Dispositivo y procedimiento para separar una mezcla de medio fluida con un ciclón estacionario.

Dispositivo (1) para separar una mezcla de medio fluida en al menos dos fracciones distintas con diferentedensidad másica promedio,

que comprende:

- un espacio de separación alargado que es circularmente simétrico en la dirección axial y que está encerradopor una carcasa estacionaria (2), en el cual la carcasa (2) está provista de una alimentación (3) para unamezcla que se va a separar y de al menos dos descargas (9, 11) para descargar al menos dos fracciones condiferente densidad másica, de las cuales la descarga (11) para la fracción pesada está conectada centralmenteal espacio de separación, y

- un medio de rotación (6) situado en el espacio de separación para hacer que la mezcla gire como un vórticeen el espacio de separación,

en el cual la alimentación (3) para una mezcla que se va a separar conecta inicialmente por medio de una primeraparte de alimentación con el espacio de separación y se transpone (5) en una tercera parte (Z2) de alimentación queforma el medio de rotación (6) y desemboca de manera sustancialmente tangencial en el espacio de separación,caracterizado porque la primera parte de alimentación conecta de manera sustancialmente radial con la carcasaestacionaria (2) mediante una pluralidad de primeras partes de alimentación (3) que están dispuestas como unnúmero de aberturas de alimentación (3) en la carcasa estacionaria (2) y conectan así con el espacio de separacióndesde diferentes direcciones radiales.

Dispositivo y procedimiento para separar una mezcla de medio fluida con un ciclón estacionario La invención se refiere a un dispositivo para separar una mezcla de medio fluida en al menos dos fracciones diferentes con una densidad másica promedio distinta de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Tal dispositivo también se denomina ciclón estacionario. La invención también se refiere a un procedimiento para separar una mezcla de medio fluida en al menos dos fracciones diferentes con una densidad másica distinta utilizando dicho ciclón estacionario de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 10.

La separación de una mezcla de medio fluida tiene muy diversas aplicaciones. En el presente documento, se entiende que mezcla de medio significa una mezcla de al menos un líquido o un gas que pueda mezclarse con partes de material sólido tales como un polvo o un aerosol. Son ejemplos una mezcla gas/gas, una mezcla gas/líquido, una mezcla líquido/líquido, una mezcla gas/sólido, una mezcla líquido/sólido, o cualquiera de las mencionadas mezclas provista de una o más fracciones adicionales. La separación de una mezcla de medio fluida se conoce por ejemplo por diversas aplicaciones de limpieza de líquidos, limpieza de gases (de combustión) y separación de polvo. La separación de fracciones con una gran diferencia en tamaño de partículas y/o una gran diferencia en densidad másica es relativamente sencilla. Con este propósito se hace un uso a gran escala de procedimientos tales como filtración y cribado. En la separación de fracciones con una diferencia en densidad másica más pequeña se hace uso de técnicas de separación química y/o técnicas de separación tales como sedimentación y centrifugación. Una tecnología relativamente sencilla, y por lo tanto económica, con la que pueden separarse en línea grandes volúmenes, hace uso de las diferencias en densidad másica de las fracciones para separar aplicando una fuerza centrípeta a la mezcla mediante la rotación de la mezcla, por ejemplo en una centrifugadora o en un ciclón. Un dispositivo de separación relativamente sencillo, que consiste en una carcasa estacionaria en la cual puede generarse un vórtice, es decir una mezcla en rotación, se describe por ejemplo en los documentos WO 97/05956 y WO 97/28903. Los dispositivos mostrados en estos documentos también se denominan “hidrociclones”, y son particularmente adecuados para la separación líquido/líquido. Debe observarse que las fracciones obtenidas tras la separación aún pueden tener (“estar contaminadas con”) una parte de la otra fracción, incluso tras la separación, aunque ambas fracciones tengan una composición que difiera claramente de la composición de la mezcla original.

La solicitud de patente francesa FR 2134520 describe un ciclón que comprende una primera parte de alimentación que conecta radialmente con el espacio de separación. El ciclón también está provisto de una parte pasante que permite el paso de la mezcla en una dirección lateral y con la cual conecta una guía con elementos de guía curvos, por lo que se obtiene una dirección de flujo radial. Una vez que la mezcla está en movimiento rotativo, se transporta a través de un tubo separador. El uso de esta construcción ofrecerá como mucho un resultado de separación mediocre.

La patente estadounidense 3.535.850 da conocer un separador de partículas centrífugo para procesar aire cargado de polvo a la presión atmosférica que comprende una carcasa cilíndrica alargada que forma una cámara de vórtice con un componente de torbellino o de rotación para generar un flujo de vórtice natural dentro de la cámara de vórtice. El suministro del aire cargado de polvo se dirige radialmente hacia dentro y, como resultado de la rotación del aire cargado de polvo en la carcasa estacionaria del ciclón, una fracción más ligera migrará al menos sustancialmente hacia el lado interior del vórtice y la fracción de polvo más pesada migrará hacia el lado exterior del vórtice. La fracción de aire y la fracción de polvo se descargan en posiciones separadas del ciclón; la fracción de polvo en un punto radialmente hacia fuera del vórtice.

Se considera que la patente estadounidense 6.702.877 representa la técnica anterior más cercana y da a conocer un dispositivo para separar una mezcla de gas con líquido y/o sólido que comprende un recipiente de separación por gravedad y un recipiente de procesamiento que puede montarse en la recipiente de separación. La mezcla que se va a separar se introduce horizontalmente (flecha B) desde un lado hasta una cámara superior de entrada desde la cual la mezcla fluye hacia abajo en ciclones adyacentes. Subsiguientemente unas palas de turbulencia hacen que la mezcla comience a girar dentro de los ciclones. La fracción pesada de la mezcla fluye hacia abajo y sale de los ciclones a través de unos ahusamientos cónicos al tiempo que la fracción ligera se descarga por el lado superior de los ciclones.

El objetivo de la presente invención es aumentar, con una inversión limitada, la eficiencia y/o la efectividad de la separación de fracciones de una mezcla de medio fluida utilizando un vórtice generado en una carcasa estacionaria.

La invención proporciona con este fin un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1. El espacio de separación tiene normalmente una forma alargada que tiene un lado interior de sección transversal circular (es decir una sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal o al eje de la longitud del ciclón) . El espacio de separación puede estar provisto, según se desee, de un núcleo alrededor del cual se hace girar la mezcla a modo de vórtice. El dispositivo de acuerdo con la invención está provisto de una pluralidad de primeras partes de alimentación que conectan con el espacio de separación desde diferentes direcciones radiales, preferentemente de tal modo que la pluralidad de primeras partes de alimentación conecten en ángulos mutuamente iguales con la periferia del espacio de separación. En otras palabras, esto significa que conectan a distancias mutuamente iguales con la periferia de la pared exterior generalmente circular del espacio de separación. En la práctica, se han obtenido resultados ventajosos con doce (12) primeras partes de alimentación distribuidas regularmente por toda la periferia. Esto proporciona una entrada de flujo uniforme de la mezcla que se va a separar, de tal modo que se produce un patrón de flujo estable en el espacio de separación más pronto que si el dispositivo sólo estuviera provisto de una, o unas pocas, primeras partes de alimentación de acuerdo con la técnica anterior. Un patrón de flujo estable tiene la ventaja de que se preserva la separación (previa) ya presente en la mezcla. Más abajo se esclarecerá adicionalmente la separación previa resultante de la entrada del flujo; en combinación con las bocas de alimentación múltiples se mantendrá la separación previa obtenida. Debido al medio de rotación, la dirección del flujo cambia, en la dirección axial del dispositivo, de axial a tangencial (' aumenta en la dirección axial) . La combinación de dichas medidas resultará por lo tanto en un aumento inesperado de la capacidad de separación del dispositivo. Esto se potencia adicionalmente cuando las primeras partes de alimentación conectan en ángulos mutuamente iguales con la periferia del espacio de separación.

Por lo tanto, la separación no sólo se produce en el espacio de separación, sino que la mezcla que se va a separar entra en el espacio de separación en un estado previamente separado (es decir un estado en el cual ya no es posible hablar de una mezcla homogénea) , es decir en un estado en el cual ya se ha producido una separación parcial. Esta separación previa se obtiene durante la alimentación de la mezcla que se va a separar creando una transición desde la dirección radial de alimentación inicial hasta la dirección de alimentación final, en la cual la mezcla se introduce en el espacio de separación de manera sustancialmente tangencial a la pared interior del espacio de separación (es decir en paralelo a la orientación de la pared interior en la posición de la propia conexión con el vórtice) , y además manteniendo esta separación previa de la mezcla. Como resultado de la dirección de flujo cambiante en la ruta de alimentación, una fracción más pesada y una fracción más ligera de la mezcla que se va a separar tienen diferentes direcciones de flujo; una fracción más pesada tiene una mayor tendencia a mantener una dirección de flujo existente que una fracción más ligera. Esto es debido a que las partículas más pesadas tienen una mayor inercia de masa, y por lo tanto estarán menos inclinadas a seguir un cambio de dirección... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (1) para separar una mezcla de medio fluida en al menos dos fracciones distintas con diferente densidad másica promedio, que comprende:

- un espacio de separación alargado que es circularmente simétrico en la dirección axial y que está encerrado por una carcasa estacionaria (2) , en el cual la carcasa (2) está provista de una alimentación (3) para una mezcla que se va a separar y de al menos dos descargas (9, 11) para descargar al menos dos fracciones con diferente densidad másica, de las cuales la descarga (11) para la fracción pesada está conectada centralmente al espacio de separación, y

- un medio de rotación (6) situado en el espacio de separación para hacer que la mezcla gire como un vórtice en el espacio de separación,

en el cual la alimentación (3) para una mezcla que se va a separar conecta inicialmente por medio de una primera parte de alimentación con el espacio de separación y se transpone (5) en una tercera parte (Z2) de alimentación que forma el medio de rotación (6) y desemboca de manera sustancialmente tangencial en el espacio de separación,

caracterizado porque la primera parte de alimentación conecta de manera sustancialmente radial con la carcasa estacionaria (2) mediante una pluralidad de primeras partes de alimentación (3) que están dispuestas como un número de aberturas de alimentación (3) en la carcasa estacionaria (2) y conectan así con el espacio de separación desde diferentes direcciones radiales.

2. Dispositivo (1) según lo reivindicado en la reivindicación 1, caracterizado porque el número de aberturas de alimentación (3) que forman la pluralidad de primeras partes de alimentación (3) conectan en ángulos mutuamente iguales con la periferia de la carcasa estacionaria (2) del espacio de separación.

3. Dispositivo (1) según lo reivindicado en las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la descarga (11) para la fracción pesada conecta centralmente con un área de paso (10) del espacio de separación que disminuye en dirección axial.

4. Dispositivo (1) según lo reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la tercera parte de alimentación (Z2) comprende elementos de guía (6) curvos.

5. Dispositivo (1) según lo reivindicado en la reivindicación 4, caracterizado porque un elemento estabilizador (7) curvo está posicionado entre dos elementos de guía (6) curvos adyacentes de la tercera parte de alimentación (Z2) .

6. Dispositivo (1) según lo reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el diámetro del espacio de separación es menor de 75, 50, 25 o 10 mm.

7. Dispositivo (1) según lo reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque entre la primera parte de alimentación radial y la tercera parte de alimentación (Z2) tangencial, la alimentación tiene una segunda parte de alimentación axial intermedia que se extiende sustancialmente paralela al eje longitudinal (4) del espacio de separación.

8. Dispositivo (1) según lo reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera parte de alimentación se transpone en la tercera parte de alimentación (Z2) por medio de una guía curva (5) .

9. Dispositivo (1) según lo reivindicado en cualquiera de las reivindicacione.

4. 8, caracterizado porque los elementos de guía (6) curvos de la tercera parte de alimentación (Z2) conectan con las aberturas de alimentación (3) en la carcasa estacionaria (2) .

10. Procedimiento para separar una mezcla de medio fluida en al menos dos fracciones con diferente densidad másica, que comprende las etapas de procesamiento de:

A) introducir una mezcla que se va a separar en un ciclón estacionario de acuerdo con el dispositivo (1) según lo reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 – 9,

B) hacer que la mezcla fluida que se va a separar gire como un vórtice en una carcasa (2) estacionaria, alargada y circularmente simétrica del ciclón, y

C) descargar al menos dos fracciones separadas de la carcasa (2) del ciclón estacionario, con lo cual la fracción pesada se descarga centralmente con respecto a la carcasa (2) del ciclón,

caracterizado porque durante la etapa de procesamiento A) la mezcla que se va a separar se suministra al ciclón estacionario en diferentes fracciones desde diferentes direcciones radiales, a través de una pluralidad de primeras partes de alimentación (3) que están dispuestas como una serie de aberturas de alimentación (3) en la carcasa estacionaria (2) .

11. Procedimiento según lo reivindicado en la reivindicación 10, caracterizado porque las direcciones en las que se introducen en el ciclón estacionario las diferentes fracciones suministradas a través de una pluralidad de primeras 5 partes de alimentación (3) encierran ángulos mutuamente iguales.

12. Procedimiento según lo reivindicado en las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado porque durante la etapa de procesamiento A) , entre las direcciones de flujo sustancialmente radiales iniciales y la dirección de flujo sustancialmente tangencial final, la mezcla que se va a separar tiene una dirección de flujo intermedia que es sustancialmente axial (4) al vórtice.

13. Procedimiento según lo reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 10-12, caracterizado porque durante la etapa de procesamiento A) , el flujo de la mezcla de medio que se va a introducir en el ciclón tiene un patrón de flujo sustancialmente laminar.

14. Procedimiento según lo reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 10-13, caracterizado porque la mezcla de medio se expande (instantáneamente) durante la alimentación al vórtice.