IT202000029249A1

IT202000029249A1 - Spiral separator in gravitational, electric and magnetic force fields for fluid, gaseous and liquid mixtures

Info

Publication number: IT202000029249A1
Application number: IT102020000029249A
Authority: IT
Inventors: Vito Lavanga; Stefano Farnè; Massimo Fusoni; Vincenzo Cricelli
Original assignee: Energy Supply Chain Plan S R L
Priority date: 2020-12-01
Filing date: 2020-12-01
Publication date: 2021-03-01

Description

Descrizione dell?invenzione Industriale avente per titolo: Description of the industrial invention having the title:

?SEPARATORE A SPIRALE IN CAMPO DI FORZE GRAVITAZIONALE, ELETTRICO E MAGNETICO PER MISCELE DI FLUIDI, GASSOSI E LIQUIDI? ?SPIRAL SEPARATOR IN THE FIELD OF GRAVITATIONAL, ELECTRIC AND MAGNETIC FORCES FOR MIXTURES OF FLUIDS, GASES AND LIQUIDS?

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo per la separazione di soluzioni e miscele di fluidi che agisce in un campo di forze, gravitazionali, elettriche o magnetiche. Il dispositivo ? immerso nel campo di forze con l?asse longitudinale allineato alle linee di forza di un campo gravitazionale o elettrico o magnetico, al fine di effettuare la separazione dei componenti della miscela in funzione delle loro densit? volumetrica specifica di massa, densit? volumetrica specifica di carica elettrica o densit? volumetrica specifica di momento magnetico, rispettivamente. The present invention refers to a device for the separation of solutions and mixtures of fluids which acts in a field of gravitational, electric or magnetic forces. The device ? immersed in the field of forces with the longitudinal axis aligned to the lines of force of a gravitational or electric or magnetic field, in order to carry out the separation of the components of the mixture according to their densities? specific volumetric mass, density? specific volumetric electric charge or density? specific volumetric magnetic moment, respectively.

In presenza di soluzioni o miscele fluide (liquide o aeriformi) ed alla necessit? di separare le loro componenti, molte tecniche ricorrono all?utilizzo di reazioni chimiche per favorire forme di aggregazione sufficienti per attivare processi differenti di precipitazione gravimetrica e quindi separarle con efficacia (Separatore Gravi Statico). In pratica si ricorre alle caratteristiche di massa ed agli effetti di densit? gravitazionali, eventualmente forzati con processi accelerativi, ad esempio centrifughi. In the presence of solutions or fluid mixtures (liquid or gaseous) and the need? to separate their components, many techniques resort to the use of chemical reactions to promote forms of aggregation sufficient to activate different processes of gravimetric precipitation and therefore separate them effectively (Separatore Gravi Statico). In practice we resort to the characteristics of mass and the effects of density? gravitational, possibly forced with accelerative processes, for example centrifugal.

Un inconveniente di tali tecniche consiste nel fatto che comportano poi operazioni inverse di disaggregazione, non sempre esenti da inclusioni o impurit? ed a costi rilevanti. A drawback of these techniques consists in the fact that they involve inverse disaggregation operations, not always free from inclusions or impurities. and at significant costs.

Nell?industria, in modi analoghi, si ricorre anche ad effetti aggregativi su base elettrica (Separatore Elettro Statico) con presenza di dipoli immersi nel fluido, eventualmente in movimento. In industry, in analogous ways, aggregation effects on an electrical basis are also used (Electro Static Separator) with the presence of dipoles immersed in the fluid, possibly in motion.

Anche su base magnetica l?industria ha proceduto ad agire con analoghe metodologie ad immersione e contatto diretto (Separatore Magneto Statico). Even on a magnetic basis, the industry has proceeded to act with analogous methods of immersion and direct contact (Magnetic Static Separator).

Il brevetto WO2016092577 descrive un dispositivo che attua la separazione utilizzando la forza di gravit?, ma ha una configurazione che lo rende particolarmente ingombrante, in quanto le miscele da separare seguono dei percorsi rettilinei e quindi, per avere un?efficienza elevata occorre che detto dispositivo sia di notevole lunghezza. Inoltre, proprio per il fatto che non sempre ? possibile utilizzare separatori di elevata lunghezza, non ? efficiente nel caso in cui si volesse ottenere una separazione multipla delle componenti della miscela. In altri termini il dispositivo secondo il brevetto WO2016092577 ? idoneo a separare la miscela in ingresso in tre miscele di densit? diversa, ma non ? idoneo a suddividere ulteriormente dette tre miscele nelle loro componenti. Per ottenere questo risultato occorre disporre in serie pi? di un dispositivo separatore, con conseguente aumento della complessit? e delle dimensioni dell?impianto oltre, ovviamente, dell?aumento dei costi. The patent WO2016092577 describes a device which implements the separation using the force of gravity, but has a configuration which makes it particularly cumbersome, since the mixtures to be separated follow straight paths and therefore, in order to have high efficiency, said device must is of considerable length. Furthermore, precisely because it is not always ? possible to use separators of high length, not ? efficient in case you want to obtain a multiple separation of the components of the mixture. In other words, the device according to the patent WO2016092577 ? suitable for separating the incoming mixture into three mixtures of density? different, but not ? suitable for further subdividing said three mixtures into their components. To obtain this result it is necessary to arrange in series pi? of a separator device, with a consequent increase in the complexity? and the size of the plant as well as, obviously, the increase in costs.

Scopo della presente invenzione ? quello di superare almeno in parte il predetto inconveniente attraverso un dispositivo separatore avente una particolare configurazione che consente di ridurre significativamente le dimensioni e la complessit? dell?impianto. Purpose of the present invention? that of at least partially overcoming the aforesaid drawback through a separator device having a particular configuration which allows to significantly reduce the dimensions and complexity of the device. of the plant.

Quello descritto e altri scopi, come verr? esplicitato nel seguito, vengono raggiunti con un dispositivo per la separazione dei componenti di soluzioni e miscele di fluidi, che agisce in un campo di forze, gravitazionali, elettriche o magnetiche, conforme alla rivendicazione 1. The one described and other purposes, how will it come? explained below, are achieved with a device for separating the components of solutions and mixtures of fluids, which acts in a field of gravitational, electric or magnetic forces, in accordance with claim 1.

Detto dispositivo ? immerso in un campo di forze gravitazionale, elettrico o magnetico, al fine di effettuare la separazione dei componenti delle miscele in funzione delle loro densit? volumetrica specifica di massa, o di carica elettrica o di momento magnetico rispettivamente, ed ? caratterizzato dal fatto di comprendere: Said device ? immersed in a gravitational, electric or magnetic force field, in order to carry out the separation of the components of the mixtures according to their densities? specific volumetric mass, or electric charge or magnetic moment respectively, and ? characterized by the fact that it includes:

- primi mezzi atti a guidare dette miscele di fluidi lungo un primo percorso a spirale mediano; - secondi mezzi atti a condurre dette miscele da detto primo percorso a spirale mediano verso un secondo percorso a spirale inferiore o verso un terzo percorso a spirale superiore, in funzione di detta densit? volumetrica specifica di massa, di carica elettrica o di momento magnetico, a livello atomico e/o molecolare; - first means adapted to guide said mixtures of fluids along a first median spiral path; - second means adapted to lead said mixtures from said first median spiral path towards a second lower spiral path or towards a third upper spiral path, as a function of said density? specific volumetric mass, electric charge or magnetic moment, at the atomic and/or molecular level;

- terzi mezzi di prelievo atti a permettere l?uscita dei componenti delle miscele dai rispettivi percorsi a spirale; - third withdrawal means able to allow the components of the mixtures to exit from the respective spiral paths;

in cui: in which:

- il movimento delle miscele nei percorsi a spirale avviene in piani perpendicolari alle linee di forze del campo in cui detto separatore ? immerso; - the movement of the mixtures in the spiral paths takes place in planes perpendicular to the lines of force of the field in which said separator ? absorbed;

- il movimento del fluido all?interno di detti secondi mezzi atti a condurre dette miscele da detto primo percorso a spirale mediano verso detto secondo percorso a spirale inferiore o verso detto terzo percorso a spirale superiore, avviene in direzioni parallele alle linee di forze del campo in cui detto separatore ? immerso. - the movement of the fluid inside said second means suitable for conducting said mixtures from said first middle spiral path towards said second lower spiral path or towards said third upper spiral path, occurs in directions parallel to the lines of force of the field in which said separator ? absorbed.

Secondo una forma preferita di attuazione, detti terzi mezzi di prelievo sono posizionati in pi? punti di detti percorsi a spirale, in modo da aumentare la capacit? di suddividere ulteriormente nelle loro componenti le miscele presenti nei tre percorsi a spirale. Detti prelievi possono essere effettuati, ad esempio, anche in direzione ortogonale ai percorsi a spirale o parallela alle linee di flusso dei campi in cui ? immerso. According to a preferred embodiment, said third withdrawal means are positioned in more? points of these spiral paths, in order to increase the capacity? to further subdivide the mixtures present in the three spiral paths into their components. Said withdrawals can be carried out, for example, also in a direction orthogonal to the spiral paths or parallel to the flow lines of the fields in which ? absorbed.

Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l?oggetto delle rivendicazioni dipendenti. Preferred embodiments and non-trivial variants of the present invention form the object of the dependent claims.

Il trovato in questione risolve l?inconveniente delle dimensioni eccessive in quanto la configurazione a spirale dei percorsi delle miscele consente di ottenere percorsi molto lunghi con dimensioni contenute dell?impianto. The invention in question solves the drawback of excessive dimensions since the spiral configuration of the paths of the mixtures allows very long paths to be obtained with limited dimensions of the plant.

L?elevata lunghezza dei percorsi ? proprio ci? che consente di ottenere un?elevata risoluzione tra le varie componenti delle miscele o soluzioni. The high length of the routes? right there? which allows to obtain a high resolution between the various components of the mixtures or solutions.

Il dispositivo secondo l?invenzione potr? essere vantaggiosamente impiegato in ogni processo industriale che necessiti di separazione massive (industria oil&gas, chimica e farmaceutica, alimentare, depurazione corpi idrici, ecc?) o diagnostiche (spettrometria, sequenziamento genomico, ecc?). The device according to the invention could be advantageously used in any industrial process that requires massive separation (oil & gas, chemical and pharmaceutical, food, water bodies purification, etc?) or diagnostics (spectrometry, genomic sequencing, etc?).

Risulta immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalit? equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione, come appare dalle rivendicazioni allegate. It is immediately obvious that innumerable variations and modifications may be made to what has been described (for example relating to shape, dimensions, arrangements and parts with equivalent functions) without departing from the scope of protection of the invention, as appears from the attached claims.

La presente invenzione verr? meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali: This invention will come better described by some preferred embodiments, provided by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:

- la figura 1 ? una vista prospettica del dispositivo secondo l?invenzione; - figure 1 ? a perspective view of the device according to the invention;

- la figura 2 ? una vista secondo una sezione ottenuta con un piano passante per l?asse longitudinale del dispositivo secondo l?invenzione; - la figura 3 ? una vista secondo una sezione ottenuta con un piano perpendicolare all?asse longitudinale del dispositivo secondo l?invenzione. - figure 2 ? a view according to a section obtained with a plane passing through the longitudinal axis of the device according to the invention; - figure 3 ? a view according to a section obtained with a plane perpendicular to the longitudinal axis of the device according to the invention.

Con riferimento alle figure allegate, con (1) ? indicato un dispositivo separatore a spirale, in campo di forze gravitazionale, per miscele di fluidi, aeriformi o liquidi. With reference to the attached figures, with (1) ? indicated a spiral separator device, in the field of gravitational forces, for mixtures of fluids, gaseous or liquid.

L?esempio di realizzazione descritto si riferisce ad un separatore gravimetrico, ma il dispositivo ? parimenti efficace anche in campi elettrici e/o magnetici. Nel caso descritto l?asse longitudinale (z) deve essere allineato con le linee di forza del campo gravitazionale, quindi deve essere posto in posizione verticale. The example of embodiment described refers to a gravimetric separator, but the device? equally effective also in electric and/or magnetic fields. In the case described, the longitudinal axis (z) must be aligned with the lines of force of the gravitational field, therefore it must be placed in a vertical position.

Secondo una forma di attuazione preferita, il separatore (1) comprende: According to a preferred embodiment, the separator (1) comprises:

- un tubo (2), di asse (z), che presenta delle aperture (2a) nella parte centrale, essendo chiuso nell?estremit? superiore ed aperto in quella inferiore; - a tube (2), with axis (z), which has openings (2a) in the central part, being closed at the end? upper and open in the lower one;

- una lastra (3), in materiale idoneo agli scopi, avvolta a spirale e con le generatrici parallele all?asse (z), in modo da individuare un cavedio a spirale, di larghezza sostanzialmente costante; - a plate (3), made of material suitable for the purposes, wound in a spiral and with the generatrices parallel to the axis (z), so as to identify a spiral shaft, of substantially constant width;

- una prima schiera di condotti (4) e una seconda schiera di condotti (5) che occupano detto cavedio a spirale in modo da individuare: - a first row of ducts (4) and a second row of ducts (5) which occupy said spiral shaft so as to identify:

- un primo percorso a spirale (6), che termina con un tubo d?uscita (6a), in zona mediana, compreso tra dette due schiere di condotti (4) e (5); - a first spiral path (6), which ends with an outlet pipe (6a), in the median area, included between said two rows of ducts (4) and (5);

- un secondo percorso a spirale (7), che termina con un tubo d?uscita (7a), nella parte inferiore del separatore (1), al di sotto di detta prima schiera di condotti (4); - a second spiral path (7), which ends with an outlet pipe (7a), in the lower part of the separator (1), below said first row of ducts (4);

- un terzo percorso a spirale (8), che termina con un tubo d?uscita (8a), nella parte superiore del separatore (1), al di sopra di detta seconda schiera di condotti (5); - a third spiral path (8), which ends with an outlet pipe (8a), in the upper part of the separator (1), above said second row of ducts (5);

- una parete di chiusura inferiore (9) e una parete di chiusura superiore (10), che chiudono rispettivamente detti secondo e terzo percorso a spirale (7) e (8), eventualmente accessoriati con peculiari di prelievo. - a lower closing wall (9) and an upper closing wall (10), which respectively close said second and third spiral paths (7) and (8), possibly equipped with specific withdrawal devices.

Il funzionamento del dispositivo separatore gravimetrico (1) ? il seguente. Does the gravimetric separator device (1) work? the following.

La miscela da separare entra dalla parte inferiore del tubo (2) e, attraverso le aperture (2a), passa nel primo percorso a spirale mediano (6). Quindi, percorrendo i condotti delle due schiere (4) e (5), sbocca nel secondo condotto a spirale inferiore (7) e nel terzo condotto a spirale superiore (8). The mixture to be separated enters from the lower part of the tube (2) and, through the openings (2a), passes into the first median spiral path (6). Then, following the ducts of the two rows (4) and (5), it flows into the second lower spiral duct (7) and the third upper spiral duct (8).

Nel passaggio attraverso le due schiere di condotti (4) e (5) avviene la separazione, per cui: - le parti di densit? intermedia della miscela rimarranno nel primo condotto a spirale (6), che si trova nella parte mediana del separatore gravimetrico (1) ed usciranno dal tubo corrispondente (6a); In the passage through the two rows of ducts (4) and (5) the separation occurs, for which: - the parts of density? intermediate part of the mixture will remain in the first spiral duct (6), which is located in the middle part of the gravimetric separator (1) and will exit from the corresponding pipe (6a);

- le parti pi? pesanti della miscela si accumuleranno nel secondo condotto a spirale (7), che si trova nella parte inferiore del separatore gravimetrico (1), ed usciranno dal tubo corrispondente (7a); - the most? weights of the mixture will accumulate in the second spiral duct (7), which is located in the lower part of the gravimetric separator (1), and will come out of the corresponding pipe (7a);

- le parti pi? leggere della miscela si accumuleranno nel terzo condotto a spirale (8), che si trova nella parte superiore del separatore gravimetrico (1), ed usciranno dal tubo corrispondente (8a). - the most? readings of the mixture will accumulate in the third spiral duct (8), located in the upper part of the gravimetric separator (1), and will exit from the corresponding tube (8a).

Secondo una forma preferita di attuazione, lungo i tre percorsi a spirale (6, 7, 8) sono posizionate altre uscite, ad esempio in numero di tre per ciascuno di detti percorsi a spirale (6, 7, 8), in particolare: According to a preferred embodiment, other outlets are positioned along the three spiral paths (6, 7, 8), for example three in number for each of said spiral paths (6, 7, 8), in particular:

- le uscite (6b, 6c, 6d) per il primo percorso a spirale mediano (6); - the exits (6b, 6c, 6d) for the first median spiral path (6);

- le uscite (7b, 7c, 7d) per il secondo percorso a spirale inferiore (7); - the outlets (7b, 7c, 7d) for the second lower spiral path (7);

- le uscite (8b, 8c, 8d) per il terzo percorso a spirale superiore (8). - the exits (8b, 8c, 8d) for the third upper spiral path (8).

La funzione di dette uscite supplementari ? quella di prelevare lungo i percorsi delle miscele le componenti che man mano si separano. Infatti, lungo il primo percorso a spirale (6) si separano prima le parti pi? pesanti, che andranno verso il basso e le parti pi? leggere, che andranno verso l?alto. Quelle che vanno verso il basso si raccoglieranno nel secondo condotto a spirale inferiore (7), mentre quelle che vanno verso l?alto si raccoglieranno nel terzo condotto a spirale superiore (8). Progressivamente si separeranno sempre le parti meno pesanti e quelle meno leggere che andranno a raggiungere pi? avanti i rispettivi percorsi inferiore (7) e superiore (8) per cui: The function of these supplementary outputs ? that of taking along the paths of the mixtures the components that gradually separate. In fact, along the first spiral path (6) the smaller parts separate first. heavy, which will go down and the parts pi? read, which will go upwards. Those going down will collect in the second lower spiral duct (7), while those going up will collect in the third upper spiral duct (8). Gradually the less heavy and less light parts will always separate, which will reach more? forward the respective lower (7) and upper (8) paths so:

- lungo il secondo percorso a spirale inferiore (7) si raccoglieranno progressivamente le parti meno pesanti delle miscele; - along the second lower spiral path (7) the less heavy parts of the mixtures will gradually collect;

- lungo il terzo percorso a spirale superiore (8) si raccoglieranno progressivamente le parti meno leggere delle miscele. - along the third upper spiral path (8) the less light parts of the mixtures will gradually collect.

In definitiva, prelevando i fluidi in zone differenti dei rispettivi percorsi, si otterranno componenti di diverse densit? delle miscele. Ultimately, by taking the fluids in different areas of the respective paths, will components of different densities be obtained? of the blends.

L?esempio di applicazione si riferisce ad un separatore gravimetrico. I materiali impiegati per la realizzazione dovranno essere idonei al contenimento di miscele anche chimicamente aggressive. Nel caso di separatori che agiscono in campi elettrici e/o magnetici, dovranno essere impiegati materiali che non interagiscano con detti campi elettrici e/o magnetici. The application example refers to a gravimetric separator. The materials used for the construction must be suitable for containing even chemically aggressive mixtures. In the case of separators that act in electric and/or magnetic fields, materials that do not interact with said electric and/or magnetic fields must be used.

Si sono descritte delle forme preferite di attuazione dell?invenzione, ma naturalmente esse sono suscettibili di ulteriori modifiche e varianti nell?ambito della medesima idea inventiva. In particolare, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell'invenzione, come evidenziato nelle rivendicazioni allegate nelle quali i segni di riferimento posti tra parentesi non possono essere interpretati nel senso di limitare le rivendicazioni stesse. Inoltre, la parola "comprendente" non esclude la presenza di elementi e/o fasi diversi da quelli elencati nelle rivendicazioni. L?articolo ?un?, ?uno? o ?una? precedente un elemento non esclude la presenza di una pluralit? di tali elementi. Il semplice fatto che alcune caratteristiche siano citate in rivendicazioni dipendenti diverse tra loro non indica che una combinazione di queste caratteristiche non possa essere vantaggiosamente utilizzata. Preferred embodiments of the invention have been described, but naturally they are susceptible to further modifications and variations within the scope of the same inventive idea. In particular, numerous variants and modifications, functionally equivalent to the previous ones, which fall within the scope of protection of the invention, will be immediately apparent to those skilled in the art, as evidenced in the attached claims in which the reference signs placed in brackets cannot be interpreted in the sense to limit the claims themselves. Furthermore, the word "comprising" does not exclude the presence of elements and/or phases other than those listed in the claims. The article ?un?, ?one? or ?a? previous an element does not exclude the presence of a plurality? of such elements. The mere fact that some features are mentioned in different dependent claims does not indicate that a combination of these features cannot be used to advantage.

Claims

1. Separator device (1) for the separation of solutions and mixtures of fluids, immersed in a field of gravitational, electric or magnetic forces, in order to carry out the separation of the components of the mixtures according to their densities? specific volumetric mass, or electric charge or property? magnetic fields, respectively, characterized by the fact that they include:

- first means able to guide said mixtures of fluids along a first median spiral path (6);

- second means adapted to lead said mixtures from said first median spiral path (6) towards a second lower spiral path (7) or towards a third upper spiral path (8), according to said density? specific volumetric mass, electric charge or magnetic moment, at the atomic and/or molecular level;

- third collection means (6a, 7a, 8a), (7b, 8b, 8c) and (6c, 7c, 8c), able to allow the mixture components to exit from the respective spiral paths (6, 7, 8 );

in which:

- the movement of the mixtures in the spiral paths (6, 7, 8) takes place in planes perpendicular to the lines of the force field in which said separator ? absorbed;

- the movement of the fluid inside said second means suitable for carrying said mixtures from said first median spiral path (6) towards said second lower spiral path (7) or towards said third upper spiral path (8), takes place in directions parallel to the lines of the force field in which said separator (1) ? absorbed.

2. Separator device (1) for separating solutions and mixtures of fluids, according to claim 1, characterized in that said first means suitable for guiding said mixtures of fluids along a first spiral path (6), comprise a plate ( 3) wound in a spiral and with the generatrix lines parallel to the lines of force of the force field, so as to identify a shaft, also spiral.

3. Separator device (1) for separating solutions and mixtures of fluids, according to claim 2, characterized in that said spiral shaft has a substantially constant width.

4. Separator device (1) for separating solutions and mixtures of fluids, according to claim 1, characterized in that said second means, able to lead said mixtures from said first median spiral path (6) towards said second path to lower spiral (7) or towards said third upper spiral path (8), comprise a first row of ducts (4) and a second row of ducts (5) which occupy said spiral shaft so as to identify:

- said first median spiral path (6), which ends with an outlet pipe (6a), included between said two rows of ducts (4) and (5);

- said second lower spiral path (7), which ends with an outlet pipe (7a), below said first array of ducts (4);

- said third upper spiral path (8), which ends with an outlet pipe (8a), above said second row of ducts (5).

5. Separator device (1) for separating fluid solutions and mixtures, according to at least one of claims 14, characterized in that it comprises:

- a tube (2), with axis (z) parallel to the lines of the force field, which has openings (2a) in the central part, being closed at one of the two ends? and open in the other;

- said plate (3) wound in a spiral and with the generatrices parallel to the axis (z), so as to identify said shaft, also spiral, of substantially constant width;

- said first row of ducts (4) and said second row of ducts (5) which occupy the spiral shaft so as to identify:

- said third upper spiral path (8), which ends with an outlet pipe (8a), above said second row of ducts (5);

- a lower closing wall (9) and an upper closing wall (10), which respectively close said second and third lower (7) and upper (8) spiral paths.

6. Separator device (1) for separating solutions and mixtures of fluids, according to at least one of claims 15, characterized in that further outlets are positioned along said three spiral paths (6, 7, 8), in particular:

- the exits (6b, 6c, 6d) for the first median spiral path (6);

- the outlets (7b, 7c, 7d) for the second lower spiral path (7);

- the exits (8b, 8c, 8d) for the third upper spiral path (8).