ES2861406T3 - Prensa de tornillo modular - Google Patents
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Abstract
Una prensa de tornillo (14) para separar líquido de una mezcla sólido-líquido, dicha prensa de tornillo (14) comprende: un cuerpo generalmente tubular (18) que tiene la sección de entrada (24) y la sección de salida (26) axialmente separadas, y una sección de filtro (28) entre dicha sección de entrada (24) y la sección de salida (26); dicha sección de filtro (28) que tiene pasos de líquido (40); y un tornillo giratorio (20) que se monta en dicho cuerpo tubular (18) para transportar la mezcla sólido-líquido desde la sección de entrada (24) a la sección de salida (26) mientras se comprime la mezcla sólido-líquido y se fuerza al menos parte de un contenido líquido de la misma para que se expulse del cuerpo tubular (18) a través de dichos pasos de líquido (40) de dicha sección de filtro (28); en donde el cuerpo generalmente tubular (18) y el tornillo giratorio (20) son ambos de construcción modular, la sección de filtro (28) del cuerpo tubular (18) comprende al menos la primera y segunda secciones de filtro interconectables en serie (28a, 28b), el tornillo giratorio (20) que tiene al menos la primera y segunda secciones del tornillo interconectables en serie (20a, 20b) dispuestas respectivamente en dichas primera y segunda secciones de filtro (28a, 28b) para la rotación conjunta como un componente unitario, y porque la primera y segunda secciones del tornillo (20a, 20b) tienen una espira del tornillo continuo (34) que tiene un diámetro exterior de la espira, caracterizado porque las al menos primera y segunda secciones del tornillo (20a, 20b) se acoplan de manera desmontable entre sí mediante un acoplamiento (62) proporcionado en dicho diámetro exterior de la espira.
Description
d e s c r ip c ió n
Prensa de tornillo modular
Campo técnico
La presente invención se refiere de manera general a un equipo de separación sólido-líquido y, de manera más particular, a una prensa de tornillo para deshidratar una lechada.
Antecedentes de la técnica
Las prensas de tornillo son bien conocidas. Las prensas de tornillo convencionales usualmente tienen una configuración única adaptada para un proceso de separación específico sin que pueda adaptarse a otros tipos.
También se han desarrollado prensas de tornillo modulares. Tales prensas de tornillo modulares comprenden de manera general secciones separadas adaptadas para ensamblarse entre s í. Aunque las prensas de tornillo modulares conocidas proporcionan gamas más amplias de aplicabilidad, la reconfiguración de las mismas requiere usualmente la retirada completa de la prensa de tornillo de la línea de proceso y, luego, el desensamblaje de la prensa de tornillo. Esto requiere la parada completa de la línea de proceso y, por tanto, resulta en un tiempo de inactividad significativo. Una prensa de tornillo modular de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 se describe en el documento US-A-2010/203222.
En consecuencia, existe una necesidad de proporcionar una nueva prensa de tornillo modular que se pueda ensamblar y desensamblar fácilmente a la vez que se garantiza la integridad de la prensa de tornillo.
Resumen
Es por lo tanto un objetivo facilitar el mantenimiento y la reconfiguración de una prensa de tornillo. De acuerdo con un aspecto general de la presente invención, se proporciona una prensa de tornillo para separar líquido de una mezcla sólido-líquido, dicha prensa de tornillo comprende: un cuerpo generalmente tubular que tiene la sección de entrada y sección de salida separadas axialmente, y una sección de filtro entre dicha sección de entrada y la sección de salida; dicha sección de filtro que tiene pasos de líquido; y un tornillo giratorio montado en dicho cuerpo tubular para transportar la mezcla sólido-líquido desde la sección de entrada a la sección de salida a la vez que se comprime la mezcla sólido-líquido y se fuerza a que al menos parte de un contenido líquido de la misma se expulse del cuerpo tubular a través de dichos pasos de líquido de dicha sección de filtro; caracterizado porque el cuerpo generalmente tubular y el tornillo giratorio son ambos de construcción modular, la sección de filtro del cuerpo tubular comprende al menos una primera y una segunda secciones de filtro interconectables en serie, el tornillo giratorio tiene al menos una primera y una segunda secciones del tornillo interconectables en serie respectivamente dispuestas en dichas primera y segunda secciones de filtro para la rotación conjunta como un componente unitario, y porque la primera y segunda secciones del tornillo tienen una espira del tornillo continua que tiene un diámetro exterior de la espira, las al menos primera y segunda secciones del tornillo se acoplan de manera desmontable entre sí por un acoplamiento proporcionado en dicho diámetro exterior de la espira.
De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un acoplamiento para unir la primera y segunda secciones del tornillo de una prensa de tornillo, el acoplamiento comprende un primer miembro de acoplamiento montado en una primera sección de la espira del tornillo en un primer extremo de la primera sección del tornillo, y un segundo miembro de acoplamiento montado en una segunda sección de la espira del tornillo en un segundo extremo de la segunda sección de tornillo, el primer y segundo miembros de acoplamiento se sujetan de manera desmontable entre s í.
De acuerdo con un aspecto general adicional, el primer y segundo miembros de acoplamiento comprenden respectivas placas semicilíndricas montadas en una superficie del diámetro exterior de la espira del tornillo en la primera y segunda secciones del tornillo; cuando se interconectan, las placas semicilíndricas forman un anillo de soporte alrededor de la primera y segunda secciones de la espira del tornillo.
Los detalles adicionales de estos y otros aspectos de la presente invención serán evidentes a partir de la descripción detallada y las figuras que se incluyen más abajo.
Descripción de los dibujos
Se hace referencia ahora a las figuras acompañantes, en las que:
La Figura 1 es una vista esquemática de una instalación de filtración a presión de acuerdo con una modalidad de la presente invención;
La Figura 2 es una vista en perspectiva despiezada que ilustra detalles de construcción de una prensa de tornillo que
forma parte de la instalación de filtración a presión mostrada en la Figura 1;
La Figura 3 es una vista en perspectiva parcialmente despiezada de una de las secciones de filtro de la prensa de tornillo;
La Figura 4 es una vista en sección longitudinal de la sección de filtro mostrada en la Figura 3;
La Figura 5 es una vista ampliada que ilustra un espacio entre placas entre dos placas de filtración adyacentes de la sección de filtro mostrada en las Figuras 3 y 4; y
La Figura 6 es una vista en perspectiva que ilustra los detalles de un acoplamiento externo entre dos secciones del tornillo de la prensa de tornillo.
Descripción detallada de las modalidades preferidas
La Figura 1 es representativa de una solicitud a la que se pueden aplicar los principios de la presente invención. Más particularmente, la Figura 1 ilustra una instalación de filtración a presión para eliminar líquido de una mezcla sólidolíquido. De acuerdo con una solicitud, la instalación de filtración a presión se adapta particularmente bien para deshidratar lodo rojo (el residuo del proceso Bayer en la producción de alúmina a partir de mineral Bauxita). Sin embargo, se entiende que la instalación de filtración a presión se podría configurar y usar para deshidratar varios tipos de lechada y, por lo tanto, no está limitada de manera estricta a aplicaciones de deshidratación de lodo rojo.
Como se puede apreciar en la Figura 1, la instalación comprende de manera general un depósito 10 que contiene el lodo rojo o lechada que se va a deshidratar, medios de alimentación, tales como una bomba de desplazamiento positivo 12, que se conectan de manera operativa al depósito 10 para alimentar la lechada bajo presión a una prensa de tornillo 14, y una válvula 16 para regular el flujo de lodo deshidratado en un extremo descargado de la prensa de tornillo 14.
La bomba de desplazamiento positivo se combina usualmente con medios para permitir el suministro de un caudal sustancialmente constante de lechada a una presión de entrada sustancialmente constante. El caudal de entrada de lechada se puede controlar mediante la velocidad de recorrido de una bomba de desplazamiento positivo. La presión de entrada y el caudal se pueden mantener durante el cambio de ciclo/pistón de la bomba de desplazamiento positivo, mediante una válvula de no retorno (o una válvula de retención) para evitar el flujo inverso, y mediante un amortiguador presurizado, tal como un depósito, para suministrar lechada durante el cambio.
Como se muestra en la Figura 2, la prensa de tornillo 14 comprende de manera general una carcasa del filtro que tiene un cuerpo generalmente tubular 18 para rodear un tornillo 20 adaptado para montarse de manera giratoria dentro del cuerpo tubular 18. Un motor (no se muestra) se monta en una plataforma 22 adyacente a la carcasa del filtro para accionar el tornillo 20 a través de una disposición de transmisión adecuada, como una transmisión por correa o un accionamiento directo (no se muestra). En funcionamiento, el tornillo 20 aplica un gradiente de presión longitudinal sobre la mezcla sólido-líquido que se va a deshidratar. La presión de la lechada alimentada o la presión de suministro de la lechada, por ejemplo, en la salida de la bomba de desplazamiento 12, provoca que se exprima el líquido de la mezcla y fuera de la carcasa de la prensa de tornillo como se representa esquemáticamente en la Figura 1. Además de la presión de la lechada, la acción del tornillo 20 sobre la mezcla sólido-líquido también provoca que se exprima el líquido fuera de la mezcla y fuera de la carcasa de la prensa de tornillo. El tamaño de la abertura de la válvula de salida se puede alterar de manera continua para mantener simultáneamente la presión requerida dentro del aparato y para controlar el caudal de salida de la lechada deshidratada.
Como se muestra mejor en la Figura 1, el tornillo 20 comprende de manera general un eje 32 y una espira continua 34 que se extiende helicoidalmente alrededor de una superficie exterior lisa del eje 32. La espira del tornillo 34 tiene un diámetro de la espira exterior constante, que es ligeramente menor que un diámetro interior del cuerpo tubular de la carcasa del filtro mediante un espacio de espira predeterminado. De acuerdo con una modalidad de la presente invención, el diámetro exterior del eje 32 es constante a lo largo de toda la longitud del tornillo 20. Aún de acuerdo con esta modalidad, el paso (ver P1 y P2 en la Figura 1) de la espira 34 disminuye gradualmente hacia el extremo de descarga de la prensa de tornillo (es decir, en una dirección aguas abajo). Como resultado, el volumen entre las vueltas adyacentes de la espira del tornillo 34 disminuye progresivamente hacia el extremo de descarga de la prensa de tornillo 14, de esta manera aumenta gradualmente la presión sobre la mezcla sólido-líquido y promueve la separación sólidolíquido.
Como se muestra en la Figura 2, el cuerpo tubular 18 de la carcasa del filtro tiene secciones de entrada y salida axialmente opuestas 24, 26, y una sección de filtro 28 entre las secciones de entrada y salida 24, 26. Como se ilustra esquemáticamente en la Figura 1, la sección de filtro 28 tiene pasos de fluido para permitir que el líquido se evacúe fuera de la carcasa del filtro a medida que la mezcla sólido-líquido se transporta desde la sección de entrada 24 a la sección de salida 26 mediante el tornillo 20. La sección de entrada 24 se puede conectar de manera operativa en comunicación de flujo al lado de salida de la bomba de desplazamiento positivo 12 para recibir una alimentación continua de la lechada a una presión predeterminada. La sección de entrada 24 se diseña preferentemente para
mantener una comunicación de fluidos continua con el cuerpo tubular 18. Se han obtenido resultados satisfactorios alimentando a la fuerza la prensa de tornillo 14 a una presión que oscila preferentemente desde aproximadamente 2 N/mm2 (aproximadamente 300 psi) a aproximadamente 14 N/mm2 (aproximadamente 2000 psi), y con mayor preferencia entre aproximadamente 4 a 10 N/mm2 (aproximadamente 600-1500 psi). Se entiende que la presión de alimentación puede cambiar en dependencia del tamaño de la prensa de tornillo 14. La sección de salida 26 puede tener una sección de paso cónica conectable de manera operativa a la válvula 16 para regular el flujo de lodo deshidratado que proviene de la prensa de tornillo y mantener la presión de filtrado deseada dentro de la carcasa del filtro.
Las secciones de entrada y salida 24, 26 cada una incluye miembros de semicubierta superior e inferior 24a, 24b; 26a, 26b adaptados para unirse con pernos entre sí para formar una sección de carcasa cilindrica completa. Bujes o similares (no se muestran) se pueden proporcionar en las secciones de entrada y salida 24, 26 en las superficies internas de los miembros de semicubierta 24a, 24b; 26a, 26b para soportar de manera giratoria los extremos axialmente opuestos del tornillo 20.
Con referencia a las Figuras 3 y 4, se puede apreciar que la sección de filtro 28 comprende de manera general una pluralidad de placas de filtración estacionaria 36 axialmente fijadas para mantenerse preferentemente de manera continua en contacto intimo cara a cara mediante una unidad de sujeción 38 operable para aplicar una presión de sujeción axial predeterminada sustancialmente de manera uniforme alrededor de un diámetro interior de las placas 36. La presión de sujeción axial predeterminada se mantiene preferentemente constante. Cada placa de filtración 36 se puede proporcionar en forma de un disco plano que define un agujero central 37. Una vez ensamblada, los agujeros centrales 37 de las placas 36 se alinean axialmente para formar de manera conjunta un paso principal que se extiende axialmente para recibir el tornillo 20.
Dado que las placas de filtración 36 se mantienen de manera continua en contacto intimo cara a cara, no existe riesgo de que algunos de los discos se separen, lo que crearía pasos preferenciales y resultaría en la disminución intermitente de la presión de la lechada dentro del paso principal por debajo de la presión en la salida de la bomba de desplazamiento 12. En consecuencia, no existe riesgo de que pequeñas partículas, como las que contiene la lechada de lodo rojo, puedan quedar atrapadas entre los discos del filtro. Es una ventaja significativa sobre el aparato de filtración de la técnica anterior poder mantener la presión de la lechada dentro de la prensa de tornillo de la invención a un valor relativamente constante. La prensa de tornillo de la presente invención se opera en consecuencia preferentemente en estado estacionario la mayor parte del tiempo.
Como se verá de aquí en adelante, la presión de sujeción y la rugosidad superficial de las placas 36 se seleccionan para proporcionar la formación de un espacio entre placas "micro" predeterminado 40 (Figura 5) entre cada par de placas adyacentes 36. El espacio entre placas 40 se selecciona para que sea lo suficientemente grande para permitir que el líquido, que se ha exprimido mediante el tornillo 20, se filtre entre las placas 36, mientras sea lo suficientemente pequeño como para evitar el paso de las partículas sólidas, de esta manera permite la formación de una torta de lodo deshidratado en el diámetro interior de la sección de filtro 28. Una vez formada, la torta de partículas sólidas contribuye a mantener la presión dentro de la sección de filtro 28 a pesar de la presencia de los espacios entre placas 40 (es decir, limita el escape de presión a través de los espacios entre placas 40). El grosor de la torta de partículas sólidas se mantiene mediante el tornillo, que también actúa para recortar dicha torta. Dependiendo de la mezcla sólido-líquido que se va a deshidratar, los espacios entre placas 40 pueden oscilar desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 60, y preferentemente desde aproximadamente 2 mieras hasta aproximadamente 20 mieras. Para aplicaciones de deshidrataeión de lodo rojo, el espacio entre placas 40 es preferentemente desde aproximadamente 4 mieras hasta aproximadamente 6 mieras y con mayor preferencia desde aproximadamente 5 mieras hasta aproximadamente 6 mieras. Se puede decir de manera general que los espacios entre placas 40 se seleccionan para que sean más pequeños o en el mismo orden de magnitud que un valor de tamaño medio de las partículas sólidas contenidas en la mezcla sólido-líquido que se va a procesar y suficientemente grandes para permitir la filtración del líquido.
Como se mencionó anteriormente en la presente descripción y como se ilustra esquemáticamente en la Figura 5, cada espacio entre placas 40 es función de la rugosidad superficial de las placas 36. La rugosidad superficial (R) de las placas de filtración 36 se puede definir como la altura de pico media de las asperezas en la superficie de las placas de filtración 36. Cuando las placas se sujetan juntas, los picos que se extienden desde las caras opuestas de las placas 36 evitan que las placas se ajusten en un acoplamiento de sellado perfecto cara a cara, de esta manera se obtiene la formación de mieropasos que se extienden desde el diámetro interior de las placas 36 hasta el borde periférico exterior de las mismas. En dependencia de la mezcla sólido-líquido que se va a deshidratar, se podrían usar placas de filtración que tengan una rugosidad superficial que oscile desde aproximadamente 1 miera hasta aproximadamente 30 mieras. Las pruebas han demostrado que el intervalo óptimo de rugosidad superficial para aplicaciones de filtración de lodo rojo está entre aproximadamente 1,4 mieras y aproximadamente 3,5 mieras. Sin embargo, también se pueden obtener resultados satisfactorios con una rugosidad superficial que oscile desde aproximadamente 2 mieras hasta aproximadamente 10 mieras. Por rugosidad superficial de las placas de filtración, se entiende de manera general la rugosidad superficial en toda la superficie de ambas caras de cada placa.
Los pasos de líquido de la sección de filtro 28 se forman mediante espacios entre placas 40 definidos entre cada par
de placas de filtración adyacentes 36. Los pasos de líquido se extienden desde el diámetro interior de las placas 36 hasta el borde periférico exterior de las mismas. Los pasos de líquido rodean el paso principal definido mediante la pila de placas de filtración 36 coplanares que se extiende axialmente. Las placas de filtración 36 se mantienen sujetas, preferentemente en todo momento o de manera continua, en contacto íntimo cara a cara directo, los pasos de líquido resultantes, que se extienden desde el diámetro interior de las placas 36 hasta el borde periférico exterior de las mismas, se distribuyen de manera uniforme alrededor del paso principal, de esta manera se evita la creación de pasos preferenciales.
En otras palabras, las placas de filtración 36 se mantienen sujetas, preferentemente de forma continua, en contacto íntimo cara a cara directo, sobre una superficie que se extiende desde el diámetro interior de las placas 36 hasta el borde periférico exterior de las mismas, de modo que los pasos de líquido resultantes se distribuyen de manera uniforme alrededor del paso principal, de esta manera se evita la creación de pasos preferenciales.
Un equipo de medición de profundidad de rugosidad óptica o táctil se usa para asegurar que las placas 36 tengan la rugosidad superficial deseada. Preferentemente, la rugosidad superficial de la placa se mide usando un instrumento de contacto que tiene una aguja adaptada para ponerse en contacto directo con la superficie de cada una de las placas de filtración 36. A medida que la aguja recorre una placa, sube y baja junto con la rugosidad superficial de la placa. Este movimiento en la aguja se detecta y se usa para medir la rugosidad superficial.
Las placas de filtración 36 se pueden hacer de una amplia variedad de materiales, que incluye, por ejemplo: acero inoxidable, acero negro, acero con un acabado de pintura al horno, y cerámica. Se ha observado que un acabado de pintura al horno permite mejorar la permeabilidad de la sección de filtro 28 a la vez que ofrece una buena protección contra la abrasión y la corrosión. El material seleccionado debe ser capaz de soportar entornos corrosivos, estable a las temperaturas de funcionamiento (por ejemplo, 100 °C) y lo suficientemente fuerte como para no colapsar o estar sujeto a compresión/deformación en todo el intervalo de presiones de sujeción aplicadas mediante la unidad de sujeción 38. El material de la placa también se selecciona de modo que la resistencia al flujo de fluido a través de los espacios entre placas 40 sea inferior a la resistencia de la torta de partículas sólidas formada en el diámetro interior de las placas 36. En otras palabras, la resistencia al flujo de fluido de las placas de filtración 36 se selecciona de modo que sea menos limitante que la de la torta de partículas sólidas. Se observa que se pueden usar diferentes materiales con diferente rugosidad superficial para obtener resistencias al flujo de líquido similares entre las placas de filtración 36. Por ejemplo, se ha encontrado, durante la realización de experimentos de deshidratación de lodo rojo, que las placas de acero inoxidable con una rugosidad superficial de 1,4 y las placas de acero con un acabado de pintura al horno y una rugosidad superficial de 3,5 ofrecen resistencias al flujo de líquido similares.
La resistencia al flujo de líquido a través de los espacios entre placas 40 también es función de la altura de filtración que corresponde a la distancia a lo largo de la cual se empujan las placas en contacto íntimo cara a cara 36 entre su diámetro interior y su borde periférico exterior. Cuanto mayor sea la altura de filtración, mayor será la resistencia al flujo a través de las placas. Las placas de filtración 36 se mantienen preferentemente sujetadas, en todo momento, en contacto íntimo cara a cara directo, los pasos de líquido resultantes se extienden por toda la altura de filtración, de esta manera se evita la creación de pasos preferenciales.
Las placas de filtración 36 se pueden someter a diversos tratamientos superficiales para obtener la rugosidad superficial y la resistencia al flujo de líquido deseadas. Por ejemplo, las placas 36 se pueden someter a un tratamiento superficial de granallado de cuentas. Se prefiere el tratamiento superficial con cuentas de vidrio sobre el tratamiento superficial con chorro de arena. El chorro de arena es más abrasivo y resulta en mayores valores de rugosidad superficial que los obtenidos con el granallado de cuentas de vidrio.
Se pueden aplicar varios recubrimientos a las placas de filtración 36 para protegerlas contra la corrosión, para cambiar sus propiedades hidrofóbicas o hidrófilas y/o para alterar su rugosidad superficial. Por ejemplo, se podría aplicar una mezcla de pintura y partículas sobre las placas 36 para protegerlas contra la corrosión y para obtener una rugosidad superficial deseada.
Como se mencionó anteriormente en la presente descripción, los espacios entre placas 40 también son función de la presión de sujeción aplicada sobre las placas de filtración 36. La presión de sujeción se debe aplicar de la manera más uniforme posible alrededor del paso principal definido mediante las placas de filtración 36 con el fin de evitar fugas. Con referencia a las Figuras 3 y 4, se puede apreciar que la unidad de sujeción 38 comprende de manera general una primera y una segunda placa de sujeción 42, 44 que se proporcionan respectivamente en extremos opuestos de la sección de filtro 28 con las placas de filtración 36 dispuestas entre ellas. Cada una de la primera y segunda placas de sujeción 42, 44 tiene una porción de distribución de carga, que puede tomar la forma de un anillo o proyección cilindrica 42a, 44a que se extiende desde una cara de la misma, para entrar en contacto de apoyo uniforme con una de las placas de filtración 36 adyacentes de manera concéntrica alrededor del agujero central 37 de las mismas. La proyección de ojal 46 o las secciones de orejeta distribuidas circunferencialmente de manera uniforme se extienden radialmente hacia fuera desde las placas de filtración 36 y las proyecciones cilindricas 42a, 44a de las placas de sujeción 42, 44 para acoplarse con prisioneros que se extienden axialmente 48. Se entiende que los agujeros de montaje definidos por las proyecciones de ojal se podrían proporcionar de cualquier otra manera. Por ejemplo, los agujeros de montaje se podrían definir directamente en la superficie del anillo de filtrado de las placas 36. Al menos
cuatro, preferentemente seis, conjuntos de ojales y prisioneros se distribuyen circunferencialmente alrededor del paso principal definido mediante las placas de filtración 36. Las tuercas 50 se acoplan de manera roscada en los extremos distales opuestos de los prisioneros 48 para sujetar axialmente la pila de placas de filtración 36 entre las placas de sujeción 42, 44. Las tuercas 50 se ajustan a un mismo torque predeterminado. Una herramienta adecuada, como una llave de torque, se usa para asegurar que se aplica exactamente el mismo torque en cada tuerca 50. De acuerdo con una solicitud de la presente invención, se aplica un torque de ajuste calibrado comprendido entre aproximadamente 56 N-m (aproximadamente 500 Ibf.pulg) y aproximadamente 560 N-m (aproximadamente 5000 Ibf pulg) en cada una de las tuercas 50. El torque requerido aumenta con el tamaño (longitud y diámetro) de la prensa de tornillo 14. Por ejemplo, para un tornillo que tiene un diámetro de aproximadamente 0,1 m, el torque de sujeción podría ser de aproximadamente 56 N-m (aproximadamente 500 Ibf.pulg); mientras que para un diámetro de 0,3, el torque de ajuste podría estar en la cercanía de 225 N-m (aproximadamente 2000 Ibf.pulg). El grosor de las placas de sujeción 42, 44, incluyendo las proyecciones cilindricas 42a, 44a y los ojales 46 o las secciones de orejeta, se selecciona para evitar cualquier deformación en tales condiciones de ajuste. Esto es el motivo por el que las placas de sujeción 42, 44 son mucho más gruesas que las placas de filtración 36. Esto permite asegurar una distribución de presión uniforme en las placas entre tuercas 50 adyacentes y, por tanto, alrededor de la circunferencia del agujero central 37 de las placas de filtración 36. Se entiende que el valor del torque variará en dependencia del tamaño/geometria de las placas de filtración 36. El torque se selecciona para que corresponda de manera general a una presión de sujeción de entre aproximadamente 1,4 N/mm2 (aproximadamente 200 psi) y aproximadamente 3,5 N/mm2 (aproximadamente 500 psi), y preferentemente entre aproximadamente 2 N/mm2 (aproximadamente 300 psi) y aproximadamente 2,8 N/mm2 (aproximadamente 400 psi) en cada una de las placas de filtración 36.
La presión de sujeción aplicada sobre las placas de filtración 36 es tal que las placas de filtración se mantienen sujetas, preferentemente en todo momento o de manera continua, en contacto intimo cara a cara directo.
Como se muestra en las Figuras 3 y 4, al menos una placa de soporte intermedia 52 (tres en el ejemplo ilustrado) se interpone entre dos placas de filtración 36 adyacentes. El número de placas de soporte 52 variará en dependencia de la longitud axial de la sección de filtro 28. Las placas de soporte 52 se insertan en intervalos predeterminados a lo largo de la longitud axial de la sección de filtro 28 para proporcionar un soporte uniforme y evitar la deformación de la pila de placas de filtración 36 bajo las fuerzas de sujeción aplicadas sobre las mismas por las placas de sujeción 42, 44. La placa de soporte 52 contribuye a solidificar el conjunto de placas a la vez que proporciona una interfaz de montaje inferior o pata 54 para sujetar la sección de filtro 28 a una estructura de marco subyacente 55 (Figura 1). Además, la placa de soporte intermedia 52 se puede proporcionar en un extremo superior de la misma con un par de proyecciones de orejeta 56 para facilitar el manejo y transporte de la sección de filtro 28 ensamblada. Los agujeros de montaje también se definen en la placa de soporte intermedia para el acoplamiento en los prisioneros 48. La placa de soporte intermedia 52 es más gruesa que las placas de filtración 36. Ofrece una superficie de apoyo estable y uniforme para las placas de filtración 36 adyacentes y, por tanto, contribuye a mantener una presión de sujeción uniforme a través de todo el conjunto de placas de filtración. Como las placas de filtración 36, cada placa de soporte intermedia 52 tiene un agujero central 58 que define una porción del paso principal de la sección de filtro 28. La placa de soporte intermedia 52 tiene usualmente la misma rugosidad superficial que las placas de filtración 36. En consecuencia, los espacios de filtración en los lados opuestos de cada placa de soporte intermedia 52 son similares a los espacios entre placas 40 entre las placas de filtración 36 adyacentes.
La modalidad descrita anteriormente de la instalación de filtración a presión permite mejorar la compactación de la mezcla sólido-liquido. Eso es más liquido que se puede extraer de la mezcla. Para aplicaciones de deshidratación de lodo rojo, las pruebas han demostrado que el lodo deshidratado puede ser de un 70 % a un 75 %, y en ocasiones hasta un 77 % de sólidos en términos de peso a su salida de la sección de salida 26 de la prensa de tornillo 14. Para las aplicaciones de deshidratación de fluoruro de calcio (CaF2), las pruebas han demostrado que el lodo deshidratado puede ser hasta un 80 % sólido en términos de peso a su salida de la sección de salida 26 de la prensa de tornillo 14. Para aplicaciones de deshidratación de relaves de hierro, las pruebas han demostrado que el lodo deshidratado puede ser hasta un 89 % sólido en términos de peso a su salida de la sección de salida 26 de la prensa de tornillo 14. Esto es una mejora de aproximadamente un 20 % sobre los procesos convencionales de decantación por gravedad de lodo rojo. Se puede decir de manera general que el aparato de filtración a presión permite aumentar la fracción sólida de lechada compactada descargada desde la sección de salida de una prensa de tornillo, a la vez que maximiza la velocidad de separación sólido-liquido.
Como se puede apreciar en la Figura 2, el cuerpo tubular 18 y el tornillo 20 son de construcción modular. De acuerdo con el ejemplo ilustrado, el cuerpo tubular 18 tiene una primera y una segunda secciones de filtro interconectables en serie 28a; 28b y el tornillo 20 tiene una primera y una segunda secciones de filtro interconectables en serie 20a, 20b, adaptadas para montarse respectivamente en la primera y segunda secciones de filtro 28a, 28b para la rotación conjunta como un componente unitario. Sin embargo, se entiende que el cuerpo tubular 18 y el tornillo 20 podrían comprender más de dos secciones.
La primera y segunda secciones del tornillo 20a, 20b se unen para tener una espira del tornillo continua sin discontinuidades entre las secciones 20a, 20b y para asegurar que el volumen entre las vueltas adyacentes de la espira 34 en la unión de las dos secciones del tornillo 20a, 20b no se reduce por el acoplamiento 62. Como se muestra en la Figura 6, las secciones de tornillo 20a, 20b se acoplan de manera desmontable entre sí mediante un acoplamiento
externo 62 proporcionado en el diámetro exterior de la espira 34. Usualmente, las secciones del tornillo se acoplan a través de sus ejes. Tales disposiciones de acoplamiento de ejes pueden requerir en algunos casos que los ejes se refuercen en su unión, de esta manera resulta en una reducción del volumen de compresión de la lechada entre vueltas de la espira adyacentes en la transición de una sección de eje a la siguiente. En consecuencia, para no ser intrusivo, en la presente descripción se propone acoplar el eje exteriormente desde el volumen definido entre las vueltas de la espira adyacentes, manteniendo así el área de la sección transversal por la que pasa la lechada, lo que minimiza las restricciones de flujo y reduce la posibilidad de bloqueo.
El acoplamiento 62 comprende de manera general un primer miembro de acoplamiento 62a montado en una primera sección de la espira del tornillo 34a en un extremo distal de la primera sección del tornillo 20a, y un segundo miembro de acoplamiento 62b montado en una segunda sección de la espira del tornillo 34b en un extremo adyacente de la segunda sección del tornillo 20b. El primer y segundo miembros de acoplamiento 62a, 62b se pueden sujetar de manera desmontable entre s í, por ejemplo mediante pernos.
El primer y segundo miembros de acoplamiento 62a, 62b pueden comprender placas semicilíndricas o segmentos de anillo montados en la superficie del diámetro exterior de las secciones de la espira del tornillo 34a, 34b, respectivamente. Cada una de las secciones de la espira del tornillo 34a, 34b puede proporcionarse en forma de un segmento de media espira. El extremo interior de las placas semicilíndricas se puede proporcionar de manera integral con una sección troncocónica 63a, 63b adaptada para interconectarse a las secciones del eje del tornillo asociadas 32a, 32b a través de los miembros en forma de puntal 65. Cuando se interconectan, las placas semicilíndricas forman un anillo de soporte completo alrededor de la primera y de la segunda sección de la espira del tornillo 34a, 34b, teniendo el anillo de soporte un diámetro interior correspondiente al diámetro exterior de la espira 34. Por lo tanto, el acoplamiento 62 no reduce el volumen entre las secciones de la espira 34a, 34b. Las placas semicilíndricas se pueden soldar en una superficie interior de las mismas a la superficie del diámetro exterior de la primera y segunda secciones de la espira del tornillo 34a, 34b. El miembro de acoplamiento 62a, la sección de la espira del tornillo 34a y los puntales asociados 65 se montan preferentemente como una unidad preensamblada en la sección del eje del tornillo 32a. Igualmente, el miembro de acoplamiento 62b, la sección de la espira del tornillo 34b y los puntales asociados 65 se montan preferentemente como una unidad preensamblada en la sección del eje del tornillo 32b. De acuerdo con una modalidad de la presente invención, la primera y segunda secciones de la espira 34a, 34b se sueldan a la superficie interior de los miembros de acoplamiento 62a, 62b y luego los conjuntos de espira y acoplamientos preensamblados se someten a un proceso de tratamiento térmico para mejorar las propiedades mecánicas de la unidad de acoplamiento. Posteriormente, el acoplamiento tratado térmicamente y las piezas unidas de la espira del tornillo se montan en las respectivas secciones del eje del tornillo 32a, 32b soldando las secciones de la espira del tornillo 34a, 34b a la superficie exterior del eje y al extremo de la espira existente en las respectivas secciones del eje 32a, y 32b. Las secciones de la espira del tornillo 34a, 34b se sueldan para extenderse en continuidad con la espira presente ya en las secciones del eje 32a, 32b. Los puntales 65 también se sueldan a las secciones del eje del tornillo 32a, 32b.
Al soldar las secciones de la espira del tornillo 34a, 34b a los miembros de acoplamiento 62a, 62b antes del proceso de tratamiento térmico y luego conectando los miembros de acoplamiento 62a, 62b a las secciones del eje del tornillo 32a, 32b, se puede conservar la integridad estructural de los miembros de acoplamiento 62a, 62b. De hecho, soldar los miembros de acoplamiento 62a, 62b directamente a las espiras de las secciones del eje 32a, 32b podría afectar potencialmente de manera negativa las propiedades mecánicas de los miembros de acoplamiento 62a, 62b.
También como se muestra en la Figura 6, las placas de desgaste 64a, 64b se montan de manera desmontable en la superficie exterior de cada uno de los miembros de acoplamiento semicilíndricos 62a, 62b para acoplarse con una correspondiente estructura de anillo de desgaste segmentada (no se muestra) montada en una sección de soporte del tornillo 66 (véase la Figura 2) dispuesta entre la primera y segunda secciones de filtro 28a, 28b. En consecuencia, el acoplamiento 62 también se puede usar para proporcionar un soporte intermedio al tornillo 20 generalmente a la mitad entre los extremos opuestos del mismo. La sección de soporte del tornillo 66 puede comprender miembros de semicubierta superior e inferior 66a, 66b adaptados para ser atornillados entre sí de manera desmontable. Esto garantiza un fácil acceso al acoplamiento 62. La estructura del anillo de desgaste segmentado (no se muestra) que se proporciona dentro de la sección de soporte del tornillo 66 se configura para desgastarse antes que las placas de desgaste 64a, 64b en la superficie exterior de las placas semicilíndricas de los miembros de acoplamiento 62a, 62b. Los miembros de semicubierta superior e inferior 66a, 66b se proporcionan en un extremo opuesto de los mismos con bridas de unión con pernos 68a, 68b para su fijación con bridas de unión con pernos correspondientes 70 proporcionadas en las placas de sujeción 42, 44 de cada sección de filtro 28a, 28b. De esta manera, cada tornillo y la sección de filtro asociada 20a, 28a; 20b; 28b se puede retirar fácilmente como una unidad o cartucho y reemplazarse por un tornillo similar y un "cartucho" de filtración simplemente retirando los pernos de la brida 70 de las bridas 68a, 68b, retirando los pernos del miembro de semicubierta superior 66a, retirando los pernos de los miembros de acoplamiento del tornillo 62a y 62b y retirando los pernos de la brida 70 en el otro extremo del tornillo y la sección de filtro que se va a reemplazar. Todos los pernos, incluidos los pernos usados para asegurar el primer y segundo miembros de acoplamiento del tornillo 62a y 62b, son fácilmente accesibles.
La descripción anterior pretende ser simplemente un ejemplo, y un experto en la técnica reconocerá que se pueden realizar cambios en las modalidades descritas sin apartarse del alcance de la invención descrita. Las modificaciones que caen dentro del alcance de la presente invención resultarán evidentes para los expertos en la técnica, a la luz de
una revisión de esta descripción, y se pretende que tales modificaciones caigan dentro de las reivindicaciones anexas.
Ċ
Claims (14)
- r e iv in d ic a c io n e si . Una prensa de tornillo (14) para separar líquido de una mezcla sólido-líquido, dicha prensa de tornillo (14) comprende:un cuerpo generalmente tubular (18) que tiene la sección de entrada (24) y la sección de salida (26) axialmente separadas, y una sección de filtro (28) entre dicha sección de entrada (24) y la sección de salida (26); dicha sección de filtro (28) que tiene pasos de líquido (40); yun tornillo giratorio (20) que se monta en dicho cuerpo tubular ( l8 ) para transportar la mezcla sólido-líquido desde la sección de entrada (24) a la sección de salida (26) mientras se comprime la mezcla sólido-líquido y se fuerza al menos parte de un contenido líquido de la misma para que se expulse del cuerpo tubular (18) a través de dichos pasos de líquido (40) de dicha sección de filtro (28);en donde el cuerpo generalmente tubular (18) y el tornillo giratorio (20) son ambos de construcción modular, la sección de filtro (28) del cuerpo tubular (l8 ) comprende al menos la primera y segunda secciones de filtro interconectables en serie (28a, 28b), el tornillo giratorio (20) que tiene al menos la primera y segunda secciones del tornillo interconectables en serie (20a, 20b) dispuestas respectivamente en dichas primera y segunda secciones de filtro (28a, 28b) para la rotación conjunta como un componente unitario, y porque la primera y segunda secciones del tornillo (20a, 20b) tienen una espira del tornillo continuo (34) que tiene un diámetro exterior de la espira, caracterizado porque las al menos primera y segunda secciones del tornillo (20a, 20b) se acoplan de manera desmontable entre sí mediante un acoplamiento (62) proporcionado en dicho diámetro exterior de la espira.
- 2. La prensa de tornillo (14) definida en la reivindicación 1, caracterizada porque una sección de soporte del tornillo (66) se monta entre dichas primera y segunda secciones de filtro (28a, 28b), dicho acoplamiento (62) se soporta de manera giratoria dentro de dicha sección de soporte del tornillo (66).
- 3. La prensa de tornillo (14) definida en la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque el acoplamiento (62) comprende un primer miembro de acoplamiento (62a) que se monta en una primera sección de la espira del tornillo (34a) en un primer extremo de la primera sección del tornillo (20a), y un segundo miembro de acoplamiento (62b) que se monta en una segunda sección de la espira del tornillo (34b) en un segundo extremo de la segunda sección del tornillo (20b), el primer y segundo miembros de acoplamiento (62a, 62b) se sujetan de manera desmontable entre s í.
- 4. La prensa de tornillo (14) definida en la reivindicación 3, caracterizada porque el primer y segundo miembros de acoplamiento (62a, 62b) comprenden las respectivas placas semicilíndricas montadas en una superficie del diámetro exterior de la espira del tornillo (34) en la primera y segunda secciones del tornillo (20a, 20b); cuando se interconectan, las placas semicilíndricas forman un anillo de soporte alrededor de la primera y segunda secciones de la espira del tornillo (34a, 34b).
- 5. La prensa de tornillo (14) definida en la reivindicación 4, caracterizada porque las placas semicilíndricas se sueldan en una superficie interior de la misma a la superficie de diámetro exterior de la primera y segunda secciones de la espira del tornillo (34a, 34b) de la primera y segunda secciones del tornillo (20a, 20b).
- 6. La prensa de tornillo (14) definida en la reivindicación 4 o 5, caracterizada porque las placas de desgaste (64a, 64b) se montan de manera desmontable en una superficie exterior de cada una de las placas semicilíndricas para acoplarse con una correspondiente estructura de anillo de desgaste segmentado que se monta en la sección de soporte del tornillo (66).
- 7. La prensa de tornillo (14) definida en la reivindicación 6, caracterizada porque la estructura de anillo de desgaste segmentado se configura para que se desgaste antes que las placas de desgaste (64a, 64b) en la superficie exterior de las placas semicilíndricas.
- 8. La prensa de tornillo (14) que se definió en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque cada una de dichas primera y segunda secciones de filtro (28a, 28b) comprende una pluralidad de placas de filtración (36) que se fijan axialmente en contacto íntimo cara a cara entre un par de placas de sujeción (42, 44).
- 9. La prensa de tornillo (14) definida en la reivindicación 8, caracterizada porque cada una de las primera y segunda placas de sujeción (42, 44) tiene una porción de distribución de carga (42a, 42b) en contacto de apoyo uniforme con una de dichas placas de filtración adyacente (36), dichas primera y segunda placas de sujeción (42, 44) son de mayor grosor que cada una de dichas placas de filtración (36); y porque cada una de las primera y segunda secciones de filtro (28a, 28b) comprende además un conjunto de prisioneros distribuidos de manera circunferencial (48) que se extienden a través de agujeros de montaje (46) alineados axialmente definidos en las placas de filtración (36) y la primera y segunda placas de sujeción (42, 44); y tuercas (50) que se acoplan de manera roscada en los extremos distales opuestos de los prisioneros (48).
- 10. La prensa de tornillo (14) definida en la reivindicación 9, caracterizada porque la porción de distribución de carga (42a, 44a) se proporciona en forma de un anillo que se proyecta desde una cara interior de cada una de dichas primera y segunda placas de sujeción (42, 44).
- 11. La prensa de tornillo (14) definida en cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizada porque al menos una placa de soporte intermedia (52) se interpone entre dos de las placas de filtración (36), dicha placa de soporte intermedia (52) es de mayor grosor que cada una de dichas placas de filtración (36).
- 12. La presa de tornillo (14) definida en la reivindicación 2, caracterizada porque la sección de soporte del tornillo (66) tiene miembros de semicubierta superior e inferior (66a, 66b) adaptados para unirse con pernos entre sí con dicho acoplamiento (62) entre ellos.
- 13. La prensa de tornillo definida en la reivindicación 4, caracterizada porque la primera y segunda secciones de la espira del tornillo (34a, 34b) se sueldan respectivamente al primer y segundo miembros de acoplamiento (62a, 62b) y luego, el primer y segundo miembros de acoplamiento (62a, 62b) con la primera y segunda secciones de la espira del tornillo (34a, 34b) montadas sobre las mismas se someten a un proceso de tratamiento térmico.
- 14. La prensa de tornillo definida en la reivindicación 13, en donde después del proceso de tratamiento térmico, el primer y segundo miembros de acoplamiento (62a, 62b) se montan respectivamente en la primera y segunda secciones del tornillo (20a, 20b) mediante soldadura de la primera y segunda secciones de la espira del tornillo (34a, 34b) a los respectivos ejes (32a, 32b) de dichas primera y segunda secciones del tornillo (20a, 20b).
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