Ciclón con un conducto de gas puro.

Ciclón (1) para la separación de partículas sólidas de una corriente de gas de desecho

(6) que comprende una carcasa (2) con una zona de camisa (2a) que, al menos por secciones, es preferentemente cilíndrica, una zona de techo (2b) y una zona de fondo (2c), así como un orificio de entrada (3) para cargar el ciclón y un conducto de gas de desecho (5) que desemboca en él para la corriente de gas de desecho (6) mezclada con partículas sólidas, así como un orificio de descarga (11) para las partículas sólidas separadas de la corriente de gas de desecho (6), estando previsto un tubo de inmersión (9) que atraviesa la zona de techo (2b) o la zona de fondo (2c) y presenta una zona final abierta (9a) que penetra en el interior (15) de la carcasa (2) y sirve de orificio de salida (4) de la carcasa (2) para la corriente de gas de desecho purificada (6`), estando previsto al menos un conducto de gas puro (8) que sirve para la alimentación de gas puro (12) y que o bien desemboca, visto en dirección de flujo de la corriente de gas de desecho, delante del orificio de entrada (3) en una zona de empalme (7) prevista en el conducto de gas de desecho (5) o bien desemboca directamente en el orificio de entrada (3) y dicho gas puro (12) se alimenta en una sección de pared interior (21) de la carcasa (2) en la que, en ausencia de la alimentación del gas puro (12), se generaría un flujo en capa límite con una concentración de partículas sólidas aumentada con respecto a la corriente de gas de desecho (6) mezclada con partículas sólidas, caracterizado porque la zona de techo (2b) o la zona de fondo (2c) enrasa con una pared lateral del conducto de gas de desecho (5) para garantizar la generación de un flujo en capa límite de gas puro en la sección de pared interior (21) que sustituya el flujo en capa límite que presenta una concentración mayor de partículas sólidas.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/AT2010/000250.

Solicitante: BINDER + CO. AG.

Nacionalidad solicitante: Austria.

Dirección: Grazer Strasse 19-25 8200 Gleisdorf AUSTRIA.

Inventor/es: BRUNNMAIR, ERWIN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > APARATOS O MAQUINAS CENTRIFUGAS UTILIZADAS PARA LOS... > APARATOS QUE UTILIZAN EL VORTICE LIBRE, p. ej. CICLONES... > Aparatos en los que la dirección axial del vórtice... > B04C5/13 (formada como un captador de vórtice, y extendiéndose hacia el interior de la cámara del vórtice; Evacuación del visor del vórtice de forma distinta que por la parte alta del ciclón; Dispositivos de control de la evacuación de la fase ligera)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > APARATOS O MAQUINAS CENTRIFUGAS UTILIZADAS PARA LOS... > APARATOS QUE UTILIZAN EL VORTICE LIBRE, p. ej. CICLONES... > Aparatos en los que la dirección axial del vórtice... > B04C5/04 (Entradas tangenciales)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > APARATOS O MAQUINAS CENTRIFUGAS UTILIZADAS PARA LOS... > APARATOS QUE UTILIZAN EL VORTICE LIBRE, p. ej. CICLONES... > Aparatos en los que la dirección axial del vórtice... > B04C5/081 (Formas o dimensiones)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > APARATOS O MAQUINAS CENTRIFUGAS UTILIZADAS PARA LOS... > APARATOS QUE UTILIZAN EL VORTICE LIBRE, p. ej. CICLONES... > Aparatos en los que la dirección axial del vórtice... > B04C5/14 (Estructura de la guía para la fase pesada; Estructura del ápex; Disposición de la evacuación)

PDF original: ES-2537118_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Ciclón con un conducto de gas puro.

Ciclón para la separación de partículas sólidas de una corriente de gas de desecho que comprende una carcasa con una zona de camisa que, al menos por secciones, es preferentemente cilíndrica, una zona de techo y una zona de fondo, así como un orificio de entrada para cargar el ciclón y un conducto de gas de desecho que desemboca en él para la corriente de gas de desecho mezclada con partículas sólidas, así como un orificio de descarga para las partículas sólidas separadas de la corriente de gas de desecho, estando previsto un tubo de inmersión que atraviesa la zona de techo o la zona de fondo y presenta una zona final abierta que penetra en el interior de la carcasa y sirve de orificio de salida de la carcasa para la corriente de gas de desecho purificada, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, así como procedimiento para la separación de partículas sólidas de una corriente de gas de desecho mediante un ciclón, en el que la corriente de gas de desecho transportada en un conducto de gas de desecho y que contiene las partículas sólidas que se han de separar se conduce a través de una carcasa del ciclón y finalmente se evacúa de la carcasa a través del orificio de salida, en el que durante la conducción de la corriente de gas de desecho a través de la carcasa las partículas sólidas lanzadas por fuerzas centrífugas a la pared interior de la carcasa descienden y se evacúan a través de un orificio de evacuación previsto en la carcasa, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 8.

Los ciclones para separar sólidos o polvos de una corriente de gas de desecho son bien conocidos en el estado de la técnica.

Un ciclón genérico dado a conocer, por ejemplo, en el documento DE 60117051 comprende una carcasa, por ejemplo de chapa de acero, dispuesta esencialmente en vertical cuyo interior queda delimitado por una zona de camisa esencialmente cilíndrica, una zona de techo y una zona de fondo.

La carcasa presenta un orificio de entrada configurado en forma de orificio en la zona de camisa del ciclón y a través del cual se carga el ciclón, es decir a través del cual se pueden introducir corrientes de gas en el interior del ciclón.

La corriente de gas de desecho mezclada con partículas sólidas y que se ha de purificar se transporta al ciclón por un conducto de gas de desecho. El conducto de gas de desecho desemboca en el orificio de entrada. El conducto de gas de desecho y el ciclón normalmente están orientados de tal manera que la alimentación de la corriente de gas de desecho que se ha de purificar se efectúe tangencialmente con respecto a un círculo imaginario concéntrico respecto al eje del ciclón.

El orificio de salida del ciclón se configura mediante una zona final abierta de un tubo de inmersión que penetra en el interior de la carcasa y atraviesa la zona de techo o de fondo, según cómo esté situado el ciclón en la posición de funcionamiento. Habitual pero no necesariamente, el ciclón se hace funcionar de manera que el tubo de inmersión esté dispuesto atravesando la zona de techo del ciclón.

Mientras la corriente de gas de desecho atraviesa el interior de la carcasa en una trayectoria esencialmente en espiral, las partículas sólidas contenidas en al corriente de gas de desecho son lanzadas por fuerzas centrífugas a la pared interior de la carcasa y caen, por acción de la gravedad, hacia la zona de fondo de la carcasa y, a través de al menos un orificio de descarga, en un recipiente de separación conectado.

Las partículas sólidas acumuladas en el recipiente de separación de la carcasa se evacúan posteriormente y se pueden, por ejemplo, briquetear y utilizar ulteriormente como combustible.

La creciente conciencia ambiental y el cierre de los ciclos o la recuperación de materias primas exigidos como 50 consecuencia de las optimizaciones técnicas de los procesos suponen mayores requisitos que debe cumplir la técnica de separación industrial.

Además del procedimiento de eliminación de polvo por fuerzas centrífugas en los ciclones descritos se usan en el mercado sobre todo electrofiltros y filtros de bolsa. Estos últimos se caracterizan por un gran poder de eliminación de 55 polvo que, sin embargo, solo se consigue asumiendo elevados costes operativos y energéticos.

Por el contrario, la eliminación de polvo por fuerzas centrífugas o los ciclones presentan un principio de funcionamiento mucho más sencillo y ahorran energía y recursos, lo que debe considerarse una ventaja desde el punto de vista de la técnica de protección del medio ambiente. Sin embargo, la eficacia y el poder de separación que

se pueden alcanzar con los ciclones convencionales a menudo ya no es suficiente para cumplir las normas y los requisitos legales actuales.

Una de las principales razones para ello es la generación de un flujo en capa límite que presenta una concentración de partículas sólidas mayor que la corriente de gas de desecho y que se forma en la región de la zona de techo o de fondo del ciclón atravesada por el tubo de inmersión, así como a lo largo de la superficie de la camisa del tubo de inmersión que penetra en el interior del ciclón.

Este flujo en capa límite se genera por rozamiento de la corriente de gas de desecho con las zonas descritas. La corriente de gas de desecho, que gira esencialmente en espiral en el interior de la carcasa, prácticamente se detiene en la región del tubo de inmersión, de manera que por el estancamiento resultante se genera el flujo en capa límite no deseado.

El sentido y la finalidad del tubo de inmersión residen en impedir que la acumulación de partículas sólidas presente 15 en el flujo en capa límite entren en un orificio de salida de la carcasa dispuesto en la zona de fondo o de techo. Mediante el uso de un tubo de inmersión se desplaza este orificio de salida más hacia el interior del ciclón.

Sin embargo, el mezclado turbulento que se produce dentro del ciclón entre el flujo en capa límite y la corriente de gas de desecho purificada evacuada por el orificio de salida provocan, además, una descarga de las partículas 20 sólidas del flujo en capa límite a través del orificio de salida, si bien la descarga es menor que sin el uso de un tubo de inmersión.

En otras palabras, el flujo en capa límite generado provoca la descarga de partículas sólidas a través de la corriente de gas de desecho purificada, lo que influye negativamente en el poder de separación del ciclón.

Se han propuesto ya medidas para reducir el contenido de polvo en el flujo en capa límite que se genera dentro del ciclón o para destruir el flujo en capa límite, cuyos resultados, sin embargo, no fueron satisfactorios. Así, por ejemplo, se realizaron experimentos para aspirar la capa límite cargada con partículas sólidas y conducirla de vuelta al interior del ciclón en un punto de la carcasa alejado del orificio de salida.

Asimismo es conocido que se puede insuflar aire puro en el interior del ciclón mediante toberas dispuestas en la zona de techo de la carcasa del ciclón y arremolinar de este modo el flujo en capa límite.

Los remolinos generados al tratar de combatir la capa límite provocan, sin embargo, un efecto contraproducente en 35 cuanto a la separación de las partículas sólidas.

En este contexto también hay que considerar el documento FR 2281791 A, que da a conocer un ciclón con un dispositivo de alimentación para aire acelerado dispuesto en o adyacente al punto de admisión para destruir el flujo en capa límite.

El documento DE 2925245 A1 da a conocer un ciclón con un tornillo sin fin que comprende dos rebordes en espiral, cargándose el primer reborde en espiral con una... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Ciclón (1) para la separación de partículas sólidas de una corriente de gas de desecho (6) que comprende una carcasa (2) con una zona de camisa (2a) que, al menos por secciones, es preferentemente 5 cilíndrica, una zona de techo (2b) y una zona de fondo (2c) , así como un orificio de entrada (3) para cargar el ciclón y un conducto de gas de desecho (5) que desemboca en él para la corriente de gas de desecho (6) mezclada con partículas sólidas, así como un orificio de descarga (11) para las partículas sólidas separadas de la corriente de gas de desecho (6) , estando previsto un tubo de inmersión (9) que atraviesa la zona de techo (2b) o la zona de fondo (2c) y presenta una zona final abierta (9a) que penetra en el interior (15) de la carcasa (2) y sirve de orificio de salida 10 (4) de la carcasa (2) para la corriente de gas de desecho purificada (6`) , estando previsto al menos un conducto de gas puro (8) que sirve para la alimentación de gas puro (12) y que o bien desemboca, visto en dirección de flujo de la corriente de gas de desecho, delante del orificio de entrada (3) en una zona de empalme (7) prevista en el conducto de gas de desecho (5) o bien desemboca directamente en el orificio de entrada (3) y dicho gas puro (12) se alimenta en una sección de pared interior (21) de la carcasa (2) en la que, en ausencia de la alimentación del gas puro (12) , se generaría un flujo en capa límite con una concentración de partículas sólidas aumentada con respecto a la corriente de gas de desecho (6) mezclada con partículas sólidas, caracterizado porque la zona de techo (2b) o la zona de fondo (2c) enrasa con una pared lateral del conducto de gas de desecho (5) para garantizar la generación de un flujo en capa límite de gas puro en la sección de pared interior (21) que sustituya el flujo en capa límite que presenta una concentración mayor de partículas sólidas.

2. Ciclón (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque en el caso de la sección de pared interior (21) de la carcasa (2) se trata de aquella superficie interior del ciclón (1) formada por la zona de techo o de fondo (2b, 2c) atravesada por el tubo de inmersión y la camisa del tubo de inmersión (9) adyacente que penetra en el interior (15) de la carcasa (2) .

3. Ciclón (1) según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la zona de empalme (7) para el conducto de gas puro (8) está dispuesta en aquella mitad de la sección transversal del conducto de gas de desecho (5) que, siguiendo la línea de visión del eje longitudinal (16) del conducto de gas de desecho (5) , está más próxima a la sección de la carcasa (2) que es atravesada por el tubo de inmersión (9) . 30

4. Ciclón según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en la zona del orificio de entrada (3) de la carcasa (2) y/o en la zona de empalme (7) está previsto un dispositivo de guía (13) mediante el cual se puede guiar el gas puro (12) conducido por el conducto de gas de desecho (5) en dirección a la sección de pared interior (21) .

5. Ciclón (1) según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el conducto de gas puro (8) forma, al menos por secciones, una parte de la sección transversal del conducto de gas de desecho (5) y éste está configurado en forma de elemento de pozo (20) , estando dispuesta dentro del elemento de pozo (20) al menos una pared de separación (19) que separa el gas puro (12) de la corriente de gas de desecho (6) .

6. Ciclón (1) según la reivindicación 5, caracterizado porque la al menos una pared de separación (19) discurre, al menos por secciones, en paralelo a un eje longitudinal (16) del elemento de pozo (20) , presentando el elemento de pozo (20) preferentemente una sección transversal rectangular y estando realizada la pared de separación (19) en forma de placa cuyos bordes laterales lindan con dos paredes laterales del elemento de pozo 45 (20) que discurren esencialmente en vertical.

7. Ciclón 1 según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque su zona de techo (2b) o zona de fondo (2c) enrasa con una pared lateral del conducto de gas puro (8) .

8. Procedimiento para la separación de partículas sólidas de una corriente de gas de desecho (6) mediante un ciclón (1) , en el que la corriente de gas de desecho (6) transportada en un conducto de gas de desecho (5) y que contiene partículas sólidas que se han de separar se conduce a través de una carcasa (2) del ciclón (1) y finalmente se evacúa de la carcasa (2) a través de un orificio de salida (4) , y en el que durante la conducción de la corriente de gas de desecho (6) a través de la carcasa (2) las partículas sólidas lanzadas por fuerzas centrífugas a la 55 pared interior de la carcasa (2) descienden y se evacúan a través de un orificio de evacuación (11) previsto en la carcasa (2) y en el que en la corriente de gas de desecho (6) transportada en el conducto de gas de desecho (5) y que contiene las partículas sólidas que se han de separar se alimenta, antes o durante la entrada en la carcasa (2) , gas puro (12) que posteriormente se alimenta en una sección de pared interior (21) de la carcasa (2) en la que, en ausencia de la alimentación del gas puro, se generaría un flujo en capa límite con una concentración de partículas

sólidas aumentada en comparación con la corriente de gas de desecho (6) mezclada con partículas sólidas, caracterizado porque el gas puro se adapta al comportamiento de flujo de la corriente de gas de desecho (6) en lo que a la dirección de flujo y la velocidad de flujo se refiere, generándose en la sección de pared interior (21) una corriente en capa límite de gas puro que sustituye el flujo en capa límite que presenta una mayor concentración de partículas sólidas.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque antes de la entrada en la carcasa (2) el gas puro (12) se conduce, al menos por secciones, esencialmente en paralelo a la dirección de flujo de la corriente de gas de desecho (6) .

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 o 9, caracterizado porque el gas puro (12) se introduce esencialmente de forma tangencial en la carcasa (2) del ciclón.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque el gas puro (12) se 15 insufla.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque el gas puro (12) se aspira mediante un dispositivo de aspiración conectado a continuación del ciclón (1) .

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque la cantidad alimentada de gas puro (12) se encuentra entre el 1 y el 5%, preferentemente entre el 2 y el 3% (porcentaje en volumen) de la corriente de gas de desecho (6) que entra en la carcasa (2) y que contiene las partículas sólidas que se han de separar.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 13, caracterizado porque como gas puro (12) se usa aire.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 14, caracterizado porque la temperatura del gas puro (12) es menor que la temperatura de la corriente de gas de desecho (6) . 30

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 15, caracterizado porque la velocidad de flujo del gas puro (12) en la zona de entrada en el ciclón se encuentra entre el 80% y el 120%, preferentemente entre el 90% y el 110%, de la velocidad de flujo de la corriente de gas de desecho (6) .