ITTO960023U1 - Idrociclone a fondo piano - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

L’innovazione riguarda un idrociclone a fondo piano, conforme al preambolo della r ivendicazione 1, per separare dei materiali pesanti ampiamente inerti da un deposito di una sospensione di materiali di scarto, che contengono componenti organici .

E’ da tempo noto l’impiego di idrocicloni per separare componenti specificatamente pesanti da liquidi o da depositi in sospensione.

L’ampiezza del campo di impiego va dall’arricchimento dell’oro a grana finissima Fino a.1 recupero dei granulati di materia plastica dalle acque di scarico CH. Trawinski; Die Betriebspraxis des Hydrozyklons, TIZ-Fachbeinchte, Voi, .108, No.

9, 1984 pagg. 564-567, No. 10, pagg. 648-650 e Noli pagg. 757-759). Nella preparazione dei minerali e nella tecnica dei processi chimici, 1’idrociclone si è imposto come un elemento del processo che è diventato indispensabile (uni t operation in inglese) .

Oltre al tipo di costruzione conico del1 ’idrociclone che viene soprattutto impiegato, hanno dato da circa 15 anni dei buoni risultanti gli idrocicloni con fondo piano (idrocicloni a fondo piano, cylindrical hydrocyclones in inglese).

In essi nella parte di fondo dell’idrociclone si forma un letto dì materiale in sospensione il quale favorisce l’arricchimento del grano grossolano (Ullmann’s encyclopedia of industriai chemistry, 5th completely rev. ed-, voi. 82, Unit operation I, VCH Verlagsgesellschaf t, Weinheim 1988, pagg. 11-22). Gì.li idrocicloni a fondo piano sono adatti in particolar modo per la separazione da un liquido di componenti specificatamente pesanti entro un determinato campo dì dimensioni del grano. Nel campo dì impiego molto promettente per gli idrocicloni a fondo piano è stato quindi considerato quello del trattamento dei materiale di scarto. Ad esempio essi vengono impiegati per il recupero di rame da cavi frantumati e rivestiti di materiale plastico oppure per separare l’alluminio da bottiglie di polistirolo frantumate (H.

T rawinski ; Die Betriebspraxis des Hydrozyklons , TIZ-Fachber inchte , Voi. 108, No. 10, pag. 650).

Da molti decenni gli idrocicloni vengono impiegati nell’industria della cellulosa e della carta, allo scopo di separare le sospensioni delle fibre dalle sostanze estranee . Per questi idrocicloni vengono normalmente impiegati, come ad esempio nel libro "Altpapierauf berei tung" di Heinz Mack dell’anno 1954 , dei nomi come filtro a vortice, separatore a vortice, cen t rifuga to re tubolare oppure anche cent rifuga to re a vortice, cen tri fugatore di materiale, centrif ugatore a sfere o centrici iner . Quale proprietà caratteristica si può citare, come spesso si ricava già dalla definizione , il tipo di costruzione di forma conica, per cui 1 ’idrociclone come ad esempio risulta dai cataloghi della società Voith per i centrif ugatori a sfere dei tipi costruttivi KS ed R, è formato dall’ insieme di un tubo conico di separazione e di un tubo conico intermedio, i quali sboccano in un condotto assiale oppure in un dispositivo per lo scarico della sporcizia.

Il potere di separazione di tali tipi di idrocicloni non può però essere considerato soddisfacente, nel caso che lo scopo di separazione consista nel rimuovere le componenti specificatamente pesanti da un deposito in sospensione che è stato formato dal deposito di materiali di scarto , i quali contengono una percentuale rilevante di componenti organici. La produzione dì un tal genere di deposito in sospensione è descritta ad esempio nell’EP 0 286 100,

In funzione dell’origine del materiale di partenza, il quale ad esempio può essere originato dalla raccolta separata della cosiddetta biospazzatura oppure anche dagli scarichi delle attività industriali, oltre ai componenti organici la cui densità rientra in un campo di un kg/1, si deve considerare la presenza di componenti specificatamente più pesanti, i quali verranno indicati nel seguito come "materiali pesanti". Si tratta in questo caso di minerali (sabbia, pietre), ceramica o vetro . Possono però anche essere particelle metalliche. Dal momento che le sostanze organiche e i materiali pesanti hanno la stessa grandezza del grano, non è possibile trattenerli mediante un filtro.

Queste parti componenti non sono volute nei processi biologici di trasformazione eventualmente inseriti a valle» per i quali nell’EP 0 286 .100 viene proposta una fermentazione anaerobica. Le sostanze pesanti che sono fini e spesso anche dure costituiscono la causa di una maggiore usura in corrispondenza dei condotti tubolari e delle pompe. Quando si manifesta l'occasione esse possono depositarsi, provocando un danneggiamento meccanico delle pompe.

E ’ noto il fatto di poter impiegare degli idrocicloni per separare le. sostanze pesanti dai depositi in sospensione. Questi tipi di idrocicloni vengono impiegati ad esempio per rimuovere le parti minerali, i frammenti di vetro, le parti metalliche e simili dalla polpa della carta nel trattamento della carta usata.

Nell’industria della carta, la funzione degli idrocicloni consiste soprattutto nel fatto di liberare il più possibile in modo completo le fibre della carta da tutte le sostanze estranee, poiché queste ultime potrebbero compromettere il funzionamento della macchina di fabbricazione della carta prodotta. Si considera quindi che una parte del materiale in fibra utilizzabile insieme con le sostanze di scarto venga separata ed eventualmente venga nuovamente recuperata in uno o più ulteriori idrocicloni . Altre proprietà caratteristiche consistono nel fatto che nell’industria della carta è molto ridotta la quantità della sostanze estranee in conf ronto con la quantità delle fibre e dal fatto che è bassa la concentrazione alla quale vengono fatti funzionare gli idrocicloni . Quale valore ottimale viene indicata una concentrazione dello 0,5% di fibre, la quale può venire aumentata fino a 1,4% nel caso di ridotti requisiti relativi ad un effetto di depurazione. Per il recupero del materiale in fibra il quale ad esempio è stato separato entro turboseparatori , si lavora con una concentrazione che arriva fino al 2,5%.

Le sospensioni contenenti fibre che si formano nel trattamento del materiale di scarico che contiene componenti organici, come quelle che si ricavano ad esempio quando viene applicato il procedimento descritto nell 'EP 0 286 100, differiscono notevolmente dalle sospensioni in fibre dell’industria della carta. La concentrazione delle sostanze solide è pari ad un multiplo dei valori normalmente impiegati nella fabbricazione della carta, e in tal caso viene indicata come densità del materiale . Nel trattamento del materiale di scarto si cerca di ricavare concentrazioni pari all’incirca al J.0%. In funzione della natura del materiale di partenza, della sua composizione e del suo contenuto di acqua, si ottengono in pratica concentrazioni del materiale solido entro un campo che va da circa il 5% fino al 14% e più- Contrariamente alla fabbricazione della carta, nella quale si può effettuare in modo relativamente agevole la diluizione della pasta delle fibre e la successiva concentrazione delle fibre e ciò viene effettuato anche più volte nei corso del processo di fabbricazione, la sospensione che si forma durante il trattamento dei rifiuti si può difficilmente separare dall’acqua, per cui non è possibile una diluizione fino a concentrazioni nelle quali vengono fatti funzionare gli idrocicloni normalmente impiegati nell’industria della carta. Da ciò deriva l’esigenza di produrre un deposito in sospensione nel campo di concentrazione citato, e di effettuare la separazione delle sostanze pesanti anche in questo campo di concentrazioni.

Per tutti gli utilizzi nel campo dell’industria della carta e della cellulosa, è tradizionale il fatto che lo scopo degli idrocicloni consiste nel separare il materiale in fibra (fibre di cellulosa) da tutti gli altri materiali che vengono considerati come impurezze. Oltre alle particelle di vetro, ai sassi, alla sabbia e ai metalli, che sono specificatamente più pesanti delle fibre , si devono rimuovere dal materiale anche le sostanze organiche. Indicate ad esempio come pezzettini di corteccia e schegge di legno. Il modello di utilità DE 69 49 940 della società Voith e dell’anno 1972 giustifica la disposizione di un ugello per mezzo del quale l’acqua di lavaggio viene immessa con direzione assiale nello scarico della sporcizia, e ciò viene espressamente motivato dal fatto che in presenza della prassi finora impiegata di effettuare un lavaggio finale le leggere particelle di sporcizia vengono nuovamente riportate in sospensione nel l’idrociclone, dove compromettono la qualità del materiale.

Tutti gli impieghi nell’industria della carta, e quindi anche il citato modello di utilità DE! 69 49 940 della società Voith, si basano sull’impiego di idrocicloni di forma sferica. Non è noto l'impiego di idrocicloni a fondo piano per la depurazione delle sospensioni di fibre.

Per il trattamento di una sospensione di materiali di scarto, del tipo di quelli che vengono ricavati in particolar modo con l’impiego dei procedimento descritto nell’EP 0 286 100, si può partire dalla considerazione che soltanto una parte delle sostanze organiche sia presente sotto forma di fibre, e che a causa dell’origine e della composizione dei materiali di scarto una percentuale rilevante delle sostanze organiche sia presente in una forma che viene considerata come "sporcizia" secondo i criteri dell^industria della carta e che verrebbe separata dalle fibre. Per l’ulteriore recupero di una sospensione di materiali di scarto, in particolar modo per la conversione dei materiali di scarto in biogas, prevista nell’EP 0 286 100, questa separazione però non è conveniente, ma si vuole ottenere che le sostanze organiche che si possono trasformare biologicamente, e dalle quali si può produrre il biogas, vengano separate dalle sostanze inorganiche non trasformabili biologicamente, e dalle quali non si può ricavare nessun biogas.

Per ricavare una sospensione di materiali di scarto, questa sospensione viene fatta passare attraverso un filtro, per separare i materiali che non si possono ulteriormente frantumare e non si possono eliminare con mezzi biologici. I diametri dei fori di questo filtro fissano un limite superiore per la grandezza delle particelle di materiale solido nella sospensione. Attualmente vengono normalmente impiegati dei filtri con un diametro dei fori compreso tra 8 mm e 10 mm.

Si aggiunge il fatto che a causa delle condizioni generali relativi all’economia dei materiali di scarto in Germania, è particolarmente conveniente che le sostanze inorganiche inerti vengano liberate dalle parti componenti organiche rimaste adiacenti mediante l’esecuzione dell ’idrociclone impiegato a questo scopo, in modo tale da poter essere portati in un deposito senza ulteriore trattamento successivo.

Nel brevetto 0E 43 06 929 viene descritto in che modo le sospensioni , ad esempio i sedimenti della sabbia raccolta, possono venire trattati in modo da ricavare sabbia nuovamente utilizzabile. 1.1 relativo stato della tecnica comporta che tali tipi di sospensioni vengano scaricate in depositi, poiché non sono disponibili per il trattamento degli impianti che siano tecnicamente utilizzabili e possano funzionare in modo economico. Nel DE 43 06 929 viene impiegato tra .1 “altro un idrociclone il quale però ha solamente la funzione di separare le particelle dei materiali solidi in funzione delle laro dimensioni. Esso non viene inoltre indicato come ciclone a fondo piano. Tutte le particelle che si trovano al di sotto di una determinata grandezza limite inferiore del grano, vengono addotte poi ad un selezionatore a strato vorticante , il cui tipo costruttivo e il cui funzionamento vengono ritenuti noti, e nei quale vengono separate mediante lavaggio dalle sostanze solide le impurezze organiche rimaste aderenti. Le impurezze organiche debbono venire addotte ad un impianto di depurazione. Questo dispositivo è però sempre molto costoso e può essere fatto funzionare solamente insieme ad un impianto di depurazione. Esso però deve venire impiegato di preferenza per la depurazione di grandi quantità di sabbie, e non per separare la sabbia dai depositi in sospensione.

Lo scarico di materiali che sono provvisti di una percentuale rilevante di sostanze organiche che si possono eliminare con mezzi biologici, su di un deposito non è più passibile dopo che è passato un certo periodo attualmente ancora garantito. Nel caso dei depositi delle sostanze di scarico che fanno parte della classe di deposito II verrà richiesto in futuro che le sostanze di scarico presentino soltanto una ulteriore perdita per calcinazione pari al massimo al 5% in peso. Per lo scarico su dì un deposito della classe I (deposito di materiali inerti) viene addirittura prescritto un valore della perdita per calcinazione pari al massimo al 3% in peso. A causa dei maggiori requisiti richiesti al materiale da depositare., sono minori i costi di impiego del deposito del materiale inerte, da cui derivano costi minori per i.l recupero dei materiali di scarico. Per quanto riguarda il deposito di materiali di scarto che sono formati come parte predominante da sostanze specificatamente pesanti come sassi, sabbia, vetro e simili, si auspica lo scarico in un deposito della classe I e successivamente si considera di trattarli in modo tale per cui essi non superino il valore richiesto per la perdita di calcinazione.

I valori menzionati per la perdita di calcinazione possono venire mantenuti, nell’attuale stato della tecnica e secondo il giudizio della maggior parte dei tecnici del campo dell’economia dei rifiuti, soltanto per mezzo dì procedimenti termici, tra i quali si deve soprattutto citare la combustione dei rifiuti.

E’ noto il fatto che i procedimenti termici sono molto costosi e che i costi del trattamento termico devono essere sommati ai costi dei deposito. Il trattamento termico si dimostra anche un metodo di trattamento poco adatto, poiché le sostanze pesanti non hanno nè un potere calorifico rilevante, nè si deve prevedere una riduzione rilevante del volume.

L’obbligo del trattamento termico di un flusso parziale originato nel trattamento dei depositi di sostanze organiche graverebbe di elevati costi aggiuntivi il procedimento di per sè economico del recupero delle sostanze organiche di scarico mediante un procedimento biologico. Si possono evitare questi costi aggiuntivi se si riesce a separare queste sostanze pesanti dal deposito in sospensione in una condizione tale per cui essi possono venire portati direttamente in un deposito, di preferenza in un deposito della classe I oppure si possono rendere trasportabi li in un deposito con una spesa ridotta.

Lo scopo dell’innovazione è quello di realizzare un idrociclone a fondo piano il quale permetta di separare da una sospensione formata da materiali di scarto, che contengono componenti organici, le sostanze pesanti, in modo tale per cui essi siano ampiamente privi di materiali organici rimasti aderenti, per cui si può rendere ridotta al massimo possibile la quantità del liquido di diluizione o lavaggio in essi impiegato.

In tale caso vengono considerati come "scarti" secondo l ’ innovazione i rifiuti biologici raccolti separatamente o gli scarichi delle attività industriali, però anche gli scarichi particolari e i materiali analoghi ai rifiuti i quali contengono percentuali rilevanti di sostanze organiche.

Il problema viene risolto mediante le proprietà citate nella parte caratterizzan te della rivendicazione 1.

In base all’innovazione viene quindi preparato un idrociclone a fondo piano con un tubo di classificazione disposto centralmente e con una camera per la raccolta dei materiali pesanti separati, con il quale questi materiali pesanti possono venire separati da un deposito in sospensione. Il quale è stato formato da materiali di scarto che contengono componenti organici e possono essere liberati dalle impurezze organiche rimaste aderenti, senza che si debba svuotare l ’ idrociclone .

Mediante la combinazione di un i drociclone a fondo piano con un tubo di classif icazione montato cen t ra lmen te sul fondo, è possibile mantenere ridotta la quantità del liquido di lavaggio necessario per asportare mediante lavaggio le impurezze organiche..

E’ anche possibile collegare ad una camera comune una pluralità di idrocicloni a fondo piano con una pluralità di tubi di classificazione.

La figura 1 mostra una forma di esecuzione dell’innovazione, nella quale i numeri di riferimento significano quanto segue:

(1) idrociclone a fondo piano

(2) condotto di adduzione

(3) letto di sospensione

(4) adduzione superiore

(5) apertura di scarico

(6) tubo di classificazione

(7) cursore superiore

(8) camera

(9) cursore inferiore

(10) adduzione del liquido di lavaggio

(11) classificatore della sabbia

(12) recipiente per le sostanze pesanti .

Per separare materiali pesanti ampiamente inerti dalla sospensione, viene impiegato un idrociclone a fondo piano 1, nella cui parte inferiore si forma un letto di. sospensione 3., nel quale si arricchiscono le sostanze pesanti. Le sostanze pesanti vengono portate mediante lavaggio fino all’apertura di scarico nel letto in sospensione 3 mediante il flusso rivolto verso l'interno in senso radiale sul fondo, e dalla cui apertura di scarico esse vengono svuotate per effetto della forza di gravità. I materiali pesanti cadono nel tubo di classificazione 6 verso il basso e si raccolgono nella camera 8 che chiude a tenuta verso il basso. Essi spingono forte in tal modo il liquido facendolo fuoriuscire dal tubo di classificazione 6 e dalla camera 8, per cui vengono eliminate mediante lavaggio in controcorrente le impurezze organiche rimaste aderenti.

Le sostanze pesanti si raccolgono nella camera 8, la quale viene chiusa per un breve tempo per mezzo del cursore superiore 7 e può venire svuotata mediante l'apertura del cursore inferiore 9, senza che si debba svuotare l idrociclone a fondo piano.

In un'altra vantaggiosa esecuzione del procedimento, le sostanze pesanti possono venire separate mediante paratie, senza che si debba interrompere il funzionamento del l ' idrociclone a fondo piano.

La possibilità di depositare le sostanze pesanti può venire ulteriormente migliorata mediante un classificatore 11 della sabbia, nel quale le sostanze pesanti provenienti dalla camera cadono all’atto dell ’apertura del cursore inferiore 9. Le sostanze pesanti dopo aver diminuito il loro contenuto di acqua vengono scaricate dal classificatore della sabbia 11 in un recipiente di trasporto 12.

L’effetto di pulitura del tubo di classificazione 10 viene ulteriormente incrementato quando mediante il condotto di adduzione un liquido di lavaggio 10 viene spinto a pressione contro la pressione esistente nell "idrociclone e viene scaricato insieme al deposito in sospensione depurato mediante lo scarico superiore 4 dell ’idrociclone a fondo piano. Il liquido di lavaggio viene impiegato di preferenza come acqua sotto forma di acqua corrente, poiché ciò non influenza negativamente un successivo trattamento biologico dei componenti organici della sospensione. In funzione dell 'ulteriore trattamento della sospensione , si possono anche impiegare per :il lavaggio liquidi diversi. Dal momento che il liquido deve venire spinto contro la pressione esistente nell”idrociclone a fondo piano, si può riscontrare come necessario aumentare la pressione del liquido di lavaggio per mezzo di una pompa fino al valore necessario.

L’ idrociclone a fondo piano secondo l’innovazione viene impiegato di preferenza per il trattamento di una sospensione la quale viene ricavata mediante la diluizione degli scarichi biologici raccolti separatamente, degli scarichi organici delle attività industriali, degli scarichi di mercato e simili in un recipiente di diluizione e sotto l’azione di forze idrodinamiche. Anche quando questa sospensione è stata scaricata dal recipiente di diluizione mediante un filtro forato, non si può evitare che la sospensione contenga ancora oltre alle sostanze componenti organiche una certa percentuale di sostanze pesanti.

Un tal genere di sospensione presenta una concentrazione di sostanze solide che dipende dalla natura del materiale di partenza, e che è compresa di solito tra l’8 e il 14%, però può anche essere più alta oppure più bassa in funzione della composizione e della natura del materiale di partenza. Essa d’altra parte è pari almeno al. 5% e si trova notevolmente al di sopra dei valori normalmente impiegati nell’industria della carta. Il limite superiore per la grandezza delle particelle di materiali solidi viene determinato dalla diluizione dei materiali organici di scarto da parte del filtro forato, attraverso il quale viene raccolta la sospensione e si trova di solito in un campo che va da 8 mrn a 10 rnm. Questi valori però non rappresentano una limitazione del campo di impiego per l’idrociclone a fondo piano, bensì si ricavano dal concreto caso di impiego. L’efficacia di depurazione dell ’idrociclone a fondo piano esiste in un campo molto più ampio, il quale si sviluppa da concentrazioni inferiori all’1% fino al limite della possibilità di pompaggio e di scorrimento, nel quale nel deposito in sospensione non è più possibile formare un flusso turbolento. Questo limite in funzione del tipo e della composizione del deposito può essere compreso tra il 15 e il 20%.

L’idrociclone a fondo piano viene in tal caso fatto funzionare di preferenza in modo tale per cui il deposito in sospensione e dopo il processo di diluizione viene pompato in un recipiente dì raccolta, dal quale esso viene addotto all'idrociclone secondo un flusso continuo e il più possibile uniforme. La sospensione depurata può venire nuovamente riportata nel recipiente di raccolta. La sospensione però può anche venire addotta, quando io permette la capacità delle altre fasi del procedimento, in modo diretto e continuo attraverso 1’idrociclone a fondo piano fino a queste fasi del procedimento senza che ciò possa compromettere il funzionamento fondamentale.

L’innovazione rende quindi noto un idrociclone a fondo piano con un tubo di classificazione e con una camera per la raccolta di materiali pesanti, per mezzo della quale da un deposito in sospensione che è stato preparato a partire da materiali di scarto e che contiene componenti organici, le sostanze pesanti vengono separate e con un ridotto impiego di acqua di lavaggio vengono liberate dalle impurezze organiche rimaste aderenti. Le sostanze pesanti possono venire separate mediante paratie senza che sì debba svuotare .l’idrociclone. In un un altra forma di esecuzione, l’idrociclone può anche essere fatto funzionare in modo continuo. Le sostanze pesati separate mediante paratie sono a questo punto inerti, in modo tale da poter venire scaricate in un deposito della classe I. .PA

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. - Idrociclone a fondo piano per separare sostanze pesanti ampiamente inerti da un deposito di sospensione di materiale di scarto contenenti componenti organici, caratterizzato dal fatto che sul fondo del.1<3 >idrociclone a fondo piano (1) è disposto in posizione centrale un tubo di classificazione (6) per liberare le sostanze pesanti separate in controcorrente dalle impurezze organiche rimaste aderenti. 2. - Idrociclone a fondo piano secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto, che esso presenta una camera (8) per la raccolta delle sostanze pesanti. 3. - Idrociclone a fondo piano secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto, che esso presenta un sistema di paratie . 4 . - Idrociclone a fondo pi ano secondo l a rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto, che il sistema di paratie presenta un cursore superiore (7), disposto sulla parte superiore della camera (8), e un cursore inferiore (9), disposto sulla parte inferiore della camera (9). 5. - Idrociclone a fondo piano secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto, che il tubo di classificazione (6) presenta un condotto di adduzione (10) per l'immissione di 1 iquidi. 6. - Idrociclone a fondo piano secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto, che esso presenta un classificatore (11) per la sabbia e il trattamento successivo delle sostanze pesanti separate mediante paratie dalla camera (8). 7. - Idrociclone a fondo piano secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto, che una pluralità di idrocic.loni a fondo piano sono collegati con una pluralità di tubi di classificazione (6) ad una camera comune (8)„ 8. - Idrociclone a fondo piano secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto, che esso viene scelto per una sospensione avente una concentrazione di costanze solide maggiore o uguale al 5 % , mentre le particelle nella sospensione sono in via alternativa minori o uguali di 15 mm