PROCEDIMIENTO Y APARATO PARA MEZCLAR DOS FLUIDOS.

Procedimiento para mezclar un fluido y un gas, en el que se provoca que el fluido fluya en un cámara de mezclado orientada verticalmente (1) que principalmente presenta una forma cilíndrica con paredes lisas en su interior,

y en el que se alimentan el fluido y el gas a la cámara en su parte superior, en el que se mezcla el gas en el fluido antes de la cámara de mezclado, caracterizado porque el fluido se suministra a la cámara a una presión de 1,5 a 10 bares mediante una boquilla (7), de manera que el fluido fluya en la cámara a una velocidad elevada y llene la cámara, y en el que, durante el funcionamiento se forma una fase de gas/líquido turbulenta con recirculación interna en la parte superior de la cámara y principalmente una fase de fluido en la parte inferior de la cámara, en el que se evita la pérdida de presión esencial en la cámara manteniendo la presión en la cámara de mezclado entre 1,35 y 9 bares y en el que se extrae la fase de fluido con gas disuelto de un conducto de salida (8) dispuesto en la parte inferior de la cámara, en el que el conducto de salida (8) presenta una boquilla (9) y por lo menos la boquilla (9) del conducto de salida (8) que está lleno con la fase de fluido con gas disuelto, está sumergida en fluido cuando se libera la presión

Procedimiento y aparato para mezclar dos fluidos.

La presente invención se refiere a un procedimiento para mezclar dos fluidos y a un aparato para realizar dicho procedimiento.

La invención se refiere especialmente a la mezcla de agua (agua salada y/o agua dulce) con un gas como oxígeno o dióxido de carbono. El uso de la invención puede estar relacionado con el tratamiento de aguas, como el tratamiento de agua de boca, aguas residuales, el procesado de agua o el tratamiento de agua para su uso en conexión con la piscicultura/el tratamiento de animales acuáticos. La invención también se puede utilizar para procesar agua que contenga partículas o fibras.

La patente US nº 4.210.534 se refiere a un sistema de oxigenación para suministrar oxígeno a aguas residuales. Se suministran agua y aire a una cámara de mezclado horizontal respectivamente mediante la ayuda de una boquilla central y una cámara anular dispuesta coaxialmente. La cámara de mezclado presenta una forma con paredes inclinadas convergentes en dos etapas, con una forma cilíndrica aguas abajo de la misma. Además, la cámara de mezclado prevé equipamiento, como una bomba sumergida, una fuente de aire presurizado, y se recoge mediante una construcción flotante. La cámara de mezclado descrita presenta una geometría relativamente compleja, así como unos costes de producción relativamente elevados tanto si está construida mediante fundición como por mecanizado. Además, la forma de esta cámara de mezclado con una zona en sección transversal gradual tiene como resultado una pérdida de presión que consume energía.

A partir de la patente US nº 4 735 750 se conoce un procedimiento y un dispositivo para la disolución de gas en líquido. El líquido se introduce a presión a través de una placa de boquilla en un espacio de reacción, donde una mezcla de gas y solución fluye por las salidas lateralmente en la parte inferior en un depósito de solución y el gas recircula por las entradas en la parte superior cerca de la placa de boquilla. El depósito de solución prevé un colchón de gas y está lleno hasta un nivel entre las entradas y las salidas a una presión media; el cuerpo disuelto de gas se suministra posteriormente mediante un regulador de flujo de gas y se extrae la solución de dicho depósito de solución en un nivel de presión inferior mediante una válvula de control como una solución supersaturada. El dispositivo prevé un diseño de la cámara de reactor complejo y en el que también resulta necesario el control del nivel. El dispositivo no resulta adecuado para la aeración de agua salada ni para fluidos que contengan fibras, dado que los orificios se atascan fácilmente.

La solicitud de patente sueca publicada nº 375 704 describe un dispositivo dispuesto verticalmente para la aireación de agua. Está prevista una boquilla para el suministro de gotitas de agua distribuidas de manera muy fina en la parte superior del dispositivo. Dicho dispositivo se llena de agua hasta un colchón de gas debajo de la boquilla. Cuando las gotitas golpean la superficie del fluido, el gas es succionado hacia el agua. La parte inferior del dispositivo bien está sumergida en el agua para su aireación, o el fluido con burbujas de gas se dirige al agua mediante una conducción. Este dispositivo es un aireador con una capacidad de disolución reducida. Se hace funcionar a una presión baja. El gas no se disuelve en el fluido, sino que se mantiene como burbujas.

El documento WO-A-8101700 da a conocer otro procedimiento y aparato para disolver gas en un líquido. El documento GB-A-2 177 618 da a conocer un procedimiento de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, y un aparato de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 9.

El objetivo de la presente invención consiste en mezclar y disolver un gas en un líquido con la mayor eficiencia posible. Otro objetivo consiste en retener la presión y crear turbulencias para la recirculación interior del gas. Un objetivo adicional consiste en obtener un diseño sencillo de la mezcladora con unos costes de funcionamiento y mantenimiento reducidos.

Estos y otros objetivos de la invención se consiguen mediante el procedimiento según la reivindicación 1 del aparato según la reivindicación 9.

Así, la invención se refiere a un procedimiento y un aparato para la mezcla de un fluido y un gas, en el que se provoca que el fluido fluya en una cámara de mezclado orientada verticalmente, que principalmente presenta una forma cilíndrica con paredes lisas en su interior, y donde el fluido y el gas se alimentan a la cámara por su parte superior. El gas se mezcla en el fluido antes de la cámara de mezclado y se suministra a la cámara mediante una boquilla, de manera que el fluido fluya en dicha cámara a una velocidad elevada y la llene. Durante el funcionamiento, se forma una fase turbulenta gas/líquido con recirculación interna en la parte superior de la cámara y se evita principalmente una fase de fluido en la parte inferior de la cámara y una pérdida de presión necesaria. Se extrae una fase de fluido con gas disuelto a partir de una conducción de salida dispuesta en la parte inferior de dicha cámara.

Preferentemente, la entrada se dispone de manera que el fluido fluya axialmente en la cámara. Dicho fluido se bombea desde una conducción o depósito con anterioridad a su mezcla con el gas en la cámara de mezclado y el fluido con gas disuelto, finalmente se vuelve a suministrar en la conducción o depósito. La presión se libera cuando por lo menos la boquilla del conducto de salida que se ha llenado con la fase de fluido con gas disuelto está sumergida en el fluido.

El fluido se suministra a la cámara de mezclado con una presión de 1,5 a 10 bares, preferentemente entre 2 y 4 bares, con mayor preferencia 3 bares, y la presión en la cámara de mezclado se mantiene entre 1,35 y 9 bares, preferentemente entre 1,8 y 3,6 bares, con mayor preferencia 2,7 bares. El fluido podría ser agua con o sin contenido en sal, fibras, o partículas y el gas es oxígeno, dióxido de carbono o cualquier gas que se pueda disolver.

El aparato preferentemente prevé un inyector de gas para el suministro de gas al fluido más allá de la cámara de mezclado. El conducto de salida está adaptado para su inmersión en líquido y está equipado con una boquilla para el suministro de líquido con gas disuelto al fluido ambiente. El tamaño de la boquilla dependerá de la presión de control de la cámara de mezclado. Dicha cámara de mezclado está adaptada para recibir fluido desde una conducción o depósito a través de una bomba situada entre la conducción y la mezcladora. Preferentemente, d1<d3<d2, donde d1 es el diámetro de la entrada, d2 es el diámetro de la cámara de mezclado y d3 es el diámetro de la salida. Se prefiere que la razón L:d2, donde L es la longitud de la cámara de mezclado y d2 es el diámetro de la cámara de mezclado, se encuentre dentro del intervalo 15:1 y 20:1.

La presente invención tiene como resultado una mezcladora orientada verticalmente, en la que se pueden evitar muchos de los problemas mencionados anteriormente. Dicha mezcladora según la presente invención presenta una geometría sencilla, y presentará unos costes de producción reducidos. La mezcladora no funciona con un colchón de gas y, así, no precisa un dispositivo de control de colchón de gas. Además, se ha apreciado que la eficiencia de disolver gas en el fluido se encuentra en un nivel elevado aceptable.

A continuación se describirá la invención haciendo referencia también a las figuras y ejemplos, en los que:

la figura 1 representa un diseño de una mezcladora integrada en un conducto de agua principal,

la figura 2 representa el modo de funcionamiento y el diagrama de flujo de la mezcladora,

la figura 3 representa una mezcladora con unos parámetros determinados, que se utiliza en experimentos,

la figura 4 representa una foto de una mezcladora durante los experimentos con oxígeno y agua dulce.

Tal como se muestra en la figura 1, una mezcladora 1 está adaptada para recibir un flujo de fluido de una conducción 2, por medio de una bomba 3 dispuesta entre la conducción y la mezcladora y además por medio de conducciones 4, 5. El fluido puede ser agua (agua salada y/o dulce) u otros fluidos. El fluido puede contener fibras o partículas. La conducción 5 que conduce el fluido a la mezcladora también está equipada con un inyector 6 para el gas, de modo que el gas presurizado se puede suministrar al fluido con anterioridad a la conducción de éste a la mezcladora....

1. Procedimiento para mezclar un fluido y un gas, en el que se provoca que el fluido fluya en un cámara de mezclado orientada verticalmente (1) que principalmente presenta una forma cilíndrica con paredes lisas en su interior, y en el que se alimentan el fluido y el gas a la cámara en su parte superior, en el que se mezcla el gas en el fluido antes de la cámara de mezclado, caracterizado porque el fluido se suministra a la cámara a una presión de 1,5 a 10 bares mediante una boquilla (7), de manera que el fluido fluya en la cámara a una velocidad elevada y llene la cámara, y en el que, durante el funcionamiento se forma una fase de gas/líquido turbulenta con recirculación interna en la parte superior de la cámara y principalmente una fase de fluido en la parte inferior de la cámara, en el que se evita la pérdida de presión esencial en la cámara manteniendo la presión en la cámara de mezclado entre 1,35 y 9 bares y en el que se extrae la fase de fluido con gas disuelto de un conducto de salida (8) dispuesto en la parte inferior de la cámara, en el que el conducto de salida (8) presenta una boquilla (9) y por lo menos la boquilla (9) del conducto de salida (8) que está lleno con la fase de fluido con gas disuelto, está sumergida en fluido cuando se libera la presión.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se dispone la entrada de manera que el fluido fluya axialmente en la cámara.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el fluido se bombea desde una conducción o depósito antes de su mezclado con el gas en la cámara de mezclado y el fluido con el gas disuelto finalmente se vuelve a suministrar en la conducción o depósito.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el fluido se suministra a la cámara de mezclado a una presión de 2 a 4 bares.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque el fluido se suministra a la cámara a una presión de 3 bares.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la presión en la cámara de mezclado se mantiene entre 1,8 y 3,6 bares.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque la presión en la cámara de mezclado se mantiene a 2,7 bares.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el fluido es agua con o sin un contenido en sal, fibras o partículas y el gas es oxígeno, dióxido carbono o cualquier gas que se pueda disolver.

9. Aparato para mezclar y disolver un gas en un fluido que comprende una cámara de mezclado (1) que está orientada verticalmente y presenta una parte superior y una parte inferior y una forma principalmente cilíndrica con paredes lisas en su interior, una entrada para fluido y una entrada para gas (6), en el que la cámara de mezclado (1) se conecta a una conducción (2) o depósito que contiene un fluido, la entrada para el fluido comprende una boquilla (7) en la parte superior de la cámara (1) para el suministro de fluido que contiene gas a la cámara a una velocidad elevada, y en el que se extrae una fase de fluido que comprende gas disuelto de un conducto de salida (8) dispuesto en la parte inferior de la cámara (1), caracterizado porque la entrada para fluido está conectada a una bomba (3) que está conectada a la conducción (2) o depósito y porque el conducto de salida (8) está sumergido en el fluido en la conducción (2) o depósito y está provisto de una boquilla (9) para el suministro de fluido con gas disuelto al fluido en la conducción (2) o depósito.

10. Aparato según la reivindicación 9, caracterizado porque presenta un inyector de gas (6) para el suministro de gas al fluido delante de la cámara de mezclado (1).

11. Aparato según la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque comprende además una bomba (3) dispuesta entre la conducción (2) o depósito y la cámara de mezclado (1).

12. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque d1<d3<d2, en el que d1 es el diámetro de la entrada, d2 es el diámetro de la cámara de mezclado y d3 es el diámetro de la salida.

13. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque la razón L:d2, en el que L es la longitud de la cámara de mezclado y d2 es el diámetro de la cámara de mezclado, se encuentra en el intervalo de 15:1 a 20:1.