ES2898105T3 - Aparatos y proceso para separar una mezcla de sólidos/fluido - Google Patents

Abstract

Un aparato para separar al menos un sólido de una mezcla (300) de sólidos/fluidos, comprendiendo dicho aparato una cámara (100) de separación, en el que la cámara (100) de separación comprende un extremo superior, un extremo inferior, al menos una pared, y un puerto (120) de entrada para introducir la mezcla de sólidos/fluido en la cámara (100) de separación, teniendo dicho puerto (120) de entrada un vector (140) del puerto de entrada que está en la dirección en la que la mezcla de sólidos/fluidos entra en la cámara (100) de separación, caracterizado porque el aparato comprende además una cámara (200) de amortiguación, en el que la cámara (200) de amortiguación comprende al menos una pared (210a, 210b, 220) límite, y dicha cámara (200) de amortiguación está adaptada para mantener un amortiguador de la mezcla (300) de sólidos/fluidos en una intersección del vector (140) del puerto de entrada y la cámara (200) de amortiguación cuando la cámara (100) de separación y la cámara (200) de amortiguación están conectadas por un puerto (180) de comunicación en la intersección del vector (140) del puerto de entrada y la al menos una pared de la cámara (100) de separación.

Description

DESCRIPCIÓN

Aparatos y proceso para separar una mezcla de sólidos/fluido

Antecedentes

En la tecnología de fabricación de pulpa, la materia prima de madera se somete a un proceso de tratamiento de cocción con agentes químicos, conocidos como licor blanco o verde, para eliminar la lignina y la hemicelulosa, produciendo así una pulpa celulósica. Gracias a la alta reactividad de los agentes químicos, el tratamiento de cocción se realiza típicamente en reactores de cocción presurizados a temperatura y presión moderadas, en los que se utiliza vapor presurizado principalmente como medio de calentamiento. Después del tratamiento de cocción, la pulpa celulósica, que es una suspensión de alta consistencia de fibras celulósicas sólidas, es calentada fuertemente en un tanque de soplado para reducir la presión a aproximadamente la presión atmosférica.

Fardim, Pedro, "Chemical Pulping Part 1, Fiber Chemistry and Technology", Segunda edición, Papermaking Science and Technology, 2011, pag.288-289 ("Fardim"), informa un ejemplo de sincronización y condiciones de proceso en un sistema convencional de cocción kraft por lotes. La Figura 92 ilustra los perfiles de tiempo de temperatura y presión. La temperatura del proceso se eleva a aproximadamente 175 °C en aproximadamente 2 horas, luego se produce la cocción durante un tiempo de cocción de 45 minutos a una presión de cocción de aproximadamente 8 bar. El calentamiento se realiza mediante vapor a una presión de hasta 12 bar y se detiene durante la fase de cocción. Después del paso de cocción, la pulpa se sopla en un tanque de soplado. Las virutas se desintegran en fibras durante el soplado, en la línea de soplado y en la entrada al tanque de soplado a través de la acción de cizallamiento causada por el flujo turbulento y el calentamiento fuerte del vapor. En la Figura 93 en Fardim se proporciona un ejemplo de un tanque de soplado. El tanque de soplado está equipado con un separador de ciclón para permitir que el vapor sin fibras fluya al sistema de condensación de vapor fuertemente calentado. El tanque de soplado es un recipiente grande, con un volumen estándar que varía de 100m3 a 900 m3, para tener en cuenta la expansión de vapor durante el soplado. El tanque de soplado tiene forma circular, con una salida para la descarga de pulpa en el extremo inferior y una salida para el gas fuertemente calentado en el extremo superior. La pulpa se alimenta a través de una entrada de soplado ubicada horizontalmente en la parte superior del tanque de soplado.

El principio de funcionamiento de un tanque de soplado, también conocido como ciclón de soplado o ciclón de presión, se puede encontrar en Lonnberg, Bruno, "Mechanical Pulping"; Segunda edición, Papermaking Science and Technology, 2009, pág.200 ("Lonnberg"). La Figura 23 en Lonnberg muestra la configuración de un ciclón de gran diámetro. El ciclón de presión consiste en un ciclón con entrada de vapor/pulpa y salida de vapor, un raspador de chaqueta, un alimentador de tornillo de enchufe y un dispositivo de contrapresión en la parte inferior. El vapor sobrante del refinador sopla la pulpa hacia la parte superior del ciclón de presión, donde se alimenta tangencialmente bajo presión. La pulpa y el vapor están separados por el efecto combinado de las fuerzas centrífugas y de gravedad. El vapor sube por el centro del ciclón y sale a un sistema de recuperación de calor. Un raspador evita que la pulpa se atasque en el interior de la chaqueta. En el fondo del ciclón, un tornillo de descarga alimenta la pulpa a un tanque de latencia. El tapón de pulpa y el dispositivo de contrapresión se sellan contra la presión del vapor en el ciclón.

La explosión de vapor es un proceso de pretratamiento bien conocido para materias primas lignocelulósicas, en el que la materia prima lignocelulósica se somete primero a un tratamiento hidrotérmico en presencia de vapor a alta temperatura y presión, seguido de una rápida liberación de la presión aplicada a la materia prima para producir una ruptura explosiva de la estructura lignocelulósica. De ese modo, la materia prima se inserta en un reactor presurizado, en el que la presión se obtiene normalmente insertando vapor en el reactor a una temperatura que puede ser de aproximadamente 200 °C. La presión del reactor de vapor puede ser tan alta como 20 bar, excediendo así con creces la presión aplicada a la materia prima de madera en el proceso de fabricación de pulpa química. Una mezcla de materia prima lignocelulósica y fluido que comprende agua en forma líquida o de vapor se retira del reactor presurizado a través de una salida de materia prima y se introduce en un ciclón de soplado a aproximadamente la presión atmosférica a través de una línea de soplado. Debido al cambio de presión aplicada a la materia prima, el agua atrapada en las células de la materia prima se somete a una rápida expansión, provocando la expansión de las células de la materia prima hasta llegar en algunos casos a la explosión de las propias células. Por lo tanto, en un proceso de explosión de vapor, la presión aplicada a la materia prima se libera lo más rápidamente posible, diseñando adecuadamente la configuración de la línea de soplado.

En consecuencia, la mezcla de sólidos/fluidos se acelera a través de la línea de soplado por la diferencia de presión entre el reactor presurizado y el ciclón de soplado, y en la entrada del ciclón de soplado puede alcanzar una velocidad cercana a la velocidad del sonido. La velocidad de la mezcla de sólidos/fluidos supera con creces la velocidad alcanzada por la pulpa en la entrada del ciclón de soplado en un proceso de pulpa.

La mezcla de sólidos/fluido se introduce típicamente en el ciclón de soplado tangencial o casi tangencialmente, lo que significa que su dirección de velocidad en la entrada del ciclón de soplado forma un ángulo bajo con el punto o área de impacto en la pared del ciclón de soplado. A diferencia del proceso de pulpa, en un proceso de explosión de vapor los sólidos en el ciclón de soplado se comportan como balas que golpean la pared del ciclón de soplado.

Cuando se utiliza en un proceso de explosión de vapor, un ciclón de soplado diseñado para un proceso de pulpa está por lo tanto sujeto a erosión abrasiva y falla debido a la perforación de la pared del ciclón en un tiempo de operación corto, que puede ser del orden de unos pocos días. Además de los costes de reparación, los frecuentes ciclos de inactividad tienen consecuencias dramáticas en el rendimiento y los costes del proceso, especialmente en una planta industrial que funciona de forma continua.

El documento WO 2010/001097 divulga un separador que comprende una cámara de separación con al menos una entrada en su parte superior, una salida de sólidos en su parte inferior y dos tubos de salida para fracciones de gas. También se divulga el método que utiliza el separador, siendo las fracciones de gas aspiradas en dos zonas de separación generadas en el interior de la cámara, una con flujo inverso y otra con flujo unidireccional.

Por lo tanto, existe la necesidad de un ciclón de soplado que pueda usarse sin fallar y dañarse cuando se introduce una mezcla de sólidos/fluidos a alta velocidad.

Resumen

Esta especificación divulga un aparato para separar al menos un sólido de una mezcla de sólidos/fluidos, comprendiendo dicho aparato una cámara de separación y una cámara de amortiguación, en el que la cámara de separación comprende un extremo superior, un extremo inferior, al menos una pared, y un puerto de entrada para introducir la mezcla de sólidos/fluido en la cámara de separación, teniendo dicho puerto de entrada un vector del puerto de entrada, en el que la cámara de amortiguación comprende al menos una pared límite, y dicha cámara de amortiguación está adaptada para mantener un amortiguador de mezcla de sólidos/ fluidos en una intersección del vector del puerto de entrada y la cámara de amortiguación cuando la cámara de separación y la cámara de amortiguación están conectadas por un puerto de comunicación en la intersección del vector del puerto de entrada y la al menos una pared de la cámara de separación.

También se divulga que dicho puerto de comunicación puede tener un área de al menos un tamaño de un área de impacto de la mezcla de sólidos/fluidos en la al menos una pared de la cámara de separación en ausencia del puerto de comunicación.

Se divulga además que al menos una porción del puerto de comunicación puede haber sido creada por una erosión de la al menos una pared causada por la mezcla de sólidos/fluidos.

También se divulga que el puerto de comunicación puede tener una forma rectangular.

Se divulga además que el vector del puerto de entrada puede tener un ángulo de incidencia con la al menos una pared que está en un intervalo seleccionado del grupo que consiste en más de 0° a menos de 45°, y de más de 0° a menos de 30°.

También se divulga que la cámara de amortiguación puede tener la forma de una caja compuesta por paredes límite planas.

Se divulga además que la cámara de amortiguación puede tener al menos una pared límite curvada.

También se divulga que la mezcla de sólidos/fluidos puede ser biomasa lignocelulósica tratada con vapor.

Se divulga además que la mezcla de sólidos/fluidos puede comprender agua en fase líquida o de vapor.

La memoria descriptiva también divulga un proceso para separar al menos un sólido de una mezcla de sólidos/fluidos que comprende: introducir la mezcla de sólidos/fluidos a una velocidad lineal media que tiene un vector de velocidad lineal media a través de un puerto de entrada de una cámara de separación compuesta de al menos una pared con la cámara de separación conectada a una cámara de amortiguación a través de un puerto de comunicación ubicado en la intersección del vector de velocidad lineal media y la al menos una pared de la cámara de separación, conteniendo la cámara de amortiguación un cojín de mezcla de sólidos/fluidos previamente introducidos, poniendo en contacto la mezcla de sólidos/fluidos con el cojín de la mezcla de sólidos/fluidos previamente introducida; separar al menos una porción del fluido de la mezcla de sólidos/fluido en la cámara de separación por diferencia de densidad.

En el proceso divulgado, el puerto de comunicación puede tener un área de al menos un tamaño de un área de impacto de la mezcla de sólidos/fluidos en la al menos una pared de la cámara de separación en ausencia del puerto de comunicación.

En el proceso divulgado, el puerto de comunicación puede tener además una forma rectangular.

En el proceso divulgado, el vector de velocidad lineal media puede tener además un ángulo de incidencia con la cámara de separación que está en un intervalo seleccionado del grupo que consiste en más de 0° a menos de 45° y de más de 0° a menos de 30 °.

En el proceso divulgado, la cámara de amortiguación puede tener además la forma de una caja compuesta por paredes límite planas.

En el proceso divulgado, la cámara de amortiguación puede tener además al menos una pared límite curvada. También se divulga que la velocidad lineal media puede ser superior a 100 m/s.

Se divulga además que la mezcla de sólidos/fluidos se puede introducir en un modo continuo.

También se divulga que la mezcla de sólidos/fluidos puede introducirse en un modo pulsado a una frecuencia superior a 1 Hz.

Se divulga además que la mezcla de sólidos/fluidos puede ser biomasa lignocelulósica tratada con vapor.

También se divulga que la mezcla de sólidos/fluidos puede comprender agua en fase líquida o de vapor.

Se divulga además que el puerto de entrada puede estar conectado corriente arriba a un reactor presurizado, y la presión en el reactor presurizado puede ser al menos 8 bar mayor que la presión en la cámara de separación.

También se divulga que la presión en la cámara de separación puede estar en un intervalo de 0,5 bar a 4 bar.

Se divulga además que el proceso divulgado puede comprender además la explosión de vapor de la biomasa lignocelulósica tratada con vapor.

Se divulga además que el puerto de entrada puede conectarse a un reactor presurizado corriente arriba de la cámara de separación, y la presión en el reactor presurizado es al menos 8 bar mayor que la presión en la cámara de separación.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 es una vista superior en sección transversal de una cámara de separación típica que se encuentra en la técnica anterior.

La Figura 2 es un primer plano de una vista superior en sección transversal de una cámara de separación típica encontrada en la técnica anterior que muestra la mezcla entrante expandiéndose en una columna y golpeando la pared opuesta de la cámara de separación.

La Figura 3 representa el área de impacto formada por la columna en una cámara de separación típica que se encuentra en la técnica anterior desde la perspectiva de mirar normal hasta la pared interior de la cámara de separación.

La Figura 4 es un primer plano de una vista superior en sección transversal de la cámara de separación de la técnica anterior después de que la pared se haya erosionado abrasivamente en el área de impacto.

La Figura 5 es una vista superior en sección transversal de una cámara de separación que contiene una realización de la invención.

La Figura 6 es un primer plano de una vista superior en sección transversal de una realización de la invención. La Figura 7 es un primer plano de una vista superior en sección transversal de una realización de la invención en la que la cámara de separación está en comunicación con una cámara de amortiguación.

La Figura 8 es un primer plano de una vista superior en sección transversal de una realización de la invención durante el funcionamiento en la que la cámara de separación está en comunicación con una cámara de amortiguación. La Figura 9 es una vista de la realización de la invención desde la perspectiva de mirar normal a la pared interior de la cámara de separación.

Descripción detallada

El aparato y el proceso divulgados son para separar sólidos y fluidos de una mezcla de sólidos/fluidos. Si bien el aparato y el proceso se han concebido para separar una materia prima lignocelulósica sólida explotada con vapor y el vapor de la mezcla de sólidos/fluidos, la separación que se produce corriente abajo de un reactor presurizado, se ha descubierto que el aparato y el proceso se pueden aplicar también a la separación de mezclas de sólidos/fluidos más generales, incluyendo, por ejemplo, mezclas presurizadas de gas (es decir, fluidos compresibles) y partículas sólidas en la industria de la minería o la construcción.

Se puede encontrar una descripción detallada de una materia prima lignocelulósica en el documento WO2015028156A1, pág. 11-14. Una materia prima lignocelulósica preferida se selecciona del grupo de residuos agrícolas, en particular pajas como paja de trigo, paja de arroz o bagazo, tal como bagazo de caña de azúcar. Las maderas duras y blandas también se benefician de este proceso.

El aparato y el proceso divulgados surgen de una larga serie de fallas en el uso de un separador de ciclón de soplado de pulpa diseñado para el procesamiento de pulpa, en particular, cuando el ciclón de soplado de pulpa se usa para separar una materia prima explosiva de vapor sólido y el vapor de una mezcla de sólidos/fluidos insertada a alta velocidad en el separador de ciclón de soplado de pulpa. En la presente memoria descriptiva, los términos "tanque de soplado", "separador de tanque de soplado", "tanque de soplado de pulpa", "separador de tanque de soplado de pulpa" y "ciclón de soplado" son términos sinónimos, que se repiten en la terminología estándar en el campo de la pulpa. La Figura 1 muestra una representación esquemática de un separador de ciclón de soplado de pulpa de la técnica anterior que no funcionó con una mezcla de sólidos/fluidos insertada a alta velocidad. La Figura 1 representa esquemáticamente una sección transversal de un separador (90) de ciclón de soplado de pulpa que comprende una cámara (100) de separación que comprende una pared (110) cilíndrica, teniendo dicha pared de la cámara de separación un agujero de entrada para la mezcla (120) de sólidos/fluidos. Asociado con o incluido en el puerto de entrada hay un tubo (130) de soplado cilíndrico para introducir la mezcla de sólidos/fluidos en una dirección preferencial. En los experimentos fallidos y los ejemplos de trabajo, el diámetro del tubo de soplado fue de aproximadamente 5,1 cm (2 pulgadas). La dirección en la que la mezcla de sólidos/fluidos ingresa a la cámara de separación se denomina vector (140) del puerto de entrada. Por lo tanto, el puerto de entrada define un vector del puerto de entrada, que en el caso ejemplar considerado en la Figura 1, corresponde al eje del tubo de soplado cilíndrico. El tubo de soplado puede insertarse en la cámara de separación a través del puerto de entrada y puede extenderse en la cámara de separación hasta que esté cerca de una pared interna de la cámara de separación. El ángulo de incidencia a de la mezcla de sólidos/fluidos en la pared de la cámara de separación se define como el ángulo entre el vector (140) del puerto de entrada correspondiente al centro del tubo (130) de soplado cilíndrico y un plano (190) tangente a la pared interna de la cámara de separación en el punto de intersección del vector del puerto de entrada y la pared interna de la cámara de separación. El plano tangente es normal a la sección de la cámara de separación representada en la Figura 1 y, por lo tanto, está representado por una línea recta. En una configuración típica, denominada tangencial, como se muestra en la Figura 1, el ángulo de incidencia (a) como se define en la presente especificación es de aproximadamente 15 °.

La Figura 2 representa una ampliación del separador de ciclón de soplado de pulpa de la Figura 1 para mostrar el principio de funcionamiento del proceso de separación de la técnica anterior. La mezcla de sólidos/fluidos ingresa a la cámara (100) de separación a través del tubo (130) de soplado cilíndrico en la dirección del vector (140) del puerto de entrada y viaja a través de la cámara de separación, eventualmente expandiéndose ligeramente desde el vector del puerto de entrada para formar una columna (300) delimitada por las líneas 160 y 170 de expansión, hasta llegar a la pared interna de la cámara de separación en un área (150) de impacto que comprende el punto de intersección del vector (140) del puerto de entrada y la pared interna. El área (150) de impacto es la porción de la pared interna de la cámara de separación que es golpeada por la mezcla de sólidos/fluidos después de que sale del tubo de soplado cilíndrico.

En un ángulo de incidencia bajo, el área (150) de impacto asume una forma alargada, incluso en ausencia de expansión de la columna.

La Figura 3 muestra detalles de una sección transversal interna vertical de la cámara (100) de separación en condiciones de operación, mostrando el área (150) de impacto alargada formada por la mezcla de sólidos/fluidos cuando sale del tubo (130) de soplado cilíndrico en la dirección del vector (140) del puerto de entrada, en el lado interno de la pared (110) de la cámara (100) de separación. El área (150) de impacto está representada por una línea de puntos. Al golpear la pared interna de la cámara de separación, la mezcla de sólidos/fluidos rebota en la pared interna, asumiendo un movimiento en espiral mientras que los sólidos y el fluido se separan por densidad de gravedad, con los sólidos moviéndose hacia el extremo inferior de la cámara de separación y el fluido (es decir, vapor) recuperado del extremo superior de la cámara de separación. Si los sólidos fueran más ligeros que el fluido, los sólidos se recuperarían desde el extremo superior de la cámara de separación y el fluido desde extremo inferior de la cámara de separación. En las condiciones de funcionamiento típicas de un proceso de fabricación de pasta, no se produce una erosión abrasiva catastrófica de la cámara de separación en la posición del área de impacto, y el aparato funciona correctamente durante recorridos continuos prolongados.

Los inventores observaron que insertar o inyectar una mezcla de sólidos/fluidos a alta velocidad en la cámara de separación de un separador de ciclón de soplado de pulpa, en el que la mezcla de sólidos/fluidos se acelera mediante una diferencia de presión que normalmente es superior a aproximadamente 10 bar como suele ocurrir en un proceso de explosión de vapor, resulta en una rápida erosión abrasiva en la posición del área de impacto de la pared interna de la cámara de separación, lo que provoca la formación de un agujero alargado en la pared de la cámara de separación con la consiguiente fuga de material al ambiente externo. El tamaño horizontal del agujero era de aproximadamente 20 cm y el tamaño vertical fue de aproximadamente 12 cm. El separador de ciclón de soplado de pulpa funcionó correctamente durante un tiempo total de unos pocos días, como se muestra gráficamente en la Figura 2 y la Figura 3, mientras que la Figura 4 muestra la condición de falla, en la que la fuga de material está indicada por el área punteada que se expande desde la línea (130) de soplado a través de un agujero ubicado en el área (150) de impacto. Los inventores primero intentaron reparar el separador de ciclón de soplado de pulpa soldando una placa de sacrificio gruesa de metal duro para sellar el agujero. Esa solución falló ya que la placa gruesa también se erosionó después de un tiempo total de funcionamiento de unos pocos días. El tiempo total de funcionamiento hasta que se formó un agujero depende claramente de la velocidad de la mezcla de sólidos/fluidos y de la dureza y el espesor de la placa de sacrificio. Sin embargo, todas las pruebas realizadas por los inventores hicieron caer en cuenta de la formación de agujeros en la posición del área de impacto.

Los inventores añadieron entonces una cámara de amortiguación a la pared externa de la cámara de separación, rodeando la cámara de amortiguación el pequeño agujero en la pared de la cámara de separación. Con la cámara de amortiguación unida a la cámara de separación, el separador de ciclón de soplado de pulpa se hizo funcionar continuamente durante un tiempo de funcionamiento total de al menos un mes sin formar un agujero en la pared de la cámara de amortiguación que expondría la cámara de separación a la presión atmosférica y permitiría fuga de material al ambiente externo. Cuando se abrió la cámara de separación para la investigación, se descubrió que la erosión abrasiva había continuado hasta que el agujero original en la pared alcanzó aproximadamente el tamaño del área de impacto en la pared interna y un poco más grande en la pared externa, indicativo de la expansión de la columna. Esta diferencia es bastante pequeña dado que la pared tiene solo 10 mm de espesor. En este punto, no se observó más erosión abrasiva. En el ejemplo de trabajo, la cámara de amortiguación rodea un área rodeada de la pared de la cámara de separación que era mayor que el tamaño del agujero en la pared de la cámara de separación. El área rodeada se extendió por una longitud de algunos centímetros en cada dirección alrededor del agujero en la pared.

Las Figuras 5 y 6 representan detalles del aparato divulgado, mostrando la Figura 6: un diseño ejemplar de la cámara (200) de amortiguación que resolvió el problema de erosión. La cámara (200) de amortiguación ejemplar se compone de cinco paredes límite, tres de las cuales (210a, 210b, 220) se muestran en las figuras, formando las paredes límite una caja con un lado abierto ubicado en una posición que rodea el agujero en la pared de la cámara de separación. Como se muestra en las figuras, el área rodeada de la cámara del cojín se extiende en cada dirección por una longitud de algunos centímetros alrededor del agujero. De este modo, el agujero erosionado en la pared de la cámara de separación que tiene al menos el tamaño del área de impacto actúa como un puerto (180) de comunicación entre la cámara (100) de separación y la cámara (200) de amortiguación, estando ubicado el puerto de comunicación en la intersección del vector (140) del puerto de entrada y la pared (110) cilíndrica de la cámara de separación. En la cámara de amortiguación ejemplar, las paredes límite tenían una forma rectangular, la pared (220) límite opuesta al puerto de comunicación era de 62 cm por 18 cm, la primera pared (210a) límite lateral era de 47 cm x 18 cm, la segunda pared (210b) límite lateral era de 23 cm x 18 cm, con las paredes límite laterales realizando la conexión con la cámara de separación cilíndrica.

La Figura 7 muestra una sección del aparato de separación al final de cada ejecución de prueba. Los inventores observaron que un depósito compacto de biomasa (310) explosiva de vapor sólido estaba presente en las zonas laterales de la cámara de amortiguación que se encuentra fuera del área de impacto, mientras que un volumen central de la cámara de amortiguación, que rodea el vector del puerto de entrada y se orienta aproximadamente a lo largo de la dirección del vector del puerto de entrada, estaba completamente desprovisto de material, y el volumen central vacío se extendía hasta las paredes limítrofes. De ese modo, una parte de las paredes (220 y 210b) límite que rodea el vector del puerto de entrada, directamente frente a la columna de entrada, se encontró desprovista de cualquier material acumulado y sin ninguna evidencia de erosión abrasiva.

Sin estar limitados por ninguna teoría o interpretación, los inventores creen que la mezcla de sólidos/fluidos, que ingresa a la cámara de amortiguación a través del puerto de comunicación formado por la erosión abrasiva de la pared de la cámara de separación, entra en contacto con una mezcla de sólidos/fluidos previamente introducida en la cámara de amortiguación, lo que hace que al menos una porción de los sólidos pierda una porción de su energía cinética en esta interacción, con al menos una porción de los sólidos (330) emergiendo luego a la cámara de separación sin dañar las paredes límite de la cámara de amortiguación. Los inventores creen que se forma una especie de almohadilla de mezcla (320) de sólidos/fluidos introducida previamente en la cámara (200) de amortiguación como se muestra en la Figura 8. La descripción dinámica de fluidos del contacto e interacción de la mezcla de sólidos/fluidos previamente introducida con la columna de la mezcla (300) de sólidos/fluidos entrantes puede ser muy difícil y en cualquier caso aproximada. Los inventores creen que la almohadilla (320) es al menos en parte una almohadilla dinámica causada por el movimiento de remolino de la mezcla de sólidos/fluidos previamente introducida en la cámara de amortiguación, en la que la expansión del fluido de la mezcla de sólidos/fluidos también puede jugar un rol importante. Por otro lado, la almohadilla puede ser al menos en parte una almohadilla estática, ya que los sólidos de la mezcla de sólidos/fluidos se acumulan continuamente en las paredes límite de la cámara de amortiguación y se eliminan continuamente por la mezcla de sólidos/fluidos entrantes, mientras que una acumulación permanente de sólidos se produce en las regiones de la cámara de amortiguación no expuestas directamente, o menos expuestas, a la mezcla de sólidos/fluidos entrantes.

Independientemente del mecanismo fluidodinámico involucrado, la almohadilla de la mezcla (320) de sólidos/fluido está ubicada al menos en la cámara (200) de amortiguación en la intersección del vector (140) del puerto de entrada y la cámara (200) de amortiguación, y su presencia en la cámara de amortiguación durante el funcionamiento se puede verificar fácilmente inspeccionando la cámara de amortiguación después de una ejecución de funcionamiento. La presencia de un volumen vacío en la cámara de amortiguación, interceptando el volumen vacío el vector del puerto de entrada, indica un amortiguador de mezcla de sólidos/fluidos en condiciones de funcionamiento. Dependiendo de las condiciones de funcionamiento y la configuración geométrica de la cámara de amortiguación, el volumen vacío puede extenderse hasta alcanzar una o más paredes límite de la cámara de amortiguación, o alternativamente puede estar presente una capa de sólidos depositados en la totalidad de las paredes límite. Una vez que se descubrió el efecto de amortiguación, los inventores también encontraron que el amortiguador de la mezcla de sólidos/fluidos previamente introducida se puede mantener en la intersección del vector del puerto de entrada y la cámara de amortiguación incluso cuando se varía la forma y el tamaño de la cámara de amortiguación en gran medida a partir de la forma de caja del diseño ejemplar. La forma de la cámara de amortiguación también puede ser bastante irregular, ya que los sólidos eventualmente se acumularán en las zonas muertas y una región de amortiguación se autoformará en un volumen de la cámara de amortiguación que intercepta el vector del puerto de entrada, llenándose la porción remanente de la cámara de amortiguación con sólidos acumulados de la mezcla de sólidos/fluidos. De ese modo, en una realización, la cámara de amortiguación puede comprender al menos una pared límite curvada, tal como una porción de una esfera o una porción de un cilindro. Se dice que la cámara de amortiguación está adaptada o diseñada para mantener un amortiguador de la mezcla de sólidos/fluidos en una intersección del vector del puerto de entrada y la cámara de amortiguación cuando la cámara de separación y la cámara amortiguadora están conectadas por un puerto de comunicación en la intersección del vector del puerto de entrada y la al menos una pared, teniendo dicho puerto de comunicación un área de al menos un tamaño de un área de impacto de la mezcla de sólidos/fluidos en la al menos una pared en la ausencia del puerto de comunicación.

La longitud desde la intersección del vector del puerto de entrada hasta la pared de la cámara de amortiguación (Fig. 6, 230) es el parámetro principal en la adaptación o diseño de la cámara de amortiguación para mantener un amortiguador de la mezcla de sólidos/fluidos en una intersección del vector del puerto de entrada y la cámara de amortiguación cuando la cámara de separación y la cámara de amortiguación están conectadas por un puerto de comunicación en la intersección del vector del puerto de entrada y la al menos una pared, teniendo dicho puerto de comunicación un área de al menos un tamaño de área de impacto de la mezcla de sólidos/fluidos en la al menos una pared en ausencia del puerto de comunicación. Esta longitud, que se muestra en la Figura 6 como (230), es la distancia desde el punto de intersección del vector (140) del puerto de entrada con la pared cilíndrica de la cámara (110) de separación, y el punto de intersección del vector (140) del puerto de entrada con la cámara (200) de amortiguación. Los inventores han descubierto que no existe un límite superior para esta longitud, ya que los sólidos eventualmente se acumularán en la pared límite de la cámara de amortiguación que mira al vector del puerto de entrada formando un amortiguador estático de sólidos. El límite superior de la longitud de la intersección del vector del puerto de entrada con la cámara de amortiguación estará determinado por criterios de despliegue práctico de la cámara de amortiguación, y es preferiblemente inferior a 2 m, más preferiblemente inferior a 1 m y lo más preferiblemente menos de 50 cm. Los inventores también han descubierto que, al reducir la longitud de la intersección del vector del puerto de entrada con la cámara de amortiguación, la profundidad del amortiguador de la mezcla (320) de sólidos/fluidos previamente introducida que intercepta la columna de entrada de mezcla (300) de sólidos/fluidos en la cámara de amortiguación no será suficiente para garantizar un efecto de amortiguación eficaz, y comenzará a producirse una cierta erosión de la pared límite. Dicho en otras palabras, existe un límite inferior para la longitud de la intersección del vector del puerto de entrada con la cámara (230) de amortiguación, siendo dependiente el límite de las propiedades de la mezcla de sólidos/fluidos, su velocidad y la rata de erosión aceptable, así como el material utilizado para realizar la cámara de amortiguación. En algunos casos, la longitud desde la intersección del vector del puerto de entrada hasta la pared de la cámara de amortiguación puede ser superior a 2,5 cm, preferiblemente superior a 5 cm y lo más preferiblemente superior a 10 cm.

En una realización preferida, la cámara de amortiguación está adaptada de tal manera que el vector del puerto de entrada interseca una pared límite de la cámara de amortiguación en un ángulo de impacto 0 como se muestra en la Figura 5 que está en un intervalo de 45° a 90°, y preferiblemente de 50° a 70°. Es decir, en ángulos de alto impacto se evita o reduce significativamente la eventual erosión de la pared límite. En otra realización, el ángulo de impacto en la pared límite de la cámara de amortiguación es mayor que el ángulo de incidencia en la pared de la cámara de separación.

Se apreciará que con base en la información divulgada sobre el efecto de amortiguación descubierto por los inventores, una persona experta en la técnica puede adaptar o definir fácilmente un conjunto adecuado de formas y tamaños de la cámara de amortiguación, estando la cámara adaptada para mantener un amortiguador de la mezcla de sólidos/fluidos en la intersección del vector del puerto de entrada y la cámara de amortiguación, simplemente probando rutinariamente diferentes cámaras de colchón, o usando una cámara de prueba con forma y tamaño variables. Por ejemplo, una cámara de amortiguación en forma de caja, como el diseño ejemplar de la Figura 5, puede estar provista con una pared interna opuesta al puerto de comunicación que puede fijarse a una distancia variable desde puerto de comunicación, definiendo así un conjunto de cámaras de amortiguación que tiene diferentes longitudes desde la intersección del vector del puerto de entrada hasta la pared de la cámara de amortiguación. Cada cámara de amortiguación puede probarse en condiciones de funcionamiento durante un tiempo de prueba suficientemente largo para resaltar la erosión mediante la inspección visual de las paredes internas de la cámara de amortiguación.

La cámara de amortiguación está conectada a la pared exterior de la cámara de separación de una manera que aísla las atmósferas del amortiguador y las cámaras de separación del entorno exterior. En otras palabras, la conexión entre la cámara de separación y la cámara de amortiguación es tal que la conexión es "hermética" o incapaz de permitir que un gas bajo una presión deseada especificada se escape a través de la conexión. Esta presión especificada dependerá de los parámetros de rendimiento, la conexión debe ser tal que el gas no pase bajo un diferencial de presión de al menos 0,5 bar entre la cámara de separación y el entorno externo que rodea la cámara de separación. Las formas de crear este tipo de conexión son bien conocidas en la técnica y se pueden lograr, por ejemplo, soldando algunas de las paredes límite de la cámara del cojín a la pared externa de la cámara de separación o atornillando la pared límite del amortiguador a la pared externa de la cámara de separación, preferiblemente usando una junta de sellado o material de junta entre las paredes límite de la cámara de amortiguación y la cámara de separación.

Por lo tanto, de acuerdo con otro aspecto de la invención, se divulga un método para reparar un aparato para separar al menos una porción del fluido de una mezcla de sólidos/fluido. Este aparato consta inicialmente de una cámara de separación que comprende un puerto de entrada para introducir la mezcla de sólidos/fluidos en una dirección definida por un vector del puerto de entrada del puerto de entrada, en el que se ha formado un agujero de fuga en una pared de la cámara de separación. Un ejemplo de un aparato de este tipo es un separador de ciclón de soplado de pulpa. Preferiblemente, la mezcla de sólidos/fluidos se introduce a alta velocidad, provocando así la erosión abrasiva de la cámara de separación en el área de impacto de la mezcla de sólidos/fluidos en la pared de la cámara de separación. El método comprende el paso de conectar una cámara de amortiguación a la cámara de separación con la cámara de amortiguación que rodea el agujero de fuga, estando adaptada la cámara de amortiguación para mantener un amortiguador de la mezcla de sólidos/fluidos en la intersección del vector del puerto de entrada y la cámara de amortiguación. Preferiblemente, la cámara de amortiguación rodea el área de impacto de la mezcla de sólidos/fluidos en la pared de la cámara de separación, para rodear el tamaño máximo del agujero de fuga que se crea por la erosión abrasiva prolongada en la posición del área de impacto.

De acuerdo con otra realización de la invención, se proporciona un método para adaptar o modificar un aparato para separar al menos una porción del fluido de una mezcla de sólidos/fluidos, estando el aparato compuesto esencialmente por una cámara de separación que comprende un puerto de entrada para introducir la mezcla de sólidos/fluidos en una dirección definida por un vector del puerto de entrada del puerto de entrada. Un ejemplo de un aparato de este tipo es un separador de ciclón de soplado de pulpa, que se modifica para trabajar con una mezcla de sólidos/fluidos introducida en la cámara de separación a alta velocidad antes de que se cree un agujero de fuga en una pared de la cámara de separación en un área de impacto de la mezcla de sólidos/fluidos en la pared de la cámara de separación. El método comprende el paso de agregar una cámara de amortiguación a la cámara de separación con la cámara de amortiguación rodeando un área en la cámara de separación que tiene al menos el tamaño del área de impacto de la mezcla de sólidos/fluidos en la pared de la cámara de separación, de modo que rodea el agujero máximo que se crea por la erosión abrasiva prolongada en la posición del área de impacto. La cámara de amortiguación está adaptada para mantener un amortiguador de la mezcla de sólidos/fluidos en la intersección del vector del puerto de entrada y la cámara de amortiguación.

Otra realización de la invención es un aparato para separar al menos una porción del fluido de una mezcla de sólidos/fluidos que comprende una cámara de separación y una cámara de amortiguación. La cámara de separación comprende al menos una pared, un extremo inferior y un extremo superior. La al menos una pared tiene preferiblemente una forma geométrica de un cilindro, lo que indica que la forma real puede divergir localmente de un cilindro, por ejemplo, introduciendo una modificación que es pequeña en comparación con el tamaño del cilindro. Se observa que la al menos una pared puede tener alternativamente otras formas geométricas, tales como un cilindro elíptico, un cono, un cono truncado y una esfera, u otras formas geométricas más complicadas que preferiblemente tengan un eje de simetría rotacional. Como alternativa adicional, la cámara de separación puede tener una forma geométrica que tenga un eje de simetría central. En aras de la claridad, un paralelepípedo, un cubo, una pirámide, una pirámide de troncos son formas geométricas ejemplares que tienen un eje de simetría central. El tamaño de la cámara de separación puede ser muy grande, variando en un amplio intervalo de dimensiones, dependiendo de la cantidad por hora de mezcla de sólidos/fluidos introducida. Como ejemplo, la cámara de separación se puede dimensionar de acuerdo con Fardim, Pedro, "Chemical Pulping Part 1, Fiber Chemistry and Technology", Segunda edición, Papermaking Science and Technology, 2011, pág.289, que muestra un ciclón de soplado que tiene una pared cilíndrica con un volumen de 100m3 a 900m3. La cámara de separación y la cámara de amortiguación pueden estar hechas de un material metálico capaz de soportar una diferencia de presión de al menos 0,5 bar con el entorno externo, preferiblemente acero, más preferiblemente acero inoxidable, y lo más preferiblemente un acero inoxidable resistente a la corrosión tal como aquel conocido en la técnica. La pared interna de la cámara de separación puede recubrirse con una capa de material endurecido, tal como cerámica. La cámara de separación puede comprender además un puerto de salida de fluidos para eliminar los fluidos, que, cuando los sólidos son más densos que los fluidos, se ubica preferiblemente en o cerca del extremo superior de la cámara de separación, y un puerto de salida de sólidos para eliminar el sólido, que preferiblemente se encuentra en o cerca del extremo inferior de la cámara de separación cuando los sólidos son más densos que los fluidos. El puerto de salida de fluidos para eliminar los fluidos se encuentra preferiblemente en o cerca del extremo inferior de la cámara de separación, y el puerto de salida de sólidos para eliminar los sólidos se ubica preferiblemente en o cerca del extremo superior de la cámara de separación cuando los sólidos son menos densos que los fluidos. Se pueden incluir en la cámara de separación medios mecánicos adicionales para facilitar la eliminación de los sólidos, tal como un raspador giratorio.

La cámara de separación comprende además un puerto de entrada de la mezcla de sólidos/fluido, teniendo o definiendo dicho puerto de entrada un vector del puerto de entrada que es la dirección en la que se introduce la mezcla de sólidos/fluidos en la cámara de separación. El puerto de entrada puede verse como una abertura en la cámara de separación, preferiblemente con una forma circular, y el vector del puerto de entrada puede tener una dirección diferente del eje del puerto de entrada. Es decir, un tubo de entrada, o conducto, para introducir la mezcla de sólidos/fluidos en la cámara de separación puede estar asociado o incluido en el puerto de entrada, y el vector del puerto de entrada corresponde al eje del tubo al final del tubo de entrada, que es el punto de desacoplamiento de la mezcla de sólidos/fluidos. Eventualmente, el tubo de entrada puede insertarse en la cámara de separación a través del puerto de entrada y puede extenderse en la cámara de separación hasta estar cerca de una pared interna de la cámara de separación. El vector del puerto de entrada cortará al menos una pared de la cámara de separación formando un intervalo de ángulos de incidencia (a), ya que varía sobre el puerto de entrada. El ángulo de incidencia es preferiblemente un ángulo de incidencia baja, de más de 0° a menos de 45°, más preferiblemente de más de 0° a menos de 30°, y lo más preferiblemente en el intervalo de 5° a 30°. En el caso de que se pueda identificar un centro del puerto de entrada, el vector del puerto de entrada se considera aplicado al centro del puerto de entrada. En la realización ejemplar del tubo de entrada, el vector del puerto de entrada se considera aplicado al eje del tubo de entrada en el punto de desacoplamiento. Alternativamente, en el caso de que el puerto de entrada tenga una forma irregular sin centro, el ángulo de incidencia a de la mezcla de sólidos/fluidos en la pared de la cámara de separación se define como el promedio aritmético entre el ángulo de incidencia mínimo y máximo de la mezcla de sólidos/fluidos en la pared de la cámara de separación.

La mezcla de sólidos/fluidos se introduce en la cámara de separación a través del puerto de entrada a una velocidad lineal media que tiene un vector de velocidad lineal media que está a lo largo de la dirección del vector del puerto de entrada, luego viaja a través de la cámara de separación, eventualmente ligeramente expandiéndose alrededor del vector del puerto de entrada para formar una columna, hasta alcanzar una pared interna de la cámara de separación en un área (150) de impacto que comprende el punto de intersección del vector del puerto de entrada y la pared interna. Por lo tanto, el área de impacto es la porción de la al menos una pared de la cámara de separación golpeada directamente por la mezcla de sólidos/fluidos. En un ángulo de incidencia bajo, el área de impacto adquiere una forma alargada, incluso en la ausencia de expansión de la columna, debido a la proyección trigonométrica. La pared de la cámara de separación se erosionará progresivamente con abrasión por la mezcla de sólidos/fluidos que golpea la pared en la posición del área de impacto. Por lo tanto, un método para verificar la presencia y posición del área de impacto es operar la cámara de separación durante un tiempo suficientemente largo para erosionar la al menos una pared de la cámara de separación, para formar una abertura que no aumenta por erosión adicional. Un método alternativo, que no es destructivo, es depositar una fina capa de recubrimiento en la superficie interna de al menos una pared de la cámara de separación, por ejemplo, utilizando una pintura, y hacer funcionar la cámara de separación durante un tiempo suficiente para eliminar la capa de recubrimiento. El área de impacto corresponderá claramente a la porción de la superficie interna, en la que se ha eliminado la capa de recubrimiento.

La cámara de separación y la cámara de amortiguación están unidas en una posición de la cámara de separación de modo que la porción de la cámara de separación rodeada por la cámara de amortiguación comprenda cualquier agujero que pueda crearse por erosión abrasiva en el área de impacto. Por lo tanto, preferiblemente la parte de la cámara de separación rodeada por la cámara de amortiguación tiene al menos el tamaño del área de impacto, y una persona experta en la técnica sabe cómo tener en cuenta los márgenes de diseño adecuados para adaptar el área rodeada por la cámara de amortiguación de manera que mantenga un amortiguador de una mezcla de sólidos/fluidos previamente introducida. Por ejemplo, la porción de la cámara de separación rodeada por la cámara de amortiguación puede extenderse alrededor del área de impacto para asegurar que la cámara de amortiguación abarque el agujero de tamaño máximo que puede erosionarse. Esta extensión en cada dirección puede ser para diferentes longitudes que son preferiblemente mayores de 1 cm, más preferiblemente mayores de 2 cm y lo más preferiblemente mayores de 5 cm más que la forma descrita por el área de impacto. Los inventores creen que no hay un límite superior para las longitudes de extensión, pero por razones de conservación del material, la longitud de extensión en un punto dado desde el borde del puerto de comunicación se mide desde el punto exterior del puerto de comunicación hasta una pared límite de la cámara del cojín a lo largo de la línea tangente, que se muestra en la Figura 6 en 400, que cruza el vector del puerto de entrada y es tangente a la pared exterior en el borde del puerto de comunicación. Esta longitud de extensión mostrada en la Figura 6 en 410 es mejor en el intervalo de 0,1 cm a 500 cm, preferiblemente en el rango de 1 cm a 500 cm, con el intervalo de 2 cm a 500 cm incluso más preferido con 5 cm a 500 cm el más preferido. Cabe señalar que no es necesario que las longitudes de extensión sean uniformes alrededor del perímetro del puerto de comunicación. En una realización, la porción de la cámara de separación rodeada por la cámara de amortiguación no tiene inicialmente ninguna abertura, y la cámara de separación y la cámara de amortiguación no están en comunicación fluida. Por lo tanto, la mezcla de sólidos/fluidos no entra inicialmente en la cámara de amortiguación. Esta situación ocurre en el caso de que el aparato descrito se fabrique con una cámara de separación que tiene una pared plana en la intersección con el vector del puerto de entrada. Entonces se formará un puerto de comunicación entre la cámara de separación y la cámara de amortiguación en la intersección del vector del puerto de entrada y la al menos una pared de la cámara de separación. Como el puerto de comunicación se realiza automáticamente al operar el aparato divulgado, corresponderá al área de impacto de la mezcla de sólidos/fluidos en la al menos una pared. Se observa que esta situación ocurre también en el caso de que la cámara de amortiguación se agregue como un reacondicionamiento a un aparato existente para separar una mezcla de sólidos/fluidos antes de que la pared de la cámara de separación sea erosionada por la mezcla de sólidos/fluidos, comprendiendo dicho aparato de separación inicialmente una cámara de separación sin la cámara de amortiguación.

En otra realización, el puerto de comunicación entre la cámara de separación y la cámara de amortiguación rodea el área de impacto y tiene un tamaño que es mayor que el área de impacto. Esto corresponde típicamente al caso en el que el puerto de comunicación se fabrica en la intersección del vector del puerto de entrada y la cámara de separación y no se crea por la erosión. La Figura 9 representa una vista interna de la cámara de separación, con el puerto (180) de comunicación de forma rectangular fabricado en la pared (110) de la cámara de separación, rodeando el área (150) de impacto y alargado en la misma dirección. La figura también muestra la biomasa (310) compactada y la columna formada por la mezcla (300) sólidos/fluidos. En la figura, para mayor claridad, también se muestra la cámara (200) de amortiguación. Se observa que las paredes (210) límite de la cámara de amortiguación se extienden más allá del puerto de comunicación, es decir, la anchura y la altura de la cámara de amortiguación son mayores que la anchura y la altura del puerto de comunicación en la realización representada. El puerto de comunicación se diseña típicamente teniendo en cuenta la configuración de la cámara de separación y el vector del puerto de entrada. El puerto de comunicación tendrá un tamaño máximo permitido que depende de su forma, con la condición de que la cámara de amortiguación esté adaptada para mantener un amortiguador de la mezcla de sólidos/fluidos en la intersección del vector del puerto de entrada y la cámara de amortiguación. Es decir, partiendo de una cámara de comunicación correspondiente al área de impacto y aumentando progresivamente el tamaño del puerto de comunicación, se permitirá que la mezcla de sólidos/fluidos previamente introducida escape progresivamente de la cámara de amortiguación desde la zona del puerto de comunicación comprendida entre el área de impacto y límites de la cámara de comunicaciones.

Como en el caso de la cámara de amortiguación, con base en el principio de funcionamiento de la cámara de amortiguación descrito anteriormente, un experto en la técnica puede probar rutinariamente puertos de comunicación que tienen diferentes formas y tamaños, para identificar la mejor forma y tamaño de trabajo del puerto de comunicación correspondiente a una configuración específica, así como el tamaño máximo permitido del puerto de comunicación.

Preferiblemente, el puerto de comunicación está centrado en el área de impacto y tiene una forma que se asemeja a la forma del área de impacto. El puerto de comunicación puede tener una forma rectangular, alargada en la misma dirección del área de impacto.

En algunas realizaciones, el tamaño lineal del puerto de comunicación es menos de 3 veces el tamaño máximo del área de impacto, más preferiblemente menos de 2 veces, y más preferiblemente menos de 1,5 veces el tamaño lineal del área de impacto y rodea el área de impacto. El tamaño lineal del puerto de comunicación es la distancia lineal máxima entre dos puntos cualesquiera en el perímetro del puerto de comunicación. En consecuencia, el tamaño lineal del área de impacto es la distancia lineal máxima entre dos puntos cualesquiera en el perímetro del área de impacto.

En algunas realizaciones, el puerto de comunicación tiene un área que es mayor que el área de impacto y menos de 5 veces el área de impacto, preferiblemente menos de 3 veces el área de impacto, y más preferiblemente menos de 2 veces el área de impacto y rodea el área de impacto.

En una realización adicional, el puerto de comunicación está parcialmente fabricado y parcialmente creado por la erosión de la pared de la cámara de separación por la mezcla de sólidos/fluidos. Esta realización corresponde al caso de un puerto de comunicación fabricado que es más pequeño que el área de impacto, o intercepta solo parcialmente el área de impacto.

En el aparato divulgado, un puerto de comunicación entre la cámara de separación y la cámara de amortiguación puede o no fabricarse en la intersección del vector del puerto de entrada y la cámara de separación, siempre que se realice un puerto de comunicación en una etapa posterior, obteniéndose preferiblemente el puerto de comunicación mediante erosión prolongada en la posición del área de impacto.

De acuerdo con otra realización de la invención, se divulga un proceso para separar al menos un sólido de una mezcla de sólidos/fluidos, en la que el proceso de separación ocurre por los medios y en el aparato divulgado en la presente memoria descriptiva. Por lo tanto, en el proceso divulgado se puede utilizar cualquiera de las realizaciones del aparato divulgado anteriormente.

En el proceso de separación descrito, la mezcla de sólidos/fluidos se introduce en el aparato de separación a una velocidad lineal media a través del puerto de entrada de la cámara de separación. La mezcla de sólidos/fluidos puede introducirse a través de un tubo de entrada que está asociada o incluida en el puerto de entrada. La mezcla de sólidos/fluidos en la cámara de separación puede ser ligeramente divergente, formando una especie de columna, por lo que la velocidad local de la mezcla de sólidos/fluidos, que es un vector, también puede ser ligeramente divergente. La velocidad de la mezcla de sólidos/fluidos como un todo después de entrar en la cámara de separación está representada por un vector de velocidad media que es preferiblemente paralelo al vector del puerto de entrada. Cabe señalar que el vector de velocidad media y el vector del puerto de entrada están en el camino exacto en el punto en el que la mezcla de sólidos/fluidos sale del puerto de entrada y entra en la cámara de separación y está libre para formar la columna. Aunque el proceso de separación divulgado puede separar una mezcla de sólidos/fluidos con una velocidad moderada, tal como una mezcla de sólidos/fluidos de pulpa, la velocidad media es preferiblemente superior a 100 m/s, más preferiblemente superior a 150 m/s y lo más preferiblemente superior a 200 m/s. La velocidad media es preferiblemente menor que la velocidad del sonido en la cámara de separación.

Después de entrar en la cámara de separación, la mezcla de sólidos/fluidos viajará a través de la cámara de separación hasta el puerto de comunicación con la cámara de amortiguación, en la que un amortiguador de mezcla de sólidos/fluidos previamente introducido en la cámara de amortiguación se mantiene en la intersección de la vector del puerto de entrada y la cámara de amortiguación. Por lo tanto, la mezcla de sólidos/fluidos introducida se pone en contacto con el amortiguador de una mezcla de sólidos/fluidos previamente introducida. Se observa que el contacto puede ocurrir en la cámara de amortiguación, en el puerto de comunicación entre la cámara de amortiguación y la cámara de separación, o en una región de la cámara de separación ubicada en la proximidad del puerto de comunicación. De ese modo, se permite que interactúen la mezcla de sólidos/fluidos entrantes y el colchón de la mezcla de sólidos/fluidos previamente introducida. Sin estar limitado por ninguna teoría, se cree que esta interacción es un flujo turbulento de una mezcla de sólidos/fluidos previamente introducida, tal como por ejemplo un flujo de vórtice, que puede establecerse en la cámara de amortiguación o en el puerto de comunicación, proporcionando así un amortiguador dinámico de mezcla de sólidos/fluidos que actúa como escudo; y/o un amortiguador estático de una mezcla de sólidos/fluidos que se forma continuamente en la cámara del amortiguador y es eliminado por la mezcla entrante de sólidos/fluidos.

Como resultado del contacto, la velocidad de la mezcla de sólidos/fluido se reduce en gran medida y al menos una porción del fluido se separará de la mezcla de sólidos/fluidos por densidad. Nuevamente, sin estar limitados por ninguna interpretación, los inventores creen que los sólidos de la mezcla de sólidos/fluidos emergerán en la cámara de separación con una velocidad reducida, como lo demuestra la falta de erosión en la pared interna de la cámara de separación. La separación ocurre por el principio general de diferencia de densidad entre los sólidos y el fluido de la mezcla de sólidos/fluidos, y pueden estar involucrados diferentes mecanismos. En una realización, la separación se produce bajo la acción de la fuerza de la gravedad, acumulando los sólidos más densos en el extremo inferior de la cámara de separación, en la que pueden retirarse de la cámara de separación a través del puerto de salida de sólidos opcional. Se puede eliminar al menos una porción del fluido a través del puerto de salida de fluidos opcional de la cámara de separación. Si el fluido es vapor y los sólidos son más densos que el vapor, entonces el vapor escapa a la superficie.

En una realización preferida, la mezcla de sólidos/fluidos se introduce en el aparato de separación en un modo continuo, en el que el flujo de la mezcla de sólidos/fluidos no necesita ser constante en el tiempo y puede variar con el tiempo. En este modo de funcionamiento, se cree que se mantiene un amortiguador continuo de la mezcla de sólidos/fluidos en la intersección del vector del puerto de entrada y la cámara del amortiguador.

En otra realización, la mezcla de sólidos/fluidos se introduce en el aparato de separación en modo pulsado, y hay instantes en los que no se introduce ninguna mezcla de sólidos/fluidos. Un caso especial de modo pulsado es un modo cíclico, en el que la mezcla de sólidos/fluidos se introduce durante un intervalo de tiempo que es un tiempo alternativo para detener el intervalo. En este modo de funcionamiento, se cree que se mantiene un amortiguador de la mezcla de sólidos/fluidos en la intersección del vector del puerto de entrada y la cámara del amortiguador durante un cierto tiempo, después de lo cual perderá eficacia. Por tanto, el modo pulsado se opera preferiblemente a una frecuencia superior a 1 Hz.

Una mezcla de sólidos/fluidos preferida es una biomasa lignocelulósica que se ha sometido a un tratamiento hidrotérmico en un reactor presurizado corriente arriba del aparato de separación. Un pretratamiento preferido comprende tratar hidrotermalmente la materia prima lignocelulósica con agua en fase de vapor en el reactor presurizado y hacer explotar con vapor la materia prima tratada hidrotermalmente liberando rápidamente la presión aplicada a la materia prima. Opcionalmente, también se pueden usar o añadir catalizadores químicos durante el tratamiento. Ejemplos de catalizadores químicos son ácidos minerales, tales como ácido sulfúrico o amoníaco. El tratamiento hidrotérmico se realiza preferiblemente a una temperatura en un intervalo de 130 °C a 230 °C durante un tiempo de 1 minuto a 1 hora, preferiblemente de 1 minuto a 20 minutos. El reactor presurizado se presuriza preferiblemente mediante vapor a una presión de al menos 15 bar para obtener una ruptura eficaz de la materia prima. El reactor presurizado comprende una salida conectada al aparato de separación divulgado por medio de al menos una línea de soplado, o conducto, que tiene un extremo que está preferiblemente conectado, asociado o incluido en el puerto de entrada. La presión en la cámara de separación es menor que la presión en el reactor presurizado, de modo que la mezcla de sólidos/fluidos puede fluir desde el reactor presurizado hasta el aparato de separación bajo la acción de la diferencia de presión. La presión en la cámara de separación está preferiblemente en un intervalo de 0,5 bar a 4 bar, y lo más preferiblemente de 1 bar a 2 bar.

En una realización preferida, la presión en el reactor presurizado es preferiblemente al menos 8 bar mayor que la presión en la cámara de separación, y la presión aplicada a la materia prima se libera repentinamente provocando una rápida expansión o explosión de las celdas de la materia prima para crear una mezcla de sólidos/fluidos explotada con vapor. La biomasa lignocelulósica tratada con vapor puede explotarse con vapor en la entrada de la cámara de separación, o a lo largo de la línea de soplado que conecta el reactor presurizado y el puerto de entrada.

Por tanto, el fluido de la mezcla de sólidos/fluidos puede comprender agua en fase líquida o vapor. Otros fluidos que pueden estar presentes en la mezcla de sólidos/fluidos pueden ser fluidos incompresibles (líquidos), gases no condensables, gases comprimibles y otros vapores químicos que pueden incluir compuestos orgánicos volátiles.

Claims (23)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato para separar al menos un sólido de una mezcla (300) de sólidos/fluidos, comprendiendo dicho aparato una cámara (100) de separación, en el que la cámara (100) de separación comprende un extremo superior, un extremo inferior, al menos una pared, y un puerto (120) de entrada para introducir la mezcla de sólidos/fluido en la cámara (100) de separación, teniendo dicho puerto (120) de entrada un vector (140) del puerto de entrada que está en la dirección en la que la mezcla de sólidos/fluidos entra en la cámara (100) de separación,

caracterizado porque el aparato comprende además una cámara (200) de amortiguación, en el que la cámara (200) de amortiguación comprende al menos una pared (210a, 210b, 220) límite, y dicha cámara (200) de amortiguación está adaptada para mantener un amortiguador de la mezcla (300) de sólidos/fluidos en una intersección del vector (140) del puerto de entrada y la cámara (200) de amortiguación cuando la cámara (100) de separación y la cámara (200) de amortiguación están conectadas por un puerto (180) de comunicación en la intersección del vector (140) del puerto de entrada y la al menos una pared de la cámara (100) de separación.

2. El aparato de la reivindicación 1, en el que dicho puerto (180) de comunicación tiene un área de al menos un tamaño de un área (150) de impacto de la mezcla (300) de sólidos/fluidos en la al menos una pared de la cámara (100) de separación en la ausencia del puerto (180) de comunicación.

3. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el que al menos una porción del puerto (180) de comunicación se ha creado por una erosión de la al menos una pared de la cámara (100) de separación causada por la mezcla (300) de sólidos/fluidos.

4. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el puerto (180) de comunicación tiene forma rectangular.

5. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el vector (140) del puerto de entrada tiene un ángulo de incidencia con la al menos una pared de la cámara (100) de separación que está en un intervalo seleccionado del grupo que consiste en más de 0° y menos de 45°, y de más de 0° a menos de 30°.

6. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la cámara (200) de amortiguación tiene la forma de una caja compuesta por paredes límite planas.

7. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la cámara (200) de amortiguación tiene al menos una pared límite curvada.

8. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la mezcla de sólidos/fluidos es una biomasa (310) lignocelulósica tratada con vapor.

9. El aparato de la reivindicación 8, en el que la mezcla de sólidos/fluidos comprende agua en una fase líquida o de vapor.

10. Un proceso para separar al menos un sólido de una mezcla (300) de sólidos/fluidos que comprende:

a. introducir la mezcla de sólidos/fluidos a una velocidad lineal media que tiene un vector de velocidad lineal media a lo largo de un vector (140) del puerto de entrada a través de un puerto (120) de entrada de una cámara (100) de separación compuesta por al menos una pared con la cámara (100) de separación conectada a una cámara (200) de amortiguación a través de un puerto (180) de comunicación ubicado en la intersección del vector de velocidad lineal media y la al menos una pared de la cámara (100) de separación, conteniendo la cámara (200) de amortiguación un amortiguador de una mezcla de sólidos/fluidos previamente introducida, en el que el vector (140) del puerto de entrada es la dirección en la que la mezcla de sólidos/fluidos ingresa a la cámara (100) de separación;

b. poner en contacto la mezcla de sólidos/fluidos con el amortiguador de la mezcla de sólidos/fluidos previamente introducida;

c. separar al menos una porción del fluido de la mezcla de sólidos/fluidos en la cámara (100) de separación por diferencia de densidad.

11. El proceso de la reivindicación 10, en el que el puerto (180) de comunicación tiene un área de al menos un tamaño de un área (150) de impacto de la mezcla (300) de sólidos/fluidos en la al menos una pared de la cámara (100) de separación en la ausencia del puerto (180) de comunicación.

12. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, en el que el puerto (180) de comunicación tiene una forma rectangular.

13. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que el vector de velocidad lineal media tiene un ángulo de incidencia con la cámara (100) de separación que está en un intervalo seleccionado del grupo que consiste en más de 0° a menos de 45°, y de más de 0° a menos de 30 °.

14. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en el que la cámara (200) de amortiguación tiene la forma de una caja compuesta por paredes límite planas.

15. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en el que la cámara (200) de amortiguación tiene al menos una pared límite curvada.

16. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15, en el que la velocidad lineal media de la mezcla (300) de sólidos/fluidos es superior a 100 m/s.

17. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 16, en el que la mezcla (300) de sólidos/fluidos se introduce en un modo continuo.

18. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 16, en el que la mezcla (300) de sólidos/fluidos se introduce en un modo pulsado a una frecuencia superior a 1 Hz.

19. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 18, en el que la mezcla (300) de sólidos/fluidos es biomasa (310) lignocelulósica tratada con vapor.

20. El proceso de la reivindicación 19, en el que la mezcla (300) de sólidos/fluidos comprende agua en una fase líquida o de vapor.

21. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 19 a 20, que comprende además la explosión con vapor de la biomasa lignocelulósica tratada con vapor.

22. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 21, en el que el puerto (120) de entrada está conectado a un reactor presurizado corriente arriba de la cámara (100) de separación, y la presión en el reactor presurizado es al menos 8 bar mayor que la presión en el cámara (100) de separación.

23. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 22, en el que la presión en la cámara (100) de separación está en un intervalo de 0,5 bar a 4 bar.