 12 de separación de
gotas.
En la figura 2, un separador 1 de gotas está
colocado entre un tubo 11 de flujo y su tubo 15 de continuación
situado en una posición horizontal. La estructura y el
funcionamiento del separador 1 de gotas son principalmente
similares a las de la disposición colocada en una posición vertical
tal como se muestra en la figura 1. Un flujo a de gas que se pone
en movimiento de rotación se divide en dos partes después del tubo
11 de flujo. El volumen b del flujo de gas continúa su movimiento a
una parte 13 cónica que se estrecha y desde ésta adicionalmente al
tubo 15 de continuación. La parte c más pesada del flujo de gas, que
fluye lo más cerca posible de las paredes del tubo 11 de flujo, se
descarga a través de un hueco entre el tubo 11 de flujo y la parte
13 cónica a un espacio de separación de gotas entre un tubo 12 de
separación de gotas y la parte 13 cónica. Aquí, se desacelera el
flujo c de gas y el líquido d se separa cayendo al fondo del espacio
de flujo, desde el que se dispone para salir a través de un
conducto 17 de salida. Entre el extremo exterior de la parte 13
cónica y el tubo 15 de continuación existe un hueco, en cuyo borde
delantero las gotas c1 de líquido separadas adicionalmente por la
acción del movimiento de rotación del gas en la parte 13 cónica
salen al tubo 12 de separación de gotas y a través del mismo para
formar parte del líquido d que va a eliminarse. En el borde
posterior del hueco, el flujo de gas que ha circulado a través del
tubo 12 de separación de gotas y que en el mismo se ha liberado de
gotas, se une al flujo b principal que entra en el tubo 15 de
continuación.
La figura 3 también representa un separador de
gotas colocado en una posición horizontal. Medios 18 de
pulverización están colocados antes del separador 1 de gotas en un
tubo 11 de flujo, medios de pulverización mediante los que el
líquido e adicional se pulveriza a un flujo de gas a con el fin de
lavar el gas. El líquido e de lavado se elimina del flujo de gas de
la manera indicada anteriormente en el separador 1 de gotas y, de
este modo, es posible separar del flujo de gas no sólo las gotas de
líquido presentes en el mismo sino también la materia sólida y
otras impurezas presentes posiblemente en el flujo de gas. Mediante
la adición del líquido de lavado también es posible evitar que
posibles residuos de materia sólida se adhieran y peguen al tubo 12
de separación de gotas.
La solución inventiva tiene una estructura
clara, un funcionamiento práctico y requiere realmente poca energía
en términos de tecnología de flujo. La pérdida de presión provocada
por el separador de gotas es generalmente del orden de
500-2000 Pa. Cuando el separador de gotas según la
invención está colocado en el extremo de una chimenea vertical, el
extremo de la chimenea puede mantenerse limpio sin gotas que salgan
hacia fuera.
Puede haber diversas variaciones de la
invención. Por ejemplo, el cono 16 proporcionado como una
continuación del tubo 12 de separación de gotas puede estar
totalmente ausente.
Claims (5)
1. Separador de gotas para separar gotas de
líquido así como la materia sólida y el condensado asociados con
las mismas de un flujo (a) de gas que se pone en movimiento de
rotación, separador (1) de gotas que comprende un conducto (11, 13,
15) de flujo de gas y un tubo (12) de separación de gotas que lo
rodea, y en el que la capa (c) más exterior del flujo (a) de gas
está dispuesta para su paso desde el conducto (11) de flujo al tubo
(12) de separación de gotas para separar las gotas, y el flujo de
gas libre de gotas está dispuesto para su paso desde el tubo (12)
de separación de gotas de vuelta al conducto (15) de flujo,
caracterizado porque el conducto de flujo de gas está
formado por tres partes sucesivas colocadas a una distancia axial
entre sí en la dirección de flujo y rodeadas por el tubo (12) de
separación de gotas, tres partes sucesivas que son un tubo (11) de
flujo, una parte (13) cónica que se estrecha en la dirección de
flujo, y un tubo (15) de continuación, siendo el diámetro del
extremo aguas arriba de dicha parte (13) cónica en la dirección de
flujo menor que el diámetro del tubo (11) de flujo y siendo el
diámetro del extremo aguas abajo de la parte (13) cónica en la
dirección de flujo menor que el diámetro del tubo (15) de
continuación y estando a una distancia adecuada del tubo (15) de
continuación, por lo que entre dichas partes (11, 13, 15) sucesivas
del conducto de flujo se forman huecos de flujo axial, huecos que
proporcionan una conexión de flujo abierta entre el conducto de
flujo y el tubo de separación de gotas.
2. Separador de gotas según la reivindicación 1,
caracterizado porque un espacio de separación de gotas anular
que se ensancha de manera cónica se forma entre la parte (13)
cónica y el tubo (12) de separación de gotas que lo rodea, espacio
que termina en un cono (16) situado en el extremo del tubo (12) de
separación de gotas y que rodea el tubo (15) de continuación,
siendo la función de dicho cono (16) evitar la entrada de gotas en
el flujo de gas que fluye al tubo (15) de continuación.
3. Separador de gotas según la reivindicación 1,
caracterizado porque al menos una abertura (14, 17) de salida
está dispuesta en las paredes del espacio formado entre el tubo
(12) de separación de gotas y el conducto (11, 13, 15) de flujo con
el fin de eliminar de dicho espacio el líquido (d) separado del
flujo de gas.
4. Separador de gotas según la reivindicación 3,
caracterizado porque está colocado en conexión con un tubo
(11) de flujo situado en una posición vertical y en la pared del
tubo (11) de flujo en el tubo (12) de separación de gotas están
formadas aberturas (14), aberturas a través de las cuales el líquido
(d) separado del flujo (c) de gas puede fluir de vuelta al tubo
(11) de flujo.
5. Separador de gotas según la reivindicación 1,
caracterizado porque elementos (18) están conectados al tubo
(11) de flujo para pulverizar líquido (e) adicional al flujo (a) de
gas.
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