ES2643867T3 - Sistema de concentración controlada y recuperación de sólidos - Google Patents

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Description

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DESCRIPCION
Sistema de concentracion controlada y recuperacion de solidos Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un sistema de recuperacion en un solo proceso de solidos procedentes de soluciones, suspensiones, geles, semisolidos, y similares. Asf mismo, el sistema puede ser utilizado para la concentracion controlada de soluciones, suspensiones, geles, semisolidos, y similares. Dicho sistema se conoce a partir del documento JP-H-05220314.
Antecedentes de la invencion
La recuperacion de solidos a partir de soluciones, suspensiones, dispersiones, emulsiones, geles, semisolidos y similares comporta la retirada del disolvente y / o del medio portador mediante diferentes procesos que comportan evaporacion, osmosis inversa, ultrafiltracion, pervaporizacion, concentracion por congelacion, clatracion, etc. Dichos procesos se llevan generalmente a cabo utilizando diversos tipos de equipamientos, por ejemplo secadores de pulverizacion, secadores de tambor, secadores por congelacion, secadores de espuma - mat, secadores de lechos de fluido, etc.
Los secadores de pulverizacion se utilizan habitualmente para recuperar los solidos de las soluciones / suspensiones. De modo similar, los secadores de lechos de fluido se utilizan habitualmente para secar solidos humedos pero no pueden ser utilizados para la recuperacion de solidos de soluciones, dispersiones, suspensiones, emulsiones, geles, semisolidos y similares.
Los desaffos tecnologicos relacionados con el tratamiento de soluciones, suspensiones, dispersiones, emulsiones, geles, semisolidos y similares para la recuperacion de solidos sustancialmente secas consisten en la provision de unos equipamientos / sistemas rentables que hagan posible unos procesos eficientes desde el punto de vita energetico y que sean faciles de operar. La presente invencion da respuesta a este vado tecnologico.
Definicion
El termino "solidos sustancialmente secos", cuando se utiliza en la presente memoria, significara que la "perdida en el secado" sera inferior a un 10% en peso de los solidos, de modo preferente inferior a un 5% en peso de los solidos, de modo mas preferente inferior a un 2% en peso de los solidos y como maxima preferencia inferior a un 1% en peso de los solidos dependiendo del tipo y naturaleza del material y del procedimiento utilizado para su determinacion.
Objetos de la invencion
El objeto principal de la invencion es proporcionar un sistema de recuperacion de solidos para la recuperacion de solidos sustancialmente secas a partir de soluciones, dispersiones, suspensiones, emulsiones, geles, semisolidos y similares que permita operar con facilidad unos procesos eficientes desde el punto de vista energetico, y rentables.
Otro objeto de la invencion es proporcionar un sistema para un proceso unico de mezcla para la concentracion de soluciones, suspensiones, dispersiones, emulsiones, geles, semisolidos, asf como el secado sustancial de los solidos para su recuperacion.
Otro objeto de la invencion es proporcionar un sistema que potencie el contacto entre la fase lfquida y el medio gaseoso utilizado en el proceso para una transferencia termica eficaz para la concentracion y / o la recuperacion controladas de solidos especialmente secas a partir de soluciones, suspensiones, dispersiones, emulsiones, geles, semisolidos y similares.
Asf de acuerdo con la invencion, se proporciona un sistema de acuerdo con la reivindicacion 1. El medio lfquido (solucion / dispersion / emulsion / suspension / gel / semisolido y similares) es llenado en dicho tercer recipiente, y haciendo que fluya un gas a presion (por ejemplo, aire) desde la base de dicho primer recipiente a traves de dicho primer espacio anular hacia el interior de dicho segundo espacio anular y a continuacion desde los pasos de la base de dicho tercer recipiente para su mezcla con el medio lfquido, provocando que el disolvente se evapore y seque aun mas las solidos formadas en el mismo sistema de recuperacion.
En el proceso, el gas a presion calentado, por ejemplo aire, a una temperatura y humedad adecuadas puede ser utilizado dependiendo de la naturaleza del disolvente / portador de la solucion, suspension, gel, dispersion, emulsion, semisolido, etc.
Descripcion detallada de la invencion
Caractensticas y ventajas de la invencion resultaran evidentes en la descripcion detallada subsecuente y en las formas de realizacion preferentes con referencia a los dibujos que se acompanan.
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El esquema del sistema de la invencion se ilustra en la Figura 1. Comprende un modulo 10 de recipiente, un medio 11 de presurizacion de gas, una camara 12 de expansion, un alojamiento 13 de filtro, un orificio 14 de escape (extraccion) de vapor.
El esquema del modulo 10 de recipiente se ilustra en la Figura 2. Comprende un primer recipiente 1 que esta provisto de una base perforada o de una placa 20 de distribucion de gas perforada para el paso de gas. La via de flujo del gas, por ejemplo aire a presion, se indica en la Figura 2 mediante la flecha 21 para una mejor comprension. El segundo recipiente 2 esta dispuesto dentro de dicho primer recipiente 1 para definir un primer espacio 22 anular entre el primero y el segundo recipientes asf como para definir un espacio 23 entre la base 20 de dicho primer recipiente y la base 24 de dicho segundo recipiente 2.
Dicho primer espacio 22 anular esta cerrado sobre el lado 25 superior, como se ilustra en la Figura 2. La base 24 de dicho segundo recipiente 2 es sustancialmente plana o esta provista de una placa sustancialmente plana. El tercer recipiente 3 esta dispuesto dentro de dicho segundo recipiente 2 para definir una segunda cavidad / espacio 26 anular asf como para definir el espacio 29 entre la base 28 de dicho tercer recipiente y la base 24 de dicho segundo recipiente. Dicho segundo espacio 26 anular esta cerrado desde el lado 27 superior como se ilustra en la Figura 2. La base 28 de dicho tercer recipiente 3 esta provista de una serie de perforaciones / pasos o esta provista de una placa de distribucion de gas con una serie de perforaciones / pasos.
En una de las formas de realizacion, dichos primero, segundo y tercer recipientes 1, 2 y 3, respectivamente, presentan una geometna frustoconica.
La base 20 de dicho primer recipiente 1 esta conectado operativamente con la salida del medio de presurizacion de gas, por ejemplo un compresor o soplador. Dicho modulo 10 de recipiente esta conectado operativamente a la camara 12 de expansion y tambien al alojamiento 13 del filtro como se muestra en la Figura 1.
En operacion, la solucion / dispersion / emulsion / suspension / gel / semisolido y similares se llenan dentro de dicho tercer recipiente 3. El gas presurizado fluye desde la base 20 de dicho primer recipiente 1 a traves de dicho espacio 23 y a continuacion a traves del primer espacio 22 anular desembocando en dicho segundo espacio 26 anular. A continuacion, pasa desde los pasos situados en la base 28 de dicho tercer recipiente 3 para mezclarse con la solucion / dispersion / emulsion / suspension / gel / semisolido y similares, provocando que el disolvente se evapore y se sequen los solidos resultantes para la recuperacion final.
En una de las formas de realizacion, dicho tercer recipiente 3 esta provisto de un conjunto de pasos inclinados configurados para distribuir gas en la masa del medio lfquido (solucion / dispersion / emulsion / suspension / gel / semisolido y similares) para crear una turbulencia para potenciar el contacto entre el gas y el medio lfquido para la transferencia termica mejorada. En una de las variantes de esta forma de realizacion, los pasos estan inclinados con respecto a la horizontal en un angulo de 15° a 85°, de modo preferente de 25° a 75°.
Una de las configuraciones de dichos pasos de dicha base 28 se muestra en la Figura 3. Como se ilustra, solo un cuarto de la placa de distribucion de gas se indica con la configuracion de los pasos (los pasos individuales se indican mediante el numero 50). Dichos pasos pueden tener cualquier forma, por ejemplo ovalada, ovalada plana, rectangular, circular, cuadrada, elfptica o combinaciones de estas. La relacion del grosor de dicha base 28 con respecto a la longitud del paso oscila entre 0,250 y 0,999.
La relacion del area total de los pasos con respecto al area de la base oscila entre 0,01 y 0,50, de modo preferente entre 0,03 y 0,30, de modo mas preferente entre 0,05 a 0,10.
En una forma de realizacion de la invencion, dichos pasos estan provistos de unos dientes en forma de sierra internos para obtener un movimiento de remolino en el gas que pasa a traves de aquellos.
En otra forma de realizacion adicional, los pasos dispuestos en la base de dicho tercer recipiente presentan diversas secciones transversales por ejemplo redondas, ovaladas, ovaladas planas, rectangulares, cuadradas, etc.
En otra forma de realizacion adicional, se dispone una pluralidad de pasos sobre los lados de dicho tercer recipiente.
En otra forma de realizacion, hay mas de tres recipientes dispuestos para crear mas de dos espacios anulares entre ellos.
La invencion proporciona ademas ejemplos no limitativos.
Ejemplo 1:
Se preparo una solucion de 6kg de sacarosa en 25 kg de agua y 5 kg de acetona y se lleno en un tercer recipiente. El tercer recipiente estaba provisto de una placa de distribucion de gas con unos pasos inclinados con respecto a la horizontal en un angulo de 55°. El sistema fue precalentado con vapor de aire caliente y deshumidificado. El aire caliente a presion fue introducido en el sistema desde el fondo del primer recipiente y el proceso fue operado durante aproximadamente 1,5 horas manteniendo el escape en marcha para eliminar del sistema los vapores del disolvente evaporado. La temperatura del aire de entrada fue aproximadamente de 60° C a 90° C lo que se tradujo
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en una temperatura del lecho aproximadamente de 30° C a 55° C y la temperatura del aire / vapor de salida aproximadamente de 30° C a 45° C. La solucion se concentro gradualmente con la emergencia de los solidos que se secaron como un lecho fluidizado hasta que el disolvente fue completamente retirado y se obtuvieron unos solidos sustancialmente secos. El material solido fue retirado y pesado. El rendimiento del proceso fue de un 96,3% y el contenido en humedad de los solidos fue de ~0,7%.
Ejemplo 2:
Fueron anadidos 5 kg de semillas no parejas a 25 kg de agua purificada. La mezcla fue removida para obtener una dispersion que fue cargada dentro del tercer recipiente. El tercer recipiente estaba provisto de una placa de distribucion de gas con unos pasos inclinados con respecto a la horizontal en un angulo de 55°. Se llevo a cabo el proceso descrito en el ejemplo 1. Al final del proceso, el material solido fue retirado y pesado. El rendimiento del proceso fue de ~ 95% y el contenido de humedad de los solidos fue inferior a un 1,5%.
Ejemplo 3:
Fueron anadidos 0,400 kg de almidon a 1,5 kg de alcohol de isopropilo. La mezcla fue removida para obtener una dispersion que fue llenada en un tercer recipiente. El tercer recipiente estaba provisto de una placa de distribucion de gas con unos pasos inclinados con respecto a la horizontal en un angulo de 25°. El sistema fue precalentado con un flujo de aire caliente y deshumidificado. Se introdujo aire caliente presurizado en el sistema desde el fondo del primer recipiente y el proceso fue operado durante aproximadamente 1 hora manteniendose el escape en marcha para retirar del sistema los vapores del disolvente evaporado. La temperatura del aire entrante fue de aproximadamente 60° C lo que se tradujo en una temperatura del lecho aproximadamente de 15° C a 55° C y la temperatura del aire / vapor de salida aproximadamente de 20° C a 45° C. La solucion gradualmente se concentro con la emergencia de los solidos que se secaron como un lecho fluidizado hasta que el disolvente fue completamente retirado y se obtuvieron solidos sustancialmente secos. El material solido fue retirado y pesado. El rendimiento del proceso fue de ~ 81% y el contenido en humedad de los solidos fue de aproximadamente 5,2%,
Ejemplo 4:
Fueron anadidos 0,300 kg de povidona K30 a 0,13 kg de agua purificada. La mezcla fue removida para obtener un gel. El tercer recipiente estaba provisto de una placa de distribucion de gas con unos pasos inclinados con respecto a la horizontal en un angulo de 75°. Un talco purificado (0,007 kg) fue rociado (aplicado) a las paredes internas del tercer recipiente y a la superficie superior de la placa de distribucion de gas. El gel preparado fue llenado en un tercer recipiente. El sistema fue precalentado con vapor de aire caliente y deshumidificado. El aire caliente presurizado fue introducido en el sistema desde el fondo del primer recipiente y el proceso fue operado durante aproximadamente 4 horas manteniendose el escape en marcha para retirar del sistema los vapores del disolvente evaporados. La temperatura del aire entrante fue aproximadamente de 65° C a 85° C lo que se tradujo en una temperatura del lecho aproximadamente de 35° C a 70° C y la temperatura del aire / vapor de salida aproximadamente de 40° C a 65° C. La solucion gradualmente se concentro con la emergencia de los solidos que se secaron como un lecho fluidizado hasta que el disolvente fue completamente retirado y sustancialmente se obtuvieron solidos secos. El material solido fue retirado y pesado. El rendimiento del proceso fue de un 90% y el contenido de humedad de los solidos fue de aproximadamente 2,8%.
Ejemplo 5:
Se anadieron 0,45 kg de lactosa a 4,89 kg de agua purificada. La mezcla fue recogida para obtener una solucion que fue llenada en el tercer recipiente. El tercer recipiente estaba provisto de una placa de distribucion de gas con unos pasos inclinados con respecto a la horizontal en un angulo de 35°. El sistema fue precalentado con una corriente de aire caliente y deshumidificado. El aire caliente presurizado fue introducido en el sistema desde el fondo del primer recipiente y el proceso fue operado durante aproximadamente 3,5 horas manteniendose el escape en marcha para retirar del sistema los vapores del disolvente evaporados. La temperatura del aire entrante fue de aproximadamente 45° C a 90° C lo que se tradujo en una temperatura del lecho aproximadamente de 25° C a 75° C y una temperatura del aire / vapor de salida aproximadamente de 30° C a 60° C. La solucion gradualmente se concentro con la emergencia de los solidos que se secaron como un lecho fluidizado hasta que el disolvente fue completamente retirado y se obtuvieron solidos sustancialmente secos. El material solido fue retirado y pesado. El rendimiento del proceso fue de un 91,75% y el contenido de humedad de los solidos fue de 0,62%.
La invencion descrita demuestra la eficacia de los sistemas disenados que permiten la recuperacion de solidos de una mezcla procedentes de soluciones, emulsiones, dispersiones, suspensiones, geles, semisolidos y similares. Puede utilizarse un equipamiento adicional y el proceso puede ser utilizado para la concentracion controlada de soluciones, suspensiones, dispersiones, emulsiones, semisolidos y geles y materiales similares.

Claims (13)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Un sistema de concentracion controlada y recuperacion de solidos que comprende:
    un modulo (10) de recipiente, unos medios (11) de presurizacion de gas, unos medios de extraccion de gas, en el que el modulo de recipiente comprende
    un primer recipiente (1) que esta provisto de una base (20) perforada para el paso de gas a presion,
    un segundo recipiente (2) dispuesto dentro de dicho primer recipiente (1) para formar un primer espacio (22) anular continuo tambien sobre los lados para definir un espacio (23) entre la base (20) del primer recipiente y la base (24) del segundo recipiente (2); en el que dicho primer espacio anular esta cerrado sobre la parte superior, en el que la base (24) de dicho segundo recipiente (2) presenta un fondo sustancialmente plano, un tercer recipiente (3) dispuesto dentro de dicho segundo recipiente para definir un segundo espacio (26) anular continuo tambien sobre los lados para definir el espacio (29) entre la base (28) de dicho tercer recipiente y la base (24) de dicho segundo recipiente,
    en el que dicho segundo espacio (26) anular esta cerrado desde la parte superior (27), estando la base (28) de dicho tercer recipiente provista de unos pasos (50);
    estando la base (20) de dicho primer recipiente (1) conectada de manera operativa con la salida de la fuente de gas a presion, estando dicho modulo (10) de recipiente integrado en un alojamiento con los medios de extraccion de vapor situados en la parte superior.
  2. 2. - El sistema de concentracion controlada y de recuperacion de solidos de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dichos primero (1), segundo (2) y tercer (3) recipientes presentan una geometna frustoconica.
  3. 3. - El sistema de concentracion controlada y de recuperacion de solidos de acuerdo con una cualquiera de las
    reivindicaciones 1 - 2, en el que dicho tercer recipiente (3) esta provisto de un conjunto de pasos (50) configurados
    para distribuir gas en la masa del medio lfquido para crear una turbulencia para potenciar el contacto entre el gas y el medio para una transferencia termica mejorada.
  4. 4. - El sistema de concentracion controlada y de recuperacion de solidos de acuerdo con una cualquiera de las
    reivindicaciones 1 - 3, en el que los pasos (50) estan inclinados con respecto a la horizontal en un angulo de 15° a
    85°.
    5- El sistema de concentracion controlada y de recuperacion de solidos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 4, en el que el medio de presurizacion de gas es un compresor o un soplador.
  5. 6. - El sistema de concentracion controlada y de recuperacion de solidos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 5, en el que dicho modulo (10) de recipiente esta conectado operativamente con la camara (12) de expansion y tambien con el alojamiento (13) de filtro.
  6. 7. - El sistema de concentracion controlada y de recuperacion de solidos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 6, en el que los pasos tienen forma ovalada, ovalada plana, rectangular, circular, cuadrada, elfptica o combinaciones de estas.
  7. 8. - El sistema de concentracion controlada y de recuperacion de solidos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 7, en el que la relacion del grosor de dicha base (28) con la longitud del paso oscila entre aproximadamente 0,250 y 0,999.
  8. 9. - El sistema de concentracion controlada y de recuperacion de solidos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 8, en el que la relacion del area total de los pasos con el area de la base oscila entre 0,01 y 0,50.
  9. 10. - El sistema de concentracion controlada y de recuperacion de solidos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 9, en el que dichos pasos estan provistos de unos dientes en sierra internos que proporcionan un movimiento de turbulencia sobre el gas que pasa a traves de aquellos.
  10. 11. - El sistema de concentracion controlada y de recuperacion de solidos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 10, en el que los pasos dispuestos en la base de dicho tercer recipiente (3) presentan una seccion transversal diferente, por ejemplo redonda, ovalada, ovalada plana, rectangular, cuadrada o una combinacion de estas.
  11. 12. - El sistema de concentracion controlada y de recuperacion de solidos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 -11, en el que la pluralidad de pasos esta dispuesta sobre los lados de dicho tercer recipiente.
  12. 13. - El sistema de concentracion controlada y de recuperacion de solidos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 -12, en el que mas de tres recipientes estan dispuestos para crear mas de dos espacios anulares entre ellos.
  13. 14.- El sistema de concentracion controlada y de recuperacion de solidos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 -13, en el que el gas es aire.
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