ITTO20101073A1 - Impianto per separazione accelerata di fluidi multifase - Google Patents

Description

Impianto per separazione accelerata di fluidi multi-fase

DESCRIZIONE

Forma oggetto del presente trovato un impianto per accelerare la separazione di fluidi multi-fase. E’ frequente, infatti, l’esigenza di decontaminare un fluido, ad esempio l’acqua, da una o più fasi contaminanti, ad esempio fasi oleose. In questi casi à ̈ indispensabile disporre di un impianto in grado di realizzare in modo rapido ed efficiente la separazione di due o più fasi non miscibili, a densità diversa. Più vantaggiosamente, l’impianto deve essere in grado di trattare fluidi in moto turbolento, in modo da poter gestire anche portate di fluido rilevanti.

Non sono noti, allo stato della tecnica, sistemi per un efficace separazione di fluidi multi-fase. I sistemi noti si limitano alla separazione di fluidi bi-fase, e si basano sui seguenti principi, impiegati del tutto o in parte, a seconda della tipologia di impianto: il principio di coalescenza che induce, appunto, il fenomeno di coalescenza nelle particelle di fluido disperso, tramite filtri coalescenti o batterie di canalizzazione del flusso; il principio di separazione che induce nel fluido bifase un regime di moto laminare al fine di annullare i vettori di forza propri di un regime di moto turbolento, nonché una separazione fisica naturale dei due fluidi, con velocità proporzionale alla loro differenza di densità; infine, il principio di estrazione del fluido disperso che separa il fluido a densità minore tramite impiego di skimmer o per tracimazione, sempre in regime di moto laminare. Documenti anteriori che descrivono tali concetti sono: EP 0846485, EP 0955076, WO 2005/035995 e WO 2003/039706. Il problema tecnico irrisolto dai sistemi noti à ̈ costituito dal fatto che nessuno di essi à ̈ in grado di accelerare il processo di separazione del fluido bifase. Inoltre, i sistemi di cui sopra, presentano tutti forti limiti legati ai seguenti aspetti negativi: ï‚· limitazione della portata di fluido da trattare. La mancanza del principio di accelerazione del fenomeno di separazione comporta la necessità di limitare le portate trattate al fine di consentire un regime laminare al fluido, indispensabile alla separazione dei due fluidi;

ï‚· grado di contaminazione del residuo molto elevato. I livelli di contaminazione residua del fluido trattato non scendono al disotto di qualche punto percentuale;

 irreversibilità del sistema. A causa dei limiti propri dei principi fisici su cui si basano, i sistemi sopra descritti non sono in grado di separare fluidi bifase, con concentrazione del fluido a densità minore superiore al 50%;

ï‚· ingombri elevati. Al fine di consentire lo stato di quiete del fluido, al crescere delle portate da trattare aumenta proporzionalmente il fabbisogno di volume necessario a portare il fluido in stato di quiete; analogamente il fenomeno di separazione fisica dei due fluidi, in mancanza di accelerazione dello stesso, richiede lunghi tempi di decantazione dei fluidi;

ï‚· bassa efficienza del processo di separazione. Nessuno dei sistemi sopra descritti à ̈ in grado di intercettare particelle di fluido disperso in moto turbolento, in quanto non presenti sulla superficie di prelievo del fluido da trattare;

ï‚· condizioni di impiego fortemente limitate. Al fine di garantire il verificarsi dei principi fisici su cui si basano, i sistemi sopra descritti sono impiegabili esclusivamente in applicazioni statiche.

L’inventore scrivente ha già dato un grosso contributo alla risoluzione del problema tecnico di accelerare la separazione delle fasi di un fluido bi-fase in moto turbolento. Infatti la domanda di brevetto europeo EP 2066420 descrive un impianto ed il relativo procedimento di utilizzo per accelerare la separazione di fluidi bi-fase. Il sistema si basa essenzialmente sul trattamento di fluidi bi-fase in moto turbolento, quindi dotati di grosse portate, ed utilizza una batteria di filtri a coalescenza seguiti da una pluralità di orifizi calibrati o diffusori a sezione divergente che trasformano il moto turbolento del fluido in moto laminare e ne consentono la sua stratificazione e la conseguente separazione delle due fasi nel successivo separatore di fase.

Nonostante le alte efficienze di separazione, raggiunte nelle sperimentazioni effettuate e pari a circa 99%, il precedente trovato presenta alcuni inconvenienti essenzialmente legati all’utilizzo dei filtri a coalescenza che frequentemente si intasano: le applicazioni pratiche si limitano pertanto a fluidi che presentano un basso grado di sporcamento e non comprendono il caso dei fluidi multi-fase.

Uno scopo della presente invenzione à ̈ quello di risolvere i problemi tecnici sopra menzionati definendo un impianto per accelerare la separazione di fluidi anche multi-fase, ovvero con un numero di fasi pari a due o anche maggiore di due, che comprende mezzi per la spinta del fluido da trattare, almeno una vasca di lavaggio, sensori e attuatori per il controllo di portata, pressione e temperatura, uno o più serbatoi per la raccolta delle fasi a densità minore, un separatore di fase in grado di generare un campo di pressioni idrodinamiche controllato, correlato alla densità dei fluidi da trattare, e caratterizzato dal fatto che detto impianto non utilizza filtri a coalescenza e orifizi calibrati per trasformare il moto turbolento in laminare, ma adotta mezzi a pompa dotati di convogliatore idraulico come meglio precisato dalle caratteristiche della rivendicazione 1. Detti mezzi a pompa possono vantaggiosamente essere costituiti da una pompa peristaltica dotata di stimme, come precisato nella rivendicazione Secondo un ulteriore scopo, il serbatoio separatore di fase à ̈ dotato di una pluralità di orifizi di uscita per le fasi a più bassa densità, aventi una conicità di 45°, come meglio precisato nelle rivendicazioni 3 e 4. Questo accorgimento tecnico consente una miglior aggregazione delle particelle da separare (normalmente particelle oleose), riducendo i ppm residui delle stesse nel fluido principale da trattare (ad esempio, acqua).

Questi ed altri vantaggi appariranno nel corso della descrizione dettagliata dell'invenzione che farà riferimento specifico alle tavole 1/2 e 2/2 nelle quali si rappresenta un esempio di realizzazione preferenziale dell’impianto e dello schema di processo assolutamente non limitativo.

In particolare:

 la fig. 1 rappresenta lo schema d’impianto come descritto nella precedente domanda di brevetto EP 2066420 dello stesso inventore;

ï‚· la fig. 2 mostra una delle possibili varianti adottate nella presente invenzione per superare gli inconvenienti presenti nella precedente realizzazione.

ï‚· In fig. 3 à ̈ mostrato un vantaggioso profilo dello skimmer. L’impianto oggetto della presente invenzione à ̈ idoneo a separare le fasi di qualsiasi fluido multi-fase, caratterizzato da fasi a differente densità. Con riferimento alle Figure 1 e 2, l’impianto in oggetto comprende un mezzo di spinta del fluido (3), un separatore di fase (6) e almeno un serbatoio per la raccolta delle fasi a densità minore (7). Vantaggiosamente, l’impianto può essere dotato di un ulteriore mezzo di spinta (1) del fluido da trattare, di una vasca di lavaggio (2), di un impianto di analisi della decontaminazione della fase del fluido da trattare (8), sensori e attuatori per il controllo di portata, pressione e temperatura. L’impianto à ̈ caratterizzato dal fatto che detto mezzo di spinta (3) à ̈ un mezzo a pompa dotato di convogliatore idraulico e secondo una realizzazione preferenziale ma non limitativa detto mezzo a pompa può essere una pompa peristaltica (5) dotata di skimmer (4). L’impianto, secondo un ulteriore variante preferita comprende, nelle camere di accelerazione poste nel separatore (6), una pluralità di orifizi di uscita (9) delle fasi a densità minore da separare, aventi una conicità di 45°.

Il fluido da trattare à ̈ movimentato nell’impianto di separazione per mezzo di un primo mezzo di spinta (1) che lo conduce in una vasca di lavaggio dove una prima separazione grossolana dei contaminanti dal fluido da trattare à ̈ effettuata, ad esempio, per mezzo di reagenti chimici.

A differenza della realizzazione prevista nella precedente domanda di brevetto EP 2066420, detto impianto, non utilizza alcun tipo di filtro a coalescenza che serviva per aggregare le particelle di olio o di contaminanti in genere. Ciò consente di operare con fluidi estremamente sporchi senza incorrere nelle problematiche di intasamento dei filtri a coalescenza. In mancanza del sistema di filtraggio, lo stesso effetto di aggregazione si ottiene modificando il flusso in entrata nelle camera di accelerazione con l’inserimento di una pompa peristaltica (5) che aspira i fluidi delle diverse fasi (ad esempio, olio, morchie oleose, ecc.) attraverso uno skimmer (4), ovvero una sorta di imbuto galleggiante autoregolante, il cui profilo meccanico à ̈ stato elaborato per non creare turbolenze nel fluido aspirato (si veda a titolo esemplificativo la fig. 3). Com’à ̈ noto, la pompa peristaltica à ̈ un apparecchio che applica il principio della peristalsi, in base al quale la prevalenza al fluido trattato viene impressa da una strozzatura che scorre lungo un tubo (5a). La pompa à ̈ costituita da un rotore a cui sono applicati 2 o più rulli (5b) che ruotando, "strozzano" il tubo e provocano l'avanzamento del fluido. Componente fondamentale della pompa à ̈ il tubo che deve resistere allo schiacciamento il più a lungo possibile, deformandosi, cioà ̈ in maniera elastica e non plastica. È proprio l'elasticità che consente al tubo di riacquisire le dimensioni originali e quindi garantire la prevalenza al fluido e la capacità d'aspirazione.

La massa fluida aspirata à ̈ poi trasferita nel separatore di fase (6), che comprende una o più camere di accelerazione (6’, 6†) che sono dimensionate in funzione delle portate in gioco in modo da generare un campo di pressioni idrodinamiche controllato. Correlando detto campo di pressioni alla densità dei fluidi da trattare, si accelera il fenomeno di coalescenza delle particelle residue. In particolare, tale campo di pressioni accelera il fenomeno di stratificazione, consentendo lo spillamento delle fasi a densità minore (ad esempio, oli, morchie, ecc.) verso il serbatoio di raccolta (7) ed il flusso costante della fase decontaminata (ad esempio, acqua) verso l’uscita dall’impianto. In altri termini il fluido à ̈ inviato nel separatore (6) dal basso, con una portata controllata, affinché non si generi più un moto turbolento, ma bensì una velocità che crei una “rottura controllata†della tensione superficiale delle molecole di particelle oleose, generando così una aggregazione di piccole gocce e creando una massa sempre più grande che facilita una separazione gravitazionale dovuta alle differenti densità delle fasi componenti il fluido da trattare. Infine, nelle camere di accelerazione del separatore (6’, 6†) à ̈ stata realizzata una pluralità di orifizi di uscita delle fasi dei contaminanti, aventi un tratto a sezione convergente verso l’uscita, preferibilmente con conicità pari a 45°. Ciò consente un passaggio forzato delle masse oleose che ne migliora l’aggregazione e, di conseguenza, riduce i ppm residui di contaminante nel fluido da trattare, garantendo una più efficiente separazione (sino al 99,99%) delle fasi di fluidi multifase. La bontà del trattamento à ̈ effettuata nell’apposito modulo di analisi dei contaminanti residui (8) e normalmente il livello di inquinante residuo à ̈ dell’ordine di qualche ppm.

Quindi più in generale si può dire che il procedimento per la di fluidi multifase, costituiti da due o più fasi a differente densità, caratterizzato dalle seguente fasi: conferimento di energia meccanica necessaria a bilanciare le perdite di carico proprie circuito al fluido da separare per mezzo di idonei mezzi di spinta, trasformazione del moto turbolento in moto laminare a mezzo di idonei mezzi a pompa dotati di convogliatore idraulico; generazione nel separatore di fase di un campo di pressioni idrodinamiche controllato, correlato alla densità dei fluidi da trattare, che accelera il fenomeno di stratificazione e consente lo spillamento delle fasi a densità minore verso un serbatoio di raccolta ed il flusso costante della fase decontaminata verso l’uscita dal sistema.

L’impianto per accelerare la separazione di fluidi multifase si presenta quindi come sistema ideale per la separazione delle fasi contaminanti di un fluido da trattare, purché le diverse fasi abbiano una differente densità, in un vasto campo applicativo e senza restrizioni di alcun tipo inerenti i fluidi, le portate, le temperature, il regime di moto e le caratteristiche del luogo di impiego. E’ indicato per applicazioni nei seguenti settori: metalmeccanico, siderurgico, petrolifero, alimentare, navale, aeronautico, ecologia terrestre, ecologia marittima, chimico.

Claims (10)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Impianto per separazione accelerata di fluidi multi-fase, ovvero con numero di fasi maggiore o uguale a due, comprendente un mezzo di spinta del fluido (3), un separatore di fase (6) dotato di una o più camere di accelerazione (6’, 6†), almeno un serbatoio per la raccolta delle fasi a densità minore (7), caratterizzato dal fatto che detto mezzo di spinta (3) à ̈ un mezzo a pompa dotato di convogliatore idraulico.
2. 2) Impianto secondo la rivendicazione 1, laddove detto mezzo a pompa à ̈ una pompa peristaltica (5) dotata di uno skimmer galleggiante (4) a forma di imbuto, autoregolante della portata.
3. 3) Impianto secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che nelle camere di accelerazione (6’, 6†), poste nel separatore (6), à ̈ presente una pluralità di orifizi di uscita (9) delle fasi a minor densità da separare.
4. 4) Impianto secondo la rivendicazione 3, laddove detti orifizi hanno un tratto a sezione convergente verso l’uscita.
5. 5) Impianto secondo la rivendicazione 4, laddove detti orifizi a sezione convergente hanno una conicità di 45°.
6. 6) Impianto secondo la rivendicazione 2, laddove detta pompa peristaltica (5) comprende almeno un tubo flessibile (5a) ed un rotore a cui à ̈ sono applicati almeno due rulli (5b) che ruotando, "strozzano" il tubo e provocano l'avanzamento del fluido.
7. 7) Impianto secondo una delle rivendicazioni precedenti comprendente inoltre un ulteriore mezzo di spinta (1) del fluido da trattare e una vasca di lavaggio (2).
8. 8) Impianto secondo una delle rivendicazioni precedenti comprendente inoltre un modulo di analisi (8) della decontaminazione della fase del fluido da trattare.
9. 9) Impianto secondo una delle rivendicazioni precedenti comprendente inoltre sensori e attuatori per il controllo di portata, pressione e temperatura.
10. 10) Procedimento per la separazione di fluidi multifase, costituiti da due o più fasi a differente densità, caratterizzato dalle seguente fasi: conferimento di energia meccanica necessaria a bilanciare le perdite di carico proprie circuito al fluido da separare per mezzo di idonei mezzi di spinta, trasformazione del moto turbolento in moto laminare a mezzo di idonei mezzi a pompa dotati di convogliatore idraulico; generazione nel separatore di fase di un campo di pressioni idrodinamiche controllato, correlato alla densità dei fluidi da trattare, che accelera il fenomeno di stratificazione e consente lo spillamento delle fasi a densità minore verso un serbatoio di raccolta ed il flusso costante della fase decontaminata verso l’uscita dal sistema.