ES2601361T3 - Mezcladora y método para mezclar un gas y una solución - Google Patents

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Abstract

Una mezcladora (1) que proporciona una potente capacidad de bombeo para mezclar una solución o lechada y un gas, comprendiendo la mezcladora una placa circular (3) unida simétricamente al extremo inferior de un árbol (2), paletas mezcladoras interiores verticales (4) unidas radialmente por encima y por debajo al borde exterior de la placa y paletas exteriores (6) unidas a la placa circular por medio de un brazo (5), caracterizada porque las paletas interiores y exteriores (4, 6) están unidas simétricamente en altura en relación con el plano formado por la placa circular (3).

Description

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DESCRIPCION
Mezcladora y metodo para mezclar un gas y una solucion Campo de la invencion
La invencion se refiere a una mezcladora que proporciona una potente capacidad de bombeo. La mezcladora esta destinada a estados en los que la solucion o lechada que se ha de procesar es diffcil de tratar y a la cual es llevado el gas con la intencion de dispersarlo uniforme y eficazmente en la solucion. El metodo de mezcladura es especialmente apropiado para un proceso hidrometalurgico, en el que la finalidad es dispersar el gas en la solucion y obtener una mezcla efectiva, tanto a micro- como a macro-nivel.
Antecedentes de la invencion
La patente US 4.548.765 describe una mezcladora en la que existen paletas situadas por encima y por debajo de una placa circular unida al arbol de la mezcladora y paletas deflectoras situadas en el extremo de brazos exteriores a la placa circular. El centro de gravedad de las paletas esta por debajo de la placa circular. La mezcladora esta prevista para mezclar gas, lfquido y solidos conjuntamente en una buena dispersion, mediante la cual puedan progresar reacciones qmmicas de una manera controlada.
En contraposicion, la patente US 7.070.174 describe un aparato de mezclar que consiste en dos mezcladoras fijadas sobre el arbol de la mezcladora. La mezcladora esta prevista para reactores cerrados, por ejemplo autoclaves, por ejemplo autoclaves verticales. La finalidad del aparato de mezclar es dispersar gas en una lechada en la que el gas es alimentado al reactor desde por encima de la superficie de la lechada.
En el aparato de acuerdo con la patente US 7.070.174, la mezcladora superior comprende una placa central unida al arbol, paletas interiores unidas a la placa central y paletas exteriores unidas al borde exterior de la placa central. El borde interior de las paletas interiores por encima de la placa central esta hecho de manera que se estrecha hacia fuera en la forma de un arco y por debajo de la placa central el borde interior esta recto. El borde exterior de la paleta interior es vertical en toda su longitud. Las paletas exteriores estan unidas directamente a la placa central en el mismo punto que las paletas interiores. Las paletas exteriores son rectangulares y su angulo de inclinacion con respecto a la placa central es de 30 - 60 grados. El aparato de mezclar incluye tambien una mezcladora inferior que consiste en una placa central redonda y paletas unidas a su borde exterior. El borde exterior de las paletas y el borde interior por encima de la placa central son verticales, pero la parte del borde interior por debajo de la placa central se estrecha hacia fuera en la forma de un arco. La finalidad de las paletas superiores de la mezcladora es realizar un vortice que aspire el gas desde la superficie del lfquido y dispersar el gas en burbujas pequenas. Puesto que la mezcladora superior no es capaz de conseguir una mezcladura efectiva de la lechada ademas de la dispersion, el aparato de mezclar esta provisto de una mezcladora inferior con la finalidad de obtener una buena mezcladura de la propia lechada y ademas dispersar las burbujas de gas en burbujas menores y mezclarlas en la lechada. La mezcladora inferior absorbe considerablemente mas potencia que la mezcladora superior. El aparato de mezclar esta previsto siempre para comprender al menos dos de las mezcladoras descritas anteriormente.
Finalidad de la invencion
Las mezcladoras descritas anteriormente son practicas para muchas finalidades, pero sin embargo han demostrado ser insuficientes en condiciones en las que la mezcladura en el micro- y macro-nivel, asf como la dispersion de gas en una solucion o lechada, es una condicion vital para el exito de muchos procedimientos, y en los que se desea evitar, por ejemplo, la formacion de co-productos daninos y el desgaste del aparato.
Compendio de la invencion
Las caractensticas esenciales de la mezcladora y el metodo de acuerdo con la invencion resultaran evidentes en las reivindicaciones adjuntas.
La invencion se refiere a una mezcladora que proporciona una potente capacidad de bombeo para mezclar una solucion o lechada y gas, por lo que la mezcladora comprende una placa circular unida simetricamente al extremo inferior del arbol, paletas mezcladoras interiores verticales, unidas radialmente al borde exterior de la placa por encima y por debajo de ella y paletas exteriores unidas a la placa circular por medio de un brazo. Es tfpico de la mezcladora que las paletas esten situadas simetricamente en terminos de elevacion en cualquier lado de la placa circular.
Tambien es tfpico de la mezcladora que el numero de paletas, tanto interiores como exteriores, sea de 5 - 8.
En la mezcladora de acuerdo con la invencion, el borde interior de la paleta interior, que incluye tanto las partes por encima como por debajo de la placa circular, esta hecho curvado en la direccion del arbol de la mezcladora de manera que los bordes superior e inferior de la paleta son horizontales desde el borde exterior en una distancia que es 35-50% de la anchura total de la paleta. El borde interior curvado de la paleta interior tiene preferiblemente forma similar a una parabola. La altura de de las paletas interiores es del orden de 38 - 46% y la anchura de 14 - 20% del
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diametro total de la mezcladora. El borde exterior de la paleta interior es vertical y se extiende preferiblemente mas alia de la placa circular en una distancia que es del orden de 0,5 - 2% del diametro de la mezcladora.
Las paletas exteriores de la mezcladora de acuerdo con la invencion forman un angulo de 50 - 70°, preferiblemente de 60°, con respecto al plano formado por la placa circular. Las paletas exteriores son de forma rectangular y su altura esta en el intervalo de 3 - 3,5 veces su anchura.
En una realizacion de la invencion, las paletas interiores y exteriores se enfrentan entre sf, es decir, el brazo que une la paleta exterior a la placa circular esta unido a la placa circular en el mismo punto que la paleta interior.
En otra realizacion de la invencion, las paletas interiores y exteriores estan unidas a la placa circular, desplazadas entre sr Las paletas interiores y exteriores pueden estar desplazadas en 0 - 36° entre sf. De acuerdo con una alternativa, se puede ajustar el desplazamiento entre las paletas interiores y exteriores.
El tfpico de una mezcladora de acuerdo con la invencion que la longitud de los brazos que unen las paletas exteriores a la placa circular sea aproximadamente 3-4% del diametro total de la mezcladora.
La mezcladora de acuerdo con la invencion es apropiada para utilizar tanto en condiciones atmosfericas como en condiciones presurizadas, es decir en un autoclave.
La invencion se refiere tambien a un metodo de alimentacion de gas a una solucion o lechada, particularmente en procedimientos hidrometalurgicos. La dispersion efectiva de gas en la solucion y una buena mezcladura en micro- y macro-nivel se consigue por medio de una mezcladora situada en un reactor agitado, mediante la cual la dispersion y mezcladura en micro-nivel de gas ocurre por medio de las paletas mezcladoras interiores y la mezcladura de macro-nivel por medio de las paletas mezcladoras exteriores, dando lugar su efecto combinado a un flujo que asciende por las paredes del reactor agitado y que vuelven hacia abajo cerca de la superficie del lfquido hacia la mezcladora.
La mezcladora utilizada en este metodo es una mezcladora como se ha definido previamente.
Es tfpico del metodo que el gas sea mezclado en la solucion en un reactor, en el que la relacion de la altura de llenado al diametro sea 0,8 - 1,4. La mezcladura del gas en la solucion ocurre con una mezcladora que tiene un factor de potencia Np en la region de 4 - 10.
El metodo de acuerdo con la invencion es particularmente apropiado para una solucion que sea una solucion que contenga cromo (VI) y en la que el gas a alimentar sea dioxido de azufre. De acuerdo con una alternativa, la solucion es una solucion a base de acido mtrico que contiene cromo (VI). De acuerdo con otra alternativa, la solucion es una solucion a base de acido sulfurico que contiene croma (VI).
El metodo de acuerdo con la invencion es tambien apropiado cuando la solucion a tratar contiene al menos uno de los metales cinc, mquel o cobalto y el gas a alimentar es un gas que contiene dioxido de azufre y oxfgeno.
Lista de dibujos
La figura 1 presenta una mezcladora de acuerdo con la invencion, vista desde el costado,
La figura 2 presenta una mezcladora de acuerdo con la invencion, vista desde arriba, de acuerdo con una de las posiciones alternativas de las paletas,
La figura 3 presenta una mezcladora vista desde arriba, de acuerdo con otra de las posiciones alternativas de las paletas,
La figura 4 es una seccion vertical de mezcladoras de la tecnica anterior, de los tipos descritos en el ejemplo y una mezcladora de acuerdo con la invencion,
La figura 5 muestra la distribucion de potencia en las mezcladoras de acuerdo con la figura 4,
La figura 6 muestra un diagrama de flujo tfpico del metodo de mezcladura como una seccion vertical, y
La figura 7 muestra una seccion vertical de un diagrama de flujo tfpico del metodo de mezcladura en un autoclave parcialmente aspirado.
Descripcion detallada de la invencion
La mezcladora de acuerdo con la invencion es muy apropiada, por ejemplo, como una mezcladora en un proceso de oxidacion o reduccion de gas/solucion en hidrometalurgia, en el que se requiere mezcladura efectiva en micro- y macro-nivel con el fin de que el proceso de mezcladura tenga exito, por ejemplo, para vitar reacciones secundarias daninas.
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Es tipico de la mezcladora 1 de acuerdo con la invencion que la mezcladora suspendida del arbol 2 comprenda una placa circular 3 unida simetricamente al extremo inferior del arbol, paletas mezcladoras interiores 4 fijadas radialmente tanto al lado superior como al inferior de la placa, y paletas exteriores 6 unidas a la placa circular por medio de un bazo 5. Con el fin de que la mezcladura del material que esta siendo tratado resulte suficientemente efectiva, cuando la velocidad punta de las paletas exteriores esta en la region de 5 -7 m/s, han sido hechos algunos cambios significativos en la mezcladora de acuerdo con la invencion, en comparacion con las mezcladoras de la tecnica anterior. La velocidad punta en cuestion corresponde principalmente a la velocidad cntica a partir de la cual el desgaste del mecanismo de mezcladura aumenta de manera notable. Una mezcladora de acuerdo con la invencion hace posible, por ejemplo, que la mezcladura efectiva de mico- y macro-nivel en un tamano de reactor (50 - 500 m3) de plena escala, sea conseguida a un valor de potencia de 1,5 - 5,0 kW/m3, cuando la velocidad punta de la mezcladora esta en el valor mencionado anteriormente, y el factor de potencia Np de la mezcladora asciende en ese caso a entre 4 y 10. Generalmente, se alcanza un factor de potencia de 2,4 - 3,0 con mezcladoras de la tecnica anterior.
El numero de paletas, tanto interiores como exteriores, en una mezcladora de acuerdo con la invencion, es de 5 - 8. El gas es alimentado al reactor desde la seccion inferior hacia la placa circular a traves de una tubena de alimentacion separada. Si es necesario, el arbol de la mezcladora puede hacerse hueco, de manera que la alimentacion de gas puede ocurrir a traves del mismo por debajo de la placa circular, si se desea. Sin embargo, la estructura de la mezcladora es desarrollada para que sea tal que tambien pueda aspirar gas desde por encima de la superficie del lfquido. La relacion del diametro de la mezcladora al reactor agitado esta en la region de 0,35 - 0,40. La mezcladora es particularmente efectiva cuando el reactor en torno a la misma es de la forma de un cilindro vertical y la relacion de su altura efectiva (altura de llenado) al diametro es de 0,8 - 1,4. Los expertos en el sector creen que un reactor debe estar equipado con dos mezcladoras si la relacion de altura/diametro del reactor es de aproximadamente 1, pero en los ensayos realizados se encontro que podfa ser conseguido un buen resultado de mezcladura con la relacion dada anteriormente con en una mezcladora de acuerdo con la invencion.
Con el fin de aumentar la eficacia de mezcladura en ambas secciones, superior e inferior, de la mezcladora, la mezcladora esta formada de manera que las paletas estan situadas simetricamente con respecto a la placa circular, por lo que una parte igualmente grande de las paletas esta por encima y por debajo de la citada placa circular. Para mejorar la eficacia de la mezcladura, ahora el borde interior 7 de la paleta interior, que incluye la parte tanto por encima como por debajo de la placa circular, esta hecha curvada en la direccion del arbol de la mezcladora, preferiblemente en forma de parabola, pero de tal manera que el borde superior 8 y el borde inferior 9 de la paleta esten horizontales desde el borde exterior hacia dentro en una distancia que es 35-50% de la anchura total de la paleta. El borde exterior 10 de la paleta interior es normalmente vertical y se extiende preferiblemente mas alla de la circunferencia de la placa circular en una distancia que es del orden de, por ejemplo, 0 - 2% del diametro de la mezcladora. Las paletas interiores estan montadas perpendiculares a la placa circular y se extienden preferiblemente en la misma distancia por encima y por debajo del plano formado por la placa circular. La altura de las paletas interiores esta en la region de 38 - 46% y la anchura en la de 14 - 20% del diametro total de la mezcladora. Las paletas interiores estan particularmente disenadas para dispersar gas hacia el interior de una lechada, por lo que se pueden llamar tambien paletas de dispersion.
Se ha encontrado empmcamente que las paletas de dispersion son tan eficaces que hacen posible que sea aspirado gas hacia la lechada tambien desde por encima de la superficie, ya sea el gas alimentado allf o sea un gas que este circulando dentro del reactor. Ademas de actuar como paletas de dispersion, las paletas interiores tienen tambien la finalidad de conseguir una buena mezcladura de micro-nivel. Con frecuencia, incluso aunque el equipo de mezcladura consiga buena mezcladura de macro-nivel, es decir, que se extienda en todo el reactor, en el micro-nivel la mezcladura entre partfculas y solucion o gas y solucion no es eficaz. Se ha encontrado en los ensayos realizados que las paletas de dispersion de acuerdo con la invencion hacen posible que se obtenga una mezcladura eficaz de micro-nivel.
Los brazos 5 estan unidos al borde exterior de la placa circular 3 y, a su vez, las paletas exteriores 6 estan fijadas sobre el extremo exterior de los citados brazos. Las paletas exteriores son de forma rectangular y su altura esta en la region de 3 - 3,5 veces su anchura. La anchura de la paleta exterior en el punto de la placa circular esta en la region de 10 - 20%, preferiblemente 15%, del diametro total de la mezcladora. Las paletas forman un angulo de 50 - 70°, preferiblemente 60°, con el plano formado por la placa circular. Las paletas exteriores son tambien simetricas con respecto a la placa circular, es decir, se extienden esencialmente en la misma distancia por encima y por debajo del plano formado por la placa circular. La longitud de los brazos 5 que unen las paletas exteriores a la placa circular esta en la region de 3-4% del diametro total de la mezcladora. La funcion de las paletas exteriores consiste en conseguir mezcladura de macro-nivel, es decir, hacer que la dispersion de solucion-gas mezclada por las paletas interiores circule dentro del reactor de la manera deseada.
En la realizacion de acuerdo con la figura 2, el numero de las paletas interiores y exteriores es en ambas de 6, pero el numero puede variar entre 5 y 8, El numero depende de principalmente del tamano del reactor dentro del cual se situa la mezcladora. Las paletas de la figura 2 estan situadas de manera que las paletas interiores y exteriores se enfrentan entre sf, es decir, el brazo que conecta la placa circular a la paleta exterior esta unido exactamente en el mismo punto que la paleta interior.
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En la realizacion de acuerdo con la figura 3 hay tambien 6 paletas exteriores y 6 interiores, pero ahora las paletas estan unidas a la placa circular en un punto diferente unas de otras. Las paletas de la figura 3 estan desplazadas entre sf en 30 grados. Es caractenstico de la solucion de mezcladora de acuerdo con la invencion que las paletas esten desplazadas entre sf en 0 - 36°, dependiendo del numero de paletas y de los requisitos de mezcladura. Cuando las paletas estan desplazadas entre sf, se genera el doble de puntos de dispersion alrededor de la mezcladora, dentro del material que se ha de mezclar, en comparacion a cuando las paletas se enfrentan entre st Cuando una mezcladora de acuerdo con la figura 3 esta situada en un reactor que es de tamano superior a 50 m3 y dimensionado en la manera descrita anteriormente, la velocidad punta de las paletas interiores se eleva a mas de 4 m/s, en otras palabras, claramente dentro de la zona de dispersion. El resultado final obtenido es una dispersion mas uniforme de gas en la solucion o lechada en el reactor. El desplazamiento es maximo cuando las paletas exteriores estan exactamente entre las paletas interiores. Por tanto, el desplazamiento maximo esta entre 36 - 22,5°, dependiendo del numero de paletas. Es tambien caractenstico de la mezcladora de acuerdo con la invencion que el desplazamiento entre las paletas pueda ajustarse como sea necesario.
En el caso de acuerdo con la figura 3, en el que el numero de paletas, tanto interior como exteriores, es de 6, una solucion eficaz para la colocacion de las paletas interiores y exteriores es que las paletas interiores esten preferiblemente en la region entre 20° delante y 10° detras de las paletas exteriores en relacion con el sentido de rotacion de la mezcladora. Cuando la paleta anterior se mueve delante, el gas que procede de debajo de la placa circular se elevara radialmente con las turbulencias de escape procedentes de las paletas interiores y caera inmediatamente en el dominio de las paletas exteriores siguientes. El gas es dispersado muy uniformemente cuando el desplazamiento es, por ejemplo de 20 grados, con lo que el gas termina en un espacio mas amplio par ser dispersado por las paletas exteriores y en ese caso la eficacia de la dispersion se consigue particularmente por el efecto de las partes superiores de la placa circular. Cuando el desplazamiento esta en la region de 5 grados, se consigue una dispersion local potente cuando el gas y la lechada son descargados hacia arriba y hacia fuera a traves de pequenos espacios de separacion formados por las paletas interiores y exteriores.
La respectiva situacion de las paletas interiores y exteriores tiene un efecto espacialmente poderoso cuando la mezcladora esta dimensionada para un reactor con un volumen superior a 100 m3. En ese caso, las longitudes absolutas de transferencia del gas son considerables, pero el efecto de la distancia puede reducirse aumentando el numero de paletas mezcladoras.
Es tfpico del metodo de acuerdo con la invencion que se forme una pauta de flujo de acuerdo con la figura 6 en el reactor agitado. La pauta de flujo muestra que, por medio de una mezcladora 1 de acuerdo con la invencion, se forma un flujo de solucion en el reactor 11 que es primeramente dirigido oblicuamente hacia abajo y es desviado por la pared del reactor para fluir parcialmente hacia abajo, circulando de nuevo hacia la mezcladora. La otra parte del flujo es desviada hacia arriba y asciende a lo largo de las paredes del reactor, y es hecha girar en el centro del reactor como consecuencia del efecto de succion de la mezcladora en retorno hacia abajo, hacia la mezcladora. En lugar de los deflectores verticales normalmente situados en la pared del reactor, es preferible utilizar placas verticales 12, fijadas mas proximas a la mezcladora, que sean mas anchas que los deflectores estandar. Es caractenstico del metodo que se consigue mezcladura eficaz de una forma controlada, que se extiende a traves de todo el reactor, usando solo una mezcladora, con una velocidad punta de las paletas exteriores que este como maximo en la region de 5 - 7 m/s, debido a que el factor de potencia de la mezcladora de acuerdo con la invencion es tanto como 4 -10. La solucion que se ha de tratar s alimentada al reactor normalmente desde la seccion inferior a traves de la unidad de alimentacion 13 y retirada de la seccion superior del reactor a traves de la unidad de evacuacion o ventilacion 14. El gas es alimentado por debajo de la mezcladora, en la proximidad de la placa circular (no mostrada con detalle en el dibujo). El metodo de mezclar esta previsto particularmente para procedimientos hidrometalurgicos.
La mezcladora y el metodo de mezcladura de acuerdo con la invencion son muy apropiados para una mezcladura que ocurra a la presion reinante, es decir, en condiciones atmosfericas. Sin embargo, la mezcladora puede ser usada tambien en reactores presurizados como en la figura 7, es decir en un autoclave 15, particularmente cuando el autoclave es un cilindro de modelo horizontal, el cual esta dividido en compartimentos. El autoclave de la figura 7 esta vista desde el costado y solo son visibles los primeros dos compartimentos 16 y 17. Cada compartimento esta equipado con una mezcladora 18 de acuerdo con la invencion y preferiblemente con cuatro deflectores 19. Del mismo modo que se vio respecto a la lixiviacion atmosferica anterior, es tambien preferible utilizar en lixiviacion de autoclave deflectores que sean mas anchos que los deflectores estandar, con los cuales se consigue el mismo tipo de flujo de solucion que el descrito en relacion con la figura 6, es decir, una circulacion poderosa desde abajo hacia arriba por las paredes de cada compartimento de autoclave y hacia abajo en el centro del compartimento, hacia la mezcladora. El gas a mezclar es alimentado ya sea por debajo de la mezcladora y/o hacia la fase de gas presurizado por encima de la solucion o lechada a mezclar. Gracias a la mezcladora eficaz, es tambien posible aspirar el gas por encima de la superficie de la solucion hacia el lfquido.
EJEMPLOS
Ejemplo 1
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Se comparan entre sf tres mezcladoras, dos de las cuales estan de acuerdo con la tecnica anterior y la tercera de acuerdo con la invencion. La primera es una mezcladora de la tecnica anterior, descrita en la patente de US 4.548.765, conocida por la abreviatura gls, la segunda un tipo de mezcladora superior del aparato de mezcladura descrito en la patente de US 7.070.174, conocida con la abreviatura glsw. Para facilitar la comparacion, las paletas exteriores de la mezcladora glsw estan situadas en el extremo del brazo, al igual que en las otras mezcladoras, y no unidas a la placa circular como se describe en la patente. La tercera es una mezcladora de acuerdo con la invencion, conocida por la abreviatura blsr. Una seccion vertical de las mezcladoras se muestra en la figura 4.
Todas las mezcladoras tienen una caractenstica interesante: su absorcion de potencia puede ser cambiada cambiando su posicion, es decir la altura, en el reactor. En todas ellas la potencia absorbida aumenta hasta un cierto valor cuando la mezcladora se eleva hacia arriba. Esto es debido al aumento de las turbulencias de flujo. Cuando el flujo choca con el fondo, solo se forma un flujo simple desde el centro hacia abajo y despues hacia arriba a lo largo d los lados del reactor. Cuando la mezcladora se eleva, el flujo choca con la pared lateral del reactor, por lo que se forma un doble toroide: la lechada que fluye por la pared del reactor abajo vuelve hacia dentro y se eleva de nuevo por debajo de la mezcladora y se eleva otro flujo de turbulencia a lo largo de la pared y vuelve a la seccion central por encima de la mezcladora. Este aumento de turbulencias eleva la absorcion de potencia.
La potencia del arbol se calcula de acuerdo con la conocida siguiente ecuacion:
Parbol = Y Np p N3 D5, en la que
Parbol = potencia [W] del arbol
Y = factor de correccion de potencia de salida [-], que tiene en cuenta los cambios de situacion de la mezcladora, por ejemplo
Np = factor de potencia (propio de la mezcladora) [-] p = densidad del medio que se ha de mezclar [kg/m3]
N = numero de revolucione de la mezcladora [1/s]
D = diametro de la mezcladora [m]
La mezcladora gls es utilizable cuando el gas a dispersar es alimentado por debajo de la mezcladora en el punto central. Gracias a la presion negativa creada detras de las paletas interiores, el gas se dispersa en la lechada. Las paletas exteriores estan en un angulo de 45 grados y permiten conseguir un flujo dirigido oblicuamente hacia abajo, hacia la pared del reactor, un doble toroide, que eleva la absorcion de potencia. Una mezcladura de exito requiere que la mezcladora este a una distancia suficiente del fondo y, cuando las partfculas solidas de la lechada a tratar son gruesas, la eficacia de mezcladura no es usualmente suficiente, y comienza a formarse en el fondo una masa de solidos.
La mezcladora glsw esta destinada a dispersar gas des encima de la superficie del lfquido, gas que o bien es alimentado allf o esta circulando allf durante la mezcladura. Por lo demas, la misma caractenstica se aplica a esta mezcladora que a la mezcladora gls.
La mezcladora blsr de acuerdo con la invencion ha sido desarrollada particularmente para los siguientes fines:
- Dispersar gas alimentado tanto desde arriba como desde debajo a una lechada,
- Manipular procesos de mezcladura qmmica que requieran una gran cantidad de energfa (potencia/volumen),
- Mezclar partfculas solidas abrasivas en un lfquido, cuando su mezcladura requiere gran energfa turbulenta,
- Particularmente para procesos en los que la eficacia de mezcladura tiene que extenderse precisamente hasta la superficie del lfquido.
Las caractensticas descritas anteriormente se muestran en la figura 5 y en las tablas siguientes, en las que las distribuciones de potencia estan indicadas en diferentes puntos del reactor. En la comparacion, a la potencia de la mezcladora blsr de acuerdo con la invencion se le adscribe un valor de 100%, y las otras mezcladoras son comparadas con esta. La situacion de la mezcladora en el reactor es la misma para todas, como lo son los diametros de mezcladora. La velocidad punta de la mezcladora, calculada desde el borde exterior de las paletas interiores, es la misma para todas, es decir, 6 m/s.
Dispersion de gas (paletas interiores, micro-mezcladura):
gls glsw blsr
Potencia [kW/m3]
Parte superior
8% 12% 17%
Parte inferior
12% 8% 17%
Longitud de borde exterior [m]
Parte superior
45% 78% 100%
Parte inferior
78% 45% 100%
Energia de mezcladura (paletas exteriores, macro-mezcladura)
Potencia de salida [kW/m3]
gls glsw blsr
Parte superior
15% 22% 33%
Parte inferior
22% 15% 33%
5 Tambien esta calculado en la figura 5 cuanta potencia de salida es capaz de proporcionar la mezcladora al reactor por encima y por debajo de la mezcladora. La potencia de salida parcial de las mezcladoras de acuerdo con la tecnica anterior se compara con la potencia de salida de la mezcladora blsr. El resultado obtenido fue que el factor de potencia Np de la mezcladora blsr es del orden de 1,7 veces el de las mezcladoras de la tecnica anterior. La comparacion de potencia de salida entre las mezcladoras se da de nuevo en forma de tabla:
Potencia %
gls glsw blsr
Tot
57,3 57,3 100
Mez-Y
15,2 15,2 32,6
Mez-A
22,1 22,1 32,6
Dis-Y
8,3 12,2 17,4
Dis-A
12,2 8,3 17,4
10
Tot = potencia total %
Mez-Y = potencia de mezcladura en el espacio superior de la mezcladora, %
Mez-A = potencia de mezcladura en el espacio inferior de la mezcladora, %
Mez-Y + Mez-A = micro-nivel
15 Dis-Y = potencia de dispersion en el espacio superior de la mezcladora, %
Dis-A = potencia de dispersion en el espacio inferior de la mezcladora, %
Dis-Y + Dis-A = macro-nivel Ejemplo 3
El ejemplo describe el uso de la mezcladora blsr en la dispersion de un gas y una solucion. Un reactor agitado esta 20 provisto de deflectores anchos y una mezcladora blsr situada en un plano. El efecto combinado conseguido es la dispersion eficaz del gas y un fuerte flujo de la solucion desde los bordes del reactor hacia arriba y desde el centro de nuevo hacia abajo, a la mezcladora. Gracias al potente flujo, la mayor parte de las burbujas de gas que llegan a la superficie son aspiradas de nuevo a la solucion y vuelven a la mezcladora, con lo que se obtiene una utilizacion eficaz del gas.
5
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20
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Una solucion generada en el tratamiento desoxidante de acero refinado contiene croma hexavalente (Cr6+), que tiene que ser reducido a trivalente por medio de gas dioxido de azufre. El proceso de reduccion en cuestion es generalmente uno problematico y resulta particularmente diffcil cuando el cromo esta en una solucion basada en acido mtrico. Con el fin de que tenga exito la reduccion y la dispersion del dioxido de azufre en la solucion, la mezcladura tiene que ser muy eficaz, es decir con un factor de potencia entre 4 y 10. Si la mezcladura se debilita, tendran lugar las siguientes reacciones en la solucion; en otras palabras, primera reaccion secundaria (1) que conducira a la reaccion adicional (2), formando gas NOX danino:

SO2 + HNO3 + H2O ^ HNO2 + H2SO4 (1)

2 HNO2 ~ NO + NO2+ H2O (2)
Cuando la eficacia de mezcladura es suficiente, como en el caso de la invencion, se hace que ocurra la reaccion deseada:

Fe2(Cr2Oy)3 + 9 SO2 + 6 HNO3 ~ 2 Fe(NO3)3 + 3 Cr2(SO4)2 + 3H2O (3)
Tambien se hace que la reaccion ocurra en la parte superior del reactor y no solo en la proximidad de la mezcladora. Gracias a la potente mezcladura, incluso se hace que reaccione adicionalmente el gas NOX potencialmente generado durante la reduccion:

9 SO2 + 9 HNO3 + 9 H2O ^ 9 HNO2 + 9 H2SO4 (4)
Fe2(Cr2Oy)3 + 9 HNO2 + 15 HNO3^ 2 Fe(NO3)3 + 6 Cr(NO3)3 + 9 H2SO4 + 12 H2O (5)
En este caso la reaccion total es como sigue:

Fe2(Cr2O7)3 + 9 SO2 + 24 HNO3 ~ 2 Fe(NO3)3 + 6 Cr(NO3)3 + 9 H2SO4 + 3 H2O (6)
En este caso se requiere mezcladura eficaz debido al gran numero de iones implicados en la reaccion. Gracias a la potente mezcladura, el desarrollo de NOX puede terminarse de dos modos. En primer lugar, la fuerte mezcladura favorece la reaccion principal, en la que el numero de iones reactivos es grande, pero no obstante menor que el numero en la reaccion secundaria. En segundo lugar, la potente mezcladura permite que cualquier posible gas NOX que sea generado reaccione con el cromo hexavalente.
El metodo eficaz de mezcladura descrito anteriormente es tambien ventajoso en la reduccion de cromo(VI) cuando la solucion esta basada en acido sulfurico, porque aqrn tambien es una cuestion de una gran cantidad de iones y reactivos y sin embargo se desea que el nivel de cromo(VI) llegue al intervalo de menos que un microgramo por litro.
Ejemplo 4
Otro proceso hidrometalurgico que requiere mezcladura eficaz para que tenga exito, es la oxidacion inducida. Un tal proceso es tfpicamente la eliminacion combinada de manganeso y hierro de una solucion que contiene al menos uno del siguiente grupo de metales: cinc, cobalto o mquel, en el que son alimentados en la solucion dioxido de azufre y un gas que contiene oxfgeno. En el metodo se necesita una eficacia de mezcladura potente para que la reaccion (7) que forma acido sulfurico no resulte demasiado fuerte:
SO2+ H2O + 1/2O2^H2SO4 (7)
Puesto que la eliminacion de manganeso/hierro requiere un ajuste exacto del pH, ademas de oxfgeno se consumen tambien agentes de neutralizacion adicionales en esta reaccion secundaria perjudicial.
El equipo de mezcladura que permite conseguir una mezcladura potente tambien en la seccion superior del reactor, facilita el aumento de la relacion dioxido de azufre / oxfgeno en el gas de alimentacion, con lo que se obtiene una fuerte induccion en la reaccion (8) de precipitacion:
2 FeSO4 + 2 MnSO4 + 11 H2O + SO2 + 1/ O2 ~ 2 Fe(OH)3 + 2 Mn(OH)3+ 5 H2SO4 (8)
Se ha de observar en la reaccion (8) que se forma parcialmente hidroxido de manganeso como oxihidroxido. El acido sulfurico que se forma es neutralizado con cal viva para mantener, por ejemplo, un cierto valor de pH:
5 H2SO4 + 5 Ca(OH)2 ~ 5 CaSO4 ■ 2 H2O (9)
Gracias a la mezcladura eficaz, se puede alimentar cal viva a la superficie del lfquido del reactor, desde donde la cal viva es dirigida a la zona de mezcladura primaria de la mezcladora. Cuando se alimenta cal viva de este modo, esta reacciona formando partfculas sueltas de yeso sin causar una cantidad disruptiva de formacion de yeso sobre las estructuras del reactor.

Claims (22)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    REIVINDICACIONES
    1. Una mezcladora (1) que proporciona una potente capacidad de bombeo para mezclar una solucion o lechada y un gas, comprendiendo la mezcladora una placa circular (3) unida simetricamente al extremo inferior de un arbol (2), paletas mezcladoras interiores verticales (4) unidas radialmente por encima y por debajo al borde exterior de la placa y paletas exteriores (6) unidas a la placa circular por medio de un brazo (5), caracterizada porque las paletas interiores y exteriores (4, 6) estan unidas simetricamente en altura en relacion con el plano formado por la placa circular (3).
  2. 2. Una mezcladora de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada porque el numero de paletas, tanto interiores como exteriores (4,6), es de 5 a 8.
  3. 3. Una mezcladora de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada porque en el borde interior (7) de la paleta interior, que incluye tanto las partes que estan por encima como por debajo de la placa circular (3), esta hecho de manera que se curva en la direccion del arbol de la mezcladora de modo que el borde superior (8) y el borde inferior (9) de la paleta son horizontales hacia dentro desde el borde exterior (10) en una distancia que es 35-50% de la anchura total de la paleta.
  4. 4. Una mezcladora de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizada porque el borde interior curvado (7) de la paleta interior esta formado como una parabola.
  5. 5. Una mezcladora de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada porque la altura de las paletas interiores (7) esta en la region de 38 - 46% y la anchura en la de 14 - 20% del diametro total de la mezcladora.
  6. 6. Una mezcladora de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada porque el borde exterior (10) de la paleta interior es vertical y se extiende preferiblemente mas alla de la placa circular (3) en una distancia que esta comprendida entre 0 y 2% del diametro de la mezcladora.
  7. 7. Una mezcladora de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada porque las paletas exteriores (6) forman un angulo de 50 - 70°, preferiblemente de 60°, con el plano formado por la placa circular (3).
  8. 8. Una mezcladora de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada porque las paletas exteriores (6) son de forma rectangular y porque su altura esta en el intervalo de 3 a 3,5 veces su anchura.
  9. 9. Una mezcladora de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada porque las paletas interiores (4) y las paletas exteriores (6) estan enfrentadas entre sf, es decir, el brazo (5) que conecta la placa circular a la paleta exterior esta unido a la placa circular en el mismo punto que la paleta interior.
  10. 10. Una mezcladora de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada porque las paletas interiores (4) y las paletas exteriores (6) estan unidas a la placa circular (3) de manera que estan desplazadas entre sf.
  11. 11. Una mezcladora de acuerdo con la reivindicacion 10, caracterizada porque las paletas interiores (4) y las paletas exteriores (6) estan desplazadas entre sf entre 0 - 36°.
  12. 12. Una mezcladora de acuerdo con la reivindicacion 10, caracterizada porque el desplazamiento entre las paletas interiores y exteriores es ajustable.
  13. 13. Una mezcladora de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada porque la longitud de los brazos (5) que unen las paletas exteriores (6) a la placa circular (3) esta comprendida entre 3 y 4% del diametro total de la mezcladora.
  14. 14. Una mezcladora de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada porque se utiliza en condiciones atmosfericas.
  15. 15. Una mezcladora de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada porque es utilizada en un autoclave.
  16. 16. Un metodo para alimentar gas a una solucion o lechada, particularmente en procesos hidrometalurgicos, caracterizado porque la dispersion efectiva de gas en una solucion y la buena mezcladura de micro- y macro-nivel se obtienen por medio de una mezcladora (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, situada en un reactor agitado (11), con la que la dispersion de gas y la mezcladura de macro-nivel ocurren por medio de las paletas interiores (4) de la mezcladora, y la mezcladura de macro- nivel por medio de las paletas exteriores (6) de la mezcladora, y porque, como consecuencia de su efecto combinado, se obtiene un flujo que se eleva por las paredes arriba del reactor agitado y se vuelve hacia abajo cerca de la superficie del lfquido a la mezcladora.
  17. 17. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 16, caracterizado porque el gas es mezclado en la solucion en un reactor que tiene una relacion de altura de llenado a diametro de 0,8 - 1,4.
    10
  18. 18. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 16, caracterizado porque la mezcladura del gas en la solucion ocurre con una mezcladora con un factor de potencia Np en el intervalo de 4 - 10, por lo que la velocidad punta de las paletas exteriores es un maximo en la region de 5 - 7 m/s.
  19. 19. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 18, caracterizado porque la solucion a tratar es una solucion que contiene cromo(VI) y el gas que se ha de alimentar es dioxido de azufre.
  20. 20. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 19, caracterizado porque la solucion es una solucion basada en acido mtrico que contiene cromo(VI).
  21. 21. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 19, caracterizado porque la solucion es una solucion basada en acido sulfurico que contiene cromo(VI).
  22. 22. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 16, caracterizado porque la solucion a tratar contiene al menos uno de los siguientes metales: cinc, mquel o cobalto, y porque el gas que se ha de alimentar es un gas que contiene dioxido de azufre y oxfgeno.
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