IT201800010111A1 - Apparecchiatura per la miscelazione di fluidi - Google Patents

Description

APPARECCHIATURA PER LA MISCELAZIONE DI FLUIDI

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce al settore delle apparecchiature per la miscelazione e agitazione di sostanze, quali in particolare ma non limitatamente fluidi, all’interno di contenitori adibiti al loro trasporto e/o stoccaggio come ad esempio cisterne IBC, fusti metallici o polimerici.

All’interno di questi contenitori, a seconda della sostanza contenuta, occorre impedire la formazione di stratificazioni o sedimenti oppure garantire un certo livello di agitazione; ad oggi vengono impiegate a questo scopo apparecchiature quali quelle sotto descritte a titolo di esempio.

Una comune tipologia apparecchiatura di miscelazione prevede un albero affogato entro il contenitore di trasporto e/o stoccaggio che presenta all’estremità libera elementi tubolari troncoconici fissati circonferenzialmente. L’albero è portato in rotazione da un motore o simile elemento di attuazione posto all’esterno del contenitore. La rotazione degli elementi tubolari consente di miscelare il fluido entro il contenitore. Esempi di questo tipo di miscelatori sono descritti nelle pubblicazioni US5037209 e WO0241982. Quando è in uso in associazione al miscelatore, gli elementi si dispongono in prossimità del fondo con il proprio asse di simmetria inclinato rispetto al fondo, dove in rotazione e con riferimento al flusso di attraversamento del fluido, la faccia di base maggiore dell’elemento troncoconico è disposta a monte mentre la faccia di base minore è disposta a valle. Grazie alla specifica forma degli elementi e alla loro disposizione rispetto al fondo del contenitore essi riescono a creare un moto di ricircolo all’interno del contenitore stesso, con l’obbiettivo di ottenere una soddisfacente movimentazione del materiale in esso contenuto ed evitare la formazione di sedimenti.

Tuttavia, i sistemi noti sono ancora insoddisfacenti per quanto concerne la prevenzione della formazione di sedimenti in particolare per quanto riguarda sedimenti formatisi a ridosso del fondo del contenitore e nella zona sostanzialmente sottostante l’asta di rotazione.

La presente invenzione si propone di superare questo stato di cose, fornendo un’apparecchiatura che sia in grado di prevenire la formazione di deposito sul fondo del contenitore, in particolare nella zona centrale al di sotto dell’asta di rotazione.

Uno scopo particolare è di fornire un’apparecchiatura che possa essere utilizzata in associazione a recipienti attualmente noti e reperibili in commercio.

Un ulteriore scopo è fornire un’apparecchiatura che prevenga la formazione di depositi anche a basse velocità di rotazione, consumando una minor quantità di energia per la sua operazione e evitando ogni possibile danneggiamento sulla sostanza da movimentare. Tale caratteristica è particolarmente apprezzata nel caso l’apparecchiatura di miscelazione sia utilizzata per la movimentazione di fluidi che abbiano in sospensione cristalli liquidi.

Tali risultati vengono conseguiti con un’apparecchiatura di miscelazione di fluidi in cisterne (quali IBC) o contenitori per il contenimento, il trasporto e lo stoccaggio secondo la presente invenzione, le cui caratteristiche essenziali sono definite dalla rivendicazione 1. Altre importanti caratteristiche accessorie sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche e i vantaggi dell’apparecchiatura di miscelazione di fluidi secondo la presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

- la figura 1 è una vista assonometrica dell’apparecchiatura secondo l’invenzione, con alcune componenti rappresentate in modo schematico; - la figura 2 è un disegno di concetto che rappresenta l’apparecchiatura secondo l’invenzione;

- la figura 3 è una vista assonometrica di un miscelatore della apparecchiatura summenzionata inserita all’interno di un contenitore quale una cisternetta IBC;

- la figura 4 è una vista assonometrica del miscelatore con gli elementi di miscelazione in posizione di lavoro;

- la figura 5 è una vista assonometrica dell’apparecchiatura per la miscelazione di fluidi con gli elementi di miscelazione in posizione chiusa in modalità inserimento;

- la figura 6 è una vista assonometrica del dettaglio di un elemento di miscelazione;

- la figura 7 mostra schematicamente il flusso del fluido entro un elemento di miscelazione.

Con riferimento alla figura 1, l’apparecchiatura di miscelazione di fluidi secondo l’invenzione comprende almeno un dispositivo di miscelazione 1 o più sinteticamente miscelatore, ed un serbatoio esterno 2 posti in connessione di fluido attraverso una connessione idraulica 3. Il serbatoio esterno 2 è atto a contenere un fluido FI da iniettare in un contenitore 4 quale ad esempio ma non limitativamente un contenitore IBC di tipo noto.

Il contenitore 4 definisce una cavità 40 atta a contenere un fluido FS.

Preferibilmente, il fluido da iniettare contenuto nel serbatoio esterno 2 è uguale al fluido contenuto nel contenitore 4. Eventualmente il fluido da iniettare contenuto nel serbatoio esterno è un fluido diverso ma compatibile al liquido contenuto nel contenitore 4. Ancora, eventualmente il fluido da iniettare contenuto nel serbatoio esterno 2 è un fluido atto a miscelarsi con il fluido contenuto nel contenitore 4, come ad esempio ma non limitativamente un additivo.

L’apparecchiatura di miscelazione secondo l’invenzione è configurata per essere associata in uso al summenzionato contenitore 4.

Scendendo in maggior dettaglio, il miscelatore 1 comprende una pluralità di elementi di miscelazione 10 fissati circonferenzialmente attorno ad un’asta di rotazione 11. L’asse di simmetria dell’asta definisce un asse di rotazione X della pluralità di elementi di miscelazione.

La pluralità di elementi di miscelazione 10 è supportata dall’asta 11 in sostanziale prossimità di un fondo 41 della cavità 40, cioè in corrispondenza di una estremità inferiore 11a dell’asta stessa. L’estremità opposta o superiore 11b dell’asta sporge invece esternamente al contenitore 4, ed è connessa a mezzi di attuazione in rotazione dell’asta, sui quali si ritornerà in dettaglio più oltre nella descrizione.

Con i termini inferiore e superiore ci si riferisce nella presente descrizione al dispositivo di miscelazione in uso e viene preso a riferimento il suddetto fondo 41. In generale, ogni riferimento spaziale che verrà usato di qui oltre si riferisce alla configurazione di lavoro (ovvero con apparecchiatura installata) e in relazione al fondo 41 o all’asse di rotazione X.

L’asse di rotazione X risulta in uso sostanzialmente perpendicolare al fondo 41. Vantaggiosamente l’asta 11 è internamente cava e in continuità di fluido con la connessione idraulica 3. In corrispondenza del serbatoio esterno 2 sono inoltre previsti mezzi di pompaggio 5 che pescano nel serbatoio 2 per aspirare il fluido in esso contenuto ed inviarlo, attraverso la connessione idraulica 3, all’asta 11.

Il fluido così aspirato fluisce entro l’asta 11 fuoriuscendo in pressione da una bocca 110a che si apre sull’estremità inferiore 11a dell’asta stessa. La bocca 110a affaccia sul fondo del contenitore 4.

Il fluido aspirato è iniettato entro il contenitore 4 attraverso la bocca 110a. Tale iniezione di fluido a pressione determina un ricircolo in corrispondenza del fondo del contenitore 4. Tale ricircolo, unitamente all’azione meccanica del fluido in pressione iniettato, contribuisce a rimuovere l’eventuale residuo di fluido sul fondo del contenitore 4.

Per ottenere un effetto ottimale la pressione di uscita del fluido iniettato è compresa tra 0,5 e 5 bar. Un valore preferito è di 1 bar.

Ancora i mezzi di pompaggio 5 sono preferibilmente una pompa idraulica. Alternativamente i mezzi di pompaggio 5 possono essere materializzati da una spinta in pressione ottenuta per effetto della contropressione generata tra il contenitore 4 e il serbatoio esterno 2, nel caso in cui il serbatoio esterno 2 sia un serbatoio pressurizzato. Tale soluzione è particolarmente adatta nel caso che il fluido da iniettare sia sensibile alla lavorazione con pompa meccanica, cioè possa deteriorarsi nel passaggio entro la pompa meccanica.

Tornando ali elementi di miscelazione 10, questi possono avere forma qualsiasi. Essi possono avere la forma di una paletta, sostanzialmente piatta, quale ad esempio una paletta di turbina, oppure possono avere uno sviluppo tridimensionale a definire un ingresso di fluido 100 ed una uscita di fluido 101, posti in successione secondo una direzione di circolazione θ del fluido entro l’elemento di miscelazione stesso, dove la direzione di circolazione è opposta alla direzione di rotazione θ<1 >dell’asta 11. Anche in caso di simili elementi di miscelazione, definenti appunto un ingresso e un’uscita di fluido, essi possono avere forma complessiva qualsiasi. Ad esempio gli elementi di miscelazione possono essere materializzati da un profilo troncoconico, ancora possono essere materializzati da una spirale che si estende tra l’ingresso e l’uscita di fluido. Esistono esempi noti in cui tali elementi di miscelazione sono materializzati da una successione continua di profili circolari o tubolari.

In accordo con un ulteriore esempio realizzativo illustrato nelle figure da 3 in avanti gli elementi di miscelazione presentano uno sviluppo prevalente in direzione perpendicolare rispetto all’asse di rotazione X, con una forma globalmente trapezoidale. In maggior dettaglio l’ingresso di fluido 100 e l’uscita di fluido 101 sono delimitate superiormente ed inferiormente da due pareti, di cui una superiore 102 e una inferiore 103 piane che hanno uno sviluppo prevalente in direzione perpendicolare rispetto all’asse X.

In una soluzione realizzativa preferita la parete superiore 102 è inclinata rispetto al fondo 41 e definisce una superficie di deviazione del fluido verso il fondo 41 stesso del contenitore.

In ancora maggior dettaglio, la parete superiore 102 è inclinata di un angolo α rispetto al fondo 41. Ancora, tale angolo α è preferibilmente ma non limitatamente compreso tra 50° e 80°. Nelle figure è illustrata una configurazione realizzativa in cui α assume il valore di 60°.

La parete inferiore 103 può essere disposta sostanzialmente in assetto parallelo al fondo 41 oppure avere anch’essa una leggera inclinazione rispetto ad esso. Ad esempio una inclinazione preferita del fondo 41 può essere di 10° rispetto all’orizzontale; ovviamente tale valore non è da intendersi come limitativo nel senso che altre inclinazioni potranno essere previste oltre questa.

Le due pareti inferiore 103 e di deviazione 102 sono quindi reciprocamente incidenti.

Come si evince da quanto descritto sopra, l’ingresso di fluido materializza una superficie di interfaccia con il fluido maggiore rispetto a quella materializzata dall’uscita; le due pareti, 102 103, pertanto sono maggiormente prossime in corrispondenza dell’uscita di fluido 101, mentre sono maggiormente distanti in corrispondenza dell’ingresso di fluido 100.

Gli elementi di miscelazione 10 sono portati in rotazione dall’asta di rotazione 11 in direzione θ<1>. Tale senso di rotazione, nel caso della realizzazione portata a titolo esemplificativo, è orario. Il fluido fluisce quindi in direzione di scorrimento θ entro ciascun elemento di miscelazione tra l’ingresso e l’uscita lambendo le due pareti inferiore e superiore. In dettaglio, la parete superiore 102 devia il flusso verso il basso, in direzione del fondo e, data l’inclinazione reciproca delle due pareti, il fluido viene inoltre accelerato in corrispondenza di tale uscita.

In una soluzione realizzativa, le due pareti inferiore e superiore sono collegate da pareti laterali 104, 105 che delimitano lateralmente l’ingresso e l’uscita di fluido. Su di una delle due pareti laterali 104, cioè quella più prossima all’asta di rotazione, si perfeziona il collegamento tra l’asta stessa e le due pareti superiore ed inferiore e, macroscopicamente, con l’elemento di miscelazione nel suo complesso. Le due pareti laterali sono disposte preferibilmente in assetto perpendicolare alle pareti superiore ed inferiore, pertanto in assetto concorde con l’asse di rotazione X. Ancora, l’altezza delle due pareti laterali è sostanzialmente inferiore rispetto allo sviluppo principale delle pareti superiore ed inferiore. Le pareti laterali definiscono un ingresso e un’entrata di fluido di sezione sostanzialmente rettangolare. L’ingresso e l’entrata di fluido hanno uno sviluppo prevalente perpendicolare all’asse di rotazione X.

Eventualmente tali pareti laterali potrebbero anche non essere previste. In tal caso la connessione delle pareti superiore ed inferiore all’asta di rotazione sarebbe ottenuta per attacco diretto di esse all’asta.

Alternativamente solo la parete di collegamento 104 potrebbe essere prevista, mentre l’altra parete, quella più distante radialmente dall’asta di rotazione potrebbe non essere prevista. Tale soluzione realizzativa potrebbe essere percorsa nel caso in cui ad esempio le pareti inferiore e superiore avessero un’estensione radiale tale da arrivare con il loro bordo libero sostanzialmente a lambire una parete laterale 22 del contenitore, parete laterale 42 che materializzerebbe di fatto una delimitazione fisica laterale dell’ingresso e dell’uscita di fluido dell’elemento di miscelazione.

Ancora, in una eventuale soluzione anche le pareti laterali 104, 105 potrebbero avere un’inclinazione rispetto all’asse verticale.

L’elemento di miscelazione è, in modo preferibile, collegato girevolmente all’asta di rotazione, secondo un asse di rotazione Y perpendicolare all’asse X e sostanzialmente parallelo alla direzione di scorrimento del fluido entro l’elemento di miscelazione stesso. Pertanto, ciascun elemento di miscelazione è girevole in modo da potersi disporre, in una configurazione chiusa, a ridosso dell’asta di rotazione. La pluralità di elementi di miscelazione è atta quindi a essere movimentata tra una posizione di lavoro in cui sono disposti sostanzialmente in assetto perpendicolare all’asse X e una posizione chiusa in cui sono sostanzialmente disposti a ridosso dell’asta, in un movimento a guisa di ombrello. Grazie al sistema di chiusura è possibile ridurre l’ingombro laterale del miscelatore e quindi inserirlo in ogni tipo di contenitore, anche quelli con una bocca di apertura ristretta.

In una eventuale soluzione realizzativa di minor costo, tale sistema di chiusura degli elementi di miscelazione potrebbe anche non essere previsto. Questo implica tuttavia che il contenitore abbia una bocca di apertura sufficientemente ampia da consentire l’infilamento del miscelatore.

Mezzi di sollevamento sono previsti per attuare questo movimento, dove tali mezzi comprendono in particolare cerniere 106, che rappresentano il collegamento tra ciascun elemento di miscelazione e l’asta. Ancora, i mezzi di sollevamento comprendono inoltre un cursore 107 scorrevole sull’asta a cui sono collegati cavi o tiranti 108 una cui estremità libera 108a è collegata all’elemento di miscelazione. Tirando il cursore, ovvero facendolo scorrere lungo l’asta di rotazione verso l’imbocco del contenitore si realizza il sollevamento, ovvero la chiusura della pluralità di elementi di miscelazione.

Ancora, preferibilmente gli elementi di miscelazione sono in numero di tre, disposti pertanto a 120 l’uno dall’altro circonferenzialmente attorno all’asta di rotazione.

Eventualmente ciascun elemento di miscelazione 10 può essere ancorato girevolmente all’asta secondo un asse di regolazione di inclinazione Z perpendicolare all’asse X e all’asse di cerniera Y. Tale libertà di rotazione secondo l’asse Z consente di regolare l’assetto dell’elemento di miscelazione rispetto al fondo, ovvero l’inclinazione della parete di deviazione rispetto al fondo e quindi al fluido.

Tornando ai mezzi di attuazione dell’asta, essi comprendono un motore 109 (ad esempio di tipo elettrico), che si collega all’estremità superiore 11b.

Il motore 109 è sostenuto al di sopra del contenitore 4 da un telaio 6 che si impegna sul contenitore ed in particolare sui bordi laterali di esso. L’apparecchiatura di miscelazione secondo l’invenzione ottiene numerosi vantaggi.

In particolar modo supera in modo soddisfacente il problema della sedimentazione di materiale sul fondo di un contenitore di sostanze fluide grazie all’iniezione di fluido sul fondo del contenitore.

Ancora, la combinazione dell’effetto di tale iniezione con anche l’effetto di circolazione degli elementi di miscelazione contribuisce ulteriormente alla movimentazione del materiale entro il contenitore e quindi alla rimozione o parimenti ad evitare la formazione di residui sul fondo.

Oltre a questo, l’apparato per la miscelazione di fluidi ha il vantaggio di poter essere utilizzata all’interno dei recipienti attualmente noti e reperibili in commercio.

Un ulteriore vantaggio consiste nel fornire un’apparecchiatura che sia costruttivamente semplice.

Infine un altro vantaggio consiste nel fornire un’apparecchiatura che prevenga la formazione di depositi anche a bassa velocità di rotazione, consumando una minor quantità di energia per la sua operazione e evitando ogni possibile danneggiamento alla sostanza da movimentare.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura per la miscelazione di un fluido (FS) contenuto entro un contenitore (4) quale ad esempio un contenitore di tipo IBC, detta apparecchiatura comprendendo: - un dispositivo (1) di miscelazione di fluidi atto ad essere associato a detto contenitore (4) e comprendente un’asta (11) definente un asse (X) di rotazione e che supporta girevolmente attorno a detto asse X una pluralità di elementi di miscelazione (10) in corrispondenza di una sua estremità inferiore (11a), in cui detta estremità inferiore (11a) è, in uso, interna a detto contenitore (4) e affogata entro detto fluido (FS); - un serbatoio esterno (2) che contiene un fluido (FI) atto ad essere iniettato in detto contenitore (4); - una connessione idraulica (3) per mettere in comunicazione idraulica detto serbatoio esterno (2) con dispositivo di miscelazione (1); - mezzi di pompaggio (5) per trasferire detto fluido da iniettare (FI) da detto serbatoio esterno (2) a detto dispositivo di miscelazione (1) attraverso detta connessione idraulica (3); in cui detta asta (11) di detto dispositivo di miscelazione è internamente cava e in continuità di fluido con detta connessione idraulica e presenta una bocca (110a) in corrispondenza di detta estremità inferiore (11a) per la fuoriuscita di detto fluido da iniettare (FI) entro il contenitore.
2. 2. L’apparecchiatura secondo la rivendicazione 1 in cui detta bocca (110a) si apre sull’estremità inferiore di detta asta in modo tale che, in uso, affaccia sul fondo (41) di detto contenitore (4).
3. 3. L’apparecchiatura secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui detto fluido da iniettare (FI) fuoriesce in pressione da detta bocca (110a).
4. 4. L’apparecchiatura secondo la rivendicazione 3 in cui detta pressione è compresa tra 0,5 e 5 bar.
5. 5. L’apparecchiatura secondo la rivendicazione 4 in cui detta pressione è preferibilmente di 1 bar.
6. 6. L’apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detta connessione idraulica è una tubazione.
7. 7. L’apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detti mezzi di pompaggio comprendono una pompa idraulica.
8. 8. L’apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6 in cui detto serbatoio (2) esterno è pressurizzato.
9. 9. L’apparecchiatura secondo la rivendicazione 8 in cui detti mezzi di pompaggio comprendono una spinta in pressione determinata dalla differenza di pressione tra detto contenitore (4) e detto serbatoio esterno (2).
10. 10. L’apparecchiatura secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni in cui detto fluido da iniettare (FI) è uguale a detto fluido (FS) contenuto in detto contenitore (4).
11. 11. L’apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 9 in cui detto fluido da iniettare (FI) è un fluido a ph neutro.
12. 12. L’apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 9 in cui detto fluido da iniettare (FI) è un additivo di detto fluido (FS) contenuto in detto contenitore (4).
13. 13. L’apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui ciascuno di detti elementi di miscelazione di detta pluralità (10) comprende un ingresso di fluido (100) ed una uscita di fluido (101) delimitati superiormente ed inferiormente, con riferimento a detto asse (X) da una parete superiore (102) e una inferiore (103), dove detto ingresso di fluido definisce una superficie di ingresso maggiore di quella definita da detta uscita di fluido, dove dette pareti superiore e inferiore (102, 103) hanno in posizione di lavoro uno sviluppo prevalente in direzione sostanzialmente perpendicolare a detto asse (X) ed almeno detta parete superiore (102) è inclinata rispetto a detto fondo (41) a definire una superficie di deviazione di detto fluido che percorre detto elemento di miscelazione, allo scopo di direzionare detto fluido in uscita da detto elemento di miscelazione verso detto fondo stesso di detto contenitore (4).