Un sistema para introducir gas en un compuesto acuoso (14a) dispuesto en un tanque (12a),

consistiendo dicho sistema en: un impulsor (16a) dispuesto en el tanque para agitar el compuesto acuoso, y

una lanceta fija (20a) dispuesta sobre el costado de salida de flujo del impulsor, incluyendo dicha lanceta (i) un conducto a través del cual el gas pasa y (ii) al menos una paleta (30a) enganchada al conducto; y caracterizado por el conducto que tiene una salida (26a) formada en el mismo que se dirige desde el impulsor

Sistema y método de aireación.

Contexto de la invención

La invención hace referencia a aparatos y métodos para inyectar gas en un fluido, y más en particular, a una configuración con una lanceta y un mezclador y un método relacionado para inyectar aire en un compuesto acuoso.

En algunos sistemas convencionales de desulfurización de gases de combustión, un estropajo húmedo pone en contacto un gas que contiene sulfuro con un compuesto de piedra caliza/agua. El sulfuro en el gas de combustión reacciona con cal o piedra caliza para producir sulfito de calcio (CaSO₃). Grandes tanques contienen un compuesto acuoso que contiene sulfito de calcio. Normalmente, el aire se inyecta en el compuesto acuoso para oxidar el sulfito de calcio y convertirlo en sulfato de calcio (CaSO₄). La reacción de oxidación hace que el compuesto acuoso sea más fácil de manejar y el producto secundario o subproducto (el sulfato de calcio es mejor conocido como yeso) tiene valor y puede recuperarse.

El coeficiente de transferencia de masa, que es una constante de proporcionalidad entre el índice de toma de oxígeno y el déficit de oxígeno, es una medida general de la eficiencia de un dispositivo o configuración de aeración en la transferencia de oxígeno u otros gases a agua u otros fluidos. Específicamente, el coeficiente de transferencia de masa, kla, es una constante para un dispositivo o configuración particular en la ecuación:

dc/dt = kla (C_s-C)

donde:

Un sistema convencional para inyectar aire en un compuesto acuoso se describe en la Solicitud de Patente publicada de UK GB 2 164 576A y se ilustra en la Figura 1 (Técnica Anterior). El sistema convencional incluye un tanque 100, una lanceta de gas generalmente vertical 102, y un impulsor 104. La lanceta de aire 102 y el impulsor 104 se sumergen en un compuesto acuoso 106. El flujo procedente del impulsor, que se ilustra esquemáticamente mediante flechas direccionales I en la Figura 1, estimula la transferencia de masa entre el gas y el líquido. La publicación japonesa JP 63 104637 describe un dispositivo para agitación de gas-líquido que transforma gas de cánulas que soplan gas a líquido en un tanque, el gas soplado forma un remolino que gira en una dirección inversa a la dirección de giro de un eje agitante, asciende a lo largo de un deflector de gas y se rompe por la acción de hojas del tipo palas inclinadas en pequeñas burbujas y se dispersan de manera homogénea por las hojas en el líquido en el tanque. La publicación de patente de Gran Bretaña número GB 2094 279 hace referencia a un método no mecánico para convertir piedra caliza cortada en trozos grandes en un polvo muy fino poniendo en contacto un compuesto acuoso de carbonato de calcio molido o piedra caliza molida con gas de dióxido de carbono a elevada presión para convertir los sólidos y darles una forma variable en el compuesto acuoso.

La operación del impulsor crea un flujo que gira que a su vez forma una región de baja presión en el centro de la espiral o vórtice. El gas que sale de la lanceta 102 puede fluir hacia atrás en la región de baja presión hacia el impulsor 104, cuyo flujo se ilustra de manera esquemática mediante una flecha direccional F en la Figura 1. El término "inundación" se emplea para hacer referencia a la condición en la que el aire de la lanceta 102 entra en contacto con las hojas del impulsor 104. Durante la inundación, la eficiencia de transferencia de masa del sistema disminuye en gran medida, y la vida del impulsor o su impulso se acorta.

Resumen

Se proporciona un sistema para introducir gas en un compuesto acuoso dispuesto en un tanque. El sistema incluye un impulsor y una lanceta que preferiblemente se separa del impulsor. La lanceta es fija o inmóvil con respecto al tanque. El gas preferiblemente es aire para oxidar un compuesto acuoso de sulfito de calcio en un sistema de desulfurización de gas de combustión. El impulsor se dispone en el tanque para agitar el compuesto acuoso. La lanceta se dispone en un costado del desagüe o flujo de salida del impulsor. La lanceta incluye un conducto, a través del cual el gas pasa, y al menos una paleta que se une al conducto. El conducto tiene una salida formada en el mismo que generalmente se dirige en dirección opuesta al impulsor.

Se describen dos realizaciones principales a modo de ilustración. En la primera ilustración, la paleta es una hoja única y aproximadamente plana. En la segunda realización, la paleta es un montaje que incluye un par de paletas dispuestas sobre lados opuestos de la lanceta. Un primer par de paletas se lanza en relación a un segundo par de paletas, y las paletas se lanzan en una orientación que es opuesta a la dirección del flujo que gira haciendo remolinos del impulsor. Preferiblemente, una salida de la lanceta es aproximadamente paralela al eje de rotación del impulsor.

Se proporciona un método para inyectar gas en un compuesto líquido. El método incluye los siguientes pasos: (a) proporcionar un tanque que contiene el compuesto acuoso; (b) proporcionar un agitador que incluye un impulsor; (c) proporcionar una lanceta de gas que se coloca en el tanque sobre un costado con salida de flujo del impulsor; (d) inyectar gas al tanque a través de la lanceta de gas; y (e) rotar el impulsor para crear el flujo del compuesto acuoso sobre la lanceta de gas. La lanceta de gas incluye una salida que generalmente se encuentra dirigida desde el impulsor y al menos una paleta.

Los inventores mantienen la teoría de que el sistema con la lanceta y el impulsor dirige el flujo desde el impulsor y convierte al menos una parte de un flujo giratorio del impulsor en flujo longitudinal, lo que mejoraría la transferencia de masa, tal y como se manifiesta en el coeficiente de transferencia de masa, y disminuiría la inundación o torrente.

Breve descripción de las figuras

Figura 1 (Técnica Anterior) es una vista esquemática de un sistema convencional con lanceta e impulsor;

Figura 2 es una vista esquemática de un sistema con lanceta e impulsor de acuerdo con una primera realización de la presente invención;

Figura 3 es una vista de la lanceta mostrada en la Figura 2;

Figura 4 es un gráfico de actuación de la realización mostrada en la Figura 2 y de la configuración de la técnica anterior de la Figura 1; y

Figura 5 es una vista de otra realización de la presente invención.

Descripción detallada de realizaciones preferentes

Los sistemas y componentes aquí descritos son para inyectar gas a un compuesto acuoso e impulsar la transferencia de masa, y especialmente para inyectar aire en un compuesto acuoso que incluye sulfito de calcio (CaSO₃) en un proceso de desulfurización de gas de combustión. En presencia de aire, el sulfito de calcio se oxida a sulfato de calcio (CaSO₄), que posteriormente puede retirarse del compuesto mediante procesos ya conocidos.

En referencia a la Figura 2, se ilustra esquemáticamente una primera realización de un sistema para inyectar gas en un compuesto acuoso, un sistema combinado con lanceta e impulsor 10a se muestra dispuesto en un tanque 12a que contiene un compuesto acuoso 14a. El sistema 10a, al que el solicitante se refiere como AirWing^TM, incluye un impulsor 16a y una lanceta 12a. El impulsor 16a, así como los impulsores para otras realizaciones aquí descritas, es preferiblemente del tipo hélice. La presente invención no se limita a un estilo o estructura particular de impulsor, pero engloba cualquier equipo que pueda producir predominantemente un flujo axial (es decir, un flujo que es predominantemente paralelo al eje del impulsor) sobre la lanceta. El impulsor 16a se monta sobre un eje 18a que preferiblemente se extiende a lo través de una pared lateral del eje 12a.

Tal y como se muestra en la Figura 2 y la Figura 3, la lanceta 20a, que se muestra (de algún modo esquemáticamente) en la Figura 3, incluye un conducto para suministrar aire. El conducto incluye un tubo principal de suministro tal como un tubo de bajada que conduce fluido o gas 22a, un codo 24a, una salida 26a,...

1. Un sistema para introducir gas en un compuesto acuoso (14a) dispuesto en un tanque (12a), consistiendo dicho sistema en: un impulsor (16a) dispuesto en el tanque para agitar el compuesto acuoso, y

una lanceta fija (20a) dispuesta sobre el costado de salida de flujo del impulsor, incluyendo dicha lanceta (i) un conducto a través del cual el gas pasa y (ii) al menos una paleta (30a) enganchada al conducto; y caracterizado por el conducto que tiene una salida (26a) formada en el mismo que se dirige desde el impulsor.

2. Un método para inyectar gas a un compuesto acuoso (12a) que incluye los siguientes pasos:

3. El método de la reivindicación 2 donde las paletas impulsan un flujo local desde el impulsor próximo a la salida de gas de la lanceta, disminuyendo de este modo la inundación del impulsor.

4. El método de la reivindicación 2 donde el paso de rotación del impulsor crea un flujo externo giratorio procedente del impulsor, las paletas aumentan el componente longitudinal del flujo saliente giratorio próximo a la salida de gas de la lanceta.

5. El método de la reivindicación 2 donde el paso de proporcionar la lanceta de gas incluye la disposición de la lanceta de gas cerca del impulsor en una ubicación que provoca que el impulsor se inunde cuando se emplea una lanceta recta y vertical.

6. El sistema de la reivindicación 1 o método de la reivindicación 2 donde al menos una paleta es una hoja sencilla y plana.

7. El sistema de la reivindicación 1 o método de la reivindicación 2 ó 4 donde al menos una paleta es un par de paletas (31L, 31R) dispuestas en costados opuestos a la lanceta, el primer par de paletas se lanza en relación a un segundo par de paletas de modo que las paletas tienen una orientación opuesta a la dirección del flujo giratorio del impulsor.

8. El sistema de la reivindicación 1 o método de la reivindicación 2 donde el compuesto acuoso está formado por sulfito de calcio en un proceso de desulfurización de gas de combustión.

9. El sistema de la reivindicación 1 o método de la reivindicación 2 donde la lanceta de gas está separada del impulsor.

10. El sistema de la reivindicación 1 donde al menos una paleta convierte al menos una parte del flujo giratorio procedente del impulsor en flujo longitudinal.

11. El sistema de la reivindicación 7 donde las paletas convierten una parte del flujo giratorio en flujo longitudinal.

12. El sistema de la reivindicación 7 donde las paletas son planas.

13. El sistema de la reivindicación 7 donde cada paleta es fina en un borde de entrada (32a) y un borde de salida (34a) y es relativamente más gruesa entre dichos bordes.

14. El sistema de la reivindicación 1 donde el conducto incluye un tubo principal de suministro (22a), un codo (24a), y una salida (26a), y la salida del gas se dispone en la parte de la salida.

15. El sistema de la reivindicación 14 donde la salida es paralela a un eje de rotación del impulsor.

16. El sistema de la reivindicación 15 donde el eje de rotación del impulsor se lanza de 10º a 15º en dirección descendente horizontal.

17. El sistema de la reivindicación 14 donde la dirección de la salida del gas es horizontal.

18. El sistema de la reivindicación 14 donde el codo tiene un radio interno igual o mayor que el diámetro interno del tubo principal de suministro.

19. El sistema de la reivindicación 14 donde la paleta tiene una longitud de dos a cuatro veces el diámetro interno del tubo principal de suministro.

20. El sistema de la reivindicación 19 donde la longitud de la paleta es dos veces el diámetro interno del tubo.

21. El sistema de la reivindicación 19 donde la paleta tiene una anchura de tres a cinco veces el diámetro interno del tubo.

22. El sistema de la reivindicación 21 donde la anchura es cuatro veces el diámetro interno del tubo.

23. El sistema de la reivindicación 14 donde una línea central de la salida está desplazada del eje de rotación del impulsor por una distancia R que es de 35% a 45% del diámetro del impulsor.

24. El sistema de la reivindicación 23 donde la distancia R es el 38% del diámetro del impulsor.

25. El sistema de la reivindicación 23 donde el tubo principal de suministro se separa del impulsor desde un tercio a dos tercios del diámetro del impulsor.

26. El sistema de la reivindicación 23 donde el tubo principal de suministro se separa del impulsor por la mitad del diámetro D.

27. El sistema de la reivindicación 14 donde al menos una paleta se conecta a la parte horizontal del conducto.

28. El sistema de la reivindicación 27 donde el tubo principal de suministro es un tubo de bajada que es vertical.

29. El sistema de la reivindicación 1 donde el conducto incluye una parte aproximadamente horizontal, terminando dicha parte para formar la salida del gas.

30. El sistema de la reivindicación 1 donde la salida de gas de la lanceta se encuentra desplazada del centro longitudinal del agitador.