DISPOSITIVO DE FILTRACIÓN DE PRESIÓN Y MÉTODO QUE EMPLEA UNA
CÁMARA DE DESPRESURIZACION Y TRANSPORTE DE MATERIAL
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esca invención se refiere a un dispositivo de filtración y un método asociado para separar una suspensión en fases sólidas y líquidas. Más particularmente, esta invención se refiere a un dispositivo de filtración a presión y un método asociado para separar continuamente material en fase sólida a partir de una suspensión y despresurizar rápidamente el material. En la producción y procesamiento de químicos es frecuentemente necesario separar un material sólido de una suspensión. Por ejemplo, las suspensiones se producen en reactores químicos y unidades de precipitación. El material sólido se separa típicamente a partir de la suspensión por filtración o separación centrífuga. Los métodos de filtración adecuados incluyen filtración por gravitación, asistida por vacío y a presión. Por ejemplo, en la producción de ácido tereftálico purificado, los cristales de ácido tereftálico se separan convencionalmente a partir de una suspensión usando una unidad de filtración al vacío giratorio. La unidad de filtración tiene un filtro tambor cilindrico montado giratoriamente dentro de un alojamiento. Conforme se alimenta la suspensión dentro del alojamiento de la unidad de filtración, se crea un diferencial de presión dentro del filtro para mover la porción líquida de la suspensión a través del medio de filtro. Los cristales se depositan en una capa sobre la superficie cilindrica externa del tambor. • Después de la separación del material solido de la 5 suspensión, el material sólido se elimina del medio de filtro, típicamente como una torta de material en fase sólida, antes del deshecho o procesamiento subsecuente. En algunas aplicaciones, un chorro de gas presurizado elimina el material sólido del medio de filtro y empuja el material a
10 una salida de descarga. En donde se usa filtración a presión,
TW algunos procesos pueden requerir que el material sólido se descargue a presión inferior (tal como condiciones atmosféricas) para procesamiento corriente abajo. Para operaciones de procesamiento continuo, también puede ser
15 deseado que el diferencial de presión en la unidad de filtración no se interrumpa significativamenre . La Patente Norteamericana No. 5,093,001 describe una unidad de filtración presurizada que tiene un par de
• válvulas en la salida para proporcionar la descarga del
20 material. Esta patente se incorpora para referencia en la presente. La configuración, sin embargo, no es suficiente para resolver el problema de control de presión y mantener un alto nivel de producción de material a través de la unidad de filtración. Las Patentes Norteamericanas Nos. 5,589,079 y
25 5,470,473 describen un par de unidades de válvula y tolvas que proporcionan el procesamiento por Lcte del material sondo a partir de una unidad de filtración presurizada. Estas patentes se incorporan para referencia en la presente.
• Cada unidad de válvula puede teñe: un miembro de válvula en 5 forma de domo. En la operación, el material solido se descarga de la unidad de filtración dentrc ae una primera tolva. Una unidad de válvula unida a la pr__mera tolva sella la tolva mientras que la presión se iguala enere la primera tolva y la segunda tolva. Esa presión es intermedia en la
10 presión inicial y la presión inferior final. Después de que
• la presión se iguala entre las tolvas, el m.tepal sólido se transfiere cespués a la segunda tolva. La segunda tolva se despresuriza hasta la presión inferior final, y después el material solido se descarga a un recipiente de almacenamiento
15 o transportador. Mientras que el aparato aescrito y método son superiores a los dispositivos y métodos anteriores, ese aparato y método se limitan al procesamiento por lote del material solido. Los requerimientos de procesamiento en forma de lote, en multi-etapa crean un cuello de botella que impide
20 la producción continua a alta velocidad de material. Las unidades de válvula y el equipo de igualación de presión también requiere frecuente mantenimiento para mantener ese equipo trabajando eficientemente. Así ccmo existe una necesidad de una unidad de filtración a presión que
25 proporcione el procesamiento continuo de marerial sólido. En
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particular, existe una necesidad de un aparato de filtración a presión que proporcione el procesamiento ontinuo de la suspensión descomprimiendo rápidamente el ".-iteri.- en fase
• solida separado de la suspensión manteniendo a la vez la 5 diferencia de presión entre la unidad de filtración y el equipo corriente abajo. Un ensamble para recuperar continuamente el material en fase sólida de una suspensión comprende, de acuerdo con la presente invención, una unidad de filtración
10 presurizada que incluye un recipiente que tiene un medio de
• filtro para separar el material en fase sólida de la suspensión. La unidad de filtración tiene una entrada de suspensión y, opcionalmente, una fuente de gas inerte. Una salida de líquido descarga el material en fase líquida de la
15 unidad. El gas también puede descargarse a través de la salida de líquidos, dependiendo del diseño de la unidad de filtración. Una salida de sólidos descarga material en fase sólida de la unidad de filtración. La unidad de filtración puede incluir opcionalmente un aparato de lavado para
20 dispersar un fluido o licor de lavado sobre una torta de material que se deposita sobre el medio de filtro. El fluido de lavado desplaza otros líquidos y/o impurezas en la torta. Un transporte de material mueve continuamenre el material en fase sólida de la salida de sólidos de la unidad
25 de filtración a una cámara de despresurizac ón . La cámara de
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despresur ación tiene una presión inferior que --a unidad de filtración para facilitar "el procesamiento subsecuente del material. Conforme el material en fase sólida se transporta dentro de la cámara de despresupzación, el material se despresuriza directamente y rápidamente a la presión inferior de esa cámara. Ventajosamente, la despresuri zación rápida puede causar "evaporación instantánea" del material en fase sólida que elimina líquido residual, gas y substancias volátiles de ese material. La cámara de despresupzación y¡¿ 10 puede incluir adicionalmente una o más salidas para liberar el vapor, gas y/o substancias volátiles ae la cámara. La cámara de despresurización puede contener un gas inerte para estabilizar el material en fase sólida reactivo o de otra forma inestable. Cualquier transporte puede eliminar el
15 material en fase sólida de la cámara para el procesamiento subsecuente, tal como secado. El transporte material incluye generalmente una entrada para recibir material en fase sólida de la salida de sólidos de la unidad de filtración. Ese material se descarga
20 bajo presión dentro de la entrada de transporte del material. Es una característica de la presente invención que el transporte de material mantiene la diferencia de presión entre la unidad de filtración y el recipiente de despresurización . El material en fase sólida se transporta a
25 una salida en donde se descarga dentro de la cámara de
despresurización . El material se despresuriza rápidamente conforme se expone a la presión inferior de ia cámara de d spresuriza ción. En otro aspecto, se proporciona un sistema de una o 5 más unidades de filtración, unidades de despresurización y transportes de material. Tal sistema puede incluir adicionalrente uno o más reactores químicos o precipitadores que proporcionan una fuente de suspensión a las unidades de filtración. Uno o más transportadores corriente abajo y/o
10 secadores pueden auxiliar en el procesamiento adicional del
• material en fase sólida. El transportador puede ser un transportador de tornillo u otro tipo de transporte. De acuerdo con otro aspecto, un método para separar material en fase sólida de una suspensión incluye los pasos
15 de (a) proporcionar una unidad de filtración que tiene un recipiente mantenido a una primera presión y que tiene un medio de filtro, (b) introducir una suspensión al recipiente, (c) separar la suspensión dentro de un material en fase
• sólida y un material en fase líquida, (d) transportar
20 continuamente el material en fase sólida a una cámara de despresurización manteniendo a la vez la diferencia de presión entre la unidad de filtración y la cámara, y (e) despresurizar rápidamente el material en fase sólida conforme entra a la cámara de despresurización. El material en fase
25 sólida se mantiene sustancialmente a la primera presión hasta
que entra a la cámara de despresurización, aunque una cantidad menor de fuga de presión controlada durante el transporte del material en fase sólida puede permitirse.
• Etapas adicionales incluyen (f) proporcionar la suspensión de 5 un reactor químico; y (g) transportar el material en fase sólida despresurizado a un secador. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La FIGURA 1 es una vista lateral de una unidad de filtración presurizada con porciones de la pared del
10 recipiente cortadas; • La FIGURA 2 es un diagrama de flujo de una modalidad de un sistema de filtración presurizado; y Refiriéndose a la Figura 1, existe indicado generalmente un ensamble para separar material en fase sólida
15 de una suspensión 5. El ensamble incluye una unidad 10 de filtración con una salida 12 de sólidos para descargar material en fase sólida separado de la suspensión por la unidad 10 de filtración. Una salida 11 de líquidos proporciona la descarga de material en fase líquida y,
20 opcionalmente, material gaseoso. Un transporte 15 de material se conecta a la unidad 10 de filtración en la salida 12 de sólidos. Opcionalmente, la unidad 10 de filtración y el transporte L5 del material pueden interccnectarse por un adaptador 14. Tal adaptador 14 es particularmente útil para
25 retroajustar las unidades de filtración. El transporte 15 de
material se conecta en su lado de corriente abajo a una cámara 20 de despresurización. La o -.man -!0 tiene preferiblemente una o más salidas 25 para la descarga de vapor, gas y/o sustancias volátiles (generalmente "vapor") de 5 la cámara 20. La cámara 20 puede conectarse adicionalmente a un transportador y/o secador (no mostrado) para procesamiento adicional del material en fase sólida. La unidad 10 de filtración incluye un recipiente 13 para contener la suspensión 5 y el medio 8 de filtro. La
10 unidad 10 de filtración puede ser cualquier dispositivo para
• separar la suspensión 5 en materiales de fase sólida y fase líquida. Debido a que la unidad 10 de filtración se presuriza, es ventajosamente cilindrica o esférica, aunque son posibles otras configuraciones. Por ejemplo, la unidad 10
15 de filtración puede ser una unidad de filtración de tambor giratorio presurizada como se describe en las Patentes Norteamericanas Nos. 5,589,079; 5,470,473 y 2,352,303, las descripciones de las cuales se incorporan para referencia en
• la presente. La suspensión 5 se proporciona a la unidad 10 de
20 filtración de una fuente adecuada, tal como, por ejemplo, un reactor químico o una unidad de precipitación (no mostrado) . La suspensión 5 se alimenta dentro de la unidad 10 de filtración a través de una entrada 3. La entrada 3 puede ubicarse y estructurarse para introducir la suspensión 5
25 dentro de la unidad 10 conforme al diseño y función de la
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uniaad de filtración particular, que es b -en conocida por aquellos expertos en la técnica. Otras unidades de filtración presurizadas , tales como unidaaes ele filtre ele disco presurizadas también son adecuadas para uso en ía presente 5 invención. La unidad 10 de filtración se presuriza para facilitar la separación de la suspensión 5 en el material de fase sólida y el material en fase líquida por el medio 8 de filtro. La unidad 10 de filtración se presuriza conforme al
10 diseño de esa unidad. Por ejemplo, refiriéndose a la Figura
• 1, la unidad 10 de filtración se presuriza ele una fuente 30 de gas presupzado, tal como un gas inerte. Otros métodos para presur zar la unidad 10 de filtración son posibles, tales como introducir una suspensión presupzada dentro de la
15 unidad 10. El medio 8 de filtro separa la suspensión en material de fase líquida y de fase sólida. El medio 8 de filtro se selecciona conforme a la suspensión que se separa.
• Por ejemplo, el medio 8 de filtro puede ser una capa de fibra
20 de tejido o acero inoxidable proporcionado a lo largo de la superficie externa de un tambor de acero. Para algunas aplicaciones, el medio de filtro es preferiblemente capaz de soportar temperatura elevada así como presión elevada. Como se usa en la presente, "material en fase líquida" significa
25 líquido separado de la suspensión, aunque el líquido puede
contener algún material sólido suspendido. El término "material en rase sólida" significa el matep-.l que se separa de la suspensión por el medio 8 de filtro, tai como una
• "torta" que se deposita sobre el meaio de filtro. El material 5 en fase solida también puede contener líquido sustancial, tal como, por ejemplo, líquido que no se separa del material en fase sólida y/o fluido de lavado. La temperatura del material en fase sólida puede ser mayor que el punto de ebullición atmosférico del líquido contenido en ese material. Para tal
10 material caliente, cuando el material se descomprime
• rápidamente, o evapora instantáneamente, el líquido vaporiza rápidamente conforme se disminuye la presión, o la presión y temperatura. Por ejemplo, cuando un material en fase sólida presurizado, que contiene agua y tiene una temperatura mayor
15 de 100°C (212°F), se despresuriza rápidamente a presión atmosférica, el agua en el material vaporizará rápidamente para formar vapor. Otro material en fase sólida que contiene líquido, calentado, presurizado, puede procesarse usando este equipo . 20 La unidad 10 de filtración puede incluir opcionalmente un aparato 7 de lavado para dispersar un fluido o licor de lavado sobre una torta que se deposita sobre el medio 8 de filtro durante el proceso de filtración. El fluido de lavado puede expelerse bajo presión a través del material
25 en fase sólida o torta, y dentro del filtro. El fluido de lavado puede desplazar Humedad residual en La torta, eLirninar impurezas en la torta y/o desplazar el Líqui-do en la torta con el fluido de lavado. Por ejemplo, el luido de Lavado
• puede ser agua que se usa para desplazar acido acético de 5 cristales de ácido tereftálico antes de que eL material se descargue de la salida 12 de sólidos. Un aparato del lavado adecuado puede incluir, por ejemplo, recipiente de expansión de hervidores 13 que expele el líquido de lavado dentro de la torta. Otros fluidos y aparatos de lavado son posibles. 10 El material en fase sólida puede descargarse del
• medio de filtro por cualquier mecanismo adecuado, camo se apreciará por aquellos expertos en la técnica. Por ejemplo, un chorro de gas presurizado del interior del filtro cilindrico giratorio puede empujar una torta depositada desde
15 la superficie externa del medio de filtro y dentro de la salida 12 de sólidos. Similarmente, la torta puede eliminarse mecánicamente del medio 8 de filtro por un raspador o dispositivo similar (no mostrado) . Otros aparatos para descargar material en fase sólida de la unidad de filtración
20 son posibles y dentro del alcance de la presente invención. El transporte 15 de material tiene una entrada 16 para recibir material en fase sólida de la salida 12 de sólidos de la unidad 10 de filtración. Debido a que la entrada L6 está en comunicación con la unidad 10 de
25 filtración, la entrada se presuriza . El transporte 15 de
á-.....-»._.-._.- I. _-_..-, . 1.1- uA-----.-. i. --*' •--a-- . ~ -? t-t-i material 15 mueve el material en fase sólida a una salida 18. El movimiento de material en fase sólida es preferiblemente continuo tal que el material se mueve de la entrada hasta la salida sin descompresión o igualación de presión en forma de 5 paso entre la unidad 10 de filtración y la cámara 20 de despresupzación . El transporte 15 de material mantiene la diferencia de presión entre la unidad 10 de filtración y la cámara 20 de despresurización, mientras que el material en fase sólida se mueve continuamente a través del aparato. Por 10 ejemplo, como se ilustra en la Figura 1, el transporte 15 de • material puede ser una válvula giratoria. Esa válvula tiene una pluralidad de aspas 19 giratoriamente montadas. Conforme el material en fase sólida se deposita entre las aspas se mueve a la salida 18. Las aspas 19 ajustan de preferencia en 15 forma sellada con las superficies 17 internas de la válvula giratoria para mantener la diferencia de presión entre la unidad 10 de filtración y la cámara 20 de despresurización. Las aspas 19 también pueden permitir el paso de una cantidad • menor de fuga controlada de presión en esas aspas, tal que la 20 torta sobre el medio 8 de filtro no se desplace y que la diferencia de presión se mantenga entre la unidad 10 de filtración y la cámara 20 de despresurización . Otros transportes 15 de material son posibles. El transporte 15 de material se opera por cualquier 25 mecanismo adecuado. Por ejemplo, refiriéndose a la Figurar 1,
._.--;.&-£.-_ t- . ,1.1 . „ _«. . ' ..... - >-<_>>i_sÍ?__ ei transporte 15 de material se opera por el impulso 40 que lleva ensamble y eje de transmisión 41. El impulso 40 puede ser, por ejemplo, un motor eléctrico o máquina cié combustión ^ u otro dispositivo para proporcionar potencia mecánica al 5 transporte 15 de material. La cámara 20 de despresupzación tiene una entrada 22 de sólidos para recibir el material en fase sólida transportada de la unidad 10 de filtración. Las paredes 24 laterales contienen el material en fase sólida conforme 10 entra, o se expone a, la presión inferior en la cámara 20 de • despresurización . La presión inferior de la cámara 20 es de preferencia la presión atmosférica, aunque pueden usarse presiones superiores e inferiores en la cámara 20. La cámara 20 de despresurización tiene al menos una salida 25 para 15 descargar el vapor que se forma durante la exposición del material en fase sólida a la presión inferior en esa cámara. Una salida 25 puede ventearse a la atmósfera o conectarse a un sistema de almacenamiento y/o recuperación (no mostrado) . • Tal sistema puede auxiliar en la limpieza y recuperación de 20 los gases o líquidos vaporizados que se liberan del tanque 20 de despresurización. La cámara 20 de despresurización puede, opcionalmente, contener un gas, tal como un gas inerte, para limitar la reactividad del material en fase sólida y/o 25 mantear el proceso para prevenir la ignición. Por ejemplo,
i.t--. ->l--i^ i. __«, . - _ ,„.Ja_a___áÉ- refiriéndose a la Figurar 1, la cañara 20 de despresur ización se conecta a una fuente 30 de un gas inerte, tal como nitrógeno, argón, helio o dióxiao de carbono. Como se apreciará por aquéllos con experiencia en la técnica, el gas 5 se selecciona conforme a la reactividad del material en fase sólida . En otro aspecto, se proporciona un sistema de filtración de suspensión. Una o más unidades 10 de filtración pueden conectarse a uno o más transportes L5 de material y 10 una o más cámaras 20 de despresurización. Refiriéndose a la • Figurar 2, se representa un ejemplo de tal sistema. Una fuente 1 proporciona la suspensión 5 a las unidades 10 de filtración. La fuente 1 puede incluir un reactor químico, unidad de precipitación, unidad de extracción, procesador de 15 desecho, u otra fuente adecuada de una suspensión que contenga materiales en fase sólida y líquida. Cada unidad 10 de filtración se conecta a un transporte 15 de material. Los transportes 15 de material mueven el material en fase sólida • a una cámara 20 de despresurización común, aunque también 20 podrían usarse cámaras 20 de despresurización múltiple. El material en fase sólida se transporta de la cámara 20 de despresurización por medio de un transportador 50 (tal como un transportador de tornillo u otro mecanismo adaptado para transportar ese material) a un secador u otro equipo 60 de 25 procesamiento de material en fase sólida. El transportador 50
- roM---i_ y equipo 60 se adaptan preferiblemente para transporte y procesamiento continuo. La velocidad de operacicn del transportador 50 puede ajustarse aurante el use) de acuerdo
• con la velocidad de alimentación de la suspensión y la 5 velocidad de salida del material en fas 2 sólida. Otras configuraciones del sistema son posibles. De acuerdo con otro aspecto, se proporciona un método para separar material en fase sólida de una suspensión. El método incluye proporcionar una unidad 10 de
10 filtración cue tiene un recipiente 13. El recipiente 13 se
# mantiene a una primera presión. El recipiente contiene un medio 8 de filtro. Una suspensión 5 se introduce dentro del recipiente 13 a través de una entrada 3. La suspensión 5 puede proporcionarse de una fuente 1 adecuada, tal como un
15 reactor químico, sedimentador, unidaa de extracción, procesador de deshecho, u otro suministro adecuado de una suspensión que contiene materiales en fase sólida y liquida. La suspensión 5 se separa en un material de fase sólida y un f material en fase líquida usando el medio 8 de filtro.
20 Opcionalmente, el material en fase sólida puede lavarse. El material en fase sólida se transporta después a una cámara de despresurización manteniendo a la vez la diferencia de presión entre la unidad de filtración y esa cámara. El material en fase sólida se mueve de preferencia continuamente
25 o se transfiere de la unidad 10 de filtración a la cámara 20
.-..-. -_..- -&-_-%_-....? 1... . . _-___-..-_----.
le clespresu rización para proporcionar la filtración y procesamiento continuo del material er. tase sólida.
' Ventajosamente, el material en fase sólida se despresuriza directamente y rápidamente conforme entra a la cámara de 5 despresurización, sin la necesidad de equipo para igualar presión que se requiere en otros métodos. El material en fase sólida se mantiene de preferencia a sustancialmente la primera presión conforme entra a la cámara de despresurización. Alternativamente, el material en fase
10 sólida puede despresurizarse parcialmente mientras que se transporta de la unidad de filtración a la cámara. El material en fase sólida despresurizado se transporta de la cámara de despresurización, por cualquier aparato de transporte adecuado. Pasos subsecuentes pueden incluir secado
15 del material en fase sólida y/o proporcionar el material a otro equipo para procesamiento adicional o deshecho. Aunque la invención se ha descrito en términos de modalidades y aplicaciones particulares, alguien con experiencia común en la técnica, a la luz de esta enseñanza
20 puede generar modalidades y modificaciones adicionales sin apartarse del espíritu de o exceder el alcance de la invención reclamada. En consecuencia, debe entenderse que los dibujos y descripciones en la presente se proponen a manera de ejemplo para facilitar la comprensión de la invención y no
25 debe interpretarse que limite el alcance de la misma.
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