ES3036699T3

ES3036699T3 - Centrifugal separator

Info

Publication number: ES3036699T3
Application number: ES23203123T
Authority: ES
Inventors: Ralph Eisenschmid
Original assignee: Syntegon Technology GmbH
Current assignee: Syntegon Technology GmbH
Priority date: 2022-11-14
Filing date: 2023-10-12
Publication date: 2025-09-23
Anticipated expiration: 2043-10-12
Also published as: US20240157375A1; EP4368295A1; DE102022130081A1; EP4368295C0; EP4368295B1

Abstract

La invención se refiere a un separador centrífugo (10) que comprende una carcasa (12) que se extiende a lo largo de un eje central (14) y que tiene una pared de cámara de separación (24) para delimitar una cámara de separación (26) que es alimentada por un canal de entrada (44) para fluido multifásico, en donde se proporciona un tubo de inmersión central (50) para descargar una primera fase de fluido y se proporciona un canal de salida (54) para descargar una segunda fase de fluido, en donde se proporciona una cámara de expansión (30) entre la cámara de separación y el canal de salida, cámara de expansión que se ensancha radialmente hacia afuera con respecto a la cámara de separación y está delimitada radialmente hacia afuera por una pared de cámara de expansión (30), en donde la cámara de separación se ensancha cónicamente desde el canal de entrada a lo largo del eje central en la dirección de la cámara de expansión, como se ve desde el canal de entrada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Separador centrífugo

La invención se refiere a un separador centrífugo con un espacio de separación que se ensancha en forma cónica y un espacio de expansión según el documento EP 0.676.599 A1.

Otros separadores centrífugos se conocen de los documentos JP 4.978.875 B2, US 1.798.510 A y el documento US 3.996.027 A.

Del documento DE 102017.113.888 B3 se conocen separadores centrífugos que extienden a lo largo de un eje central con un espacio de separación y un espacio de expansión.

Los separadores centrífugos de este tipo sirven en general para la separación de fases de fluido de diferente densidad (la así llamada fracción ligera o fracción pesada) de un fluido polifásico mediante separación de la fracción pesada.

Para lograr el efecto de separación, el fluido polifásico se alimenta a través de un canal de entrada al espacio de separación y se guía de tal manera, que se configura un flujo de rotación dentro del espacio de separación. Las fuerzas centrífugas que aparecen provocan una aceleración radial en particular de la fracción pesada y la separación de la fracción pesada en el lado interior de una pared de espacio de separación.

T ras la separación, los constituyentes de la fracción pesada se retiran y se deslizan, en particular, sobre vías en espiral a lo largo del interior de la pared de espacio de separación en dirección del espacio de expansión hasta que se alojan en el espacio de expansión. En este, el movimiento de rotación se ralentiza y la fracción pesada se evacua desde el separador centrífugo a través de un canal de salida conectado con el espacio de expansión.

El espacio de separación del separador centrífugo del documento DE 10 2017.113.888 B3 está configurado estrechándose en forma cónica, partiendo del canal de entrada en dirección de la cámara de expansión. Gracias al estrechamiento del espacio de separación, se logra un aumento de la velocidad de rotación del fluido a lo largo del eje central. Esto lleva a un aumento de las fuerzas centrífugas que actúan en la fase de fluido y a un efecto de separación mejorado.

La invención se basa en el objetivo de indicar un separador centrífugo con un espacio de separación, que permita una retirada mejorada y más fiable de la fase de fluido más densa (fracción pesada) del espacio de separación manteniendo, en mayor medida el efecto de separación de separadores centrífugos convencionales.

El objetivo se consigue mediante un separador centrífugo con las características de la reivindicación 1.

Se ha detectado que en el separador centrífugo que se conoce del documento DE 10 2017.113.888 B3 es desventajoso el hecho de que en los constituyentes separados en el lado interior de la pared de espacio de separación actúe una componente de la fuerza centrífuga, que actúa en contra de la dirección de movimiento deseada (es decir, en dirección del canal de entrada). Por ello, es posible que se den estados de funcionamiento no deseados, durante los cuales los constituyentes de la fracción pesada no se mueven en dirección del espacio de expansión o del canal de salida, sino que permanecen en trayectorias circulares constantes a lo largo del lado interior de la pared de espacio de separación o incluso se mueven en dirección del canal de entrada. Debido a la eliminación no realizada de la fracción pesada, puede producirse un estancamiento de la fracción pesada en el espacio de separación y un colapso del flujo de rotación.

Mediante el ensanchamiento cónico del espacio de separación, en los constituyentes de la fracción pesada separados en el lado interior de la pared de espacio de separación actúa una componente de la fuerza centrífuga siempre en dirección del espacio de expansión o del canal de salida. Por ello, los constituyentes separados de la fracción pesada durante el funcionamiento del separador centrífugo en dirección del espacio de expansión se aceleran y la velocidad de retirada desde el espacio de separación hacia el espacio de expansión aumenta significativamente. En particular, de este modo se impiden los estados de funcionamiento no deseados, mencionados anteriormente.

Sorprendentemente, se ha comprobado que se mantiene el efecto separador del separador centrífugo, a pesar de la ralentización del fluido que acompaña al ensanchamiento cónico a lo largo del eje central. Las fuerzas centrífugas que aparecen y que actúan en la fracción pesada son suficientemente grandes para lograr una aceleración radial de la fracción de la fuerza de gravedad.

En una forma de realización preferida, un ángulo de inclinación de la pared de espacio de separación medido con respecto al eje central es de entre 2° y 20°, en particular, entre 2,5° y 15°. Esto representa un intervalo angular óptimo, en el que la componente de la fuerza centrífuga es lo suficientemente grande para acelerar la fase más densa (fracción pesada) en dirección del espacio de expansión y garantizar al mismo tiempo la configuración de un flujo de rotación estable en el espacio de separación, así como un efecto de separación efectivo.

De manera especialmente preferida, el tubo de inmersión se extiende como máximo en un 60 % de una longitud medida a lo largo del eje central del espacio de separación. En particular, mediante una limitación del espacio de expansión en el lado del fondo, la fracción ligera del fluido polifásico experimenta una inversión de flujo y se evacua rotando alrededor del eje central a través del tubo de inmersión desde el espacio de separación. Cuando el tubo de inmersión se extiende como máximo en un 60 % de la longitud del espacio de separación medida a lo largo del eje central, mediante la distancia con respecto a la limitación del espacio de expansión en el lado del fondo puede configurarse una inversión de flujo especialmente estable, por lo que se garantiza una evacuación especialmente efectiva de la primera fase fluida (fracción ligera).

Además, se prefiere que la relación entre una longitud del espacio de separación medida a lo largo del eje central y de un diámetro máximo del espacio de separación ascienda entre 6:1 y 1:1. Lo cual representa el intervalo de relación, en el que se logra un flujo de rotación lo más homogéneo y estable del fluido.

Una forma de realización preferida prevé que el espacio de expansión presente una sección de guía de fluido distanciada del eje central, en el lado del fondo, que con respecto a una orientación perpendicular al eje central presenta una pendiente a modo de rosca de tornillo, que favorece la evacuación de la segunda fase de fluido.

En particular, es posible hacer funcionar el separador centrífugo en una configuración, en la que el flujo del fluido se extiende a lo largo de la dirección de la fuerza de la gravedad (el eje central está orientado a este respecto en paralelo a la dirección de la fuerza de la gravedad). Mediante una pendiente a modo de rosca de tornillo sobre constituyentes de la fracción pesada, que han alcanzado el límite en el lado del fondo del espacio de expansión actúa un componente de la fuerza de la gravedad como componente paralela al plano en dirección del canal de salida.

Adicionalmente, se prefiere que el canal de salida presente una sección de fondo, que con respecto a una orientación perpendicular al eje central presente una pendiente de canal de salida, que favorezca la evacuación de la segunda fase de fluido, en particular, en dirección de la fuerza de gravedad. Mediante la pendiente de canal de salida actúa una componente de la fuerza de la gravedad como componente paralela al plano en los constituyentes dispuestos en la sección de fondo de la fracción pesada, por lo que se favorece la evacuación de la fracción pesada.

En particular, se prefiere que el espacio de expansión presente una sección de guía de fluido en el lado del fondo, que se extiende alrededor del eje central en forma de cono truncado o en forma de pagoda. En el espacio de expansión son posibles estados de funcionamiento, en los cuales una parte de la fracción pesada ejecuta una rotación estable cerca del eje central y, por ello, no alcanza el canal de salida. Mediante la sección de guía de fluido en forma de cono truncado o de pagoda alrededor del eje central, está configurada una superficie oblicua, que guía la parte de la fracción pesada radialmente hacia afuera, en particular, en dirección del canal de salida. Además, la superficie oblicua sirve para guiar la parte de la fracción ligera radialmente hacia el lado interior, por consiguiente, en dirección del eje central, a lo largo de la cual se extiende el tubo de inmersión.

Asimismo, se prefiere que el canal de salida presente una pared de limitación exterior con respecto al eje central, que se une tangencialmente a una sección de la pared de espacio de separación. A través de la pared de limitación externa dispuesta tangencialmente del canal de entrada, el fluido polifásico ya con la alimentación al espacio de separación se hace rotar a lo largo de la pared de espacio de separación y alrededor del eje central.

Según la invención, el canal de salida presenta una pared de limitación exterior con respecto al eje central, que se une tangencialmente a una sección de la pared de espacio de separación. La pared de limitación del canal de salida dispuesta tangencialmente permite una evacuación especialmente eficiente de la fracción pesada del espacio de expansión.

Del mismo modo, se prefiere que el canal de salida sea rectangular en sección transversal y/o que el canal de salida sea rectangular en sección transversal. A través del canal de entrada rectangular en sección transversal, puede configurarse de forma ideal el flujo de rotación del fluido en la alimentación al espacio de separación. El canal de salida rectangular en sección transversal está adaptado, en particular, al diseño del espacio de expansión.

Según la invención, una zona de transición anular entre un extremo de la pared de espacio de separación y una sección de delimitación que recubre el espacio de expansión es de cantos vivos o redondeada. La fracción pesada después de la transición desde el espacio de separación al espacio de expansión más allá de la zona de transición permanece en el espacio de expansión y, en particular, no puede llegar de vuelta al espacio de separación. El diseño de la zona de transición anular permite un control del comportamiento de la fracción pesada en la transición desde el espacio de separación al espacio de expansión y, en particular, el control de la ralentización del movimiento de rotación.

Otras características y ventajas son objeto de la descripción que sigue, así como de la representación gráfica de formas de realización.

En el dibujo, muestra

Fig. 1 una vista delantera de una forma de realización adicional de un separador centrífugo;

Fig. 2 una vista lateral del separador centrífugo según la Fig. 1;

Fig. 3 una vista superior del separador centrífugo según la Fig. 1;

Fig. 4 una vista lateral del separador centrífugo a lo largo de un plano de corte designado en la Fig. 1 como IV - IV (el eje central se sitúa en el plano de corte);

Fig. 5 un fragmento designado como V en la Fig. 4 de una pared de espacio de separación en representación ampliada; Fig. 6 una vista lateral de una forma de realización adicional de un separador centrífugo;

Fig. 7 una vista lateral de una forma de realización adicional del separador centrífugo y

Fig. 8 una vista lateral de una forma de realización adicional del separador centrífugo.

Un separador centrífugo se designa en el dibujo en su conjunto con la referencia 10.

El separador 10 centrífugo presenta una carcasa 12, que está configurada con respecto a un eje 14 central esencialmente rotacionalmente simétrica, compárese Fig. 1 y Fig. 2. El eje 14 central se extiende entre un primer extremo 16 del separador 10 centrífugo, en el que está configurado un lado 18 superior que se extiende en perpendicular al eje 14 central y un segundo extremo 20, en el que está configurado un lado 22 de fondo que se extiende en perpendicular al eje 14 central.

La carcasa 12 presenta una pared 24 de espacio de separación, que partiendo desde el lado 18 superior a lo largo del eje 14 central delimita un espacio 26 de separación, donde el espacio 26 de separación presenta una longitud 28 medida en paralelo al eje 14 central. Desplazado con respecto al espacio 26 de separación y dispuesto directamente adyacente a lo largo del eje 14 central, la carcasa 12 presenta un espacio 30 de expansión. El espacio 30 de expansión está delimitado por una pared 32 de espacio de expansión de la carcasa 12, así como por el lado 22 de fondo del segundo extremo 20.

El espacio 26 de separación está configurado ensanchándose en forma cónica, partiendo del primer extremo 18 en dirección del espacio 30 de expansión, es decir, un diámetro del espacio 26 de separación medido en perpendicular al eje 14 central aumenta en dirección del espacio 30 de expansión, hasta que se haya alcanzado un diámetro 34 máximo del espacio 26 de separación. El ensanchamiento cónico del espacio 26 de separación va acompañado de un ángulo 36 de inclinación (negativo) de la pared 24 de espacio de separación con respecto al eje 14 central.

El espacio 26 de separación desemboca en una zona 38 de transición anular a una sección 40 de limitación en forma de disco anular, que recubre el espacio 26 de expansión. La zona 38 de transición puede estar configurada de cantos vivos o redondeada.

El espacio 30 de expansión presenta un diámetro 42 medido en perpendicular al eje 14 central. El diámetro 42 del espacio 30 de expansión es mayor que el diámetro 34 máximo del espacio 26 de separación.

El espacio 26 de separación cerca del lado 18 superior está conectado a un canal 44 de entrada (compárese Fig. 3 y 4). El canal 44 de entrada presenta preferiblemente una sección rectangular. Una pared 46 de limitación externa con respecto al eje 14 central del canal 44 de entrada está configurada, uniéndose, en particular, de manera tangencial a una sección 48 de la pared 24 de espacio de separación, compárese la Fig. 3.

En el lado 18 superior de la carcasa 12 está dispuesto un tubo 50 de inmersión. El tubo 50 de inmersión se extiende a lo largo del eje 14 central hasta el interior del espacio 26 de separación, compárese la Fig. 4. Una longitud 52 del tubo 50 de inmersión tomada desde el espacio 26 de separación se mide en paralelo al eje 14 central.

El espacio 30 de expansión está conectado a un canal 54 de salida, donde el canal 54 de salida presenta preferiblemente una sección rectangular. Una pared 56 de limitación externa con respecto al eje 14 central del canal 54 de salida está configurada, uniéndose tangencialmente a una sección 58 de la pared 32 de espacio de expansión, compárese la Fig. 3.

Durante el funcionamiento del separador 10 centrífugo a través del canal 44 de entrada, se alimenta un fluido polifásico al espacio 26 de separación, en donde el fluido polifásico se compone, en particular, de fases de fluido de diferente densidad (fracción ligera y fracción pesada).

En el espacio 26 de separación, el fluido polifásico se guía a lo largo de un lado 60 interior de la pared 24 de espacio de separación, por lo que se configura un flujo, que se extiende en espiral alrededor del eje 14 central y presenta una componente de flujo, que indica en dirección hacia el espacio 30 de expansión.

Las fuerzas centrífugas provocadas por el flujo provocan una aceleración orientada radialmente hacia el exterior, en particular, de la fracción pesada y la separación de la fracción pesada en el lado 60 interior de la pared 24 de espacio de separación.

La fracción ligera experimenta cerca del lado 22 de fondo una inversión de flujo y se mueve a lo largo del eje 14 central en dirección del tubo 50 de inmersión. A través del tubo 50 de inmersión, la fracción ligera se evacua desde el espacio 26 de separación.

Además, sobre los constituyentes 62 de la fracción pesada dispuestos tras la separación en el lado 60 interior de la pared 24 de espacio de separación actúa una fuerza 64 centrífuga orientada radialmente hacia afuera, compárese Fig. 5. La fuerza 64 centrífuga presenta una primera componente 66 y una segunda componente 68. La primera componente 66 actúa como fuerza normal en los constituyentes 62 de la fracción pesada y está orientada en perpendicular al lado 60 interior de la pared 24 de espacio de separación.

La segunda componente 68 de la fuerza 64 centrífuga está orientada en paralelo al lado 60 interior de la pared 24 de espacio de separación. Mediante el ensanchamiento cónico del espacio 26 de separación a lo largo del eje 14 central, la segunda componente 68 de la fuerza 64 centrífuga está dirigida en dirección del espacio 30 de expansión. Esto provoca una aceleración de los constituyentes 62 de la fracción pesada en dirección del espacio 30 de expansión y una velocidad de retirada elevada desde el espacio 26 de separación hacia el espacio 30 de expansión.

El valor de la segunda componente 68 de la fuerza 64 centrífuga depende del valor del ángulo 36 de inclinación. Un ángulo 36 de inclinación mayor con respecto al eje 14 central va acompañado a este respecto de una segunda componente 68 de valor mayor de la fuerza 64 centrífuga.

Si los constituyentes 62 de la fracción pesada están alojados en el espacio 30 de expansión, debido al aumento del diámetro 42 del espacio 30 de expansión, se ralentiza la velocidad de rotación de la fracción pesada y la fracción pesada se evacua del espacio 30 de expansión a través del canal 54 de salida, compárese por ejemplo, la Fig. 1. Son concebibles estados de funcionamiento del separador 10 centrífugo, durante los cuales se acumulan constituyentes 62 de la fracción pesada en el lado 18 de fondo. Por ello, la evacuación de los constituyentes 62 de la fracción pesada desde el espacio 30 de expansión puede verse perjudicada.

Para mejorar la evacuación de la fracción pesada del espacio 30 de expansión, en una forma de realización adicional del separador 10 centrífugo, está prevista una primera sección 70 de guía de fluido distanciada del eje 14 central, en el lado del fondo, que presenta con respecto a una orientación perpendicular al eje 14 central una pendiente 72 a modo de rosca de tornillo, compárese Fig. 6.

Una mejora de la evacuación de la fracción pesada también puede lograrse con una sección 74 de fondo del canal 54 de salida, en donde la sección 74 de fondo con respecto a una orientación perpendicular al eje 14 central presenta una pendiente 76 de canal de salida.

También son concebibles estados de funcionamiento, durante los cuales una parte de la fracción pesada en el espacio 30 de expansión y/o el espacio 26 de separación ejecuta una rotación estable cerca del eje 14 central y, por ello, no alcanza el canal 54 de salida. Para evitar tales estados de funcionamiento, en las formas de realización adicionales del separador 10 centrífugo están previstas secciones de guía de fluido en el lado del fondo.

Por ejemplo, está prevista una sección 78 de guía de fluido en forma de cono truncado, compárese Fig. 7, o una sección 80 de guía de fluido en forma de pagoda, compárese Fig. 8. Las secciones 78, 80 de guía de fluido se extienden en forma anular alrededor del eje 14 central respectivo. Los lados superiores dirigidos al espacio 26 de separación o al espacio 30 de expansión de las secciones 78, 80 de guía de fluido forman superficies de guía adecuadas, para guiar los constituyentes 62 de la fracción pesada radialmente hacia el exterior, en particular, en dirección del canal 54 de salida.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Separador (10) centrífugo, con una carcasa (12) que se extiende a lo largo de un eje (14) central, que presenta una pared (24) de espacio de separación para limitar un espacio (26) de separación que se alimenta a través de un canal (44) de entrada para fluido polifásico, en donde para evacuar una primera fase de fluido está provisto un tubo (50) de inmersión central y para evacuar una segunda fase de fluido está provisto un canal (54) de salida, en donde el espacio (26) de separación se ensancha en forma de cono partiendo del canal (44) de entrada visto a lo largo del eje (14) central en dirección del espacio (30) de expansión, en donde entre el espacio (26) de separación y el canal (54) de salida está previsto un espacio (30) de expansión ensanchado con respecto al espacio (26) de separación radialmente hacia el exterior, que radialmente hacia el exterior está delimitado por una pared (32) de espacio de expansión, en donde un diámetro (42) del espacio (30) de expansión medido en perpendicular al eje (14) central es mayor que un diámetro (34) máximo del espacio (26) de separación medido en perpendicular al eje (14) central, en donde el espacio (26) de separación en una zona (38) de transición anular desemboca en una sección (40) de limitación en forma de disco anular que recubre el espacio (26) de separación, en donde la zona (38) de transición anular entre un extremo (40) de la pared (26) de espacio de separación y la sección (40) de limitación que recubre el espacio (30) de expansión es de cantos vivos y redondeada, y en donde el canal (54) de salida presenta una pared (56) de limitación exterior con respecto al eje (14) central, que se une tangencialmente a una sección (58) de la pared (32) de espacio de expansión.
2. Separador (10) centrífugo según la reivindicación 1,caracterizado por queun ángulo (36) de inclinación de la pared (24) de espacio de separación medido con respecto al eje (14) central es de entre 2° y 20°, en particular entre 2,5° y 15°.
3. Separador (10) centrífugo según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel tubo (50) de inmersión se extiende como máximo en un 60 % de una longitud (28) del espacio (26) de separación medido a lo largo del eje (14) central.
4. Separador (10) centrífugo según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quela relación entre una longitud (28) del espacio (26) de separación medida a lo largo del eje (14) central y del diámetro (34) máximo del espacio (26) de separación asciende a entre 6:1 y 1:1.
5. Separador (10) centrífugo según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel espacio (30) de expansión presenta una sección (70) de guía de fluido en el lado del fondo, distanciada del eje (14) central, que con respecto a una orientación perpendicular al eje (14) central presenta una pendiente (72) a modo de rosca de tornillo, que favorece la evacuación de la segunda fase de fluido.
6. Separador (10) centrífugo según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel canal (54) de salida presenta una sección (74) de fondo, que con respecto a una orientación perpendicular al eje (14) central presenta una pendiente (76) de canal de salida, que favorece la evacuación de la segunda fase de fluido.
7. Separador (10) centrífugo según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel espacio (30) de expansión presenta una sección (78) de guía de fluido en el lado del fondo, que se extiende alrededor del eje (14) central en forma de cono truncado o en forma de pagoda.
8. Separador (10) centrífugo según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel canal (44) de entrada presenta una pared (46) de limitación exterior con respecto al eje (14) central, que se une tangencialmente a una sección (48) de la pared (24) de espacio de separación.
9. Separador (10) centrífugo según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel canal (44) de entrada es rectangular en sección transversaly/o por queel canal (54) de salida es rectangular en sección transversal.