Aparato y procedimiento para extraer elementos gaseosos, líquidos y/o sólidos de un medio gaseoso y concentrarlos en un medio líquido.

Aparato (10) para extraer elementos gaseosos, líquidos y/o sólidos de un medio gaseoso y concentrarlos en un medio líquido, por nebulización de ese medio líquido mediante el medio gaseoso y condensación de las gotitas de medio líquido que forman la neblina producida por esta nebulización, comprendiendo dicho aparato:

- un primer recinto

(20, 120) para la nebulización y para la condensación de las gotitas por coalescencia sobre una superficie mojada, presentando este primer recinto una parte superior (24, 123) y una parte inferior (21, 121) destinada a contener el medio líquido, y que está provisto de un conducto de admisión del medio gaseoso (35), de medios (31, 33, 131, 133) para nebulizar el medio líquido y de un primer conducto de descarga del medio gaseoso (45);

- medios de aplicación de subpresión o de sobrepresión (60) al interior del primer recinto, para permitir que el medio gaseoso penetre en este primer recinto, circule por él y sea descargado del mismo, en un flujo continuo;

y caracterizándose porque además comprende:

- al menos un segundo recinto (40) para la condensación de las gotitas por contacto con una superficie fría, estando unido este segundo recinto al conducto de descarga del medio gaseoso (45) del primer recinto y estando provisto de un segundo conducto de descarga del medio gaseoso (50); y

- medios (52) para refrigerar este segundo recinto.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2004/050408.

Solicitante: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: BATIMENT D "LE PONANT" 25, RUE LEBLANC 75015 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: CHARRUE, PIERRE, DELMAS,ROGER, CAVALIN,GOULVEN, THEVENOT,GILLES.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda... > Separación de gases o de vapores; Recuperación... > B01D53/18 (Unidades de absorción; Distribuidores de líquidos (B01D 3/16, B01D 3/26, B01D 3/30   tienen prioridad))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda... > Separación de partículas dispersas en el aire,... > B01D47/06 (Limpieza por pulverización)

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Fragmento de la descripción:

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DESCRIPCIÓN

Aparato y procedimiento para extraer elementos gaseosos, líquidos y/o sólidos de un medio gaseoso y concentrarlos en un medio líquido 5

Campo técnico

La invención se refiere a un aparato, así como a un procedimiento, que permite extraer elementos susceptibles de hallarse presentes en un medio gaseoso y concentrarlos en un medio líquido, y todo ello con independencia de que 10 los elementos sean gaseosos, líquidos o sólidos, de naturaleza química o biológica y de que sean o no solubles en agua.

Por lo tanto, este aparato y este procedimiento son susceptibles de encontrar aplicación en todos los campos en los que se desea detectar o determinar elementos susceptibles de hallarse presentes, en forma gaseosa, líquida o 15 sólida, en un entorno gaseoso, tales como gases de combustión (CO, CO2, SO2, NOx, etc.) , compuestos orgánicos volátiles (COV: hexano, heptano y otros alcanos; benceno, tolueno, xilenos y otros compuestos aromáticos ligeros; acetona, monoetilcetona y otras cetonas; formaldehído, acetaldehído y otros aldehídos; percloroetileno, tricloroetileno y otros carburos clorados; clorofluorocarbonos, etc.) , hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP: benzo (a) pireno, coroneno, naftaleno, etc.) , metales pesados (plomo, mercurio, arsénico, etc.) , contaminantes radiactivos, como también contaminantes biológicos (microorganismos, polen) .

Concretamente, estos son susceptibles de ser utilizados para el control y la monitorización de la contaminación atmosférica y de la calidad de ambientes más o menos confinados, tanto en ámbito industrial, por ejemplo para comprobar el estado sanitario de cadenas de producción y de las emisiones ligadas a esa producción, como en el ámbito de colectividades (hospitales, centros escolares, salas de deporte o de espectáculos, â?) o incluso de particulares (edificios de oficinas o de viviendas) .

Estado de la técnica anterior

Para analizar los elementos presentes en un medio gaseoso, y en particular los contaminantes atmosféricos, hasta la fecha se han propuesto abundantes aparatos que se pueden clasificar esquemáticamente en dos categorías.

Están, en efecto, los aparatos que permiten efectuar un análisis en tiempo real y que son utilizados como sistemas de aviso, por ejemplo en el contexto de una monitorización continua de la contaminación atmosférica.

Estos aparatos generalmente utilizan técnicas de análisis basadas en una propiedad física de los elementos que se habrán de analizar, como el índice de refracción, la conductividad térmica o la absorbancia infrarroja. Por lo tanto, no están calibrados más que para una sola familia de elementos, e incluso para un sólo elemento, por lo que tan sólo brindan un análisis limitado a esa sola familia o a ese sólo elemento.

Por otra parte, están los aparatos que permiten extraer del medio gaseoso los elementos que se encuentran en él y concentrarlos, realizándose secundariamente la identificación y la determinación de esos elementos, bien sea mediante un sistema de análisis (cromatógrafo, por ejemplo) acoplado al aparato de extracción-concentración, bien sea en un laboratorio. Así, son conocidos en particular:

â?¢ aparatos que realizan la captación de los elementos presentes en el medio gaseoso mediante filtración de un flujo de ese medio gaseoso en un filtro sólido (por ejemplo, un filtro de nailon o de teflón®) y que presentan el gran inconveniente de no retener los elementos cuya talla es inferior a la porosidad del filtro;

â?¢ aparatos que fijan los elementos presentes en el medio gaseoso en una fase sólida (por ejemplo carbón) por adsorción;

â?¢ aparatos que recogen los elementos presentes en el medio gaseoso en un líquido, mediante desviación de un flujo de ese medio gaseoso a ese líquido y separación de los elementos por inercia, y que, tampoco ellos, permiten 55 extraer los elementos de talla pequeña;

â?¢ aparatos que operan una transferencia de los elementos presentes en el medio gaseoso hacia un líquido haciendo que un flujo de ese medio gaseoso atraviese un tubo relleno con ese líquido y que está rematado en sus dos extremos por una membrana que tan sólo es permeable a los gases (referencia [1]) ; por lo tanto, estos aparatos 60 presentan el defecto de no extraer del medio gaseoso más que los elementos gaseosos que encierra (siendo retenidos fuera del tubo, en efecto, los elementos líquidos y sólidos) y por un contacto entre el medio gaseoso y el líquido que es insuficiente para garantizar la fiabilidad de esta extracción; y â?¢ aparatos que operan asimismo una transferencia de los elementos presentes en el medio gaseoso hacia un líquido 65 pero por nebulización de ese líquido por medio de un flujo de ese medio gaseoso.

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Se describe un aparato en el documento JP-A-07 096 025.

La técnica de extracción-concentración por nebulización, más conocida con la denominación anglosajona "mist 5 chamber technique", fue propuesta por primera vez en 1985, en vistas a permitir el análisis de gases hidrosolubles presentes en la atmósfera en estado de trazas.

Esta técnica consiste, en un recinto que, atravesado en sentido vertical ascendente por el medio gaseoso en un flujo continuo, contiene agua en su parte baja, en hacer entrar en contacto ese agua con el flujo gaseoso en orden a transformarla en una neblina constituida a partir de gotitas finas en suspensión en el medio gaseoso y a obtener así una superficie de alta interacción entre ese medio y el agua, capacitada para favorecer la transferencia de los gases hidrosolubles de uno hacia la otra. Al mismo tiempo, las gotitas de agua se concentran por coalescencia sobre la pared del recinto y las gotas así formadas fluyen a lo largo de esta pared en dirección a la parte baja del recinto. Estas permiten así alimentar con agua la parte baja del recinto y, por lo tanto, nebulizar esa agua en continuo y asegurar su progresivo enriquecimiento con gases hidrosolubles.

Habida cuenta de su fundamento, desde los cerca de 20 años que existe, la técnica de extracción-concentración por nebulización se utiliza exclusivamente para extraer de un medio gaseoso y concentrar elementos aptos para disolverse en agua o en una solución acuosa, efectuándose secundariamente la identificación y la determinación de esos elementos, generalmente por cromatografía iónica.

Así, por ejemplo, Talbot y col. la emplean en vistas a medir la concentración troposférica de ácido nítrico (referencia [2]) o de ácido fórmico, ácido acético y ácido pirúvico (referencia [3]) , en tanto que Keene y col. la utilizan con el propósito de determinar los gases clorados inorgánicos presentes en el aire marino (referencia [4]) utilizando una solución acuosa alcalina para extraer y concentrar Cl2 y una parte de HOCl, y una solución acuosa ácida para extraer y concentrar HCl, NOCl, ClNO2 y ClNO3.

Se desprende por cuanto antecede que todos los aparatos propuestos hasta ahora para el análisis de los elementos que se encuentran en un medio gaseoso tienen un uso limitado, por una parte a un tipo de análisis, siendo estos bien inmediatos o bien diferidos en el tiempo y, por otra parte, a un tipo de elementos, teniendo, en efecto, que cumplir estos elementos, para ser tomados en cuenta en el análisis, bien con una determinada talla, bien con un determinado estado (estado gaseoso, por ejemplo) , o bien con determinadas propiedades físico-químicas (por ejemplo, solubilidad en agua) .

Ahora bien, sería deseable, especialmente para el control y la monitorización de la contaminación atmosférica, poder disponer de un aparato versátil, en particular por permitir:

â?¢ realizar tanto un... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

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1. Aparato (10) para extraer elementos gaseosos, líquidos y/o sólidos de un medio gaseoso y concentrarlos en un medio líquido, por nebulización de ese medio líquido mediante el medio gaseoso y condensación de las gotitas de 5 medio líquido que forman la neblina producida por esta nebulización, comprendiendo dicho aparato:

- un primer recinto (20, 120) para la nebulización y para la condensación de las gotitas por coalescencia sobre una superficie mojada, presentando este primer recinto una parte superior (24, 123) y una parte inferior (21, 121) destinada a contener el medio líquido, y que está provisto de un conducto de admisión del medio gaseoso (35) , de medios (31, 33, 131, 133) para nebulizar el medio líquido y de un primer conducto de descarga del medio gaseoso (45) ;

- medios de aplicación de subpresión o de sobrepresión (60) al interior del primer recinto, para permitir que el medio gaseoso penetre en este primer recinto, circule por él y sea descargado del mismo, en un flujo continuo; 15 y caracterizándose porque además comprende:

- al menos un segundo recinto (40) para la condensación de las gotitas por contacto con una superficie fría, estando unido este segundo recinto al conducto de descarga del medio gaseoso (45) del primer recinto y estando provisto de 20 un segundo conducto de descarga del medio gaseoso (50) ; y -medios (52) para refrigerar este segundo recinto.

2. Aparato (10) según la reivindicación 1, caracterizado porque, teniendo el conducto de admisión del medio gaseoso (35) del primer recinto (20, 120) un primer extremo (35a) situado fuera de este primer recinto y un segundo extremo (35b) alojado en este primer recinto, los medios para nebulizar comprenden:

- una tobera de nebulización (31, 131) que se halla situada a nivel del segundo extremo (35b) de ese conducto y que incorpora al menos un orificio (32, 132) ; y -un tubo de nebulización (33, 133) provisto de dos aberturas (133a, 133b) : una primera abertura (133a) que se halla situada en la parte inferior del primer recinto y una segunda abertura (133b) que queda enrasada con el orificio (32, 132) de la tobera de nebulización (31, 131) .

3. Aparato (10) según la reivindicación 2, caracterizado porque la tobera de nebulización (31) está configurada por una reducción de la sección del conducto de admisión del medio gaseoso (35) del primer recinto (20) .

4. Aparato (10) según la reivindicación 2, caracterizado porque la tobera de nebulización (131) se constituye a partir de una pieza sobrepuesta en el segundo extremo (35b) del conducto de admisión del medio gaseoso (35) del primer 40 recinto (120) .

5. Aparato (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque el orificio (32) de la tobera de nebulización (31) está orientado hacia la parte superior del primer recinto (20) , y la segunda abertura (33b) del tubo de nebulización (33) se halla situada inmediatamente por encima de este orificio.

6. Aparato (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque el primer recinto (20) se compone de tres partes:

- un depósito (21) que configura la parte inferior del primer recinto y que está destinado a contener el medio líquido;

-una cámara de nebulización (23) que configura la parte intermedia del primer recinto y en la que se alojan el orificio de la tobera de nebulización (32) y la segunda abertura (33b) del tubo de nebulización (31) ; y -una cúpula de condensación (24) que configura la parte superior del primer recinto. 55

7. Aparato (10) según la reivindicación 6, caracterizado porque, al presentar el segundo recinto (40) una base (41) y una cima (46) , el primer conducto de descarga del medio gaseoso (45) es un conducto con un codo que une la cámara de nebulización (23) del primer recinto (20) con la base (41) del segundo recinto.

8. Aparato (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque el orificio (132) de la tobera de nebulización (131) está orientado hacia la parte inferior del primer recinto (120) , y la segunda abertura (133b) del tubo de nebulización (133) se halla situada inmediatamente por debajo de este orificio.

9. Aparato (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4 u 8, caracterizado porque el primer recinto (120) 65 se compone preferentemente de dos partes:

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- un depósito (121) que configura la parte inferior de este primer recinto y que está destinado a contener el medio líquido, depósito que tiene un fondo (151) cuya superficie es inferior a una sección recta de este depósito, quedando enrasada esta sección recta con la superficie del medio líquido en la situación de funcionamiento del aparato; y -una cámara de nebulización (123) que configura la parte superior del aparato y en la que se alojan el orificio (132) de la tobera de nebulización (131) y la segunda abertura (133b) del tubo de nebulización (133) .

10. Aparato (10) según la reivindicación 9, caracterizado porque el depósito (123) tiene una forma que se va abocinando de abajo hacia arriba.

11. Aparato (10) según la reivindicación 9 o la reivindicación 10, caracterizado porque la cámara de nebulización

(123) incorpora dos paredes: una pared exterior (123a) , en la que queda enlazado el primer conducto de descarga del medio gaseoso (45) y una pared interior (123b) , que se halla situada completamente por encima y distante del depósito (121) , pared interior esta que divide la cámara de nebulización para configurar una parte central (153)

situada en el interior de la pared interior (123b) y una parte periférica (154) situada entre las paredes exterior (123a) e interior (123b) , alojándose en dicha parte central la segunda abertura (133b) del tubo de nebulización (133) y el orificio (132) de la tobera de nebulización (131) .

12. Aparato (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque, al presentar el segundo recinto (40) una base (41) y una cima (46) , el primer conducto de descarga del medio gaseoso (45) es un conducto con un codo que une la cámara de nebulización (123) del primer recinto (120) con la base (41) del segundo recinto.

13. Aparato (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque el primer recinto (120) comprende un elemento de estabilización (167) de la superficie del medio líquido, habiéndose previsto este

elemento para quedar situado por debajo y a escasa distancia de esta superficie en la situación de funcionamiento del aparato, dando paso al propio tiempo a las gotas procedentes de la condensación de la neblina.

14. Aparato según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque los medios (52) para refrigerar el segundo recinto (40) son una célula de efecto Peltier.

15. Aparato (10) según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el segundo recinto

(40) contiene una guarnición (42) .

16. Aparato (10) según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque la parte inferior del primer recinto (20, 120) está provista de al menos un sistema (22, 122) para la detección o la determinación de los elementos gaseosos, líquidos y/o sólidos extraídos del medio gaseoso y concentrados en el medio líquido en la situación de funcionamiento del aparato.

17. Aparato (10) según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque la parte inferior (21, 121) del primer recinto (20, 120) es practicable.

18. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8 ó 12 a 17, caracterizado porque el primer recinto (20, 120) y el segundo recinto (40) son desmontables y porque las partes que los constituyen se hallan, en una configuración ensamblada de estos recintos, enlazadas entre sí de manera estanca.

19. Aparato (10) según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque comprende medios de aplicación de subpresión (60) al interior del primer recinto (20, 120) y porque estos medios son una bomba aspirante que está unida al segundo conducto de descarga del medio gaseoso (50) .

20. Aparato (10) según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque además comprende un sistema de alimentación de energía eléctrica (80) que comprende medios de conexionado a una fuente de energía eléctrica exterior y medios de alimentación de energía eléctrica para su funcionamiento autónomo.

21. Aparato (10) según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque se materializa en una 55 estructura compacta (11) , portátil o arrastrable por una sola persona.

22. Procedimiento para extraer elementos gaseosos, líquidos y/o sólidos de un medio gaseoso y concentrarlos en un medio líquido, por nebulización de ese medio líquido mediante el medio gaseoso y condensación de las gotitas de medio líquido que forman la neblina producida por esa nebulización, caracterizado porque dichas gotitas se someten a una condensación por coalescencia sobre una superficie mojada y a una condensación por contacto con una superficie fría y porque la nebulización y la condensación por coalescencia sobre una superficie mojada se realizan en un primer recinto, la condensación por contacto con una superficie fría se realiza en un segundo recinto, siendo los recintos primero y segundo diferenciados entre sí pero unidos entre sí.

23. Procedimiento según la reivindicación 22, caracterizado porque la condensación de las gotitas por contacto con una superficie fría se realiza en un recinto refrigerado y contenedor de una guarnición.

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24. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 22 y 23, caracterizado porque el medio líquido comprende uno o varios disolventes seleccionados de entre el agua, los disolventes orgánicos y sus mezclas.