ES2642269T3 - Dispositivo y procedimiento para separar partículas extrañas de una corriente de gas - Google Patents

Dispositivo y procedimiento para separar partículas extrañas de una corriente de gas Download PDF

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ES2642269T3 ES14725035.1T ES14725035T ES2642269T3 ES 2642269 T3 ES2642269 T3 ES 2642269T3 ES 14725035 T ES14725035 T ES 14725035T ES 2642269 T3 ES2642269 T3 ES 2642269T3
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  • Cyclones (AREA)
  • Separating Particles In Gases By Inertia (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo y procedimiento para separar partfculas extranas de una corriente de gas
La invencion se refiere a la eliminacion de sustancias de en forma de polvo, en forma de gas, de tipo neblina o Ifquidas de una corriente de gas que debe purificarse en un dispositivo y un procedimiento correspondiente.
Por el documento DE 26 56 151 A1 se conoce un dispositivo para separar impurezas solidas de una corriente de gas. El documento DE 103 35 194 A1 muestra un separador previo para eliminar impurezas del aire en un sistema de succion de aire de un motor de automovil. El documento US 4 629 481 A muestra una unidad de separacion modular para separar un lfquido de una mezcla de gas-lfquido. El documento EP 1 458 490 B1 muestra un separador ciclonico, con un tubo y una abertura de entrada y una abertura de salida, estando dispuesto en el tubo cuerpo de torbellino estacionario, que mueve en espiral el flujo de gas/lfquido, para que el lfquido contenido en el flujo de gas se centrifugue radialmente hacia fuera bajo la influencia de la fuerza centnfuga que existe en el flujo en espiral y se separe allt
Los aparatos de este tipo pueden necesitarse en particular en la produccion de placas de material de madera o pellets de madera. A este respecto sirven para separar polvos de madera y compuestos organicos volatiles en sistemas de transporte y de secado neumaticos.
En tales aplicaciones se conoce emplear lavadores de gas o separadores centnfugos de diferentes tipos constructivos, que sirven para purificar gases con y sin la ayuda de un lfquido de lavado. A este respecto, hay separadores de corriente paralela (tal como se ha expuesto anteriormente) y separados de contracorriente. Los mencionados en ultimo lugar son desventajosos debido a las perdidas de presion asociadas con ello en el sistema de conductos.
Ademas, la eficiencia de separacion en el estado de la tecnica conocido no es suficiente para conseguir resultados satisfactorios, en particular en el caso de reequipamientos en un espacio estrecho. Los separadores complejos con la eficiencia de separacion necesaria necesitan a su vez un gran espacio constructivo y en circunstancias solo pueden planificarse con dificultad desde el punto de vista de la tecnica de la instalacion o practicamente no pueden reequiparse en absoluto en las instalaciones existentes. El rendimiento cuantitativo tambien es insatisfactorio.
La invencion se basa en el objetivo de indicar un dispositivo para separar partfculas extranas de una corriente de gas, que sea de construccion mas facil y de produccion mas economica, que presente una mayor eficiencia de separacion y una eficiencia general mejorada. Adicionalmente, debe crearse un procedimiento.
A este respecto, la solucion del objetivo para el dispositivo para separar partfculas extranas de una corriente de gas, comprende las siguientes caractensticas:
- un conducto tubular con una abertura de admision para introducir la corriente de gas que debe tratarse;
- una constriccion de Venturi en el conducto tubular;
- al menos una boquilla de inyeccion dispuesta antes de o en la constriccion de Venturi para inyectar lfquido en el conducto tubular;
- un cuerpo de desplazamiento dispuesto en el conducto tubular, que forma con la superficie envolvente interna del conducto tubular un intersticio anular y que se extiende en direccion axial al menos por la zona de salida de la constriccion de Venturi;
- estan previstas aletas de guiado, que estan dispuestas en el cuerpo de desplazamiento o en la zona del cuerpo de desplazamiento en el umbral del conducto tubular;
- el conducto tubular presenta aguas arriba del cuerpo de desplazamiento un equipo para evacuar partfculas extranas de la zona perimetral de su seccion transversal, asf como gas purificado de la zona central de su seccion transversal.
La solucion para el procedimiento para separar partfculas extranas de una corriente de gas, que comprende las siguientes etapas de procedimiento: introducir una corriente de gas cargada con partfculas extranas en un conducto tubular, que presenta una constriccion de Venturi para aumentar la velocidad de la corriente de gas, inyectar lfquido en la corriente de gas por medio de boquillas de inyeccion antes de o durante el flujo a traves de la constriccion de Venturi, aumentar adicionalmente la velocidad de la corriente de gas por medio de un cuerpo de desplazamiento coaxial que reduce la seccion transversal dentro del conducto tubular, generar un flujo rotatorio de la corriente de gas alrededor de la extension axial del conducto tubular por medio de aletas de guiado para la acumulacion de las partfculas extranas y del lfquido cerca del umbral del conducto tubular y separar el lfquido extranas como corriente parcial adyacente al umbral del conducto tubular de la corriente de gas que se encuentra en la zona central de la seccion transversal.
Ventajosamente, el aumento de rendimiento y el espacio constructivo reducido se consiguen mediante la combinacion de las caractensticas anteriores. A este respecto, la aceleracion de una corriente de gas mediante un estrechamiento de la seccion transversal con una pulverizacion simultanea del lfquido de lavado aumenta el
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rendimiento de purificacion. Las altas fuerzas de cizallamiento que se producen a este respecto entre la corriente de gas y el Ifquido conducen a la formacion de gotas de Ifquido muy finas, a las que se adhieren partfculas solidas dispersas o que coagulan con gotas de lfquido extrano. Adicionalmente pueden absorberse componentes gaseosos solubles en agua en la superficie de las gotas. A este respecto, el rendimiento de lavado se correlaciona con la superficie espedfica de las gotas y por consiguiente es inversamente proporcional al diametro de las gotas. Las gotas del lfquido de lavado cargadas tras el lavado se separan inmediatamente de la corriente de gas debido a su inercia de masa mediante la separacion por torbellino de corriente paralela axial integrada en el separador de gotas dispuesto aguas abajo.
La idea basica consiste esencialmente en poder realizar todas las funciones necesarias para la separacion eficiente de partfculas extranas de una corriente de gas en un unico aparato. Este aparato se caracteriza por un esfuerzo constructivo reducido y una capacidad de utilizacion en los sistemas de tubos existentes.
Las ventajas del dispositivo segun la invencion pueden resumirse tal como sigue:
- Modo de construccion compacto en el caso de una integracion en un conducto tubular existente.
- Por consiguiente pueden incorporarse dispositivos segun la invencion en un conducto tubular existente.
- Segun las condiciones de espacio, el dispositivo segun la invencion puede disponerse en vertical o en horizontal o inclinado.
- Mediante la aceleracion y la generacion de torbellino simultaneas en un intersticio anular puede mejorarse el rendimiento de lavado.
- La seccion transversa de flujo libre que puede ajustarse en la boquilla posibilita una adaptacion durante el funcionamiento.
- En cuanto al principio de corrientes paralelas de la parte de ciclon del dispositivo, la perdida de presion en el conducto tubular es reducida.
- No se requiere ningun separador de gotas-ciclon como elemento constructivo independiente.
El dispositivo es adecuado para la separacion de
- Gases nocivos, por ejemplo VOC, HCl, SO2, Cl2, NH3, HBR.
- Neblinas acidas, por ejemplo HCl, H2SO4, H3PO4 o neblinas de aceite.
- Polvos finos, por ejemplo metales, oxidos metalicos, pigmentos de color, ceniza volante, negro de carbon, madera, sales.
Por consiguiente, un dispositivo de este tipo combina la funcion del lavado de gas mediante la inyeccion de lfquido, en particular de agua, y su nebulizacion asf como la generacion posterior de torbellino. La separacion de las partfculas extranas discurre segun el principio combinado de un lavador de tipo Venturi con un ciclon de corriente paralela.
Preferiblemente esta previsto que las aletas de guiado esten dispuestas entre el extremo de entrada y el extremo de salida del cuerpo de desplazamiento.
En combinacion o como caractenstica individual,
- la pared del conducto tubular aguas arriba del cuerpo de desplazamiento puede presentar uno o varios conductos de ramificacion para partfculas extranas;
- el conducto tubular en o aguas arriba de las aberturas para partfculas extranas puede presentar un estrechamiento;
- aguas abajo del estrechamiento puede estar dispuesta una abertura de descarga para la salida del gas purificado;
- para evacuar la corriente de gas purificada aguas arriba del cuerpo de desplazamiento puede estar previsto un tubo de inmersion, cuya abertura de admision esta rodeada concentricamente por el conducto tubular y recibe la corriente de gas;
- para evacuar las partfculas extranas aguas arriba de la abertura de admision del tubo de inmersion pueden estar previstos uno o varios conductos de ramificacion;
- el cuerpo de desplazamiento puede deslizarse axialmente;
- el cuerpo de desplazamiento puede estar estacionario en la posicion axial ajustada;
- el cuerpo de desplazamiento ser resistente a la rotacion, pero poder deslizarse axialmente.
En una variante necesaria segun la situacion de incorporacion, el conducto tubular en la zona del cuerpo de desplazamiento puede discurrir verticalmente y el cuerpo de desplazamiento puede flotar libremente en la corriente de gas sin dispositivos de sujecion mecanicos.
Preferiblemente, el extremo de entrada del cuerpo de desplazamiento puede presentar la forma de un cono con la punta dirigida en sentido contrario al flujo y/o el extremo de salida del cuerpo de desplazamiento puede presentar la forma de un cono con la punta dirigida hacia aguas arriba.
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El dispositivo es adecuado para la realizacion del procedimiento, pero tambien puede hacerse funcionar de manera autonoma.
La invencion se explica mas detalladamente mediante los dibujos. En ellos se representa en detalle lo siguiente:
La Figura 1 muestra una primera forma de realizacion de un dispositivo segun la invencion.
La Figura 2 muestra un fragmento del objeto de la Figura 1, que se refiere a la constriccion de Venturi asf como
al cuerpo de desplazamiento.
La Figura 3 muestra, en una representacion esquematica, una solucion alternativa de la zona de extremo del dispositivo de la Figura 1.
El dispositivo segun la invencion mostrado en la Figura 1 comprende un conducto tubular 1 con una abertura de admision 2 para introducir la corriente de gas que debe tratarse. El sentido de flujo de la corriente de gas se designa con 11.
El conducto tubular 1 presenta una constriccion de Venturi 3. Visto en el sentido de flujo 11, antes de la constriccion de Venturi 3 se encuentra un equipo de inyeccion, que comprende una pluralidad de boquillas de inyeccion 4 para inyectar lfquido en el conducto tubular 1. A este respecto, en el presente caso se trata preferiblemente de agua.
El conducto tubular 1 rodea un cuerpo de desplazamiento 5. Este esta dispuesto concentricamente en el conducto tubular 1. El extremo de entrada 12 del cuerpo de desplazamiento 5 tiene la forma de un cono con la punta dirigida en sentido contrario al flujo. El extremo de salida 13 del cuerpo de desplazamiento 5 tiene igualmente la forma de un cono con la punta apuntando en el sentido de salida.
El cuerpo de desplazamiento 5 forma con la superficie envolvente del conducto tubular 1 un intersticio anular.
Ademas esta equipado con aletas de guiado 6. Estas estan distribuidas por todo el penmetro del cuerpo de desplazamiento 5 en una disposicion uniforme. Vease tambien la Figura 2.
En un tramo axial aguas arriba del cuerpo de desplazamiento 5 se encuentra un estrechamiento 7. El conducto tubular 1 esta reducido abruptamente en este estrechamiento hasta un diametro reducido. Por consiguiente, el conducto tubular 1 continua con un diametro reducido. A este respecto, la admision 14 del conducto tubular 1 con el diametro reducido puede adentrarse un cierto trayecto aguas arriba en el tramo anterior con diametro mayor del conducto tubular 1 (principio de inmersion). En el estrechamiento 7 se ramifica una corriente parcial 15, a este respecto el conducto de ramificacion 8 esta conectado tangencialmente al tramo de diametro mayor del conducto tubular 1, vease la Figura 1, vista en corte a la derecha.
Alternativamente al diseno de la Figura 1 del tramo de extremo de un dispositivo segun la invencion, el tramo de extremo tambien puede estar disenado tal como se muestra en la Figura 3. Como puede verse, el conducto tubular 1 discurre verticalmente. A este respecto, un tubo de inmersion 9 se adentra en el conducto tubular 1. La abertura de admision 10 del tubo de inmersion 9 esta rodeada concentricamente por el conducto tubular 1. La corriente parcial ramificada 15 consiste por lo demas preferiblemente en lfquido contaminado.
El dispositivo descrito funciona tal como sigue:
Una corriente de aire cargada con partfculas extranas entra a traves de la abertura de admision 2 del conducto tubular 1. La corriente de aire lleva entonces a la corona de boquillas de inyeccion 4. Estas pueden encontrarse poco antes o dentro de la constriccion de Venturi 3. Las altas fuerzas de cizallamiento que se produce a este respecto entre el aire y el lfquido conducen a una formacion de gotas de lfquidos extremadamente finas. A estas se adhieren las sustancias extranas. Mediante el intersticio anular entre el cuerpo de desplazamiento 5 y la superficie envolvente interna del conducto tubular 1 se genera una aceleracion intensa. El cuerpo de desplazamiento 5 con sus aletas de guiado 6 actua como generador de torbellino, que aumenta adicionalmente la velocidad de flujo y con ello tambien las fuerzas de cizallamiento entre el aire y las gotitas de lfquidos cargadas con partfculas. Las gotitas de lfquido se rompen adicionalmente en el campo de cizallamiento entre el cuerpo de desplazamiento 5 y la pared del conducto tubular 1. Con ello se aumenta la superficie espedfica y se aumenta la capacidad de absorcion. En el intersticio anular, la seccion transversal libre entre el lfquido por un lado y la impureza dispersa o gaseosa por otro lado esta reducida. De este modo se aumenta la frecuencia de contacto entre las partfculas extranas y el aire que debe purificarse. Adicionalmente, debido a la inercia de la fase dispersa se fuerza un mezclado de la mezcla de gas y partfculas extranas o gotas en la zona del cuerpo de desplazamiento. Todos los efectos descritos tienen un efecto positivo sobre el rendimiento de lavado.
Las aletas de guiado 6 estan dispuestas en el ejemplo de realizacion representado en el cuerpo de desplazamiento 5. Sin embargo, en lugar de esto tambien pueden estar fijadas en el umbral del conducto tubular 1.
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La separacion posterior de las gotas de Kquido de lavado cargadas del flujo de aire rotatorio tiene lugar segun el principio de un ciclon de corriente paralela. A este respecto, la entrada y la salida discurren sin una inversion interna del sentido. Vease la Figura 3.
El cuerpo de desplazamiento 5 puede deslizarse axialmente, preferiblemente con un dispositivo de ajuste 16. Una vez que esta ajustado en una determinada posicion axial, entonces en primer lugar esta estacionario. Con ello puede ajustarse la seccion transversal de flujo en el punto de inyeccion del agua, de manera correspondiente a los requisitos del funcionamiento.
Sin embargo, tambien es concebible la siguiente realizacion: el conducto tubular 1 discurre verticalmente en la zona del cuerpo de desplazamiento 5. El cuerpo de desplazamiento no tiene que estar fijado obligatoriamente, por ejemplo mediante conexiones mecanicas, al entorno solido. Mas bien puede moverse libremente en el flujo, preferiblemente solo en direccion axial, es decir hacia arriba y hacia abajo. Por lo demas esta realizado tal como el cuerpo de desplazamiento 5 descrito anteriormente con las aletas de guiado 6. Ejerce sus funciones exactamente como el cuerpo de desplazamiento estacionario: por consiguiente forma un intersticio anular junto con la superficie interna de la pared del conducto tubular 1; ademas genera un torbellino. Su peso puede dimensionarse de manera correspondiente a los requisitos en la practica. Sin embargo, a este respecto esta previsto un dispositivo de guiado, de modo que aunque el cuerpo de desplazamiento puede moverse axialmente en el conducto tubular 1, al mismo tiempo puede encargarse del movimiento de rotacion de la corriente de gas. Esto puede ser mediante una disposicion geometrica correspondiente (no representada), por ejemplo mediante una tuerca en el cuerpo de desplazamiento, sobre la que actua una chapa de guiado o un resorte, unido con el umbral del conducto tubular 1.
En una disposicion de este tipo, el cuerpo de desplazamiento tambien puede asumir una funcion como una especie de valvula antirretorno o unidad de cierre en ausencia de la corriente de gas para el conducto tubular 1.
Lista de numeros de referencia: P1455
1 conducto tubular
2 abertura de admision
3 constriccion de Venturi
4 boquilla de inyeccion
5 cuerpo de desplazamiento
6 aleta de guiado
7 estrechamiento
8 conducto de ramificacion
9 tubo de inmersion
10 abertura de admision
11 sentido de flujo
12 extremo de entrada
13 extremo de salida
14 admision
15 corriente parcial
16 dispositivo de ajuste

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    REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo para separar partfculas extranas de una corriente de gas, que comprende las siguientes caractensticas:
    - un conducto tubular (1) con una abertura de admision (2) para introducir la corriente de gas que debe tratarse;
    - una constriccion de Venturi (3) en el conducto tubular (1);
    - al menos una boquilla (4) de inyeccion dispuesta antes de o en la constriccion de Venturi (3) para inyectar lfquido en el conducto tubular;
    - un cuerpo de desplazamiento (5) dispuesto en el conducto tubular (1), que forma con la superficie envolvente interna del conducto tubular (1) un intersticio anular y que se extiende en direccion axial al menos por la zona de salida de la constriccion de Venturi (3);
    - estan previstas aletas de guiado (6), que estan dispuestas en el cuerpo de desplazamiento (5) o en la zona del cuerpo de desplazamiento (5) en el umbral del conducto tubular (1);
    - el conducto tubular (1) presenta aguas arriba del cuerpo de desplazamiento (5) un equipo para evacuar partfculas extranas de la zona perimetral de su seccion transversal, asf como gas purificado de la zona central de su seccion transversal.
  2. 2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado por que las aletas de guiado (6) se encuentran entre el extremo de entrada (12) y el extremo de salida (13) del cuerpo de desplazamiento (5).
  3. 3. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por las siguientes caractensticas:
    - la pared del conducto tubular (1) presenta aguas arriba del cuerpo de desplazamiento una o varias aberturas de descarga para partfculas extranas;
    - el conducto tubular, en o aguas arriba de las aberturas, presenta un estrechamiento (7) para partfculas extranas;
    - aguas abajo del estrechamiento (7) esta dispuesta una abertura de descarga para la salida del gas purificado.
  4. 4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por las siguientes caractensticas:
    - para evacuar la corriente de gas purificada, aguas arriba del cuerpo de desplazamiento (5) esta dispuesto un tubo de inmersion (9), cuya abertura de admision (10) esta rodeada concentricamente por el conducto tubular (1) y recibe la corriente de gas;
    - para evacuar las partfculas extranas, aguas arriba de la abertura de admision (10) del tubo de inmersion (9), estan previstos uno o varios conductos de ramificacion (8).
  5. 5. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el cuerpo de desplazamiento (5) puede deslizarse axialmente y/o es estacionario en la posicion axial ajustada.
  6. 6. Cuerpo de desplazamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el conducto tubular (1) en la zona del cuerpo de desplazamiento (5) discurre verticalmente, y por que el cuerpo de desplazamiento (5) en la corriente de gas flota libremente sin dispositivos de sujecion mecanicos, preferiblemente con un bloqueo de la rotacion.
  7. 7. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el extremo de entrada (12) del cuerpo de desplazamiento (5) presenta la forma de un cono con la punta dirigida en sentido contrario al flujo.
  8. 8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el extremo de salida (13) del cuerpo de desplazamiento (5) presenta la forma de un cono con la punta dirigida hacia aguas arriba.
  9. 9. Procedimiento para separar partfculas extranas de una corriente de gas, que comprende las siguientes etapas de procedimiento:
    introducir una corriente de gas cargada con partfculas extranas en un conducto tubular (1), que presenta una constriccion de Venturi 3 para aumentar la velocidad de la corriente de gas,
    inyectar lfquido en la corriente de gas por medio de boquillas de inyeccion antes de o durante el flujo a traves de la constriccion de Venturi 3,
    aumentar adicionalmente la velocidad de la corriente de gas por medio de un cuerpo de desplazamiento coaxial que reduce la seccion transversal (5) dentro del conducto tubular (1),
    generar un flujo rotatorio de la corriente de gas alrededor de la extension axial del conducto tubular por medio de aletas de guiado (6) para la acumulacion de las partfculas extranas y del lfquido cerca del umbral del conducto tubular (1) y
    separar el lfquido con las partfculas extranas como corriente parcial (15) adyacente al umbral del conducto tubular 1 de la corriente de gas que se encuentra en la zona central de la seccion transversal.
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