ES2880411T3 - Separador centrífugo - Google Patents
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Abstract
Separador centrífugo para la separación de al menos dos fases de un fluido, con una carcasa base (2) que puede ser atravesada por el fluido esencialmente en forma de espiral, que presenta una cámara de separación (3) con un extremo superior y un extremo inferior, presentando el extremo superior y el inferior, respectivamente, una pared, y un eje central (4) que se extiende entre los dos extremos, y además un tubo de separación (5) central dispuesto en la cámara de separación cónica de forma concéntrica con respecto al eje central de la carcasa base con una pared sustancialmente cilíndrica, con una superficie orientada hacia la sección transversal interior, con un primer perfil de superficie y una superficie alejada de la sección transversal interior con un segundo perfil de superficie, en el que la carcasa base en el extremo superior tiene un sector de cabeza (6) con un radio interior y con al menos una abertura de entrada (7) para el fluido dispuesta esencialmente tangencial, así como al menos una abertura de salida de fracción ligera (8) con una sección transversal, y en el extremo inferior al menos una cámara de expansión (9) y al menos una abertura de salida de fracción pesada (10), teniendo la cámara de expansión en su base un pasador central (14) dispuesto concéntrico con respecto al eje central para recibir el tubo de separación central, que se extiende sustancialmente hasta la altura del extremo inferior del tubo de separación central y en el que la cámara de separación se estrecha cónicamente al menos en algunos sectores en la dirección del extremo inferior, preferiblemente en una secuencia escalonada con un ángulo de cono α constante, estando previsto en la transición entre la cámara de separación y la cámara de expansión un estabilizador (15) para la estabilización del tubo de separación central y para el control del flujo de la fracción ligera, caracterizado por que el estabilizador tiene una primera y una segunda pared con forma anular y esencialmente concéntrica, cada una con una superficie orientada hacia la sección transversal interior y una superficie alejada de la sección transversal interior, estando ambas paredes dispuestas en un plano y en el que la primera y/o la segunda pared presentan láminas (16) con un ángulo de lámina δ, estando el estabilizador unido de forma separable, en particular bloqueado, a la carcasa base a través de una perforación que se extiende radialmente en el lado interior de la carcasa base del extremo inferior, y la primera pared está bloqueada con al menos un sector del pasador central de la cámara de expansión, y en el que la primera pared tiene las láminas en la superficie alejada de la sección transversal interior y la segunda pared tiene las láminas en la superficie que da a la sección transversal interior, de modo que las láminas de la primera pared y las láminas de la segunda pared esencialmente no se tocan entre sí.
Description
DESCRIPCIÓN
Separador centrífugo
La presente invención se refiere a un separador centrífugo para la separación de al menos dos fases de un fluido, así como a un uso del separador centrífugo según la invención para la separación de al menos dos fases de un fluido.
Los líquidos, sólidos o gases a menudo están cargados con contaminantes que difieren en su densidad del medio a ser limpiado.
Estos contaminantes pueden ser, por ejemplo:
- partículas de microplásticos y/o partículas ligeras y/o pesadas en plantas clarificadoras, aguas de proceso y/o residuales;
- partículas de microplásticos y/o partículas ligeras y/o pesadas en agua salada o agua salobre como etapa de depuración en el proceso de desalinización del agua salada;
- partículas de microplásticos y/o partículas ligeras y/o pesadas en suspensiones de fibras y aguas de proceso en la industria del papel y celulosa;
- partículas de microplásticos y/o partículas ligeras y/o pesadas en fluidos líquidos en general que se vayan a depurar;
- partículas pesadas en mezclas de gases (por ejemplo, aerosoles, polvos);
- contaminantes en las fases del petróleo o también componentes del petróleo en agua contaminada de la industria petroquímica.
Así, diversas investigaciones realizadas en todo el mundo han mostrado que los microplásticos se acumulan cada vez más en los mares y sus sedimentos, así como en ríos y aguas continentales. Esto ya está provocando una carga debida a los microplásticos en casi toda la flora y fauna acuáticas.
El problema de la carga encontrada no es solo únicamente la presencia de partículas poliméricas extrañas al organismo, sino también las propiedades químicas desfavorables de estas partículas. Su hidrofobicidad relacionada con el material, así como su gran superficie específica les confieren la capacidad de adsorber contaminantes orgánicos, residuos de fármacos y hormonas de todo tipo. Como resultado, sirven como portadores óptimos de sustancias potencialmente perjudiciales para la salud humana. Entre otras cosas, también se pueden acumular contaminantes cancerígenos que pueden llegar a los seres humanos a través de la cadena alimentaria y se sospecha que causan enfermedades en los seres humanos.
La separación de partículas de microplásticos de aguas de procesos industriales y de aguas residuales de plantas clarificadoras representa para la tecnología de procesos actual una tarea hasta ahora apenas resoluble. Mediante el funcionamiento de plantas clarificadoras es posible separar las fracciones de microplásticos con un tamaño > 1 mm en una medida muy alta mediante los procesos existentes, pero con partículas con un tamaño < 1 mm suponen una tarea que manifiestamente no se puede resolver. Así, diversas investigaciones han mostrado que una proporción considerable de la carga de microplásticos en ríos, lagos y mares consiste en fracciones que antes de su introducción no pudieron ser separadas de las aguas residuales por las plantas clarificadoras. Estas fracciones incluyen sobre todo partículas abrasivas de productos cosméticos y detergentes, así como fibras microscópicas de ropa sintética que llegan a las aguas residuales a través del proceso de lavado. Las partículas de microplásticos constituyen en este caso una proporción considerable de la carga total en las aguas en cuestión.
Hasta donde sabemos actualmente, estos llegan en gran parte a las aguas a través de las plantas de tratamiento de aguas residuales de industrias de procesamiento de plástico activas o pasivas. Una de estas industrias es la división de procesamiento de papel usado de la industria del papel. Aquí, el plástico es un material que acompaña al papel usado que se va a procesar. Aunque este se separa en gran medida en el proceso de preparación de la pulpa, una fracción considerable que es triturada a través de las etapas de proceso, termina en el agua del proceso y luego en las plantas clarificadoras de las empresas industriales.
La peculiaridad de las partículas de microplásticos encontradas radica además de en su tamaño, en su densidad específica, que sin excepción se sitúa muy cercana a la densidad del agua. La pequeña diferencia de densidad específica entre el agua y las partículas de microplásticos que se encuentran en su interior, así como su tamaño, refleja el problema particular que conduce a que la eliminación de las partículas de microplásticos no sea posible, o no lo sea suficientemente, mediante la clarificación convencional de aguas residuales. Para ello se trabaja de forma estandarizada mediante los principios de limpieza gruesa, descomposición biológica, flotación, sedimentación y filtrado de partículas finas. Debido a los inconvenientes existentes y a la alta complejidad de las técnicas de proceso de estos procesos de filtración, el tratamiento de aguas residuales es por tanto muy costoso y debido a ello solo lucrativo en casos excepcionales.
Además, existe la limitación en la tecnología de procedimiento de que estos procesos basados en un medio de filtrado solo se pueden utilizar sin problemas en procedimientos en los que todos los sólidos deben ser filtrados fuera del medio. Si no es necesaria una separación absoluta, sino una separación o separación parcial de los sólidos en función de sus propiedades físicas, como es el caso de la separación de microplásticos de la suspensión de fibra en el marco de la fabricación de papel, estos sistemas no se pueden utilizar porque el criterio de separación de este estado de la técnica de sistemas solo está definido por las dimensiones de las partículas y no por su material.
Por tanto, los separadores centrífugos también desempeñan un papel en la limpieza de aguas de proceso y suspensiones de pulpa en la industria del papel. Aquí, una etapa de proceso importante que define la calidad del papel y la estabilidad del proceso es la eliminación de la denominada contaminación ligera. Esta consiste en sus fracciones principales en partículas de plástico muy pequeñas (PE, PP y poliestireno espumado de restos de envases), así como en partículas termofusibles y cera. La contaminación ligera con su densidad específica inferior a la del agua se ha eliminado hasta ahora de la suspensión de pulpa utilizando el separador centrífugo de depurador inverso. Los depuradores inversos comúnmente utilizados aquí muestran inconvenientes significativos en términos de eficiencia de separación y grado de rendimiento, lo que conduce a pérdidas financieras directas debido a fallos de producción o la reducción de la calidad del papel. Los depuradores inversos son capaces de separar sustancias en función de su densidad, lo que permite que dichas partículas de plástico se separen de las fibras de papel hasta un cierto grado de separación, que la mayoría de las veces no es satisfactorio. Sin embargo, los depuradores inversos no pueden eliminar las partículas de microplásticos de manera suficiente ya que las partículas tienen muy poca diferencia de densidad con respecto al agua, así como un tamaño de partícula demasiado pequeño.
La presencia de estas impurezas puede conducir a una reducción en el valor de los bienes a producir (por ejemplo: papel, cartón) o a problemas de la tecnología de procesos, como por ejemplo daños de bombas, compresores o agregados similares debido a impurezas no deseadas. Además, puede conllevar consecuencias económicas derivadas de la ecología, ya que la eliminación de las contaminantes puede ser una condición para el cumplimiento de los valores límite de contaminantes (por ejemplo la carga de microplásticos en las aguas residuales de las plantas clarificadoras, la biomasa en aguas residuales, la demanda química de oxígeno (DQO)/demanda bioquímica de oxígeno (DBO), contaminantes orgánicos persistentes (COP), halógenos orgánicos adsorbibles (AOX)).
El estado de la técnica de los separadores centrífugos se define generalmente por la misma estructura básica. Esta se caracteriza por un cuerpo base, la mayoría de las veces con forma de cono, que dispone de no menos de tres entradas y salidas. Generalmente, la entrada se encuentra tangencialmente en el otro extremo del cono. La salida de la fracción ligera suele estar situada en el centro del lado superior del cono, estando la salida de la fracción pesada en el extremo estrechado del cono. Durante el funcionamiento, el fluido introducido para ser tratado es introducido la mayoría de las veces tangencialmente en el lado superior del cono y, por tanto, se traduce en un flujo de rotación. Este flujo funciona impulsado por la entrada constante en una espiral hacia abajo hasta el extremo estrechado del separador centrífugo. Este curso de flujo provoca una inversión de flujo libre, que conduce a un movimiento ascendente de una corriente parcial en el centro del flujo circular (en forma espiral) del fluido (vórtice). Esta corriente parcial, que se caracteriza por una carga relativamente baja de contaminantes de densidad específicamente más alta, es decir más pesados, es descargada centralmente en la parte superior del separador centrífugo. La fracción enriquecida con partículas más pesadas de masa específica es descargada en el extremo estrechado del separador centrífugo. La separación en componentes de diferentes densidades tiene lugar en el separador centrífugo a través de las fuerzas centrífugas inducidas por la rotación. Se tiene así que cuanto mayores sean las fuerzas centrífugas, mayor será la potencia de separación. Con esta tecnología, que se conoce desde hace mucho tiempo, el estado de la técnica define una pluralidad de posibilidades de diseño diferentes para el separador centrífugo. Sin embargo, el denominador común no limitado, independientemente de cómo fue modificada la estructura general del separador centrífugo, se consigue a través de la inversión de flujo libre en el interior del vórtice.
Los inconvenientes de los separadores centrífugos conocidos están relacionados en particular con la inversión de flujo libre en el interior del vórtice que resulta de las peculiaridades de construcción. Dado que la posición e intensidad de la inversión del flujo, y por tanto la eficiencia del efecto de separación, depende en una medida significativa de las condiciones de construcción y la tecnología de procesos, la forma de construcción clásica de los separadores centrífugos es la razón de su sensibilidad con respecto a la variación de factores externos (por ejemplo flujos volumétricos, relaciones de aceptación-rechazo-entrada, diferencias de presión, viscosidad del medio, grado de contaminación). Esto provoca también diferentes tipos desfavorables de relaciones de flujo en el vórtice, de modo que no hay un aumento de la potencia de separación en la separación de fases de un fluido y, por tanto, una mayor eficacia de la separación de fases de un fluido. Es desfavorable pues también la falta de capacidad de adaptación dinámica a peculiaridades de la situación, en particular variaciones de las peculiaridades exteriores mencionadas.
Así, por ejemplo el documento DE 936488 da a conocer un separador centrífugo (separador ciclónico de polvo) para separar las partículas de polvo más finas de gases, que, sin embargo, debido a las peculiaridades de construcción, no pueden responder suficientemente a las peculiaridades y requisitos de proceso modificados, como por ejemplo el tipo y la naturaleza de la(s) fase(s) a ser separadas, para posibilitar un control de rotación y flujo fiable. El documento JP 2016019953 A da a conocer un separador centrífugo de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación independiente 1.
El objeto de la presente invención es superar, al menos parcialmente, los inconvenientes conocidos del estado de la técnica.
El objeto anterior se consigue mediante un separador centrífugo según la invención de acuerdo con la reivindicación 1. Formas de realización preferidas del separador centrífugo son el contenido de las reivindicaciones subordinadas.
En el sentido de la invención, debe entenderse por "cónicamente" una superficie de sección transversal que se estrecha esencialmente perpendicular a un eje central.
En el sentido de la presente invención, debe entenderse por "fluido" cualquier medio que pueda fluir, es decir, sólido, gaseoso y/o líquido. Esto incluye en particular fluidos líquidos, gaseosos y/o sólidos con al menos dos fases, en particular aquellos fluidos cuyas fases difieren en su densidad aparente.
Por "fluido con al menos dos fases" en el sentido de la presente invención debe entenderse cualquier mezcla heterogénea de al menos dos fases, cuyas fases pueden ser separadas una de otra al menos parcialmente mediante procedimientos físicos o físico-químicos o combinaciones de los mismos. Se incluyen, en particular, mezclas de al menos dos fases líquidas o sólidas que no son completamente miscibles entre sí o mezclas de al menos una fase gaseosa y al menos una fase líquida y/o de al menos una fase sólida y al menos una fase líquida y de al menos una fase sólida, así como aerosoles, mezclas de sustancias sólidas, espumas, emulsiones, dispersiones o suspensiones. Esto incluye también mezclas de varias fases, estando presentes una o varios sustancias (fase(s) secundaria(s)) distribuidas en otra sustancia continua (medio principal, fase continua).
En el sentido de la presente invención, se debe entender por "fase" un área espacial dentro de la cual no se produce ningún cambio brusco de ninguna magnitud física y la composición química es homogénea. Las fases pueden ser todas o parcialmente o individualmente líquidas y/o sólidas y/o gaseosas. Las fases pueden ser reactivos o productos o ambos.
La separación de fases que se pretende de un fluido con al menos dos fases puede ser, por ejemplo:
- líquido de líquido (por ejemplo, separación de las fases de una emulsión de dos fases)
- líquido de gaseoso (y viceversa)
- líquido de sólido (y viceversa)
- gaseoso de líquido (y viceversa)
- sólido de sólido (mezcla de sustancias sólidas)
- sólido de gaseoso (y viceversa),
donde las al menos dos fases de diferente densidad entre sí están configuradas de tal manera que la al menos una fase más ligera se separa a través del tubo de separación central a través de la abertura de salida de fracción ligera y la al menos una fase pesada se separa a través de la abertura de salida de fracción pesada.
La separación de fases de un fluido puede servir principalmente para limpiar o purificar una sustancia. Así, por medio de la presente invención, una corriente principal líquida, sólida o gaseosa de una fase puede liberarse de sustancias no deseadas de la otra fase o de las otras fases.
En el sentido de la presente invención, por “microplástico” se entiende cualquier partícula de plástico polimérico de un tamaño inferior a aproximadamente 5 mm, siendo de particular interés para la presente invención las de menos de aproximadamente 1 mm.
El ángulo de cono a de acuerdo con la presente situación se entiende como una desviación del eje central de la carcasa base; en particular se entienden como ángulo de cono, ángulos positivos y negativos.
Según una forma de realización preferida del separador centrífugo según la invención, el ángulo de cono a está comprendido entre aproximadamente 0,1 y 5°, preferiblemente entre aproximadamente 0,2 y 3° y de forma especialmente preferida entre aproximadamente 0,5 y 1,5°.
Según otra forma de realización preferida del separador centrífugo según la invención, el tubo de separación central está diseñado para ser esencialmente continuo y se extiende esencialmente hasta el extremo inferior de la cámara de separación, estando previsto un resquicio entre el tubo de separación central y la pared del extremo inferior.
Por la modificación del separador centrífugo según la invención con un tubo de separación central de diseño continuo, que se extiende esencialmente hasta el extremo inferior de la cámara de separación, dejando un resquicio entre el tubo de separación central y la pared del extremo inferior, sorprendentemente la inversión del flujo se suprime en las zonas superiores del separador centrífugo. Por la rotación forzada por ello aumenta el campo gravitacional significativamente hasta la zona de la abertura de entrada del extremo inferior del tubo de separación central, la
llamada zona de separación. En otras palabras, por esta realización según la invención el fluido a ser tratado es forzado a recorrer la cámara de separación completa en forma de espiral alrededor de la separación central y con ello se suprime la formación del vórtice interior que se extiende por el centro típico de los separadores centrífugos convencionales con su flujo en la dirección de la separación central. Esto provoca que este solo se produzca en el área de la zona de separación para la inversión de flujo en el marco de la separación de la fracción ligera. Como resultado, la inversión del flujo en el vórtice se posiciona de una manera definida y ventajosamente no se deja sometida a factores externos como en el estado de la técnica conocido. Así, sorprendentemente, por un lado se consiguen fuerzas gravitacionales más elevadas en comparación con el estado de la técnica y, por otro, se evitan zonas con turbulencia no definida y, por tanto, la potencia de separación y la eficacia de separación de los rechazos aumentan significativamente. Así, los procesos de separación en la presente forma de realización según la invención se basan no solo en los principios básicos de la tecnología de los separadores centrífugos del estado de la técnica, sino en aquellos por sedimentación y flotación acelerados por gravedad artificial con una extracción definida de fase(s) de fracción ligera en la zona de separación. Como resultado, los procesos de separación para la separación de contaminantes de la tecnología de separadores centrífugos conocidos hasta ahora en el estado de la técnica se mejoran significativamente. Por tanto, el principio básico del separador centrífugo fue incluido y modificado de manera innovadora dentro del marco de la invención para así poder limpiar también medios muy limpios que solo están cargados por niveles bajos de sustancias extrañas y sustancias extrañas con densidades específicas, cercanas a las del medio a limpiar, y eliminar al menos parcialmente de estos las sustancias extrañas, por ejemplo partículas muy pequeñas con diferencias de densidad mínimas respecto a la fase líquida, como el microplástico respecto a la fase acuosa.
En otra forma de realización preferida del separador centrífugo según la invención, la pared del tubo de separación central tiene perforaciones que discurren radialmente en la zona alrededor de la mitad inferior de la carcasa base.
Esta zona de la pared del tubo de separación central con perforaciones define la zona de separación de la fracción ligera de la fracción pesada del fluido desplazado que es introducido en el flujo.
En otra forma de realización preferida del separador centrífugo según la invención, las perforaciones están realizadas esencialmente con forma de línea recta, en zigzag, como líneas sinusoidales, con forma de arco, con forma espiral, con forma de meandros, puntiformes, anulares, ovaladas, rectangulares, cuadradas, trapezoidales, en forma de estrella, en forma de hoz, triangulares, pentagonales y/o hexagonales y/o formas mixtas de las formas antes mencionadas.
La fracción ligera del fluido utilizado se extrae centralmente del mismo de su fracción pesada a través de las perforaciones. La modificación según la invención del tamaño, forma, disposición posicional y distribución de las perforaciones en la pared del tubo de separación central en la zona de la mitad inferior de la carcasa base permite un control individual de los parámetros de extracción para una determinada fracción ligera. Por ejemplo, la velocidad de separación y/o, en el caso de una fracción ligera sólida, también el tamaño de exclusión para una fracción ligera sólida que se va a separar se puede ajustar finalmente de manera correspondiente. La estructura de la superficie del tubo de separación central también se puede modificar de acuerdo con la invención para favorecer esto. En conjunto, por las posibles modificaciones mencionadas, la eficiencia del separador centrífugo puede ser adaptada de forma muy individualizada y en función de la situación.
Según otra forma de realización preferida del separador centrífugo según la invención, la superficie de perforación de la pared del tubo de separación central se encuentra entre aproximadamente el 50 y el 1000 %, preferiblemente entre aproximadamente el 75 y el 200 % y de forma especialmente preferida entre aproximadamente el 100 % y el 150 % con referencia a la sección transversal de la salida de fracción ligera.
Según otra forma de realización preferida del separador centrífugo según la invención, el primer y/o el segundo perfil superficial de la pared cilíndrica del tubo de separación central está realizado esencialmente ondulado, escalonado o en forma de rampa y/o formas mixtas de los perfiles superficiales antes mencionados.
Según una forma de realización preferida de un separador centrífugo no según la invención, en la pared interior de la carcasa base en el extremo superior del separador centrífugo está previsto un elemento de guía de flujo que discurre concéntricamente alrededor del tubo de separación central con un radio lateral r formado por una superficie de pared interior del elemento de guía de flujo que en algunas zonas está curvada con forma de arco de círculo esencialmente cóncavo con respecto al volumen interior del elemento de guía de flujo que tiene un sector sustancialmente helicoidal que está esencialmente en comunicación directa con la abertura de entrada.
Por "sector helicoidal" debe entenderse un sector con forma de hélice o retorcido con forma helicoidal.
La realización del elemento de guía de flujo permite introducir el flujo volumétrico del fluido tangencialmente en el extremo superior de la cámara de separación esencialmente cónica y que se ponga en rotación, con pérdidas de flujo lo más bajas posibles. Por esta modificación, el flujo volumétrico en el interior del extremo superior de la cámara de separación es desviado por el elemento de guía de flujo de tal manera que puede girar alrededor del tubo de separación central en la dirección de la zona de separación desde la primera vuelta esencialmente en espiral a velocidades radiales y verticales aproximadamente constantes.
En otra forma de realización preferida, el sector helicoidal tiene un ángulo de caída p que está entre aproximadamente 3 y 23°, preferiblemente entre aproximadamente 8 y 18° y de manera especialmente preferida entre aproximadamente 12 y 14°.
Por "ángulo de caida" debe entenderse el ángulo de la superficie de la pared interior del sector helicoidal respecto al eje central en el que un fluido introducido se desliza automáticamente.
En otra forma de realización preferida de la invención, el sector helicoidal tiene un ángulo de inclinación radial g que es aproximadamente /- 15°, con preferencia aproximadamente /- 5 °, y de forma especialmente preferida de aproximadamente /- 1°.
Por "ángulo de inclinación" en el sentido de la presente invención debe entenderse el ángulo entre la superficie de la pared interior de la carcasa base y un plano que corta al eje central perpendicularmente.
En otra forma de realización preferida de la invención, la relación entre el radio lateral r del elemento de guía de flujo y el radio interior del sector de cabeza se encuentra entre aproximadamente 0,04 y 1,00, preferiblemente entre aproximadamente 0,1 y 0,7 y de manera especialmente preferida entre aproximadamente 0,2 y 0,4.
En el presente caso, se entiende por "radio interior" el radio que resulta de la superficie de pared interior del sector de cabeza con respecto al eje central del separador centrífugo.
Según otra forma de realización preferida del separador centrífugo según la invención, el tubo de separación central está conectado de manera separable, en particular bloqueado, a la abertura de salida de la fracción ligera del sector de cabeza, y/o conectado de manera separable, en particular bloqueado, a la base de la cámara de expansión. Según una forma de realización preferida de la presente invención, la cámara de expansión está realizada con al menos dos partes, en particular con varias partes. Alternativamente, el tubo de separación central y el sector de cabeza son fabricados como un solo componente. Como alternativa, el tubo de separación central también puede ser separado del tubo de separación central mediante una realización comprimida/pegada.
En el sentido de la presente invención, "unido de forma separable", debe entenderse en particular separable de forma no destructiva, de tal manera que al menos dos componentes pueden ser en particular bloqueados o apretados, preferiblemente de forma directa y/o con unión positiva de fuerza entre sí, por ejemplo mediante una conexión de brida, una conexión de enchufe y/o de otra manera que tenga sentido para un experto.
Además, la cámara de separación puede ser unida de forma separable al sector de cabeza con la abertura de entrada del separador centrífugo, por ejemplo, con bridas mediante una abrazadera. Alternativamente, la cámara de separación y el sector de cabeza con la abertura de entrada son fabricados como un solo componente.
Según la invención la cámara de expansión tiene en la base un pasador central dispuesto concéntricamente con respecto al eje central para recibir el tubo de separación central, que se extiende esencialmente hasta la altura del extremo inferior del tubo de separación central. En otra forma de realización preferida del separador centrífugo según la invención, la al menos una abertura de salida de la fracción pesada está colocada esencialmente tangencial. Como resultado de ello, el flujo volumétrico de salida (fase pesada) es desviado de la cámara de separación con las pérdidas de flujo más bajas posibles y, por tanto, es alimentado a la abertura de salida de la fracción pesada.
Según otra forma de realización preferida del separador centrífugo según la invención, la cámara de expansión está conectada de forma separable, en particular bloqueada, al extremo inferior de la cámara de separación cónica.
Según la invención está previsto un estabilizador en la transición entre la cámara de separación y la cámara de expansión para estabilizar el tubo de separación central y para el control del flujo de la fracción ligera.
Además, el estabilizador tiene una primera y una segunda pared con forma anular y esencialmente concéntrica, cada una con una superficie orientada hacia la sección transversal interior y una superficie alejada de la sección transversal interior, estando ambas paredes dispuestas en un plano y de modo que la primera y/o la segunda pared presentan láminas con un ángulo de lámina 5, estando el estabilizador unido de forma separable, en particular bloqueado, a la carcasa base a través de una perforación que se extiende radialmente en el lado interior de la carcasa base del extremo inferior, y la primera pared está bloqueada con al menos un sector del pasador central de la cámara de expansión.
La primera pared tiene las láminas en la superficie alejada de la sección transversal interior y la segunda pared tiene las láminas en la superficie orientada a la sección transversal interior.
Las láminas de la primera pared y las láminas de la segunda pared esencialmente no se tocan.
Según otra forma de realización preferida del separador centrífugo según la invención, las láminas de la primera pared y las láminas de la segunda pared están montadas de forma giratoria, por ejemplo mediante un cojinete de articulación o bisagra. Esto permite que el ángulo de lámina 5 se adapte de manera flexible a los respectivos requisitos del proceso.
Según otra forma de realización preferida del separador centrífugo según la invención están previstos elementos de guía, que están diseñados para el desplazamiento de las láminas a lo largo de una trayectoria de desplazamiento con forma de arco de círculo, para recibir las láminas de la primera pared y las láminas de la segunda pared.
Según otra forma de realización preferida del separador centrífugo según la invención, los elementos de guía son carriles de guía y las láminas están montadas en el carril de guía de manera que puedan girar alrededor de un eje de giro perpendicular a la trayectoria de desplazamiento. Esto permite que el ángulo de lámina 5 se adapte de manera flexible a los respectivos requisitos del proceso.
Según otra forma de realización preferida del separador centrífugo según la invención el ángulo de lámina 5 se encuentra entre aproximadamente 5 y 90°, preferiblemente entre aproximadamente 20 y 70° y de manera especialmente preferida entre aproximadamente 30 y 60°.
El estabilizador sirve por un lado para estabilizar el tubo de separación central, así como el control de la contrapresión y por tanto de la rotación del vórtice y por otro lado para el control del flujo de la fracción ligera.
Por adaptación del ángulo de lámina 5, que está definido por el ángulo entre el plano horizontal y la pendiente de las láminas, se puede controlar el componente de velocidad vertical y, por tanto, el tiempo de permanencia y la intensidad de rotación en el separador centrífugo. Así, después de la instalación y puesta en servicio, mediante una variación del ángulo de lámina 5 es posible adaptar las instalaciones existentes a las peculiaridades y requisitos cambiantes, como por ejemplo el tipo y la naturaleza de la(s) fase(s) que se va(n) a separar, por ejemplo la carga de microplásticos, tamaño y densidad de partículas promedio, o diferentes propiedades de los fluidos. Esto se puede hacer por sustitución de un estabilizador con láminas con un ángulo de lámina 5 ajustado de forma fija o, en caso de presencia de elementos de guía, por adaptación del ángulo de lámina 5 en función de la situación. Alternativamente, para influir en los parámetros de flujo o también solo para favorecer adicionalmente la influencia de los parámetros de flujo pueden estar dispuestas por sectores tiras de flujo en la pared interior de la cámara de separación y/o en la superficie de la pared cilíndrica del tubo de separación central que da a la sección transversal interior. La posibilidad de influir en el flujo proporcionada por el estabilizador también puede ser usada para responder a las condiciones cambiantes del proceso después del diseño y la instalación. Así, este tipo de separador centrífugo puede ser personalizado en un alto grado, lo que conduce a una ampliación significativa del campo de aplicación.
Según otra forma de realización preferida del separador centrífugo según la invención el estabilizador es recambiable.
Además, dentro del sentido de la invención correspondiente a otra forma de realización preferida está que el tubo de separación central esté diseñado para ser expansible en la dirección de la cámara de separación en la zona de su extremo inferior. Esto permite adaptar la sección transversal del tubo de separación central de acuerdo con las condiciones externas aplicadas. Las modificaciones correspondientes para hacer que un tubo se pueda expandir son conocidas para el experto y se incluyen aquí. Estas engloban, por ejemplo, el uso de materiales de elasticidad limitada para el tubo de separación central y/o rebajes de material en el tubo de separación central que se extienden paralelos al eje central. Además, el tubo de separación central puede estar realizado con dos o más partes para este propósito. Tales modificaciones sirven para complementar al estabilizador para el control/adaptación de la presión aplicada en el cono de separación (compensación de la presión) y por tanto la estabilización de las relaciones de flujo en el tubo de separación central y el control de flujo de la fracción ligera, por ejemplo para elevar la potencia de separación.
Según una forma de realización preferida del tubo de separación central realizado de forma que se puede expandir, puede estar previsto un medio de fijación adecuado en la zona inferior del tubo de separación central para limitar su contorno, tal como por ejemplo una brida que conecta el pasador central de la cámara de expansión al tubo de separación central.
Según otra forma de realización preferida del separador centrífugo según la invención, la carcasa base, la cámara de expansión y el estabilizador están hechos al menos parcialmente de un material resistente a la abrasión seleccionado de un grupo que consiste en caucho duro, poliamida, poliamida reforzada con fibra, polietileno, polipropileno, polioximetileno, tereftalato de polietileno, tereftalato de polietileno reforzado con fibra, poliéter éter cetona, politetrafluoroetileno, fluoruro de polivinilideno, clorotrifluoroetileno de etileno, perfluoroalcoxialcano, tetrafluoretilenohexafluorpropileno, tetrafluoroetileno-perfluoro-metilvinileter, acero, acero inoxidable, aluminio y/o sus mezclas.
Además de ser fácil de fabricar, por ejemplo en el procedimiento de moldeo por inyección, esta elección de material para los componentes individuales debe lograr la máxima resistencia y durabilidad.
En otra forma de realización preferida, la carcasa base, la cámara de expansión y el estabilizador están hechos al menos parcialmente de un plástico resistente a la abrasión, preferiblemente poliamida. Debido a sus propiedades termoplásticas, este se puede llevar muy bien a su forma en el procedimiento de moldeo por inyección y además se puede modificar mediante soldadura térmica. Por tanto, es posible fabricar los componentes en cuestión de una manera sencilla y barata.
Según otra forma de realización preferida del separador centrífugo según la invención, el tubo de separación central está fabricado de un material muy estable y/o resistente a la abrasión, en particular de acero, acero inoxidable,
aluminio, magnesio, poliamida reforzada con fibra, tereftalato de polietileno reforzado con fibra, poli éter éter cetona, polieterimida, sulfuro de polifenilo y/o sus mezclas.
La fabricación a partir de un material altamente estable y/o resistente a la abrasión es necesaria ya que por un lado el tubo de separación central actúa como componente estabilizador y por otro lado debe ser muy rígido para que no oscile de forma destructiva debido a turbulencias. Según otra forma de realización preferida del separador centrífugo según la invención, el separador centrífugo está realizado de varias piezas.
La presente invención comprende además el uso del separador centrífugo según la invención para la separación de al menos dos fases de un fluido.
La invención se explica a continuación con referencia a ejemplos de realización preferidos, indicándose que estos ejemplos también incluyen modificaciones y/o complementos que resultan evidentes para un experto en la técnica. Además, estos ejemplo de realización no representan ninguna limitación para la invención, de tal manera que las modificaciones y complementos están dentro del alcance de la presente invención.
Muestran:
Figs. 1 a 5: una vista en planta desde arriba y dos vistas laterales de una forma de realización preferida de un separador centrífugo, así como en cada caso una sección transversal a través de la carcasa base de un separador centrífugo según la invención de las figuras 2 y 4,
Fig. 6: un fragmento de sección transversal a escala ampliada a través del extremo inferior de la cámara de separación de la Fig. 3,
Fig. 7: una vista en despiece ordenado de un separador centrífugo de construcción modular según la invención,
Fig. 8: una sección transversal a través de la carcasa base de un separador centrífugo según la invención con un ángulo de cono a,
Figs. 9-14: una vista en planta desde arriba del lado inferior, una vista lateral, tres secciones longitudinales radiales, una de las cuales con un ángulo de inclinación g (Fig. 13), y un fragmento de detalle (F) a escala ampliada correspondiente a la sección longitudinal de la Fig. 11 con radio lateral r (Fig. 12), así como otra sección longitudinal con un plano de corte vertical (H-H) en un sector helicoidal del elemento de guía de flujo y vista de la sección longitudinal vertical correspondiente con ángulo de caída p (Fig. 14) de una forma de realización preferida de un sector de cabeza de un separador centrífugo con elemento de guía de flujo,
Figs. 15-17: dos vistas en planta desde arriba con ángulo de lámina 5 (Fig. 15) o plano de corte tangencial (Fig. 16), así como una sección longitudinal tangencial (Fig. 17) a través de una primera forma de realización de un estabilizador no según la invención de un separador centrífugo,
Figs. 18 a 20: una vista en perspectiva y una vista en planta desde arriba, así como una sección longitudinal tangencial a través de una forma de realización de un estabilizador según la invención del separador centrífugo según la invención,
Fig. 21: una representación esquemática del principio de separación cuando se utiliza el separador centrífugo según la invención,
Fig. 22: un diagrama de circuito en cascada de tres etapas del separador centrífugo según la invención de acuerdo con una forma de realización preferida para el uso del separador centrífugo en el tratamiento industrial de aguas residuales cargadas con partículas de microplásticos (planta clarificadora), y
Figs. 23 a 28: los flujos volumétricos y las cargas de microplásticos en función de la presión de entrada y del ángulo de lámina 5 del estabilizador de un prototipo de separador centrífugo según la invención.
Las figuras 1 a 5 muestran una vista en planta desde arriba en la figura 1 y una vista lateral en cada una de las figuras 2 y 4 de una forma de realización preferida de un separador centrífugo, así como en cada caso una sección transversal a través de la carcasa base de un separador centrífugo según la invención de la figura 2 o la figura 4. Las figuras 1,2 y 4 muestran la carcasa base con abertura de entrada, sector de cabeza, tubo de separación central, eje central, abertura de salida de la fracción ligera, y abertura de salida de la fracción pesada. Se puede reconocer que las conexiones para la abertura de entrada y la abertura de salida de la fracción ligera están en el sector de cabeza. Las figuras 3 y 4 muestran además de los elementos de la figuras 1,2 y 4 también la cámara de separación con extremo superior e inferior, el sector de cabeza con elemento de guía de flujo, la cámara de expansión, el tubo de separación central con perforaciones en forma de línea recta y la pared del extremo inferior de la cámara de separación. El tubo de separación central tiene bridas en el sector de cabeza. La cámara de separación cónica está unida con bridas al sector de cabeza (con abertura de entrada) del separador centrífugo por medio de una abrazadera (aquí no representada). También se puede ver el perno central y el estabilizador con láminas (no representadas) dispuesto en
torno al perno central. La cámara de expansión está embridada al extremo inferior de la cámara de separación con una abrazadera (no representada).
La figura 6 muestra un fragmento de sección transversal a escala ampliada a través del extremo inferior de la cámara de separación de la Fig. 3. Se puede reconocer la cámara de expansión limitada por el pasador central. El estabilizador está dispuesto alrededor del pasador central y se sujeta a la carcasa base a través de una perforación que se extiende radialmente en el lado interior de la carcasa base del extremo inferior y, de esta forma está unida a esta de forma separable, y la primera pared del estabilizador está sujeta a un sector del pasador central de la cámara de expansión y, por tanto, bloqueada.
El ejemplo de realización según la figura 7 muestra una vista en despiece ordenado de un separador centrífugo según la invención. Puede verse que el separador centrífugo está construido de forma modular a partir de componentes individuales. En la transición desde la cámara de separación cónica a la cámara de expansión se puede sujetar un estabilizador equipado con láminas.
Las figuras 9 a 14 muestran, respectivamente, una vista en planta desde arriba del lado inferior en la figura 9 y una vista lateral en la figura 10, así como, respectivamente, una sección longitudinal radial en la figura 11 y un fragmento de detalle (F) a escala ampliada de la figura 11 con radio lateral r en la figura 12, así como, respectivamente, una sección longitudinal radial en la figura 13 con ángulo de inclinación g, así como, respectivamente, una sección longitudinal radial en la figura 14 con plano de corte vertical (HH) dibujado y una vista representada de la sección longitudinal vertical con ángulo de caída p de una forma de realización preferida de un sector de cabeza de un separador centrífugo con elemento de guía de flujo.
Las figuras 15 a 17 muestran, respectivamente, una vista en planta desde arriba con un ángulo de lamina 5 en la figura 15 y una vista en planta desde arriba con el plano de corte tangencial (AA) representado en la Fig. 16, así como un corte longitudinal tangencial en la figura 16 a través de una forma de realización de un estabilizador no según la invención de un separador centrífugo. Se puede ver que las láminas de la primera y la segunda pared se tocan entre sí formando conexiones de puente.
Las figuras 18 a 20 muestran, respectivamente, una vista en perspectiva en la figura 18 y una vista en planta desde arriba en la figura 19, así como una sección longitudinal tangencial en la figura 20 a través de una forma de realización preferida de un estabilizador según la invención del separador centrífugo según la invención. Puede verse que las láminas de la primera y la segunda pared esencialmente no se tocan.
La Fig. 21 muestra una representación esquemática del principio de separación general cuando se utiliza una forma de realización preferida del separador centrífugo según la invención con un tubo de separación central continuo El fluido multifásico introducido llega al sector de cabeza a través de la abertura de entrada en el extremo superior de la cámara de separación. Después de la introducción radial del fluido en el cono que se estrecha hacia abajo con un ángulo de cono constante a, este se pone en rotación. Debido a la gravedad y al desplazamiento, el fluido se mueve ahora en trayectorias circulares en dirección a la punta del cono. Allí, la fase ligera del fluido se extrae de forma centralizada en el área de la zona de separación a través de las perforaciones del tubo de separación central. Debido a las fuerzas centrífugas generadas artificialmente y a la inversión del flujo, en los separadores centrífugos según la invención las partículas que son específicamente más pesadas que el medio principal del fluido (fase secundaria pesada) son presionadas contra la pared interior de la cámara de separación, de modo que las partículas específicamente más ligeras del fluido (fase secundaria ligera) se aglomeran en el centro. Esto se hace mediante la regulación de los flujos volumétricos y se separan así las partículas pesadas (fase secundaria pesada) a través de la abertura de salida de la fracción pesada situada en el extremo inferior, separándose el medio principal a través de la abertura de salida de la fracción ligera, o las partículas ligeras (fase secundaria ligera ) se separan a través de la abertura de salida de la fracción ligera situada en el extremo superior y el medio principal más pesado es separado de forma correspondiente a través de la abertura de salida de la fracción pesada.
En el marco de los trabajos previos fue analizado y evaluado el potencial del separador centrífugo de acuerdo con la invención, por un lado como máquina de flujo funcional y, por otro lado como dispositivo de separación, utilizando abundantes simulaciones y considerando diferentes condiciones de contorno (en el caso presente usando el ejemplo del agua cargada con microplásticos). En el marco de estos trabajos se verificó, entre otras cosas, que un separador centrífugo individual debería poder procesar flujos volumétricos entre 500 l/min y 700 l/min. Esta variable de diseño ha demostrado ser favorable en el marco del análisis, situándose las fuerzas centrífugas en el orden de magnitud entre 200 m/s2 y 3000 m/s2, preferiblemente entre 500 m/s2 y 2500 m/s2, con especial preferencia entre 700 m/s2 y 2000 m/s2 y en particular entre 900 m/s2 y 1750 m/s2.
Para verificar los resultados teóricos de las simulaciones de separación, en el marco de los trabajos de desarrollo anteriores fue proyectado un prototipo del separador centrífugo según la invención a escala 1:4,4 producido a partir de poliamida reforzada con fibra utilizando el procedimiento de prototipado rápido SLS y a continuación operado y evaluado a escala de laboratorio. Las simulaciones CFD del efecto de separación del prototipo 1:4,4 han demostrado en condiciones idealizadas que se puede contar con un efecto de separación de aproximadamente el 30 % a una presión de funcionamiento de 2,5 bar. El prototipo fue operado en circuito cerrado utilizando un depósito de 30 litros. Para alcanzar la presión máxima de 2,5 bar en la entrada prevista aquí y suficiente para la evaluación del
principio de separación fueron instaladas en serie dos bombas centrífugas, cada una con una potencia de 800 W y una capacidad de 60 l/min con una altura de elevación de 0 metros. La presión de entrada, así como las presiones de salida hacia y desde el prototipo del separador centrífugo según la invención, fueron ajustadas manualmente mediante válvulas de bola. Los flujos volumétricos de las fracciones ligera y pesada fueron determinados gravimétricamente y así fue calculado el flujo volumétrico respectivo en la entrada. La eficiencia de separación de microplásticos fue evaluada también gravimétricamente mediante microfiltración de los flujos volumétricos de las fracciones ligera y pesada. La potencia de separación fue evaluada mediante una variación de los factores de la presión de entrada y el ángulo de lámina 5 del estabilizador utilizado. Se usó un polvo de HD-PE de la empresa Pallmann con un tamaño medio de partícula < 500 gm como referencia de microplástico. Como sustancia de referencia en términos de tamaño de partícula y densidad del material, este polvo representa la más probable carga que se encontrará en los procesos futuros. En el marco de la evaluación, el HD-PE con una densidad muy cercana a la del agua se considera la clase de partículas más difícil de eliminar. Los parámetros de prueba de la serie de pruebas realizadas fueron:
- presión de entrada: 1 bar; 1,6 bar; 2,5 bar
- volumen de entrada: 21 l/min - 33 l/min
- ángulo de la lamina 5 del estabilizador: 32,5°; 45°; 57,5°; 70°
- carga de microplásticos: 0,1 g/l - 1,0 g/l
- partículas de microplásticos: HD-PE / ~ 0,96 g/cm3/tamaño medio < 500 gm
Los ensayos fueron planificados y realizados mediante la planificación y evaluación de ensayos estadísticos basados en el programa Umetrics Modde 10.1. Las figuras 23 a 28 muestran los resultados del ensayo como un diagrama de contorno. Estos se basan en planes de ensayo totalmente factoriales y un ajuste MLR de los resultados del ensayo. En estos, en el eje x se puede ver la presión de entrada y en el eje y el ángulo de lámina 5 del estabilizador utilizado. En los diferentes sombreados superficiales dependiendo de la figura, el valor del flujo volumétrico se indica en l/min, o bien la carga de microplásticos de la fracción ligera o fracción pesada en %. La figura 23 muestra los valores del volumen de entrada en l/min, la figura 24 muestra los valores del volumen de la fracción ligera en l/min, la figura 25 muestra los valores del volumen de la fracción pesada en l/min, la figura 26 muestra la carga de fracción ligera en %, la figura 27 la carga de fracción pesada en % con presiones de entrada aplicadas de 1 - 2,5 bar y la figura 28 la carga de fracción pesada en % con presiones de entrada altas aplicadas de hasta 7 bar. Los resultados de los ensayos muestran que ventajosamente ya con una presión de entrada de 1,0 bar y un flujo volumétrico resultante de ~21 l/min, cuando se utiliza el estabilizador de 32,5° es posible reducir la carga de microplásticos en la fracción pesada en ~16 %. Al aumentar la presión de entrada a 2,5 bar y así aumentar el caudal en un 50 % hasta ~33 l/min, el uso del estabilizador de 32,5° consigue ventajosamente una reducción de la carga de microplásticos en la fracción pesada de ~23 %. Al mismo tiempo, se puede reconocer en todos los puntos de ensayo que un aumento en el ángulo de lámina 5 de 32,5° a 70° generalmente conduce a una reducción en el efecto de separación de microplásticos en la fracción pesada. Por el contrario, esto significa que un ángulo de lámina 5 mayor tendría un efecto de mejora de la potencia de separación de partículas con una densidad superior a la del agua. La totalidad de los resultados de ensayo ha demostrado que el potencial de separación de la instalación del prototipo, con un 23% logrado hasta ahora, está sólo ~7 % por debajo de los resultados de las simulaciones CFD en el sistema idealizado. A la vista del hecho de que la aplicación en el marco de los ensayos del prototipo no corresponde en modo alguno a las condiciones marco de la simulación idealizada, la potencia de separación conseguida está por encima de las expectativas iniciales. Si la potencia de separación se proyecta a una presión de entrada de 7 bar a través del modelo MLR creado (Fig. 28, abajo a la derecha), entonces resulta una potencia de separación de 50 %. Este valor, el denominado X50, que se define por el tamaño de partícula del que es separado el 50%, puede utilizarse para mostrar la eficacia del separador centrífugo según la invención en comparación con los separadores centrífugos convencionales. Esta comparación da como resultado una eficiencia de separación del separador centrífugo que, medida por el valor X50, es 56 veces mayor que la de un separador centrífugo convencional comparable.
La fórmula utilizada como base para este cálculo es la siguiente:
0,5
[ 18 ^ i j i (1 - R r) D2
Xcn — D&
16 L ^ Vi * (p P — Ph 2o_ 
0,45
donde
Longitud del cono de separación L = 0,280 metros
Viscosidad cinemática del agua [25° C/6 bar] n = 89,3 x 10-8 m 2s
Relación fracción ligera/entrada RR = 0,57
Flujo volumétrico de entrada Vi = 0,00122 m 3/s
Densidad de partículas (HD-PE) p p = 960,000 kg/m 3
Densidad del fluido (agua) [25° C/6 bar] PH 2O = 997,000 kg/m 3
Diámetro de salida LF Dl f = 0,006 metros
Diámetro del cono de separación De = 0,016 m
Diámetro de entrada De = 0,012 m
Esto muestra sorprendentemente que el principio de separación innovador del separador centrífugo según la invención tiene un potencial que no se ha alcanzado hasta ahora en el estado de la técnica. Por la proyección a la escala 1:1 se puede contar con otro aumento significativo en la eficiencia, ya que las condiciones marginales del separador centrífugo pueden ser adaptadas mejor a las condiciones idealizadas de la simulación.
El ejemplo de realización según Figura 22 muestra un diagrama de circuito en cascada de tres etapas para el uso del separador centrífugo según la invención en el procesamiento industrial de aguas residuales cargadas con partículas de microplásticos (planta clarificadora). Muestra:
= Válvula de regulación
[ X I = Válvula de bloqueo 
Bomba
Por el tratamiento de aguas residuales y de proceso contaminadas por medio del separador centrífugo de acuerdo con la invención, la carga de microplásticos se desplaza del flujo volumétrico total al flujo volumétrico de la fracción ligera. Dado que en un procedimiento escalonado esto todavía representa aproximadamente el 30% del flujo volumétrico total, se trata de una fracción ligera considerable a ser tratada, especialmente en el caso de instalaciones grandes. Para reducir esta cantidad y al mismo tiempo elevar la concentración de microplásticos en el rechazo final, la secuencia de la tecnología de procesos del proceso completo debe ser configurada en una cascada completamente cerrada. Este principio se puede proyectar de manera idéntica para su uso en aguas de procesos industriales. Al hacerlo, el agua residual o de proceso de un tanque de almacenamiento intermedio asociado que se vaya a clarificar es alimentada a través de bombas centrífugas de alta potencia a los separadores centrífugos según la invención en circuito paralelo a través de bancos. La fracción purificada resultante de la primera etapa, que solo contiene del 1 % al 3 % de la concentración inicial de microplásticos, se puede alimentar a continuación de nuevo al agua de proceso industrial, a una etapa de limpieza química o a un canal de desagüe (aguas superficiales o el mar) para el caso de aplicación en plantas clarificadoras. La purificación adicional tiene lugar aquí a través de la cascada completa representada, en la que la fracción ligera respectiva es alimentada a la siguiente etapa, de modo que su fracción pesada a su vez se conmuta de nuevo antes de las etapas anteriores. Por tanto, hasta la tercera etapa hay una concentración del microplástico con una disminución simultánea del flujo volumétrico. La regulación y el control del modo de funcionamiento están completamente automatizados dentro de este proceso a través de un sistema de control distribuido integrado (por ejemplo, Siemens PCS 7). Por tanto, se necesita solo un mínimo de asistencia, control, inspección y mantenimiento desde fuera por parte del personal. En particular, la facilidad de mantenimiento e inspección del separador centrífugo permite ventajosamente que este sea montado y reparado por un único individuo con un mínimo de herramientas y pocos conocimientos previos. La siguiente etapa de procedimiento después de la separación de microplásticos es su eliminación a través de las posibilidades disponibles en la planta clarificadora respectiva o la empresa industrial respectiva. Hoy en día, casi todas las plantas clarificadoras están equipadas con etapas de deshidratación de lodos para reducir el volumen de los lodos que se producen, así como todas las empresas de la industria papelera están equipadas con prensas de rechazo. El rechazo del proceso, que dispone de una concentración máxima de microplásticos, debe ser alimentado a los lodos o a los rechazos de la industria papelera antes de estas etapas de deshidratación. Como resultado, el lodo o el rechazo pueden servir como medio filtrante durante la deshidratación y así retener los microplásticos en la torta de filtración. Dado que el filtrado de estas etapas de deshidratación es alimentado de nuevo al tratamiento de aguas residuales o al agua de proceso, no hay riesgo de que los microplásticos se liberen nuevamente a través de este proceso.
Claims (18)
1. Separador centrífugo para la separación de al menos dos fases de un fluido, con una carcasa base (2) que puede ser atravesada por el fluido esencialmente en forma de espiral, que presenta una cámara de separación (3) con un extremo superior y un extremo inferior, presentando el extremo superior y el inferior, respectivamente, una pared, y un eje central (4) que se extiende entre los dos extremos, y además un tubo de separación (5) central dispuesto en la cámara de separación cónica de forma concéntrica con respecto al eje central de la carcasa base con una pared sustancialmente cilíndrica, con una superficie orientada hacia la sección transversal interior, con un primer perfil de superficie y una superficie alejada de la sección transversal interior con un segundo perfil de superficie, en el que la carcasa base en el extremo superior tiene un sector de cabeza (6) con un radio interior y con al menos una abertura de entrada (7) para el fluido dispuesta esencialmente tangencial, así como al menos una abertura de salida de fracción ligera (8) con una sección transversal, y en el extremo inferior al menos una cámara de expansión (9) y al menos una abertura de salida de fracción pesada (10), teniendo la cámara de expansión en su base un pasador central (14) dispuesto concéntrico con respecto al eje central para recibir el tubo de separación central, que se extiende sustancialmente hasta la altura del extremo inferior del tubo de separación central y en el que la cámara de separación se estrecha cónicamente al menos en algunos sectores en la dirección del extremo inferior, preferiblemente en una secuencia escalonada con un ángulo de cono a constante, estando previsto en la transición entre la cámara de separación y la cámara de expansión un estabilizador (15) para la estabilización del tubo de separación central y para el control del flujo de la fracción ligera, caracterizado por que el estabilizador tiene una primera y una segunda pared con forma anular y esencialmente concéntrica, cada una con una superficie orientada hacia la sección transversal interior y una superficie alejada de la sección transversal interior, estando ambas paredes dispuestas en un plano y en el que la primera y/o la segunda pared presentan láminas (16) con un ángulo de lámina 5, estando el estabilizador unido de forma separable, en particular bloqueado, a la carcasa base a través de una perforación que se extiende radialmente en el lado interior de la carcasa base del extremo inferior, y la primera pared está bloqueada con al menos un sector del pasador central de la cámara de expansión, y en el que la primera pared tiene las láminas en la superficie alejada de la sección transversal interior y la segunda pared tiene las láminas en la superficie que da a la sección transversal interior, de modo que las láminas de la primera pared y las láminas de la segunda pared esencialmente no se tocan entre sí.
2. Separador centrífugo según la reivindicación 1, caracterizado por que el ángulo del cono a está comprendido entre aproximadamente 0,1 y 5°, preferentemente entre aproximadamente 0,2 y 3° y de forma especialmente preferida entre aproximadamente 0,5 y 1,5°.
3. Separador centrífugo según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que el tubo de separación central está configurado para ser esencialmente continuo a través de su longitud y se extiende esencialmente hasta el extremo inferior de la cámara de separación, estando previsto un resquicio (11) entre el tubo de separación central y la pared del extremo inferior.
4. Separador centrífugo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la pared del tubo de separación central presenta perforaciones (12) que discurren radialmente en la zona de la mitad inferior de la carcasa base.
5. Separador centrífugo según la reivindicación 4, caracterizado por que las perforaciones están realizadas esencialmente con forma de línea recta, en zigzag, como líneas sinusoidales, arqueadas, en espiral, en forma de meandros, puntiformes, anulares, ovaladas, rectangulares, cuadradas, trapezoidales, en forma de estrella, en forma de hoz, triangulares, pentagonales y/o hexagonales y/o formas mixtas de las formas antes mencionadas.
6. Separador centrífugo según una de las reivindicaciones 4 o 5, caracterizado por que la superficie de perforación de la pared del tubo de separación central está comprendida entre aproximadamente el 50 y el 1000 %, preferentemente entre aproximadamente el 75 y el 200 % y de forma especialmente preferida entre aproximadamente el 100 y el 150 % con respecto a la sección transversal de la salida de la fracción ligera.
7. Separador centrífugo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el primer y/o el segundo perfil de superficie de la pared cilíndrica del tubo de separación central está configurado esencialmente en forma de onda, en forma de escalón o en forma de rampa y/o formas mixtas de los perfiles superficiales antes mencionados.
8. Separador centrífugo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el tubo de separación central está unido de forma separable, en particular bloqueado, a la abertura de salida de fracción ligera del tramo de cabeza y/o está unido de forma separable, en particular bloqueado, a la base de la cámara de expansión.
9. Separador centrífugo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la cámara de expansión está unida de forma separable, en particular bloqueada, al extremo inferior de la cámara de separación cónica.
10. Separador centrífugo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las láminas de la primera pared y las láminas de la segunda pared están montadas de forma giratoria.
11. Separador centrífugo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que para recibir las láminas de la primera pared y las láminas de la segunda pared están previstos elementos de guía, que están diseñados para el desplazamiento de las láminas a lo largo de un recorrido de desplazamiento con forma de arco de círculo.
12. Separador centrífugo según la reivindicación 11, caracterizado por que los elementos de guía son carriles de guía y en el que las láminas están montadas en el carril de guía de manera que puedan girar alrededor de un eje de giro perpendicular al recorrido de desplazamiento.
13. Separador centrífugo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el ángulo de lámina 5 está entre aproximadamente 5 y 90°, preferiblemente entre aproximadamente 20 y 70° y de manera especialmente preferida entre aproximadamente 30 y 60°.
14. Separador centrífugo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el estabilizador es recambiable.
15. Separador centrífugo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la carcasa base, la cámara de expansión y el estabilizador están fabricados al menos parcialmente de un material resistente a la abrasión que es seleccionado de un grupo formado por caucho duro, poliamida, poliamida reforzada con fibra, polietileno, polipropileno, polioximetileno, tereftalato de polietileno, tereftalato de polietileno reforzado con fibra, poliéter éter cetona, politetrafluoroetileno, fluoruro de polivinilideno, clorotrifluoroetileno de etileno, copolímero de perfluoroalcoxialcano, tetrafluoroetileno-hexafluorpropileno, tetrafluoroetileno-perfluoro- metoxietileno, acero, acero inoxidable, aluminio y/o sus mezclas.
16. Separador centrífugo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el tubo de separación central está fabricado de un material muy estable y/o resistente a la abrasión, en particular de acero, acero inoxidable, aluminio, magnesio, poliamida reforzada con fibra, tereftalato de polietileno reforzado con fibra, poliéter éter cetona, polieterimida, sulfuro de polifenileno y/o sus mezclas.
17. Separador centrífugo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el separador centrífugo está realizado con varias piezas.
18. Uso del separador centrífugo según una de las reivindicaciones 1 a 17 para la separación de al menos dos fases de un fluido.
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