ES2247614T3 - Procedimiento para la concentracion de mezclas liquidas. - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN METODO PARA CONCENTRACION DE MEZCLAS LIQUIDAS, QUE COMPRENDE UNA FASE CONSISTENTE EN HACER FLUIR UNA CORRIENTE CONTINUA DE MEZCLAS LIQUIDAS, EN FORMA DE CAPA FINA TURBULENTA EN CONTACTO CON UNA PARED CALENTADA. CON DICHO PROPOSITO, SE ALIMENTA UNA CORRIENTE CONTINUA DE UNA MEZCLA LIQUIDA, AL INTERIOR DE UN TURBOCONCENTRADOR, QUE COMPRENDE UN CUERPO TUBULAR CILINDRICO (1), UNA CAMISA CALENTADORA (4) Y UN ROTOR DE PALETAS (8), SOPORTADO DE FORMA ROTATORIA EN EL CUERPO TUBULAR CILINDRICO (1). DICHA MEZCLA LIQUIDA SE CENTRIFUGA PARA FORMAR UNA CAPA FINA TUBULAR Y DINAMICA, QUE AVANZA EN EL INTERIOR DEL CUERPO TUBULAR CILINDRICO (1), SIENDO DESCARGADA A CONTINUACION DE MANERA CONTINUA, EN FORMA DE UNA CORRIENTE DE MEZCLA LIQUIDA CONCENTRADA.

Description

Procedimiento para la concentración de mezclas líquidas.

La presente invención se refiere, en su aspecto más general, a la concentración de mezclas y soluciones sustancialmente líquidas.

Más especialmente, la invención se refiere a un procedimiento para la concentración industrial de mezclas y soluciones sustancialmente líquidas dentro de todos los sectores industriales, como, por ejemplo, el sector alimentario, y en la eliminación de residuos urbanos, en plantas de purificación, y en la recuperación de metales pesados contenidos en soluciones acuosas, etc.

Puramente por razones de sencillez, estas mezclas y soluciones sustancialmente líquidas se referirán en el curso de la descripción como mezclas líquidas.

Los aparatos usados principalmente para la concentración de mezclas líquidas incluyen concentradores de efecto múltiple y concentradores de vacío.

El primer tipo de tecnología comprende una disposición en serie de dos o más concentradores, comprendiendo cada uno un contenedor relleno con la mezcla que se va a concentrar, un dispositivo de calentamiento con serpentín que se sumerge en la mezcla líquida y que está alimentado generalmente con vapor, y finalmente un sistema de tuberías que conecta en serie los dos o más contenedores que constituyen la planta. La mezcla líquida en el primer contenedor se calienta y se concentra por medio de vapor de la red principal. Después de haber alcanzado un grado específico de concentración, se transporta la mezcla líquida al siguiente contenedor en el que se somete a un tratamiento análogo, siendo la única diferencia que, en este caso, el vapor de la red principal se sustituye por el vapor que llega del primer contenedor, o que se libera de la mezcla líquida en la primera fase de concentración. El procedimiento que se acaba de describir puede repetirse varias veces hasta obtener la concentración deseada.

Sin embargo, con este tipo de tecnología es posible alcanzar únicamente un grado específico de concentración, que está determinado por la viscosidad del producto que se va a tratar, dado que es necesario asegurar que el producto, que se vuelve gradualmente más denso, circula bien de un contenedor a otro en la planta de concentración para evitar obstrucciones no deseadas en el sistema de tuberías de conexión. Este problema se agrava aún más si la mezcla líquida que se va a tratar contiene varios tipos de fibra, o agregados de sales insolubles o similar. Un inconveniente más presentado por cualquier tipo de mezcla líquida que se va a tratar es, sin embargo, el de las incrustaciones que se forman en los serpentines de calentamiento, que han de desmontarse y limpiarse periódicamente.

El segundo tipo de aparato, los concentradores de vacío, comprende normalmente un contenedor calentado por una camisa o un serpentín de calentamiento, estando el segundo inmerso en la mezcla líquida que se va a tratar, y un condensador para condensar el vapor formado en la fase de concentración.

Este tipo de aparato, sin embargo, tiene el inconveniente de funcionar por lotes lo que, como es bien conocido, limita la productividad y requiere unas operaciones de manipulación más complejas. A esto se añaden los problemas mencionados anteriormente de las incrustaciones en los serpentines u otras partes de la planta, y también un considerable desperdicio de energía debido al mantenimiento de presión reducida en la planta.

El documento US-A-5.256.250 desvela un evaporador de película fina para la concentración de soluciones, coloides, suspensiones y similares, en el que se forma una capa líquida fina tubular en avance.

El documento EP-A-0.711.505 desvela una etapa de batido para la producción de chocolate, que se realiza por medio de una turbomezcladora, que comprende un rotor de paletas soportado para rotación dentro de un cuerpo tubular cilíndrico.

El documento US-A-5.409.643 describe un procedimiento para formar un producto granular de silicato de sodio a partir de una solución del mismo, por medio de una secadora-granuladora, que comprende un cuerpo tubular cilíndrico con una camisa de calentamiento y con un rotor de paletas soportado de forma rotatoria en su interior.

El problema que subyace a la invención es proporcionar un procedimiento para la concentración de mezclas líquidas de varias clases que impida todos los inconvenientes mencionados anteriormente.

El problema se resuelve, según la invención, por un procedimiento según la reivindicación 1 anexa. En las reivindicaciones 2 y 3 se desvelan formas de realización adicionales del procedimiento según la invención.

El uso de capas finas turbulentas dinámicas en contacto con una pared calentada se ha encontrado especialmente ventajoso, ya que implica la formación de una gran superficie de intercambio, que acelera sustancialmente los procedimientos de transporte de masa y energía. Por tanto, el uso de capas finas permite que las dimensiones de toda la planta se reduzcan sustancialmente y los costes de energía decrezcan considerablemente.

Al realizar el procedimiento de la presente invención, se usa un turboconcentrador como unidad de concentración. De las máquinas de este tipo, la producida y comercializada por la empresa VOMM-IMPIANTI E PROCESSI de Milán (Italia) se ha encontrado especialmente útil y ventajosa. Esta máquina comprende básicamente un cuerpo tubular cilíndrico, que tiene un eje horizontal y se cierra en los extremos opuestos, que se proporciona con aberturas para la introducción de una mezcla líquida que se va a tratar y una corriente de aire seco que se desplaza en la misma dirección, una camisa de calentamiento para calentar la pared interna del cuerpo tubular a una temperatura predeterminada y un rotor de paletas soportado de forma rotatoria en el cuerpo tubular cilíndrico en el que se gira a una velocidad circunferencial variable de 30 a 50 m/s.

El procedimiento de la presente invención, dado que es continuo, permite una productividad muy superior a la de las técnicas de lotes o semilotes de la técnica anterior. El uso de un aparato como el descrito anteriormente reduce también sustancialmente los problemas asociados con el mantenimiento y la limpieza de la planta y, así, con los costes generales de manipulación y producción.

Ventajosamente, se suministra una corriente de aire seco caliente en el turboconcentrador en la misma dirección que la corriente de mezcla líquida; así, la velocidad a la que se elimina el vapor aumenta, lo que reduce además los tiempos de permanencia
necesarios para la corriente en la unidad de concentración.

La corriente mencionada anteriormente de aire seco tiene preferentemente una tasa de flujo que puede ser de hasta 6 Nm^{3} de aire por litro de agua evaporada.

Una forma de realización más de la invención proporciona, cuando resulta apropiado, el reciclaje de una porción de la corriente concentrada descargada en sentido ascendente del turboconcentrador; ello aumenta la viscosidad de la corriente de entrada, lo que facilita la operación del concentrador.

Las características y ventajas de la invención se harán más evidentes a partir de la siguiente descripción de formas de realización del procedimiento descrito anteriormente que se da en referencia a un aparato mostrado esquemáticamente en el único dibujo anexo, que se proporciona puramente con fines de ilustración.

En referencia al dibujo mencionado anteriormente, un aparato usado para el procedimiento de concentración según la invención comprende un turboconcentrador formado básicamente por un cuerpo tubular cilíndrico 1 que se cierra en los extremos opuestos por bases 2, 3 y que se proporciona coaxialmente con una camisa de calentamiento 4 a través de la cual se hace fluir un fluido, por ejemplo aceite diatérmico, para mantener la pared interna del cuerpo 1 a una temperatura predeterminada.

El cuerpo tubular 1 está provisto de una abertura 5 para la entrada de la mezcla líquida que se concentrará, una abertura 6 para la corriente de aire seco caliente, y también una abertura 7 para la descarga de la mezcla líquida concentrada.

Un rotor de paletas 8, cuyas paletas 9 están dispuestas helicoidalmente y están orientadas con la centrífuga y simultáneamente transportan a la salida la mezcla líquida que se va a concentrar, está soportado de forma rotatoria en el cuerpo tubular 1.

Se proporciona un motor M para accionar el rotor de paletas a velocidades variables.

Ejemplo 1

Se suministró continuamente una solución al 35% de almidón acetilado en ácido acético que tenía un grado de acetilación igual a saturación en el turboconcentrador descrito anteriormente a una tasa de flujo de 100 kg/h. La pared interna del turboconcentrador se mantuvo a una temperatura de 130ºC. El rotor de paletas, que gira a una velocidad circunferencial de 40 m/s, centrifugó la mezcla líquida contra la pared del turboconcentrador en el que formó una capa fina tubular turbulenta y dinámica. Después de un tiempo de permanencia de 30 segundos, la corriente de solución que salía del turboconcentrador 1 se transportó a una unidad de almacenamiento adecuada (no mostrada). La solución así obtenida tenía una concentración del 80%.

Ejemplo 2

Se suministró continuamente una solución de carbonato de polipropileno en cloruro de metileno, que tenía un contenido en sólidos del 20% a una tasa de flujo de 100 kg/h en el turboconcentrador descrito anteriormente, en la misma dirección que una corriente de aire seco caliente que tenía una tasa de flujo de 500 m^{3}/h. La temperatura de la pared interna del turboconcentrador fue de 120ºC, la velocidad circunferencial del rotor de paletas fue de 40 m/s y el tiempo de permanencia en el turboconcentrador fue de 1 minuto. La corriente que salía del turboconcentrador, que tenía un contenido en sólidos del 90%, se descargó a continuación en forma de una masa fundida y se transportó a una unidad de almacenamiento adecuada.

Ejemplo 3

Se suministró una solución al 75% de sorbitol en agua en el turboconcentrador a una tasa de flujo de 100 kg/h. La temperatura de la pared interna del turboconcentrador 1 fue de 140ºC, la velocidad circunferencial del rotor de paletas fue de 40 m/s, mientras que el tiempo de permanencia en el turboconcentrador 1 fue de 2 minutos. La corriente concentrada que salía del turboconcentrador exhibió un contenido en sólidos del 99%.

Ejemplo 4

Se suministró una solución salina del efluente vertido como tal u obtenido de una planta de concentración de membrana con un contenido medio en sólidos del 2% en el turboconcentrador a una tasa de flujo de 1.000 kg/h. La temperatura de la pared interna del turboconcentrador 1 fue de 240ºC, la velocidad circunferencial del rotor de paletas fue de 40 m/s, mientras que el tiempo de permanencia en el turboconcentrador 1 fue de 2 minutos. La corriente concentrada que salía del turboconcentrador exhibió un contenido en sólidos del 50%.

Claims (3)

1. Procedimiento para la concentración de mezclas líquidas, que comprende las etapas de:

- suministro de una corriente continua de una mezcla líquida en un turboconcentrador que comprende un cuerpo tubular cilíndrico (1) que tiene un eje horizontal y que está equipado con una abertura (5) para la introducción de la mezcla líquida y con una abertura (7) para la descarga del producto final, una camisa de calentamiento (4) para calentar la pared interna del cuerpo tubular a una temperatura predeterminada, y un rotor de paletas (8) soportado de forma rotatoria en el cuerpo tubular cilíndrico (1) en el que se gira a velocidades circunferenciales variables de 30 a 50 m/s,

- centrifugado de la mezcla líquida para formar una capa fina tubular y dinámica en la que la mezcla líquida se mantiene en un estado de alta turbulencia por las paletas (9) del rotor de paletas (8),

- avance de la capa fina tubular dinámica a la abertura de descarga (7) del turboconcentrador, haciendo que fluya sustancialmente en contacto con la pared calentada del último a la abertura de descarga,

- descarga continua de una corriente de mezcla líquida concentrada.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que se suministra una corriente de aire seco caliente en el turboconcentrador en la misma dirección que la corriente continua de mezcla líquida.

3. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en el que se suministra de nuevo una porción de la corriente continua de mezcla líquida concentrada que sale del turboconcentrador continuamente en sentido ascendente con respecto al turboconcentrador.