ES2946733T3 - Filtro de discos con sistema agitador - Google Patents

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ES2946733T3 ES16821745T ES16821745T ES2946733T3 ES 2946733 T3 ES2946733 T3 ES 2946733T3 ES 16821745 T ES16821745 T ES 16821745T ES 16821745 T ES16821745 T ES 16821745T ES 2946733 T3 ES2946733 T3 ES 2946733T3
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Patrik Björnvall
Jerk Söderman
Henrik Ransjö
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Abstract

La invención se refiere a un sistema agitador mejorado para una tina en un filtro de disco utilizado para filtrar material de partículas finas en una suspensión cruda. El sistema agitador de la invención comprende una primera boquilla (31) dispuesta entre dos tolvas de recolección y entre dos paredes de estas tolvas que están orientadas paralelamente a la superficie del filtro del disco del filtro (12) y una segunda boquilla (32) está dispuesta en una de las paredes de la tolva de recolección orientada ortogonalmente con la superficie del filtro del disco del filtro, y donde tanto la primera como la segunda boquilla (31 y 32 respectivamente) están orientadas de manera que el flujo de salida de las boquillas (41 y 42 respectivamente) coincide s y son paralelos a la forma semicircular del fondo de la cuba (10a). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Filtro de discos con sistema agitador
Antecedentes de la invención
La invención se refiere a filtros de discos en los que se utilizan sistemas de agitación en la cuba para evitar la sedimentación de material de partículas finas en el fondo de la misma. Este problema se observa especialmente en los filtros de discos que se usan en la isla de recuperación de una planta de celulosa, donde las partículas de lodo de cal quedan suspendidas en un licor débil o fuerte. Las partículas de lodo de cal pronto se asientan en áreas del filtro de discos donde el flujo de la suspensión está estancado, y forman capas densas e incompresibles de depósitos de torta de cal.
Técnica anterior
Se han presentado varias soluciones para evitar la sedimentación de partículas de lodo de cal suspendidas en filtros de discos. Entre estos sistemas agitadores se encuentran las denominadas bombas "mamut", los eductores o los elementos de agitación mecánica.
Un ejemplo que usa bombas "mamut" se muestra en la patente WO93/23140 de Celleco Hedemora AB (ahora Valmet AB), donde una única bomba "mamut" está dispuesta en la posición más baja de la cuba. La bomba "mamut" se caracteriza por inyectar aire en una boquilla de tipo eductor que somete las partes inferiores circundantes de la cuba a una fuerza de succión, extrayendo así parte de la suspensión hacia la boquilla de tipo eductor. La boquilla de tipo eductor dirige el flujo hacia arriba. Sin embargo, una desventaja es que el flujo de entrada con la suspensión bruta a filtrar está dispuesto ortogonalmente al flujo de la bomba mamut, y la rotación de los discos está dirigida en sentido opuesto al flujo de entrada de suspensión bruta. Otra desventaja es que una única bomba "mamut" puede no ser suficiente para evitar la sedimentación en los extremos exteriores de la cuba, y que el flujo muy fuerte dirigido hacia arriba desde la bomba "mamut" puede interferir con la capa preliminar presente sobre discos filtrantes adyacentes.
Otro ejemplo de mejora se muestra en el documento WO98/16292 de Baker Hughes Inc. En esencia, la mejora en este caso se limita a usar el flujo de entrada de suspensión bruta a filtrar como medio impulsor para el eductor, en vez de usar aire como medio impulsor para el eductor. Sin embargo, este diseño se ha utilizado en muchos filtros de discos del mercado, también en los comercializados por Valmet AB.
Se ha utilizado otro sistema más en los filtros de discos, también en los suministrados por Valmet AB, dado que los anteriores sistemas antisedimentación seguían sin impedir la sedimentación en toda la cuba. Este sistema contaba con un rastrillo oscilante de movimiento alternativo instalado en el fondo de la cuba, que barría todo el fondo. Sin embargo, en algunos filtros los lodos de cal podían formar depósitos densos y prácticamente incompresibles que sometían el mecanismo de oscilación a cargas mecánicas muy elevadas que, en algunos casos, conllevaban la rotura del rastrillo oscilante.
Además, en algunos filtros de discos se han utilizado agitadores mecánicos alternativos, y una de tales variantes consiste en sujetar pequeños elementos de paleta sobre la periferia exterior de los discos filtrantes, de manera que estos elementos de paleta provoquen una acción de agitación cerca de la parte inferior de la cuba durante la rotación de los discos. Sin embargo, esto supone una mayor carga en los discos que puede desviar la posición de los mismos hasta tal punto que pueden llegar a cruzarse con la cuchilla rascadora, lo que romperá rápidamente las telas filtrantes de los discos.
Por ende, incluso si se han propuesto y utilizado diversas soluciones en un entorno real, no se ha logrado ningún sistema antisedimentación que impida totalmente la sedimentación y minimice la acción mecánica sobre las partículas finas de la suspensión. En filtros de discos donde los sólidos suspendidos en la suspensión son partículas de lodo de cal resulta esencial limitar la acción mecánica sobre las partículas, ya que el bombeo y la agitación excesivos en las bombas pueden reducir el tamaño de las partículas y, como resultado, reducir radicalmente la capacidad de filtración de la suspensión, ya que el filtro puede bloquearse.
El documento GB 348556 A divulga un sistema de filtración para separar sólidos y líquidos mediante filtración continua, en donde la mezcla que se está filtrando se mantiene homogénea agitando y añadiendo un líquido transparente de carácter similar al filtrado. Con el aparato, una porción del filtrado se usa como líquido adicional. El filtrado se extrae desde un filtro de tambor giratorio a un tanque, a través de una tubería mediante una bomba de vacío. Una bomba envía parte del líquido del tanque para su descarga a través de un tambor y el resto a través de tuberías y de una manguera flexible hasta las tuberías, las cuales están provistas de boquillas y se extienden longitudinalmente por el tanque debajo del filtro.
Sumario de la invención:
El objetivo general de la invención es mejorar la agitación en la cuba de un filtro de discos de manera que se impida de forma más eficaz la sedimentación de partículas finas suspendidas en la suspensión, y de manera que se ejerza un impacto mecánico mínimo sobre las partículas finas para mantener así una alta capacidad de filtración.
Por ende, la invención se proporciona en la reivindicación 1 adjunta. Las realizaciones de beneficio se proporcionan en las reivindicaciones dependientes. La invención se refiere a un filtro de discos (1) con un sistema agitador, que se utiliza para filtrar material de partículas finas de una suspensión bruta, que comprende: una cuba (10) con al menos una parte inferior semicircular ubicada en el fondo del filtro de discos (1); un vástago giratorio con multitud de discos filtrantes que giran en la cuba. Además, una cuchilla rascadora está dispuesta paralelamente a la superficie filtrante del disco filtrante, con una tolva colectora ubicada debajo de la cuchilla rascadora. Estando conformada la tolva colectora como una caja sustancialmente vertical, con una abertura superior debajo de la cuchilla rascadora y una salida inferior en el fondo semicircular de la cuba. Dicha tolva colectora en forma de caja tiene dos paredes orientadas en paralelo con la superficie filtrante del disco filtrante y dos paredes orientadas ortogonalmente a la superficie filtrante del disco filtrante. Una primera boquilla (31) y una segunda boquilla (32) están dispuestas en el filtro de discos (1). El sistema agitador de la invención para este tipo de filtro de discos se caracteriza por que la primera boquilla (31) está dispuesta entre dos tolvas colectoras y entre dos paredes de estas tolvas que están orientadas en paralelo a la superficie filtrante del disco filtrante. Adicionalmente, la segunda boquilla (32) está dispuesta en una de las paredes de la tolva colectora orientada ortogonalmente con la superficie filtrante del disco filtrante, y en donde tanto la primera como la segunda boquillas (31 y 32, respectivamente) están orientadas de tal manera que el flujo de salida desde las boquillas coincida y sea paralelo con la forma semicircular de la cuba.
Mediante esta disposición con una primera y una segunda boquillas (31 y 32, respectivamente), una dispuesta entre tolvas y una en una pared de la tolva, podría someterse toda la parte inferior de la cuba a una circulación intensificada que impida la sedimentación en el fondo de la cuba. Y al contar con la misma dirección de flujo desde las boquillas, los flujos de salida de cada boquilla pueden ayudarse entre sí para establecer un fuerte flujo de agitación que no reduzca el efecto de la otra boquilla, como puede suceder en los sistemas de la técnica anterior donde las boquillas y/o las entradas están dispuestas ortogonalmente entre sí.
En una realización de la invención, la primera boquilla (31) está dispuesta en una posición circunferencial en el fondo semicircular en una posición angular (a) al menos 5 grados por delante de la segunda boquilla (32), y como máximo 90 grados por delante de la segunda boquilla (32). Mediante este diseño, la boquilla colocada posteriormente ayudará a crear un flujo intenso a medida que su flujo de salida se suma al primer flujo establecido por la boquilla colocada anteriormente. En otra realización de la invención, la primera boquilla (31) está dispuesta en un plano vertical que cruza el vástago (11) que también se interseca un disco, inyectando así flujo hacia la periferia exterior del disco. El disco puede entonces ayudar a contener un fuerte flujo entre la periferia del disco y la parte inferior (10a) de la cuba, en un hueco estrecho establecido entre las mismas. Como los discos convencionalmente no presentan ninguna superficie filtrante activa en la superficie del disco dirigida radialmente, el fuerte flujo en el hueco tampoco podría interferir con la formación de capas previas o con el proceso de filtración.
En una realización preferida de la invención, un sistema de recirculación está conectado a una de la primera y la segunda boquillas (31 y 32, respectivamente), que comprende una entrada en la cuba para extraer parte de la suspensión contenida en la cuba, un sistema de tuberías que conecta la entrada con la boquilla en cuestión, y una bomba en dicho sistema de tuberías. Así, el suministro de suspensión a esa boquilla conectada al sistema de recirculación puede controlarse independientemente de la otra.
Descripción detallada de la invención
CARACTERÍSTICAS DE LOS FILTROS DE DISCOS CONVENCIONALES
En las figuras 1 y 2 se divulgan detalles básicos bien conocidos de un filtro de discos.
El filtro de discos 1 se usa para filtrar material de partículas finas en una suspensión bruta y comprende un vástago giratorio 11 hueco con multitud de discos filtrantes 12 que giran en una cuba 10, que tiene al menos una parte inferior semicircular 10a ubicada en el fondo del filtro de discos. Los discos filtrantes drenan el filtrado al vástago hueco a través de las salidas 13.
Una cuchilla rascadora 30 está dispuesta paralela a la superficie filtrante del disco filtrante 12, y una tolva colectora está ubicada debajo de la cuchilla rascadora y está conformada como una caja sustancialmente vertical con una abertura superior 26 debajo de la cuchilla rascadora y una salida inferior 27 en la parte inferior semicircular 10a de la cuba. Dicha tolva colectora en forma de caja tiene dos paredes 29a/29b orientadas en paralelo con la superficie filtrante del disco filtrante 12 y dos paredes 28a/28b orientadas ortogonalmente con la superficie filtrante del disco filtrante 12.
El filtro de discos 1 incluye al menos un disco 12. El disco 12 es similar a los descritos en la técnica anterior en el sentido de que se elimina material sólido de una suspensión bruta forzando el líquido a través de los discos filtrantes 12, mientras que el material sólido de partículas finas se acumula en el filtro. El líquido es forzado a través de los discos 12 creando un diferencial de presión entre el interior de la carcasa 10 de filtro y la salida. Los discos 12 pueden ser de un material perforado tal como metal y estar recubiertos con una tela de malla fina, tal como una tela de polipropileno o cualquier otro material de tela adecuado. El material de filtro se denomina generalmente tela filtrante. Cada disco 12 está dividido en sectores de disco (no mostrados) que están recubiertos individualmente con la tela filtrante. Los discos 12 se colocan dentro de la carcasa 10 que contiene la suspensión sólida/líquida bruta, en la parte inferior a un nivel de líquido Nívl determinado. El nivel de la suspensión bruta puede variar, pero por lo general está aproximadamente cerca o por debajo del centro del disco 12. A medida que los discos 12 giran, cada sector entra completamente en la suspensión y una cantidad de material sólido se deposita sobre la superficie de cada sector de disco. A continuación, se retira el material sólido de cada sector para separar el sólido del líquido. Cuando se filtran suspensiones de licor verde o blanco en la isla de recuperación de una planta de celulosa, la tela filtrante como tal no es suficiente para alcanzar un bajo contenido de partículas en el filtrado.
La tela se usa más bien para que una capa preliminar de partículas finas se forme sobre la tela y, tras el establecimiento de la capa preliminar, la filtración efectiva puede comenzar a obtener un filtrado con bajo contenido de partículas. Cuando las partículas de lodo de cal se acumulan en esta capa preliminar, se utiliza un mecanismo raspador para eliminar las partículas.
El mecanismo raspador incluye una cuchilla rascadora 30 que elimina la capa de torta de la capa preliminar. Durante la filtración, el disco 12 gira (como se muestra en la Fig. 4 con la referencia "ROT"). A medida que cada sector de disco pasa a través de la suspensión y emerge de la misma, se va depositando material sólido adicional sobre la superficie del mismo. A medida que los sectores de disco pasan por la cuchilla rascadora 30, se elimina la capa de torta formada encima de la capa preliminar. El material sólido extraído cae por gravedad dentro de una tolva de tipo caja que tiene una entrada 26 dispuesta debajo de la cuchilla rascadora 30.
El filtro de discos también puede incluir duchas de lavado a baja presión y un sistema de chorro a alta presión para la renovación de la capa preliminar, por ejemplo, el sistema SQUIRT™ comercializado por Valmet, pero no se muestran los mismos porque no juegan ningún papel durante la agitación en la cuba. Los sistemas estacionarios de chorros a baja presión, con múltiples boquillas de abanico dispuestas en un haz, se usan convencionalmente para implementar un lavado por desplazamiento de la capa preliminar. La boquilla o boquillas móviles de chorro a alta presión se utilizan para eliminar la capa preliminar hasta la tela filtrante, y en el subsiguiente ciclo de filtrado la ranura expuesta en la capa preliminar se llenará rápidamente con una nueva capa preliminar sin obstrucciones. Por lo tanto, podría renovarse de manera continua el área total de capa preliminar. El chorro a alta presión puede resultar tan eficiente que también se obtenga un efecto de limpieza en la tela filtrante.
Sistema de agitación de la invención
Como se sabe por la técnica anterior, el material sólido se asentará en el fondo de la carcasa 10 y puede resultar extremadamente difícil de eliminar y causar problemas mecánicos. El sistema de agitación se explicará primero con referencia a las figuras 3-7.
El sistema de agitación de la invención incluye una primera boquilla (31) dispuesta entre dos tolvas colectoras (26) y entre dos paredes (28a/28b) de estas tolvas que están orientadas en paralelo a la superficie filtrante del disco filtrante (12), y una segunda boquilla (32) está dispuesta en una de las paredes (29b) de la tolva colectora orientada ortogonalmente con la superficie filtrante del disco filtrante, y en donde tanto la primera como la segunda boquillas (31 y 32, respectivamente) están orientadas de tal manera que los flujos de salida (41 y 42, respectivamente) de las boquillas coincidan y sean paralelos a la forma semicircular de la cuba. La primera boquilla (31) está dispuesta en una posición circunferencial en el fondo semicircular en una posición angular (a) al menos 5 grados por delante de la segunda boquilla (32), y como máximo 90 grados por delante de la segunda boquilla (32).
Como se pudo apreciar en la figura 3, la primera boquilla (31) se encuentra dispuesta en un plano vertical que se cruza con el vástago (11) que también se interseca con un disco 12, inyectando así un flujo hacia la periferia exterior del disco.
Un sistema de recirculación está conectado a una de la primera y la segunda boquillas (31 y 32, respectivamente), que comprende una entrada en la cuba para extraer parte de la suspensión contenida en la cuba, un sistema de tuberías que conecta la entrada con la boquilla en cuestión, y una bomba en dicho sistema de tuberías. Como se puede apreciar en la figura 6, el sistema de recirculación se encuentra preferentemente conectado exclusivamente a la segunda boquilla (32). La entrada puede ubicarse preferentemente cerca del nivel de líquido Nívl para que la succión de la entrada pueda ayudar a establecer el flujo de agitación sobre el fondo de la cuba. Como se muestra en la figura 7, la segunda boquilla (32e) también puede ser una boquilla de tipo eductor ubicada junto a la pared (29a) de la tolva colectora orientada ortogonalmente con la superficie filtrante del disco filtrante (12). El eductor arrastrará las partículas finas que se asientan a lo largo de la pared (29a) hacia el fondo, y ayuda a establecer un flujo toroidal en la cuba. Como también se muestra en la figura 7, un sistema de alimentación para alimentar una suspensión bruta con material de partículas finas está conectado a una de la primera y la segunda boquillas (31 y 32, respectivamente), y en esta realización exclusivamente a la primera boquilla (31).
Como se indica en la figura 7, el vástago giratorio del filtro de discos está conectado a una unidad (14) de accionamiento que hace girar el vástago y los discos filtrantes asociados de manera que la dirección de rotación (ROT) de los discos coincida con las direcciones de flujo de salida (41 y 42, respectivamente) de la primera y la segunda boquillas (31 y 32, respectivamente).
En las figuras 8 y 9 se muestran comparaciones entre un eductor (40) de la técnica anterior, Fig. 8, similar al del documento WO98/16292, y uno de la invención, Fig. 9. Como se muestra claramente en la Fig. 8, la zona turbulenta máxima ZTmáx se establece en el centro mismo de la cuba, mientras que solo un flujo de agitación residual alcanza finalmente la zona de sedimentación ZS. Para establecer un flujo de agitación residual suficiente también en la zona de sedimentación, el flujo total del eductor debe ser bastante elevado.
De acuerdo con la invención, como se muestra en la Fig. 9, la zona turbulenta máxima ZTmáx se establece en cambio en la propia zona de sedimentación ZS, es decir, el punto más bajo de la cuba al que llega el flujo de sedimentación de partículas. En las pruebas de la invención, se demostró la eficacia de la misma ya que solo hizo falta recircular 4 m3/h en un disco de 4 metros de diámetro para establecer condiciones sin sedimentación. En diseños anteriores hizo falta recircular hasta 20m3/h al filtro para lograr la dilución. Por ende, el impacto mecánico sobre las partículas finas en la suspensión se redujo a 1/5 (es decir, al 20 %). Al usar un eductor en la segunda boquilla (32e), la velocidad en la sección de garganta fue de aproximadamente 6,5 m/s a una velocidad de 63 l/m para la función de antisedimentación más favorable.
El sistema de recirculación y el sistema de alimentación pueden intercambiarse entre la primera y la segunda boquillas, pudiendo aplicarse todavía la idea preferente de usar una de las boquillas para el flujo de recirculación. Todas las boquillas se pueden optimizar para establecer un flujo coherente fuerte, y pueden usarse eductores tanto para la primera boquilla como para la segunda boquilla. Además, incluso si se dispone una boquilla para cada disco y una boquilla para cada tolva, algunas posiciones pueden carecer de boquilla, de manera que cada segunda posición podría carecer de una primera boquilla o una segunda boquilla. La activación de cada una de la primera y la segunda boquillas también puede regularse entre un cierre total y un flujo intensificado, es decir, utilizando hasta el 100 % del caudal de recirculación para solo una de las segundas boquillas o para algunas de ellas.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Un filtro de discos (1) con un sistema agitador, que se utiliza para filtrar material de partículas finas de una suspensión bruta, que comprende: una cuba (10) con al menos una parte inferior semicircular (10a) ubicada en la parte inferior del filtro de discos (1); un vástago giratorio (11) con multitud de discos filtrantes (12) que giran en la cuba, estando cada disco filtrante equipado con una disposición de cuchilla rascadora (30) paralela a la superficie filtrante del disco filtrante (12), y estando ubicada debajo de la cuchilla rascadora una tolva colectora conformada como una caja sustancialmente vertical con una abertura superior (26) debajo de la cuchilla rascadora y una salida inferior (27) en la parte inferior de la parte inferior semicircular de la cuba, teniendo dicha tolva colectora en forma de caja dos paredes (28a/28b) orientadas en paralelo con la superficie filtrante del disco filtrante y dos paredes (29a/29b) orientadas ortogonalmente con la superficie filtrante del disco filtrante; y una primera boquilla (31) y una segunda boquilla (32) dispuestas en el filtro de discos (1), caracterizado por que la primera boquilla (31) está dispuesta entre dos tolvas colectoras y entre dos paredes (28a/28b) de estas tolvas que están orientadas paralelas a la superficie filtrante del disco filtrante y la segunda boquilla (32) está dispuesta en una de las paredes (29b) de la tolva colectora orientada ortogonalmente con la superficie filtrante del disco filtrante, y en donde tanto la primera boquilla como la segunda boquilla están orientadas de manera que las direcciones de los flujos de salida de las mismas coincida con la forma semicircular de la pared inferior (10a) de la cuba y sean paralelas a la pared inferior de la cuba.
2. El filtro de discos (1) con un sistema agitador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la primera boquilla (31) está dispuesta en una posición circunferencial en el fondo semicircular en una posición angular (a) al menos 5 grados por delante de la segunda boquilla (32), y como máximo 90 grados por delante de la segunda boquilla (32).
3. El filtro de discos (1) con un sistema agitador de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que la primera boquilla (31) está dispuesta en un plano vertical que se cruza con el vástago (11) que también se interseca con un disco (12), inyectando así un flujo hacia la periferia exterior del disco.
4. El filtro de discos (1) con un sistema agitador de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que un sistema de recirculación está conectado a una de la primera y la segunda boquillas (31 y 32, respectivamente), que comprende una entrada en la cuba para extraer parte de la suspensión contenida en la cuba, un sistema de tuberías (33) que conecta la entrada con la boquilla en cuestión, y una bomba (34) en dicho sistema de tuberías.
5. El filtro de discos (1) con un sistema agitador de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que el sistema de recirculación está conectado exclusivamente a la segunda boquilla (32).
6. El filtro de discos (1) con un sistema agitador de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que la segunda boquilla (32) es una boquilla de tipo eductor ubicada junto a la pared (29b) de la tolva colectora orientada ortogonalmente con la superficie filtrante del disco filtrante.
7. El filtro de discos (1) con un sistema agitador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que un sistema de alimentación (35, 36) para alimentar una suspensión bruta con material de partículas finas está conectado a una de la primera y la segunda boquillas (31 y 32, respectivamente).
8. El filtro de discos (1) con un sistema agitador de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que el sistema de alimentación está conectado exclusivamente a la primera boquilla (31).
9. El filtro de discos (1) con un sistema agitador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el vástago giratorio del filtro de discos está conectado a la unidad de accionamiento que hace girar el vástago y los discos filtrantes asociados, de manera que la dirección de rotación (ROT) de los discos coincida con las direcciones de salida (41 y 42, respectivamente) de la primera y la segunda boquillas (31 y 32, respectivamente).
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