ES2349418T3 - Dispositivo separador para la separación de partículas. - Google Patents

Dispositivo separador para la separación de partículas. Download PDF

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ES2349418T3 ES06006325T ES06006325T ES2349418T3 ES 2349418 T3 ES2349418 T3 ES 2349418T3 ES 06006325 T ES06006325 T ES 06006325T ES 06006325 T ES06006325 T ES 06006325T ES 2349418 T3 ES2349418 T3 ES 2349418T3
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Lars Schluter
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    • B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • B01D45/16—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces generated by the winding course of the gas stream, the centrifugal forces being generated solely or partly by mechanical means, e.g. fixed swirl vanes

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Abstract

Dispositivo separador (10) para la separación de partículas (32), especialmente gotículas líquidas, a partir de un flujo de gas que contiene las partículas (32) con un canal de flujo (12) que conduce el flujo de gas, que presenta al menos una zona deflectora (20) para desviar el flujo de gas, y un recipiente receptor (28) para la recepción de las partículas (32), con lo que el canal de flujo (12) presenta, además, un ramal (26) que conduce al recipiente receptor (28) para la separación de las partículas (32) desde el flujo de gas, que se encuentra provisto en una sección de pared (21), dispuesta en forma radial en la parte exterior, de la zona deflectora (20), con que, además del ramal (26), un conducto (30) lleva hacia el recipiente receptor (28) y comunica el recipiente receptor (28), a modo de encauce de fluidos, con el canal de flujo (12) que provoca un efecto de succión en el recipiente receptor mediante el flujo de gas existente en el canal de flujo, caracterizado porque el canal de flujo (12) presenta una segunda zona deflectora (22) situada aguas abajo en relación con la primera zona deflectora (20), mediante la cual se produce un cambio de dirección del flujo de gas que resulta opuesto a un cambio de dirección del flujo de gas producido por la primera zona deflectora (20), y porque el canal de flujo (12) presenta una tercera zona deflectora (18) dispuesta aguas arriba con respecto a la primera zona deflectora (20), mediante la cual se produce un cambio de dirección del flujo de gas que resulta opuesto a un cambio de dirección del flujo de gas producido por la primera zona deflectora.

Description

La presente invención hace referencia a un dispositivo separador para la
5 separación de partículas, especialmente gotículas líquidas, a partir de un flujo de gas que contiene las partículas, con un canal de flujo que conduce el flujo de gas, el que presenta al menos una zona deflectora para desviar el flujo de gas, y un recipiente receptor para la recepción de las partículas, con que el canal de flujo presenta, además, un ramal que conduce al recipiente receptor para la separación de las
10 partículas del flujo de gas. Esta clase de dispositivos de separación puede utilizarse para separar tanto partículas sólidas, como polvo o arena, así como para separar, en especial, partículas en forma de gotículas líquidas. Los dispositivos de separación para separar gotículas líquidas se emplean, por ejemplo, en refinerías petroquímicas y, en particular, en
15 instalaciones de separación de aire para gases técnicos. En el caso de esta clase de instalaciones, se encuentran dispuestas etapas de compresor, una tras otra, que presentan ejes de compresor centrífugo. Entre estas etapas de compresor se pueden conectar dispositivos de separación de la clase anteriormente mencionada. Con ello, se puede introducir en el dispositivo separador un refrigerante del gas húmedo
20 despedido por la etapa de compresor agregada, como por ejemplo aire húmedo comprimido. En el caso de un descenso del punto de rocío de los componentes del agua, se debe contar con una cierta cantidad de agua y tamaño de gotículas en el flujo de gas entrante. El flujo de gas sigue la zona deflectora del canal de flujo. Las gotículas líquidas no pueden seguir completamente la zona deflectora debido a su
25 inercia y, de este modo, se desvían en dirección a la sección de pared exterior del canal de flujo, dispuesta de forma radial. Las gotículas líquidas deben llegar al recipiente receptor a través del ramal.
Para evitar una acumulación de gas antes del recipiente receptor, generalmente, en el estado de la técnica, se proveen aspiradores en el recipiente 30 receptor accionados por motor propio, los que resultan costosos. Ya se conoce una forma de separación de elementos sólidos y líquidos de gases o vapores de la descripción de patente alemana DE 38 59 45, en la cual el gas
cargado con los cuerpos extraños se desvía antes de la entrada a un compresor y, al final de la desviación en el radio exterior, se provee un orificio de separación, en el que los componentes del flujo ingresan con una mayor densidad. Puesto que al lado de estos componentes separados también ingresan a través del orificio de separación 5 los componentes condesados del gas, se provee en el conducto contiguo un canal de recirculación, de manera que las porciones del gas separadas de los cuerpos extraños puedan ingresar nuevamente aguas arriba en el flujo del fluido. Una desventaja del sistema conocido es la falta de prevención contra fenómenos de acumulación en el conducto para la evacuación de los cuerpos extraños. Se pueden producir 10 acumulaciones especialmente en la zona de la conexión del conducto de recirculación con el conducto de separación en el camino a un recipiente de separación, puesto que no se evidencia ninguna solución para procurar una descompresión del recipiente de separación. Se conocen diferentes versiones de instalaciones extractoras de gas de humo de los documentos DE 196 51 857, US
15 1,818,994, DE 2 256 678, DE 30 35 828. Se conoce de la solicitud FR 2857058 un colector de gotas con dos zonas de ramal, un recipiente colector y una conexión entre el canal de flujo y el recipiente colector.
Una tarea en la que se basa la invención consiste en mejorar un dispositivo 20 separador, en relación con la clase mencionada al comienzo, que pueda lograr una mejor separación de las partículas del flujo de gas sin costes adicionales mayores.
Esta tarea se resuelve, conforme a la invención, mediante un dispositivo separador de acuerdo a la clase, en la que el canal de flujo presenta una segunda zona deflectora dispuesta aguas abajo en relación con la primera zona deflectora, mediante
25 la cual se produce un cambio de dirección del flujo de gas, que resulta opuesto a un cambio de dirección del flujo de gas producido por la primera zona deflectora, en la que el canal de flujo presenta una tercera zona deflectora dispuesta aguas arriba en relación con la primera zona deflectora, mediante la cual se produce un cambio de dirección del flujo de gas que resulta opuesto a un cambio de dirección del flujo de
30 gas producido por la primera zona deflectora. Con ello, existe una conexión conductora de fluido, por una parte, entre el recipiente receptor y el canal de flujo
mediante el ramal del canal de flujo y, por otra parte, mediante el conducto que conecta también el recipiente receptor con el canal de flujo y que conduce fluidos. De este modo, se logra una compensación de presión automática entre el recipiente receptor y el canal de flujo. A través del conducto se puede formar un
5 “flujo de ventilación”. Con ello, la solución conforme a la invención permite evitar, de forma efectiva con respecto a los costes, una acumulación de gas en el canal de flujo en la zona deflectora. Dado que el conducto comunica, para la conducción de fluidos, el recipiente receptor con el canal de flujo, se produce en particular un efecto de succión en el recipiente receptor mediante el flujo de gas que se encuentra en el
10 canal de flujo. Es decir, que el flujo de gas que circula con las partículas hacia el recipiente receptor, será aspirado desde el conducto debido a este efecto de succión. Con ello se evita una acumulación de gas en el canal de flujo en la zona deflectora y, por lo tanto, mejora la separación de las partículas hacia el recipiente receptor. El conducto desemboca especialmente tanto en el recipiente receptor como en el canal
15 de flujo. De este modo, el efecto de succión descrito anteriormente se puede desarrollar aún mejor. Gracias a la conexión conductora de fluido, conforme a la invención, del recipiente receptor con el canal de flujo mediante el conducto, se evita, por otra parte, la necesidad de emplear un dispositivo aspirador voluminoso y demasiado costoso.
20 Utilizando una forma de ejecución ventajosa, el conducto conecta, para la conducción de fluidos, el recipiente receptor con una zona del canal de flujo dispuesta aguas abajo con respecto al ramal. Es decir, que el conducto establece una conexión conductora de fluidos con una zona del canal de flujo, puesto que el flujo de gas no pasa hasta después del escape en el ramal. Este sistema permite que la
25 conducción se efectúe de forma especialmente densa. De este modo, se puede obtener un efecto de succión en el recipiente receptor particularmente bueno. Para generar la ventilación lo más eficaz posible, resulta beneficioso si el recipiente presenta una primera sección de pared así como una segunda zona dispuesta en frente a la anterior, con que el ramal desemboca en la primera sección
30 de pared y el conducto, en la segunda sección de pared en el recipiente receptor. De este modo, el “flujo de ventilación" generado por el conducto presenta la misma dirección que el flujo de gas que ingresa en el recipiente receptor a través del ramal,
por lo que se puede evitar eficazmente una retención del flujo de gas en la zona deflectora. Además, resulta beneficioso si el ramal en la zona deflectora se encuentra situado especialmente en la parte interior de una sección de pared, dispuesta en
5 forma radial en el exterior, de la zona deflectora. Con ello se pueden separar eficazmente las partículas del flujo de gas, puesto que éstas se aproximan a la sección de pared dispuesta en forma radial en la parte exterior en la zona deflectora, debido al cambio de dirección del canal de flujo en la zona deflectora. Al proveer el ramal en esta zona, se pueden separar las partículas en el recipiente receptor de forma muy
10 eficaz. Por otra parte, utilizando una forma de ejecución ventajosa, el canal de flujo presenta, además, una segunda zona deflectora dispuesta aguas abajo con respecto a la zona deflectora, mediante la cual se produce un cambio de dirección del flujo de gas, que resulta opuesto a un cambio de dirección del flujo de gas provocado por la
15 primera zona deflectora. De esta manera, se le puede proporcionar al canal de flujo un curso que abarque, en cierto modo, el recipiente receptor de dos lados. Esto permite que la conducción entre el recipiente receptor y el canal de flujo se efectúe con densidad, por lo que posibilita una compensación de presión especialmente eficaz en el recipiente receptor. Además, resulta beneficioso si se conecta una cuarta
20 zona deflectora a la segunda zona deflectora, mediante la cual se produce otro cambio de dirección del flujo de gas, que, por otra parte, es opuesto al cambio de dirección del flujo de gas, producido por la segunda zona deflectora. Por otra parte, resulta conveniente si la primera zona deflectora del canal de flujo define una forma de U y obtiene, en especial, una desviación del flujo de gas de
25 180º aproximadamente. Mediante esta clase de acondicionamiento de la primera zona deflectora del canal de flujo, las partículas por separar se comprimen en grandes cantidades en la sección de pared, dispuesta en forma radial en la parte exterior, de la primera zona deflectora, y, de este modo, se pueden separar más eficazmente hacia el recipiente receptor mediante el ramal.
30 Además, resulta conveniente si el ramal se encuentra dispuesto en un lugar de la zona deflectora, en el que la dirección del canal de flujo se encuentra desviada al menos 90º en relación con la dirección del canal de flujo en un comienzo de entrada de la zona deflectora. Es decir, que el ramal está situado en un lugar de la zona deflectora en el que la zona ya presentó una curvatura de al menos 90º. En este punto las partículas ya se encuentran en gran parte en la sección de pared del canal de flujo dispuesta en forma radial en la parte exterior y, de este modo, se pueden separar
5 eficazmente hacia el recipiente receptor.
Para mejorar aún más la eficacia del dispositivo separador, resulta beneficioso si el canal de flujo presenta además una tercera zona deflectora dispuesta aguas arriba con respecto a la primera zona deflectora, mediante la cual se produce un cambio de dirección del flujo de gas, que resulta opuesto a un cambio de dirección
10 del flujo de gas producido por la primera zona deflectora. El canal de flujo presenta principalmente, en primer lugar, una tercera zona deflectora curvada en una dirección determinada, a la que se conecta la primera zona deflectora que contiene el ramal con una dirección de curvatura opuesta. De este modo, las partículas se aproximan a la sección de pared, dispuesta en forma radial en la parte exterior, de la tercera zona
15 deflectora debido a la curvatura de la misma zona deflectora. Las partículas no pueden seguir debidamente la desviación nueva a través de la primera zona deflectora que se encuentra a continuación y, por ello, se recogen eficazmente del recipiente receptor en la primera zona deflectora con un sistema adecuado de ramal. Utilizando otra forma de ejecución ventajosa, el canal de flujo presenta
20 superficies de sección transversal esencialmente del mismo tamaño en diferentes lugares de una zona situada aguas abajo en relación con el ramal, especialmente en todos los lugares de la zona a lo largo del canal de flujo. En particular, el flujo de gas continúa luego del escape hacia el ramal en el canal de flujo con la superficie de sección transversal que, en esencia, permanece constante. De este modo, se evitan de
25 forma considerable las pérdidas del flujo de gas. A continuación, se explica un ejemplo de ejecución de un dispositivo separador conforme a la invención mediante los esquemas incluidos más adelante. Se evidencia: Fig. 1 una vista en corte de un ejemplo de ejecución del dispositivo separador
30 conforme a la invención, así como Fig. 2 la vista en corte según la fig. 1 con una representación gráfica de la distribución de gotículas de agua presente en el dispositivo separador durante su funcionamiento.
El ejemplo de ejecución del dispositivo separador 10, conforme a la
5 invención, representado en la fig. 1 comprende un canal de flujo 12 que se extiende entre un orificio de admisión 14 y otro de escape 16. El orificio de admisión 14 puede estar conectado a un refrigerante de una etapa del compresor no representada gráficamente, por ejemplo una instalación de separación de aire, y tomar el gas húmedo comprimido, despedido por el refrigerante en funcionamiento, en forma de
10 aire húmedo comprimido. En el orificio de salida 16 se puede colocar otra etapa del compresor de una instalación de separación de aire. El aire húmedo comprimido contiene una gran cantidad de gotículas líquidas de diferente diámetro. El canal de flujo 12 presenta, en primer lugar, una tercera zona deflectora 18 conectada al orificio de admisión 14 y curvada hacia la derecha, que
15 produce un cambio de dirección del canal de flujo 12 de 60º aproximadamente. Allí se conecta una primera zona deflectora 20 que define una forma de U con una curvatura hacia la izquierda. En la sección de pared 21, dispuesta en forma radial en el exterior, de la primera zona deflectora 20, se provee un ramal 26 que desemboca en una primera sección de pared 28a del recipiente receptor 28, o bien, de una
20 denominada cámara de agua. El ramal 26 está diseñado como un conducto con un estrechamiento continuo de sección transversal y está dispuesto en un lugar de la primera zona deflectora 20, en el que la dirección del canal de flujo 12 se encuentra desviada más de 90º en comparación con la dirección del canal de flujo 12 en el comienzo de entrada 20a de la primera zona deflectora 20.
25 El canal de flujo 12 presenta una segunda zona deflectora 22 curvada hacia la derecha, que provoca un cambio de dirección del canal de flujo 12 con un ángulo de alrededor de 135º, conectada a la primera zona deflectora 20 curvada hacia la izquierda. Allí se conecta, por otra parte, una cuarta zona deflectora 24 curvada hacia la izquierda que provoca un cambio de dirección del canal de flujo 12 con un ángulo
30 de alrededor de 90º. El recipiente receptor 28 está conectado, para la conducción de fluidos a través de un conducto 30, con la zona 29 del canal de flujo 12 situada aguas abajo con respecto al ramal 26. El conducto 30 desemboca, por una parte, en una
segunda sección de pared 28b situada frente a la primera sección de pared 28a del recipiente receptor 28 y, por otra parte, en una zona transitoria entre la segunda zona deflectora 22 y la cuarta zona deflectora 24 hacia el canal de flujo 12. El conducto 30 sirve para la compensación automática de presión del recipiente receptor 28. De este 5 modo, se evita una acumulación de aire en el canal de flujo 12 en la zona deflectora
26.
La fig. 2 muestra una distribución de las gotículas líquidas 32 en forma de gotículas de agua en el flujo de aire, o bien, gas conducido a través del dispositivo separador 10. Como se observa en la fig. 2, las gotículas líquidas 32 se aproximan, en
10 primer lugar, a través de la tercera zona deflectora 18 con curvatura hacia la derecha, a una sección de pared 19, dispuesta de forma radial en la parte exterior, de la tercera zona deflectora 18. Luego, a través de la primera zona deflectora 20 con curvatura hacia la izquierda que se conecta a la zona anterior, las gotículas líquidas 32 se dirigen hacia la sección de pared 21, dispuesta de forma radial en la parte exterior, de
15 la primera zona deflectora 20 del canal de flujo 12. A continuación, las gotículas líquidas 32 se separan en grandes cantidades a través del ramal 26 hacia el recipiente receptor 28. Además, las gotículas líquidas separadas 32 se convierten, básicamente, en gotículas líquidas 32a de un diámetro mayor. Las gotículas líquidas ligeras 32b de un diámetro menor se arrastran con el flujo de aire hacia la segunda zona deflectora
20 22 del canal de flujo 12. En la zona deflectora 26 se forma un área de recirculación 34, de manera que las gotículas líquidas 32 entran en una ruta de flujo 36 estrecha por encima del área de recirculación 34, en un ángulo agudo hacia el recipiente receptor 28. En la parte inferior del recipiente receptor 28 se depositan las gotículas líquidas 32. Las
25 gotículas líquidas ligeras 32b, arrastradas por el flujo de aire, se empujan luego del escape en el ramal 26, a través del sistema que sigue en la segunda zona deflectora 22 y de la cuarta zona deflectora 24 hacia la sección de pared 25, dispuesta en forma radial en la parte interior, de la cuarta zona deflectora 24. Lista de referencia de los dibujos
30 10 Dispositivo separador 12 Canal de flujo 14 Orificio de entrada
-816 Orificio de salida 18 Tercera zona deflectora 19 Sección de pared dispuesta en forma radial en la parte exterior 20 Primera zona deflectora 5 20a Comienzo de la primera zona deflectora 21 Sección de pared dispuesta en forma radial en la parte exterior 22 Segunda zona deflectora 24 Cuarta zona deflectora 25 Sección de pared dispuesta en forma radial en la parte interior 10 26 Ramal 27 Desembocadura 28 Recipiente receptor 28a Primera sección de pared 28b Segunda sección de pared 15 29 Zona del canal de flujo 30 Conducto 32 Gotículas líquidas 32a Gotículas líquidas pesadas 32b Gotículas líquidas ligeras 20 34 Área de recirculación 36 Ruta del flujo
25

Claims (8)

  1. Reivindicaciones
    1. Dispositivo separador (10) para la separación de partículas (32), especialmente gotículas líquidas, a partir de un flujo de gas que contiene las
    5 partículas (32) con un canal de flujo (12) que conduce el flujo de gas, que presenta al menos una zona deflectora (20) para desviar el flujo de gas, y un recipiente receptor
    (28) para la recepción de las partículas (32), con lo que el canal de flujo (12) presenta, además, un ramal (26) que conduce al recipiente receptor (28) para la separación de las partículas (32) desde el flujo de gas, que se encuentra provisto en
    10 una sección de pared (21), dispuesta en forma radial en la parte exterior, de la zona deflectora (20), con que, además del ramal (26), un conducto (30) lleva hacia el recipiente receptor (28) y comunica el recipiente receptor (28), a modo de encauce de fluidos, con el canal de flujo (12) que provoca un efecto de succión en el recipiente receptor mediante el flujo de gas existente en el canal de flujo,
    15 caracterizado porque el canal de flujo (12) presenta una segunda zona deflectora
    (22) situada aguas abajo en relación con la primera zona deflectora (20), mediante la cual se produce un cambio de dirección del flujo de gas que resulta opuesto a un cambio de dirección del flujo de gas producido por la primera zona deflectora (20), y porque el canal de flujo (12) presenta una tercera zona deflectora (18) dispuesta
    20 aguas arriba con respecto a la primera zona deflectora (20), mediante la cual se produce un cambio de dirección del flujo de gas que resulta opuesto a un cambio de dirección del flujo de gas producido por la primera zona deflectora.
  2. 2. Dispositivo separador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el conducto (30) conecta el recipiente receptor (28), para la
    25 conducción de fluidos, con una zona (29) del canal de flujo (12) situada aguas abajo en relación con el ramal (26).
  3. 3. Dispositivo separador de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el recipiente receptor (28) presenta una primera sección de pared (28a), así como una segunda sección de pared (28b) enfrentada a la anterior,
    30 con que el ramal (26) desemboca en la primera sección de pared (28a) y el conducto (30), en la segunda sección de pared (28b) hacia el recipiente receptor (28).
  4. 4. Dispositivo separador de acuerdo a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el ramal (26) se encuentra situado en la zona deflectora (20), especialmente en la parte interior de la sección de pared (21), dispuesta en forma
    5 radial en la parte exterior, de la zona deflectora (20).
  5. 5. Dispositivo separador de acuerdo a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la zona deflectora (20) del canal de flujo (12) define esencialmente una forma de U, y produce, en especial, una desviación del flujo de
    10 gas alrededor de 180º.
  6. 6. Dispositivo separador de acuerdo a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el ramal (26) se encuentra situado en un lugar de la zona deflectora (20), en el que la dirección del canal de flujo (12) presenta una desviación
    15 de al menos 90º en comparación con la dirección del canal de flujo (12) en un comienzo (20a) de entrada de la zona deflectora (20).
  7. 7. Dispositivo separador de acuerdo a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el canal de flujo (12) presenta una tercera zona deflectora
    20 (18) dispuesta aguas arriba con respecto a la primera zona deflectora (20), mediante la cual se produce un cambio de dirección del flujo de gas, que resulta opuesto al cambio de dirección del flujo de gas producido por la primera zona deflectora.
  8. 8. Dispositivo separador de acuerdo a una de las reivindicaciones precedentes,
    25 caracterizado porque el canal de flujo (12) presenta superficies de sección transversal esencialmente del mismo tamaño en diferentes lugares de una zona (29) situada aguas abajo con respecto al ramal (26), especialmente en todos los lugares de la zona (29) a lo largo del canal de flujo (12).
    30 “Siguen 2 páginas de dibujos”
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