ES2593071T3 - Separador centrífugo con flujo laminar - Google Patents

Abstract

Separador centrífugo que comprende un bol giratorio (1) con pared periférica (8), una estructura de separación situada en el bol y que gira de manera síncrona con el bol, un conducto (5) de entrada de una mezcla situado en un eje (2) de rotación del bol y que se abre (6) en el bol, comprendiendo el bol al menos un orificio de salida (10) de al menos una fracción ligera de la mezcla en un primer lado axial del bol, comprendiendo la estructura de separación un apilamiento de conos divididos en sectores (7) angulares separados por intervalos (9) angulares, caracterizado porque los intervalos angulares están cubiertos por los sectores (7) de los conos inmediatamente vecinos axialmente, y los sectores tienen extremos periféricos a una distancia idéntica de la pared periférica.

Description

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DESCRIPCION

Separador centrffugo con flujo laminar

El tema de la invencion es un separador centrffugo con flujo laminar.

Se ha disenado este separador para las mezclas fluidas que contienen solidos, liquidos o gases en proporciones variadas pero, ante todo, mezclas que contienen suspensiones solidas en fases liquidas, que se trata de separar en al menos una fraccion liquida y una fraccion que contiene el solido. Se pretende entonces una buena separacion de los constituyentes de la mezcla y se obtiene una fraccion solida que se presenta en una forma compacta, denominada pastel, con un contenido residual relativamente escaso del liquido de suspension. Incluso cuando la formacion de un pastel conduce a una fuerte resistencia al flujo, incluso una fuerte reduccion de seccion del mismo, se intenta generalmente extraer esta fraccion solida del separador y, si es posible, de manera continua a pesar de su naturaleza compacta, a medida que se forma en el bol giratorio, sin permitir que se acumule. Generalmente, este objetivo no se alcanza con los separadores existentes, muchos de los cuales obligan, por el contrario, a realizar paradas periodicas del procedimiento, nefastas para su rendimiento, para retirar el pastel. Los separadores que preven una retirada continua de la fraccion solida no permiten, normalmente, obtener pasteles con una suficiente sequedad.

Existen numerosos separadores centrifugos. Cabe citar el documento WO-A-2007/133161, que describe un separador que posee ciertos parecidos superficiales con la invencion. Comprende como pieza principal un bol giratorio de forma biconica, en el que se efectua la separacion. Se introduce la mezcla en el bol por medio de un conducto hueco, que corresponde al eje de soporte y de rotacion del bol. La fraccion solida, mas pesada, va dirigida hacia la periferia del bol y, mas concretamente, a la zona de abultamiento correspondiente a la union de los conos. La realizacion de orificios perifericos en este lugar permite retirarla, mientras que la fraccion fluida se eleva hacia la parte superior del bol, a medida que se anade mezcla, y sale por una abertura situada en la cima del bol, en el lado opuesto a la abertura de introduccion. Unas estructuras conicas, denominadas platos, que se ensanchan hacia abajo y son arrastradas al mismo tiempo que la pared del bol ocupan la mayor parte del volumen interno de la misma. Sirven para tabicar distintas partes de mezcla y contribuyen a homogenizar las condiciones de separacion en el interior del bol. Sin embargo, este dispositivo no permite obtener una fraccion solida tan homogenea o compacta como se desea, y es dificil una retirada continua de esta fraccion.

Se puede citar asimismo el documento WO-A-2012/025416, que describe un separador cuya camara esta tambien ocupada por platos de separacion, esta vez con orificios situados aqui y alla para liberar canales axiales que favorecen un flujo axial de la carga fluida, y su distribucion en el apilamiento de platos. Sin embargo, se impone un movimiento centripeto del fluido en el bol entre orificios de entrada radialmente exteriores y orificios de salida radialmente interiores, lo que proporciona tambien por lo esencial una canalizacion del flujo en chorros paralelos y separados y difiere, por lo tanto, poco del diseno del documento anterior. El fluido se separa de la fraccion solida, que sale de la pared periferica del bol por aberturas laterales y se deposita en un tornillo exterior arrastrado por esta pared. Otra pared giratoria, pero a una velocidad un poco distinta, rodea el tornillo y retiene la fraccion solida mientras le hace recorrer el tornillo y abandonar finalmente el dispositivo gracias a su velocidad de rotacion distinta. De nuevo, en este caso, la separacion de las fracciones no es de una gran eficacia.

En el ambito de los aparatos que proponen un recinto exterior en rotacion, se obtienen buenas prestaciones de drenaje con los equipos de los documentos WO-A-2009/005355 y WO-A-2011/028122, que integran un modo de rotacion con revestimiento interno y recinto exterior en forma de barril. El revestimiento interno esta compuesto por platos o placas dispuestas en espiral. Nunca se plantea o menciona, como posibilidad de mejora el empleo de un flujo laminar.

Los separadores de platos han sido objeto de mejoras para evitar la acumulacion de materias solidas y la aparicion de desequilibrio residual dinamico en la centrifugadora. Una solucion propuesta consiste en calar los platos o colocar discos de separacion en la parte inferior y superior del revestimiento (WO-A-2012/033440). Este tipo de desarrollo afecta mas concretamente al tratamiento de liquidos o de gases escasamente cargados (lavado).

En el documento GB-A-263443 se describe un separador segun el preambulo de la reivindicacion 1.

Los perfeccionamientos aportados por la invencion dependen principalmente de la creacion de un flujo laminar y regular en el interior del bol giratorio: se ha observado que se obtenia un pastel solido mas compacto y seco por medio de este flujo, que produce una mejor separacion de las fases.

Una forma general de la invencion es un separador centrffugo que comprende un bol giratorio con pared periferica, una estructura de separacion situada en el bol y que gira de manera sincrona con el bol, un conducto de entrada de una mezcla situado en un eje de rotacion del bol y que se abre en el bol, comprendiendo el bol al menos un orificio de salida de fracciones liquidas o gaseosas de la mezcla en un primer lado axial del bol, donde la estructura de separacion comprende un apilamiento de conos divididos en sectores angulares que forman sectores separados por intervalos angulares, con los intervalos angulares cubiertos por los sectores de los conos inmediatamente vecinos, y

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los sectores poseen extremos perifericos a una distancia identica de la pared periferica.

Las estructuras conicas discontinuas compuestas por sectores separados por intervalos permiten un movimiento axial progresivo y regular de la mezcla a traves de ellas. El flujo del fluido es mucho mas regular que en los disenos anteriores y se efectua esencialmente en espiral, sin cambios bruscos de direccion entre los extremos del bol. El campo de las velocidades es tambien mucho mas uniforme. La consecuencia es que se puede obtener un flujo laminar sin dificultad, y que la separacion de la fraccion fluida y de la fraccion solida es mucho mejor. Esta se deposita en la pared periferica del bol, como es usual, y podra retirarse a continuacion. Ni el deposito de la fraccion solida ni su posible retirada simultaneamente a la separacion perturban realmente el flujo, que permanece esencialmente espiral.

Es ventajoso, con el fin de reforzar la regularidad del flujo, que la pared periferica del bol este definida por una generatriz rectilinea delante de los sectores (por ejemplo, por oposicion a la forma biconica), y mejor aun que el bol sea cilindrico y los conos todos identicos entre ellos.

En general, la invencion se aplica mejor cuando el pastel correspondiente a la fraccion solida puede retirarse con regularidad y progresivamente. Se preconiza entonces que la abertura este situada en un segundo lado axial del bol, opuesto a dicho primer lado donde sale la fraccion fluida, se extienda en una circunferencia del bol y sea adyacente a un borde de una pared lateral del bol. Es posible entonces anadir un rascador inclinado que atraviesa la abertura y se extiende delante de una cara interna de la pared lateral del bol; una transmision garantiza una velocidad de rotacion diferencial entre el bol y el rascador a partir de un motor unico de arrastre del separador, lo que impone una baja velocidad relativa del rascador en el interior del bol, que efectua el rascado deseado. El separador centrifugo puede estar equipado ventajosamente con dos motores, uno para la rotacion del bol y el otro para la rotacion del sistema de extraccion de los solidos. Esta disposicion permite pilotar de forma independiente la parte centrifuga y la parte rascadora y de trasiego sin las limitaciones de acoplamiento ligadas a un diferencial.

A continuacion, se describe un modo de realizacion particular y meramente ilustrativo de la invencion, en relacion con las siguientes figuras, que desvelan sus distintos aspectos:

- la figura 1 es una vista exterior de un modo de realizacion del separador;

- la figura 2 muestra mas concretamente sus partes motrices (en configuracion con un motor de arrastre);

- la figura 3 presenta una configuracion con dos motores de arrastre;

- la figura 4 es una vista de sus componentes giratorios que garantizan la separacion de las fracciones y la retirada del pastel;

- la figura 5 ilustra asimismo el separador en su conjunto, esta vez en corte; y

- las figuras 6A, 6B y 6C representan mas concretamente el revestimiento del bol giratorio y las variantes de realizacion.

El separador comprende un bol giratorio 1, constituido por un barril cilindrico que forma una pared lateral 8, y un eje central 2. El eje central 2 y el bol giratorio 1 estan sujetos entre un cabezal estatico 3 superior y un chasis 4 inferior, que se mantienen en posiciones invariables. La mezcla se introduce por un conducto 5 contenido en el eje central 2, en este caso por arriba y el cabezal estatico 3, y llega en el bol giratorio 1 por aberturas 6 que pueden estar situadas abajo del conducto 5 o repartidas en su altura. El eje central 2 lleva estructuras conicas compuestas por sectores 7 separados y analogos a flores, superpuestos en todo o parte de la altura del barril hasta el colector de recuperacion del liquido 20, e inclinados extendiendose hacia la pared lateral 8 del bol giratorio 1 y hacia abajo. Los sectores 7 estan desplazados angularmente entre un piso y otro, de manera que sus intervalos 9 estan cubiertos por un sector 7 superior y que es imposible un flujo puramente axial a traves del apilamiento de las estructuras. La fraccion liquida de la mezcla, obtenida mediante separacion y que comprende liquido aclarado de escaso contenido solido, se evacua del bol giratorio 1 por medio de un colector 20 en rotacion alojado en el cabezal estatico 3 y un orificio superior 10. La fraccion solida se deposita en la cara interna de la pared lateral 8 antes de abandonar el bol giratorio 1 y salir del separador por un orificio inferior 11, de la manera que se describe mas adelante.

Por ejemplo, en el modo de realizacion de la figura 2, un motor 12 hace girar un tornillo de extraccion 19 y un rascador 15, descrito mas adelante, por medio de un diferencial 26 y de una primera transmision 13 que comprende una correa dentada 27 y ruedas dentadas. Existe asimismo una segunda transmision 14 que arrastra el bol giratorio 1 (especialmente su pared lateral 8, el eje central 2, el colector 20, el deflector 22 y los sectores 7) a una velocidad de rotacion que puede ser distinta de la del rascador 15 y del tornillo de extraccion 19 y comprende tambien una correa dentada 28 y ruedas dentadas. Un soporte 21 sostiene el peso del bol giratorio 1 y del eje central 2, a la vez que permite su rotacion. Este soporte 21 puede ser anular de gran diametro con el fin de sostener el bol giratorio 1 en toda su periferia. El rascador 15 comprende una o varias hojas 17 inclinadas, montadas en un soporte 18 circular comun y que se extienden en el interior del bol giratorio 1, en una parte de su altura, delante de la cara interna de la

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pared lateral 8. El soporte 18 se extiende bajo una base conica invertida 22 denominada deflector, vinculada al eje central 2 del bol giratorio 1; las hojas 17 se extienden a traves de una abertura 23 de fondo del bol giratorio 1, entre la base 22 y la parte inferior de la pared lateral 8, y penetran por lo tanto en aquella. Como la velocidad de rotacion del rascador 15 es un poco distinta de la del bol giratorio 1 durante la evacuacion de los solidos, la inclinacion de las hojas 17 combinada con su desplazamiento en el bol giratorio 1 hace descender el pastel solido progresivamente hacia la parte inferior del separador. Abandona el bol giratorio 1 a traves de la abertura 23 y cae en el tornillo de transporte 19 situado bajo el soporte 18, que se lo lleva al orificio de salida 11.

En el modo de realizacion un poco distinto de la figura 3, dos motores 29 y 30 sustituyen al motor 12 y mueven respectivamente las transmisiones 13 y 14 a las velocidades deseadas, sin necesidad de diferencial alguno.

A parte de las hojas 17 del rascador 15 y el tornillo de extraccion 19 que pueden girar a una velocidad distinta, todo el contenido del bol giratorio 1 gira a la misma velocidad y, por lo tanto, esta sometido a condiciones regulares, que favorecen el flujo laminar. Ademas, las formas geometricas sencillas de la pared lateral 8 y los sectores 7 apilados y desplazados angularmente producen una componente angular regular del flujo. Dado que el flujo es regular, la separacion de la fraccion solida y de la fraccion fluida esta mucho menos perturbada y su resultado es, por lo tanto, mucho mejor.

La invencion permite obtener valores elevados de sequedad superiores al 65% de la fraccion solida segun la naturaleza de las suspensiones tratadas. Puede aplicarse a solidos dificilmente filtrables, especialmente a cristales de formas irregulares y alargadas, cuyos ejemplos son co-precipitados de oxalatos de actinidos, utilizados en la industria nuclear. Puede emplearse en otros procedimientos de esta industria o, por citar ejemplos completamente distintos, en la industria agroalimentaria, la farmaceutica, la cosmetologia, los biocarburantes, el medio ambiente, etc., donde los productos solidos suelen ser productos organicos de formas irregulares.

Se recuerda que la invencion no se limita a la separacion de mezclas difasicas solidas-liquidas donde el solido es mas pesado: tambien puede aplicarse a mezclas fluidas de cualquier tipo y permite plantear separaciones trifasicas anadiendo un tercer punto de trasiego; la fraccion solida mencionada en esta descripcion segun la aplicacion principalmente planteada es mas generalmente una fraccion pesada, y la fraccion fluida una fraccion ligera.

La retirada de la fraccion solida simultaneamente a la separacion no es necesaria para el buen funcionamiento del separador, incluso si permite un funcionamiento continuo que suele ser muy apreciado; las caracteristicas de separacion favorable permanecen incluso con un importante deposito de la fraccion solida.

La invencion se presta bien asimismo a procedimientos de lavado de solidos mediante resuspension, donde se coloca la fraccion solida de nuevo en suspension mediante un disolvente y se somete a una segunda separacion para mejorar su calidad.

El modo de realizacion descrito aqui se presta bien a una modularidad mediante sustitucion de piezas, pudiendo en particular el bol giratorio 1 y el eje central 2 portador de los sectores 7 sustituirse con facilidad por otros revestimientos internos, de distintas dimensiones, de distintas geometrias segun las necesidades.

El desplazamiento angular de los sectores entre un apilamiento y otro puede depender de su forma y de las caracteristicas deseadas del flujo. Tambien se pueden modificar otras caracteristicas de los sectores 7: por ejemplo, pueden estar dotados de extensiones que los unen. Se muestra en la figura 6A un apilamiento de los sectores 7 conforme a la descripcion anterior, en la figura 6B un apilamiento de sectores 7 cuyos sectores 7 pertenecientes a apilamientos vecinos son plaquetas que se extienden axial y radialmente en el aparato. Finalmente, la figura 6C ilustra otras extensiones 32 mas largas, que se extienden asimismo hasta un sector 7 del apilamiento vecino pero que, aqui, esta mas alejado. Las extensiones 31 o 32 sirven para arrastrar mejor la mezcla en rotacion y ayudan a la circulacion de la fraccion liquida mediante una trayectoria en espiral regular; el tabicado que introducen apenas modifica el flujo.

Los sectores 7 pueden ser, por ejemplo, de metal o de plastico reforzado. Su deformacion debida a las fuerzas centrifugas suele ser aceptable, y puede reducirse por medio de cunas o tirantes.

Entre distintos perfeccionamientos y disposiciones que se pueden aportar al separador, se pueden anotar los siguientes.

Los sectores 7 de los conos vecinos pueden estar sucesivamente desplazados angularmente, ofreciendo una componente helicoidal del flujo satisfactoria para valores habituales de separacion de los conos.

Unos tirantes calibrados 33 pueden separar los conos, por ejemplo siendo introducidos alternativamente con los mismos en el eje central 2, con la facultad de hacer variar la separacion de los conos. Se puede disponer un muelle 34 en el apilamiento de conos, por ejemplo entre el cono superior y el colector 20. Este muelle 34 puede ser una arandela elastica o cualquier otro dispositivo que tenga la misma finalidad.

Con el fin de mantener las separaciones constantes entre los sectores 7 apilados, se pueden disponer ventajosamente cunas o excrecencias dispuestas en ellos ademas de los tirantes 33.

El separador puede estar dotado de una pluralidad de orificios de salida 10, en caso de que la fraccion fluida fuese 5 compuesta y formada por varios constituyentes de distintas densidades.

El orificio de salida -o los orificios de salida- puede estar equipado con un anillo movil 35 que le proporciona una abertura regulable, con objeto de ajustar las caracteristicas del flujo a traves del separador, especialmente su caudal.

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El tornillo de transporte puede estrecharse cada vez mas hacia abajo, como se muestra perfectamente en la figura 5, con el fin de comprimir cada vez mas el pastel y exprimir liquido residual.

El rascador 15 y el tornillo de transporte 19 pueden tener un tramo 36 introducido en el eje central 2 con el fin de 15 mantener su coaxialidad y favorecer la buena cohesion del separador.

Finalmente, es ventajoso que la pared periferica 8 del bol giratorio 1 sea transparente para permitir el seguimiento de la realizacion del procedimiento.

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   REIVINDICACIONES

   1. Separador centrffugo que comprende un bol giratorio (1) con pared periferica (8), una estructura de separacion situada en el bol y que gira de manera sincrona con el bol, un conducto (5) de entrada de una mezcla situado en un eje (2) de rotacion del bol y que se abre (6) en el bol, comprendiendo el bol al menos un orificio de salida (10) de al menos una fraccion ligera de la mezcla en un primer lado axial del bol, comprendiendo la estructura de separacion un apilamiento de conos divididos en sectores (7) angulares separados por intervalos (9) angulares, caracterizado porque los intervalos angulares estan cubiertos por los sectores (7) de los conos inmediatamente vecinos axialmente, y los sectores tienen extremos perifericos a una distancia identica de la pared periferica.
2. 2. Separador centrffugo segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la pared periferica (8) esta definida por una generatriz rectilinea delante de los sectores (7).
3. 3. Separador centrffugo segun la reivindicacion 2, caracterizado porque el bol es cilindrico y los conos son identicos o resultan de ensamblajes de distintas geometrias.
4. 4. Separador centrffugo segun la reivindicacion 3, caracterizado porque los conos estan sucesivamente desplazados angularmente.
5. 5. Separador centrffugo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los sectores comprenden extensiones (31, 32) que se extienden axial y radialmente en el bol giratorio (1) y se unen cada uno a otro sector perteneciente a un cono vecino.
6. 6. Separador centrffugo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los conos estan separados por tirantes (33) calibrados.
7. 7. Separador centrffugo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la separacion entre los sectores (7) apilados se mantiene constante disponiendo cunas o excrecencias.
8. 8. Separador centrffugo segun la reivindicacion 6, caracterizado por un muelle (34) entre un cono extremo y el colector.
9. 9. Separador centrffugo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el bol comprende una abertura (23) de recuperacion de una fraccion pesada de la mezcla, y dicha abertura esta situada a traves de un segundo lado axial del bol opuesto al primer lado.
10. 10. Separador centrifugo segun la reivindicacion 9, caracterizado porque la abertura (23) se extiende en una circunferencia del bol y es adyacente a un borde de la pared periferica del bol.
11. 11. Separador centrffugo segun la reivindicacion 10, caracterizado porque comprende un rascador (19) que comprende una hoja (17) inclinada que atraviesa la abertura (23) y se extiende delante de una cara interna de la pared periferica del bol, y transmisiones (13, 14) que garantizan una velocidad de rotacion diferencial entre el bol y el rascador a partir de un motor (12) unico de arrastre dotado de un diferencial (26) o de dos motores (29, 30) distintos.
12. 12. Separador centrffugo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque comprende un soporte (21) del bol giratorio (1).
13. 13. Separador centrffugo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el orificio de salida (10) posee una abertura regulable.
14. 14. Separador centrffugo segun la reivindicacion 9, caracterizado porque comprende un tornillo de transporte (19) de la fraccion solida, situado bajo la abertura (23) de recuperacion de la fraccion pesada de la mezcla.
15. 15. Separador centrffugo segun las reivindicaciones 11 y 14, caracterizado porque el tornillo de transporte (19) es mas estrecho hacia abajo.
16. 16. Separador centrffugo segun una cualquiera de las reivindicaciones 9, 11, 14 o 15, caracterizado porque el rascador (15) y el tornillo de transporte (19) tienen un tramo (36) introducido en el eje de rotacion del bol.
17. 17. Separador centrffugo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el bol giratorio, la estructura de separacion y eventualmente el rascador y el tornillo de transporte, son separables.
18. 18. Procedimiento de separacion de una fraccion pesada y de una fraccion ligera de una mezcla, utilizando un separador centrffugo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se impone un flujo laminar a la mezcla en el apilamiento de conos.
19. 19. Procedimiento de separacion segun la reivindicacion 18, caracterizado porque el flujo es helicoidal y pasa entre los conos y a traves de los intervalos angulares.