MX2012011228A - Dispositivo perfeccionado de separacion por gravedad que utiliza canales poco espaciados. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo perfeccionado de separación por gravedad hace girar una diversidad de vasijas (2) de sección rectangular alrededor de un eje (1) central accionador. Cada vasija tiene un conjunto de platos (8) poco espaciados posicionados con la vasija entre las regiones externas (6) y las regiones internas (7). Una alimentación de materia fluida mixta densa y menos densa se alimenta a las regiones externas (6) vía una tubería (1a) y conductos (21), a través de los conjuntos (8) de platos y a las regiones internas (7). El rebosamiento de la materia menos densa revierte a las regiones internas (7), y la decantación de la materia más densa revierte a la región externa (6). Las vasijas se pueden fluidizar mediante líquido suministrado a las regiones externas (7) vía el anillo (14A) y los conductos (14).

Description

DISPOSITIVO PERFECCIONADO DE SEPARACIÓN POR GRAVEDAD QUE UTILIZA CANALES POCO ESPACIADOS CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a la separación perfeccionada por gravedad que utiliza canales poco espaciados y que han sido diseñados particularmente, aunque no solamente, para la separación de partículas mixtas más densas y menos densas en un fluido de alimentación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN A lo largo de toda esta memoria descriptiva, y en las reivindicaciones, el término "partículas" se utiliza en un sentido amplio para referirse no sólo a elementos separados de materia sólida sino también a elementos agregados de materia sólida, y a burbujas o gotas separadas o agregadas de material líquido.

La separación por gravedad se refiere a la separación de partículas basada en la densidad, requiriendo con frecuencia la eliminación hidrodinámica de los efectos del tamaño de partículas. Se han desarrollado diversas tecnologías para promocionar la separación por gravedad, pero todas sufren los efectos de la variación del tamaño de partículas dentro de la alimentación. Idealmente, en la separación por gravedad, las partículas de baja densidad se presentan como parte de una corriente de flujo, y las partículas de mayor densidad se presentan como otra corriente de flujo. Sin embargo, en la práctica no se alcanza este resultado ideal. A modo de ejemplo, en un separador de lecho fluidizado, las partículas de mayor densidad por lo general sedimentan más rápido, pero las partículas muy finas de densidad elevada sedimentan lentamente, y se unen a la corriente de menor densidad. Contrariamente, las partículas muy grandes de baja densidad sedimentan rápidamente, y aparecerán junto a las partículas más densas. En un separador de espiral, la separación es más compleja; sin embargo, de nuevo la separación sólo cubre un intervalo limitado de tamaños.

Los procedimientos perfeccionados de separación por gravedad utilizan fuerzas centrífugas para promover la separación de partículas ultrafinas, normalmente hasta 0,010 mm. Estos dispositivos funcionan de acuerdo con los principios de los lechos fluidizados sólidos-líquidos. Por medio de un incremento en la denominada "fuerza g", se alcanzan mayores velocidades de sedimentación y por lo tanto se logran mayores porcentajes de sólidos. Con una mayor "fuerza g", el régimen intermedio de sedimentación cambia a partículas más finas, lo que a su vez reduce la dependencia de la velocidad de sedimentación de las partículas sobre el tamaño de las partículas para aquellas partículas más finas. Por tanto, la fuerza centrífuga suprime los efectos del tamaño de las partículas, promoviendo a su vez la separación por gravedad por debajo de 0,100 mm, y con frecuencia por debajo de 0,01 mm.

La presente invención deriva de un nuevo y potente mecanismo de separación, que utiliza canales inclinados poco espaciados. Con los canales inclinados poco espaciados, el flujo se hace laminar y aumenta la velocidad de cizallamiento, produciendo elevación inercial. Las partículas que sedimentan dentro del régimen de flujo intermedio, con un número de Reynolds de partículas entre alrededor de 1 y 500, se decantan en base a la densidad, sin que el tamaño de las partículas juegue casi ningún papel. Las partículas más grandes de alrededor de 0,100 mm se separan de ese modo en base a la densidad. Para sistemas binarios que implican una diferencia importante de densidad entre las especies de partículas, es posible la separación completa de partículas más grandes de alrededor de 0,040 mm. Este mecanismo ha sido utilizado en un Clasificador Reflux del tipo descrito en la Solicitud de Patente Internacional PTC/AUO0/00058 modificada con los canales inclinados poco espaciados mediante, por ejemplo, una distancia de 1,77 mm. Los canales inclinados tenían 1,00 m de longitud.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Por lo tanto, la presente invención proporciona un dispositivo perfeccionado de separación por gravedad que incluye una o más vasijas que tienen regiones externas e internas, que giran alrededor de un eje central, medios para introducir en las vasijas una alimentación de materia fluida más densa y menos densa mixta y dirigir la alimentación a las regiones externas, un conjunto de platos inclinados poco espaciados posicionados en la o en cada vasija entre las regiones externas e internas de modo que el rebosamiento de la materia menos densa del conjunto revierte a la región interna, y la decantación de la materia más densa revierte a la región externa, y medios para retirar la decantación y el rebosamiento del dispositivo.

Preferiblemente, los platos inclinados poco espaciados están separados por espaciamientos de menos de 6 mm.

Más preferiblemente, los espaciamientos son menores de 2 mm.

Preferiblemente, la materia fluida comprende una mezcla de partículas menos densas y más densas en un líquido, y en la que las partículas menos densas revierten a la región interna, y las partículas más densas revierten a la región externa .

Alternativamente, la materia fluida comprende partículas en un liquido, y en el que una corriente diluida de liquido sustancialmente libre de partículas revierte a la región interna, y una corriente concentrada que contiene una fracción elevada de partículas revierte a la región externa.

Nuevamente de forma alternativa, la materia fluida comprende partículas de densidad similar en un líquido, y en la que el líquido y las partículas más finas revierten a la región interna, y una corriente concentrada que contiene una fracción elevada de partículas más gruesas revierte a la región externa.

Preferiblemente, cada conjunto de platos inclinados poco espaciados está posicionado dentro de una caja sustancialmente rectangular que tiene un extremo externo abierto hacia la región externa y un extremo interno abierto hacia la región interna.

Preferiblemente, cada caja rectangular se extiende en una dirección sustancialmente radial desde el eje central como los rayos de una rueda.

Preferiblemente, un fluido de fluidización se introduce en la periferia de la región externa, haciendo que se forme un lecho fluidizado en esta región.

Preferiblemente, la decantación se retira abriendo periódicamente una o más válvulas en la región externa.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS No obstante cualesquiera otras formas que puedan estar dentro de su alcance, ahora se describirá a modo de ejemplo solamente una forma preferida de la invención con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que: la Fig. 1 es un alzado en sección transversal de un dispositivo perfeccionado de separación por gravedad de acuerdo con la invención, y la Fig. 2 es una vista en planta en sección transversal esquemática del dispositivo mostrado en la Fig. 1.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES PREFERIDAS DE LA INVENCIÓN El dispositivo perfeccionado de separación por gravedad de acuerdo con la invención comprende un eje 1 central de accionamiento dispuesto para ser accionado a una velocidad apropiada por un medio de accionamiento, que incluye normalmente un motor eléctrico (no mostrado) . El eje 1 central se orienta preferiblemente en sentido vertical según se muestra en la Fig. 1, pero podría ser horizontal o inclinado en otras aplicaciones.

Como se puede observar claramente en la Fig. 2, una estructura Ib de sección octogonal giratoria se une al eje 1 central y a su vez soporta ocho brazos le radiales que se extienden hacia fuera desde las caras respectivas de la estructura Ib de sección octogonal.

Se proporcionan ocho vasijas 2 de sección rectangular, una montada por debajo de cada uno de los ocho brazos le radiales, a fin de que sean capaces de girar por medio del eje 1 central como los rayos de una rueda. Cada vasija 2 tiene una pared 3 exterior posterior con inclinación, una pared 4 superior plana, una pared 5 inferior, y dos paredes 11 laterales. Cada vasija tiene una región externa 6 y una región interna 7.

Extendiéndose entre la región externa 6 y la región interna 7 en cada vasija 2 se encuentra un conjunto de píaos 8 inclinados paralelos poco espaciados, posicionados en la vasija, de tal forma que los bordes externos 9 de los platos estén en comunicación con la región externa 6, y los bordes internos 10 con la región interna 7.

Los platos 8 inclinados paralelos poco espaciados se encuentran espaciados entre si mediante canales que tienen típicamente menos de 2 mm de altura. Un ejemplo típico del espaciamiento de los platos es 1,77 mm según se ha hecho referencia en nuestra Solicitud de Patente Internacional PCT/AU00/00058, en la que los canales inclinados tenían 1,00 m de longitud.

Sin embargo, la expresión "poco espaciados" está relacionado con el tamaño total del conjunto de platos, y también variará con el tamaño de las partículas que van a ser tratadas. Por lo general, el espaciamiento de los platos pudiera ser tan grande como 6 mm y todavía daría como resultado cierto funcionamiento mejorado, pero idealmente es menor de 2 mm y pudiera ser 0,05 mm, o incluso menos en algunas situaciones.

Aunque los conjuntos de platos inclinados poco espaciados se han descrito como montados en cajas rectangulares, será evidente que existen otras muchas formas de montar estos conjuntos. En una forma de la invención, los canales inclinados entre los platos 8 pudieran estar formados por capas de porciones de conos en un anillo continuo que se extiende entre la región interna 7 y la región externa 6. Sin embargo, se prefiere utilizar los conjuntos de platos rectangulares montados en cajas rectangulares, ya que esto es más sencillo y más barato de fabricar y se pueden producir flujos más controlados dentro del dispositivo.

El dispositivo perfeccionado de separación por gravedad está provisto adicionalmente de medios de fluidización que pueden adoptar, por ejemplo, la forma de una alimentación fluida vía ocho conductos 14 desde un anillo 14A de suministro, formando una zona 15 de fluidización. El fluido de fluidización, tal como agua, se introduce a presión en la zona 15 de fluidización, desde donde se introduce en la región externa 6.

La región externa 6 está provista adicionalmente de una diversidad de válvulas 16 de salidas que se pueden abrir varias veces para retirar el material de decantación procedente de la región externa 6. Este material se puede retirar al interior de una cuba 17 formada por debajo de las válvulas 16 de salida y que se extiende hacia adentro de una cubierta 18 que rodea el conjunto giratorio.

En funcionamiento, se introduce a presión una alimentación de partículas más densas y menos densas mixtas en un líquido a un tubo la central hueco, y entonces se emite a través de ocho conductos 21 y salidas 22 a las regiones externas 6, en las que las partículas mixtas se pueden fluidizar en las zonas 15 de fluidización . Este lecho fluidizado de partículas se desplaza entonces hacia dentro a través de los canales poco espaciados entre los platos 8 inclinados contra el campo gravitatorio perfeccionado originado por la rotación del montaje alrededor del eje 1 central.

Las partículas menos densas revierten hacia el rebosamiento en las regiones internas 7, desde las cuales rebosan a un lavadero 23 según se muestra por la flecha 24, y a través de la salida 25, en la que se pueden descargar a la cubierta 18 según se muestra por la flecha 26, y por tanto hacia las salidas 27.

Las partículas más densas revierten hacia las regiones externas 6, en las que son retiradas periódicamente a la cuba 17 por medio de la apertura de las válvulas 16.

La presente invención combina los beneficios de un campo de fuerza centrífuga con el poderoso mecanismo de separación que se origina en los canales inclinados poco espaciados. Un sistema de rotación produce una "fuerza g" elevada en la dirección radial hacia fuera. Las cajas de canales paralelos están situadas dentro del sistema. Los canales inclinados están ligeramente ladeados con respecto a la dirección radial de la fuerza centrífuga, como se muestra en la Fig. 1. Al producir una fuerza centrífuga elevada (por ejemplo) de 100 g, una partícula de 0,010 mm podría sedimentar tan rápido como una partícula de 0,100 mm que sedimenta bajo gravedad. El campo centrífugo, en combinación con canales inclinados poco espaciados, promueve una poderosa separación basada en la densidad para partículas mayores de alrededor de 0,010 mm. Cuando exista una diferencia importante de densidad entre diferentes especies de partículas, la separación basada en la densidad debería aplicarse a partículas mayores de alrededor de 0,002 mm. El campo centrífugo, en combinación con los canales inclinados poco espaciados, también produce una considerable ventaja en el rendimiento, permitiendo grandes cargas hidráulicas.

Aunque la invención se ha descrito en una aplicación particular para la separación de partículas más densas y menos densas mixtas en una alimentación fluida, se apreciaría que también puede ser utilizada como un procedimiento de separación sólido-líquido en el que el objetivo es producir una corriente de líquido diluida sustancialmente libre de sólidos y también una corriente más concentrada que contiene una fracción elevada de los sólidos (partículas). La corriente diluida fluye hacia dentro en la dirección radial, al tiempo que los sólidos se mueven predominantemente de forma radial hacia fuera en el aparato. En una aplicación adicional, el dispositivo se puede utilizar para separar partículas más gruesas y más finas, predominantemente de densidad similar. Las partículas más finas se mueven entonces hacia la región interna, al tiempo que las partículas más gruesas sedimentan radialmente hacia fuera en el aparato. Estos son usos adicionales del aparato con respecto a la aplicación principal de la separación de partículas sobre la base de la densidad.

Se apreciará por los expertos en la técnica de los separadores centrífugos que existen muchas formas de suministrar la alimentación, fluidizar el sistema, y retirar la decantación y el rebosamiento. Lo importante aquí es la inclusión de una ruta que consiste en canales inclinados, paralelos. La suspensión del rebosamiento se fuerza a través de estos canales con el fin de promover una separación más fuerte basada en la densidad, y una mayor capacidad hidráulica .

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo perfeccionado de separación por gravedad que incluye una o más vasijas que tienen regiones externas e internas, que giran alrededor de un eje central, medios para introducir en las vasijas una alimentación de materia fluida más densa y menos densa mixta y dirigir la alimentación a las regiones externas, un conjunto de platos inclinados poco espaciados posicionados en cada vasija entre las regiones externas e internas de modo que el rebosamiento de la materia menos densa del conjunto revierte a la región interna, y la decantación de la materia más densa revierte a la región externa, y medios para retirar la decantación y el rebosamiento del dispositivo.

2. Un dispositivo según la reivindicación 1, en el que los platos inclinados poco espaciados se encuentran separados por espaciamientos menores de 6 mm.

3. Un dispositivo según la reivindicación 2, en el que los espaciamientos son menores de 2 mm.

4. Un dispositivo según la reivindicación 1, en el que la materia fluida comprende una mezcla de partículas más densas y menos densas en un liquido, y en el que las partículas menos densas revierten a la región interna y las partículas más densas revierten a la región externa.

5. Un dispositivo según la reivindicación 1, en el que la materia fluida comprende partículas en un líquido, y en el que una corriente diluida de líquido substancialmente libre de partículas revierte a la región interna, y una corriente concentrada que contiene una fracción elevada de partículas revierte a la región externa.

6. Un dispositivo según la reivindicación 1, en el que la materia fluida comprende partículas de densidad similar en un líquido, y en el que el líquido que contiene las partículas más finas revierte a la región interna, y una corriente concentrada que contiene una fracción elevada de partículas más gruesas revierte a la región externa.

7. Un dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada conjunto de platos inclinados poco espaciados se encuentra situado en una caja sustancxalmente rectangular que tiene un extremo externo abierto a la región externa y un extremo interno abierto a la región interna.

8. Un dispositivo según la reivindicación 7, en el que cada caja rectangular se extiende en una dirección sustancialmente radial desde el eje central como los rayos de una rueda.

9. Un dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que un fluido de fluidización se introduce en la periferia de la región externa, haciendo que se forme un lecho fluidizado en esta región.

10. Un dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la decantación se retira mediante la apertura periódica de una o más de válvulas en la región externa.

11. Un dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el rebosamiento se retira via un canal rebosadero que recibe el flujo procedente de la región interna.