ES2290370T3 - Procedimiento y dispositivo para mezclar fluidos en medios capaces de fluir. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para mezclar fluidos con medios capaces de fluir, por ejemplo suspensiones de material fibroso, en el que se introduce el fluido que se va a mezclar en este medio fluyente con alta velocidad relativa a través de un rotor que comprende un árbol hueco y un dispositivo de distribución dispuesto en el extremo del árbol hueco y provisto de aberturas de salida, por ejemplo un dispositivo de distribución en forma de estrella, y se le distribuye de manera uniforme por medio del giro del dispositivo de distribución.
Description
Procedimiento y dispositivo para mezclar fluidos
en medios capaces de fluir.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para mezclar fluidos con medios capaces de fluir, por
ejemplo suspensiones de material fibroso. Además, se refiere a un
dispositivo para realizar el procedimiento.
En diferentes procesos es necesario introducir
en medios fluyentes, en solitario o conjuntamente, vapor, gases de
reacción, agua o sustancias químicas. Especialmente, en el ámbito de
la industrial del papel y de la celulosa se utiliza generalmente
vapor para calentar agua (filtrados) y suspensiones. Hoy en día esto
se realiza generalmente en una tubería que conduce a un recipiente
de reacción. Además, hay que mezclar sustancias químicas muy
diferentes en forma gaseosa y/o líquida con introducidas con medios
fluyentes. Si se deben mezclar líquidos, existe entonces la
posibilidad de mezcladores estáticos, es decir, el líquido a mezclar
se introduce en la tubería, por ejemplo se ingresa en ésta y, a
continuación, se la transporta junto con el líquido, por ejemplo
suspensión de material fibroso, por medio de un dispositivo en el
que se mezclan las dos corrientes de medios por efecto de múltiples
desviaciones. Si se deben mezclar gases o el vapor, esto se realiza
frecuentemente por medio de toberas dispuestas en la periferia del
tubo, de modo que se produce una distribución de la cantidad total a
dosificar sobre varios (muchos) lugares de dosificación. El
inconveniente de todos estos procedimientos o disposiciones consiste
en que se realiza ya localmente en los lugares de dosificación una
reacción, especialmente en el caso de sustancias químicas muy
reactivas y en el caso de vapor, con lo que pueden aparecer
irregularidades en la distribución. Si se utiliza vapor para
calentar medios, pueden configurarse sobrecalentamientos locales en
los lugares de dosificación, lo que, por ejemplo en suspensiones de
material fibroso, llevará a daños en las fibras.
El documento
US-A-4 577 974 muestra, por ejemplo,
un dispositivo en el que se introduce un medio a través de un codo
de tubo y este medio fluye axialmente contra un rotor, desde donde
se la "lanza" hacia la sección transversal exterior. El
documento WO 97 46310 A muestra un rotor con aberturas en el árbol,
instalándose el rotor en posición sustancialmente perpendicular a la
dirección de circulación. Por tanto, el suministro de fluido se
realiza tanto en la dirección de circulación, como también del rotor
contra la dirección de circulación en la otra mitad. En el
documento WO 93 07961 A, en una variante, se aspira gas de la
corriente de líquido. El documento WO 97 46309 A describe un
mezclador en el que la corriente de suspensión es desviada por una
placa que hace de válvula en la dirección de circulación, de tal
modo que penetre excéntricamente en el espacio de mezclado. En un
lado del espacio de mezclado se suministran a continuación
sustancias químicas. En el documento
US-A-5 863 120 se introducen
sustancias químicas a través de la parte hueca de un árbol de
rotor, estando dispuesto el rotor en un codo de tubo con afluencia
de corriente irregular.
Por tanto, el objetivo de la invención es crear
una distribución uniforme de fluidos que se han de mezclar en
medios fluyentes.
Conforme al procedimiento según la invención, el
fluido que se va a mezclar se introduce directamente en este medio
fluyente con elevada velocidad relativa por medio de un rotor que
consta de un árbol hueco y un dispositivo de distribución dispuesto
en el extremo del árbol hueco y dotado de aberturas de salida, por
ejemplo un dispositivo de distribución en forma de estrella y se le
distribuye de manera uniforme por medio del giro del dispositivo de
distribución. Debido al mezclado del fluido a través de un
dispositivo de distribución dispuesto en el extremo del árbol hueco
puede lograrse un una distribución muy ampliamente uniforme del
fluido en medio fluyente. Se evitan así prácticamente también
sobrecalentamientos locales (durante el suministro de vapor) o
daños, por ejemplo de las fibras. Cuando se mezclan sustancias
químicas, pueden conseguirse así una distribución uniforme y, por
tanto, una acción uniforme.
Un perfeccionamiento ventajoso de la invención
está caracterizado porque se mezcla vapor con el medio fluyente,
por ejemplo suspensión de material fibroso y, por tanto, el medio,
en particular una suspensión de material fibroso, se calienta a una
temperatura más alta, por ejemplo hasta 180ºC. Debido al mezclado de
vapor poco antes de un recipiente, el medio, por ejemplo una
suspensión de material fibroso, puede suministrarse ya calentado de
manera uniforme. Con una elección adecuada del tipo de adición, el
vapor se condensa ya en el medio antes de su entrada en el
recipiente, de modo que se garantiza un calentamiento completo.
Si se mezcla con el medio, por ejemplo una
suspensión de material fibroso, un gas, preferentemente un gas de
reacción como, por ejemplo, oxígeno, ozono o cloro, resulta entonces
una reacción especialmente uniforme con el medio.
Se aplica una consideración análoga cuando se
mezcla con el medio fluyente, por ejemplo, una suspensión de
material fibroso, un líquido y/o sustancias químicas como, por
ejemplo, agua, peróxido, lejías, ácidos, aditivos o materias
auxiliares.
Se ha visto que es especialmente favorable que
se mezclen conjuntamente vapor y/o gas y/o líquido.
Una variante especialmente favorable consiste en
que el rotor esté equipado con dispositivos de transporte, por
ejemplo paletas, de modo que genere una presión de transporte y se
transporten simultáneamente los fluidos mezclados.
La invención se refiere también a un dispositivo
para mezclar fluidos con medios capaces de fluir, por ejemplo
suspensiones de material fibroso, estando previsto un rotor que
presenta un árbol hueco giratorio para suministrar el fluido, y
estando previsto en el extremo del árbol hueco un dispositivo de
distribución en forma de estrella con aberturas de salida, a través
de las cuales el fluido que se va a mezclar es introducido
directamente en el medio fluyente con alta velocidad relativa. Por
tanto, el fluido a añadir se distribuye de manera muy fina en el
medio, por ejemplo una suspensión de material fibroso.
Si las aberturas de salida del dispositivo de
distribución en forma de estrella están configuradas como toberas,
entonces los fluidos que se van a mezclar se pueden suministrar en
lugares óptimos.
La invención se refiere también a una
instalación para mezclar fluidos en medios capaces de fluir, en
particular suspensiones de material fibroso. Es ventajoso que el
dispositivo esté dispuesto en una tubería, especialmente en una
desviación de una tubería.
Alternativamente, el dispositivo puede estar
dispuesto en un recipiente o bien directamente antes de un
recipiente de reacción.
La invención se describe a continuación a título
de ejemplo a partir de los dibujos, representando la figura 1 un
dispositivo según el estado de la técnica y la figura 2, una
variante de la invención.
Las figuras 3 a 5 representan diferentes
disposiciones de la invención y la figura 6, un ejemplo de un rotor
según la invención.
La figura 1 muestra una instalación según el
estado de la técnica. Se bombea aquí desde un recipiente 1 una
suspensión de material fibroso o de celulosa por medio de una bomba
2, pudiendo ser el recipiente 1, por ejemplo, un tubo vertical de
un lavadero o de un depósito de almacenamiento. En la tubería 4,
junto a la bomba 2, está prevista también una acometida de vapor 6
que consta de varias válvulas de vapor que están dispuestas
alrededor de la periferia de la tubería. A continuación, se
introduce la suspensión en un recipiente de tratamiento 9 por medio
de una bomba de aumento de presión 8. La suspensión debe presentar,
en el lugar del suministro de vapor, una presión más reducida que
la del vapor suministrado, que es generalmente vapor de baja
presión.
La figura 2 muestra un dispositivo 10 según la
invención, en el que se suministra el medio fluyente, por ejemplo
una suspensión de material fibroso, a través de un conducto 11 y se
descarga de nuevo el medio mezclado con un fluido a través de una
tubería 12. En este caso, el dispositivo 10 presenta un árbol hueco
13 giratorio a través del cual se suministra un fluido 14 como, por
ejemplo, vapor, un gas o un líquido. En el extremo del árbol hueco
13 está dispuesto un dispositivo de distribución 15 con aberturas 16
a través de los cuales el fluido que se va a mezclar se introduce
directamente en el medio fluyente o circulante con alta velocidad
relativa.
Las figuras 3 a 5 muestran diferentes
disposiciones del dispositivo 10. La figura 3 corresponde
aproximadamente a la figura 2, estando dispuesto aquí el
dispositivo 10 en un codo de tubería 21. Debido a la desviación del
flujo se mejora aún más el mezclado y se reducen las pérdidas de
rozamiento.
La disposición de la figura 4 muestra un
dispositivo 10 según la invención que está dispuesto en un
recipiente 22. El rotor 23 se asienta aquí sobre un árbol hueco 13
a través del cual se mezcla de manera uniforme un correspondiente
fluido como, por ejemplo, vapor, gas o un líquido. En el caso de una
denominada tina de pasta en la industria papelera, se hace circular
todo el líquido en el recipiente por medio de la turbulencia
generada por el rotor 23 y, por tanto, se garantiza un mezclado
uniforme.
La figura 5 muestra una disposición según la
invención del dispositivo 10 en un reactor 24. El medio, por
ejemplo una suspensión de material fibroso, se suministra al reactor
24 a través de una tubería 11'. El fluido, por ejemplo vapor, gas o
un medio de reacción líquido, se alimenta directamente al medio
fluyente con alta velocidad relativa a través del árbol hueco 13
del rotor, que está equipado con al menos un dispositivo de
distribución en forma de estrella, y se le distribuye allí de manera
uniforme.
La figura 6 muestra un ejemplo para un rotor
según la invención. Se pueden apreciar bien aquí las aberturas de
salida 16 para el fluido que se va a mezclar.
Un uso preferido de la invención reside en el
mezclado de vapor y/o sustancias químicas en el campo de la
deslignificación y/o blanqueo de la celulosa. En general, se mezclan
aquí vapor de calentamiento de la suspensión y/o sustancias
químicas de deslignificación y/o blanqueo con una suspensión de
recortes de picadura-lejía de cocción o con una
suspensión de celulosa que tiene una proporción de fibra de 0,1 a
20%. En este caso, según sea necesario, pueden utilizarse gases
como oxígeno, ozono, cloro, dióxido de cloro, dióxido de azufre o
líquidos como lejía blanca o peróxido. Adicionalmente, la
temperatura es un criterio esencial para la reacción. Por tanto,
por medio de vapor, se aumenta la temperatura de partida de la
suspensión de celulosa de entre 10 y 100ºC hasta una temperatura
mayor de hasta aproximadamente 180ºC. Con la presente invención es
posible elevar de manera uniforme la temperatura de la suspensión
de celulosa y, por tanto, evitar sobrecalentamientos parciales
desventajosos de partes del medio. Con una elección adecuada de las
posiciones de suministro, pueden mezclarse de manera uniforme con
la suspensión ya calentada (ajuste de la temperatura de reacción
necesaria/deseada) el gas de reacción deseado o las sustancias
químicas de reacción líquidas. Asimismo, pueden mezclarse
favorablemente ácidos o lejías para el ajuste del valor del pH.
Claims (11)
1. Procedimiento para mezclar fluidos con medios
capaces de fluir, por ejemplo suspensiones de material fibroso, en
el que se introduce el fluido que se va a mezclar en este medio
fluyente con alta velocidad relativa a través de un rotor que
comprende un árbol hueco y un dispositivo de distribución dispuesto
en el extremo del árbol hueco y provisto de aberturas de salida,
por ejemplo un dispositivo de distribución en forma de estrella, y
se le distribuye de manera uniforme por medio del giro del
dispositivo de distribución.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se mezcla vapor con el medio fluyente,
en particular una suspensión de material fibroso y, por tanto, el
medio, en particular una suspensión de material fibroso, se
calienta a una temperatura superior, por ejemplo, de hasta
180ºC.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se mezcla en el medio, en particular una
suspensión de material fibroso, un gas, preferentemente un gas de
reacción como, por ejemplo, oxígeno, ozono o cloro.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se mezclan con el medio, en particular
una suspensión de material fibroso, un líquido y/o sustancias
químicas como, por ejemplo, agua, peróxido, lejías, ácidos,
aditivos o materias auxiliares.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se mezclan
conjuntamente vapor y/o gas y/o líquido.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el rotor está
equipado con unos dispositivos de transporte, por ejemplo paletas,
de modo que éste genera un presión de transporte y los fluidos
mezclados son transportados simultáneamente.
7. Dispositivo (10) para mezclar fluidos con
medios capaces de fluir, por ejemplo suspensiones de material
fibroso, en el que está previsto un rotor que presenta un árbol
hueco giratorio (13) para suministrar los fluidos,
caracterizado porque en el extremo del árbol hueco (13) está
prevista un dispositivo de distribución en forma de estrella (15)
con unas aberturas de salida (16), a través de las cuales el fluido
que se va a mezclar es introducido directamente en el medio
fluyente con alta velocidad relativa.
8. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado porque las aberturas de salida (16) del
dispositivo de distribución en forma de estrella están configuradas
como toberas.
9. Instalación para mezclar fluidos con medios
capaces de fluir, por ejemplo suspensiones de material fibroso, con
un dispositivo según una de las reivindicaciones 7 u 8,
caracterizada porque el dispositivo (10) está dispuesto en
una tubería (21), en particular en una desviación de una
tubería.
10. Instalación para mezclar fluidos con medios
capaces de fluir, por ejemplo suspensiones de material fibroso, con
un dispositivo según una de las reivindicaciones 7 u 8,
caracterizada porque el dispositivo (10) está dispuesto en
un recipiente (22).
11. Instalación para mezclar fluidos con medios
capaces de fluir, por ejemplo suspensiones de material fibroso, con
un dispositivo según una de las reivindicaciones 7 u 8,
caracterizada porque el dispositivo (10) está dispuesto
directamente delante de un recipiente de reacción (24).
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