ITMI20102429A1 - Procedimento per la depressurizzazione di fluidi e dispositivo adatto allo scopo - Google Patents

Description

“PROCEDIMENTO PER LA DEPRESSURIZZAZIONE DI FLUIDI E DISPOSITIVO ADATTO ALLO SCOPOâ€

DESCRIZIONE

CAMPO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la depressurizzazione di fluidi ed al dispositivo adatto allo scopo.

Più in particolare, la presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la depressurizzazione di fluidi (liquidi, oppure miscele liquide contenenti una fase gassosa) che possono trasportare particelle od agglomerati solidi. La presente invenzione si riferisce anche al dispositivo e ai relativi impieghi.

Il dispositivo del procedimento oggetto della presente invenzione può essere vantaggiosamente impiegato per la riduzione della pressione di fluidi che contengono parti solide o che contengono materiale che potrebbe alterarsi se sottoposto ad una frizione o stress a taglio eccessivo; oppure per la riduzione della pressione di fluidi pericolosi o che operano in processi ad alta affidabilità, dove gli interventi di manutenzione e la probabilità di guasti devono essere ridotti al minimo; oppure ancora per la riduzione della pressione di fluidi che per ragioni di processo o prodotto vengono fatti procedere a bassa velocità.

In particolare, il dispositivo oggetto della presente invenzione à ̈ efficace laddove il fluido trasportato contiene solidi che possono occasionalmente assumere dimensioni molto grandi, ad esempio aggregati con grandezza paragonabile al diametro della tubazione di trasporto.

Tali aggregati possono essere formati, ad esempio, nel taglio di polimeri termoplastici. Tipicamente, il polimero allo stato fuso viene fatto passare attraverso una molteplicità di fori praticati in una filiera. Una serie di coltelli, posti in rotazione continua e con la lama di taglio in corrispondenza della superficie della filiera, ne assicura la granulazione.

I granuli così ottenuti sono raffreddati e rimossi per mezzo di un fluido termoregolatore. Varie modalità per la granulazione sono conosciute, ad esempio come descritto nei seguenti brevetti e domande di brevetto: WO 03/106544; WO 03/053650; WO 2007/087001; WO 2007/089497. Più in particolare, il dispositivo della presente invenzione può essere applicato ad apparecchi a taglio sott’acqua (“underwater†), ad anello liquido (“water ring†), o a spray d’acqua, così come descritto nel brevetto WO 03/053650.

In queste applicazioni, il fluido trasportato à ̈ costituito dal fluido termovettore, generalmente acqua, e dal polimero termoplastico granulato.

Tra i polimeri termoplastici cui si può applicare la presente invenzione, vi sono i polimeri vinilici e vinilaromatici, opzionalmente espansibili. Più specificatamente, la presente invenzione si può applicare alla depressurizzazione del fluido risultante dalla granulazione di polistirene, di polistirene espansibile, e le sue leghe.

Il dispositivo della presente invenzione non à ̈ limitato a particolari intervalli di pressione. Generalmente, la pressione in ingresso al dispositivo à ̈ quella del fluido uscente dal granulatore, mentre la pressione in uscita à ̈ la pressione atmosferica. Infatti, tipicamente, all’uscita à ̈ presente un dispositivo per la separazione del fluido termovettore, eventualmente un dispositivo per il vaglio e classificazione dimensionale del prodotto, od un essiccatore. Tutti questi dispositivi generalmente operano a pressione atmosferica.

Ancora più specificatamente, la pressione in ingresso à ̈ generalmente compresa tra 100 kPa e 2 MPa relativi (1 e 20 bar relativi) mentre la pressione in uscita à ̈ atmosferica o di poco superiore. In seguito, nella presente descrizione e nelle rivendicazioni, il riferimento alla pressione sarà alla pressione relativa (gauge).

La temperatura di esercizio, pur non essendo limitata a particolari valori, à ̈ generalmente la temperatura del fluido trasportato. Generalmente, per le applicazioni sopra descritte, la temperatura à ̈ compresa tra 0 e 100°C.

DESCRIZIONE DELL’ARTE NOTA

Tipicamente, i dispositivi di depressurizzazione effettuano la riduzione di pressione per frizione, ovvero convertendo l’energia meccanica del fluido in energia termica. Fanno parte di questa categoria le valvole di laminazione e controllo, ad esempio quelle descritte in EP 410.081. Più in generale, appartengono a questa categoria i dispositivi che, riducendo la sezione di passaggio del fluido, ne aumentano la velocità e quindi la frizione (ad esempio, WO 2010/080037); oppure ancora dispositivi che, aumentando la superficie bagnata dal fluido da depressurizzare (ad esempio interponendo una griglia), determinano un aumento delle perdite di carico per frizione (vedi e.g. WO 2007/126863).

Questi dispositivi risultano inadatti quando nel fluido vi può essere la presenza di agglomerati solidi, od altri materiali gommosi od anche appiccicosi, che in qualche modo possono ostruire la sezione di passaggio del fluido in prossimità della strizione.

Una seconda categoria di dispositivi per la riduzione di pressione prevede l’impiego di unità in movimento, che trasformano l’energia di pressione in moto meccanico dell’unità stessa. Fanno parte di questa categoria le turbine o le pompe inverse, dove il fluido agisce da fluido motore ed il lavoro meccanico così ottenuto à ̈ trasformato in energia elettrica oppure riutilizzato per comprimere o pompare un altro fluido, oppure semplicemente dissipato in energia termica (vedi, ad esempio, la domanda di brevetto USA 2009/108480). Sempre in questa categoria appartengono i dispositivi che impiegano energia per depressurizzare il fluido, ad esempio pompe centrifughe poste in modo invertito, cioà ̈ con l’aspirazione sul lato depressurizzato e la mandata sul lato da depressurizzare (vedi, ad esempio, WO 2007/131613).

Altri dispositivi impiegano parti in movimento per separare meccanicamente la zona ad alta pressione da quella a bassa pressione, trasportando al contempo il fluido, che può contenere parti solide, da una zona all’altra. Un esempio di questa categoria sono le valvole stellari e più in generale i dispositivi che comandano dei corpi in rotazione attraverso i quali vengono creati vani o canali che ciclicamente sono in comunicazione con le zone di bassa ed alta pressione (vedi, ad esempio, JP 2007/268406).

Tali dispositivi, avendo parti in movimento, sono soggetti ad usura ed hanno un’affidabilità scadente. Inoltre, la massima dimensione del solido trasportato à ̈ generalmente inferiore alla dimensione della tubazione e la velocità a taglio, generalmente elevata, ne impedisce l’impiego in presenza di fluidi delicati.

Nei dispositivi prima descritti, e specialmente nei dispositivi basati sulla frizione del fluido quali le valvole di regolazione, le perdite di carico ottenute sono fortemente dipendenti dalla portata del fluido da depressurizzare. Questo ne limita l’intervallo di applicazione e può determinarne l’instabilità in seguito a significative fluttuazioni della portata in ingresso.

Una terza categoria comprende i dispositivi a singola colonna barometrica che impiegano un tubo verticale in cui il fluido da depressurizzare, contenente eventualmente anche una fase gassosa, à ̈ fatto passare dal basso verso l’alto, in modo da trasformare l’energia di pressione in potenziale gravitazionale, e mezzi per la successiva dissipazione di tale potenziale, ad esempio utilizzando un canale discendente in cui à ̈ stabilito un moto a canaletta. Per ottenere quest’ultimo risultato, à ̈ in genere sufficiente impiegare un tubo a sezione sufficientemente larga e praticare un sifone collegato a pressione atmosferica all’inizio del canale discendente, in modo che nel condotto discendente la fase gassosa, che risulta sostanzialmente a pressione atmosferica, costituisca la fase continua.

Questi dispositivi, se pur applicabili anche per l’impiego di fluidi contenenti particolato solido, sono generalmente poco efficaci quando à ̈ richiesta una rilevante riduzione di pressione. Infatti, la gravità terrestre à ̈ limitata a 9,8 m/s<2>e generalmente il fluido di processo à ̈ l’acqua. Pertanto, l’altezza del tubo necessaria per garantire ad esempio 10 bar (1 MPa) di pressione relativa à ̈ pari ad oltre 100 metri. La struttura di sostegno necessaria risulterebbe estremamente rilevante e potrebbe risultare irrealizzabile causa il sussistere anche di altri vincoli, ad esempio di impatto paesaggistico ed ambientale.

Inoltre, l’impiego di tali dispositivi per la depressurizzazione di fluidi contenenti sia una fase liquida che una fase gassosa generalmente risulta limitato da problemi di instabilità, determinato da fluttuazioni temporali delle perdite di pressione ottenute attraverso il dispositivo stesso. Queste instabilità possono risultare deleterie per la gestione delle apparecchiature poste a monte del dispositivo stesso, quali ad esempio i granulatori per polimeri termoplastici prima descritti.

Infine, l’impiego di detti dispositivi non permette la regolazione della perdita di carico, in quanto il valore della stessa à ̈ sostanzialmente legato solo all’altezza idrostatica. Non à ̈ quindi possibile variare dinamicamente il valore della perdita di carico per adeguarlo ai valori desiderati.

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

Il dispositivo oggetto della presente invenzione, meglio descritto nelle allegate rivendicazioni, che sono parte integrante della presente descrizione, permette di ridurre la pressione di un determinato fluido (ad esempio acqua), contenente eventualmente anche una fase gassosa e particelle solide, senza riduzione di sezioni di passaggio e senza richiedere organi in movimento, e senza le limitazioni dei dispositivi prima descritti.

La riduzione di pressione à ̈ ottenuta facendo passare il fluido da depressurizzare, sequenzialmente, in una molteplicità di stadi disposti in serie, uno rispetto all’altro, e collegati tramite primi connettori o raccordi inferiori, ad esempio ad U, ogni stadio essendo costituito da una coppia di condotti verticali, collegati tra loro tramite secondi connettori o raccordi superiori, ad esempio ad U, il primo condotto à ̈ ascendente ed il secondo condotto à ̈ discendente. Il raccordo inferiore degli stadi si realizza fra il condotto discendente di una coppia ed il condotto ascendente della coppia adiacente, successiva secondo il moto del fluido.

Nel primo condotto di ogni stadio si converte parte dell’energia di pressione del fluido in potenziale gravitazionale; nel secondo condotto si converte il potenziale gravitazionale in energia termica, in modo da impedire la riconversione dello stesso in energia di pressione.

A differenza di molti dispositivi dell’arte nota, nel presente dispositivo la riduzione di pressione dovuta alla frizione del fluido sul dispositivo stesso à ̈ generalmente trascurabile.

Tipicamente, nel presente dispositivo le conversioni energetiche di cui sopra sono ottenute impiegando un primo condotto posto verticalmente, dove il fluido à ̈ fatto passare dal basso verso l’alto, ed un secondo condotto, preferibilmente di diametro maggiore rispetto al primo, dove il fluido à ̈ fatto passare dall’alto verso il basso. Gli stadi possono essere ripetute fino al raggiungimento della pressione desiderata. Tra il primo ed il secondo condotto di ogni stadio può essere regolata l’immissione o sottrazione di un gas (ad esempio, aria o azoto) in modo da ottenere stabilmente la pressione desiderata.

In particolare, se il fluido da depressurizzare non contiene gas à ̈ necessario immetterlo. L’immissione può essere effettuata in un qualsiasi punto prima del secondo condotto del primo stadio. Vantaggiosamente, l’immissione à ̈ effettuata tra il primo ed il secondo condotto del primo stadio. Generalmente, l’immissione viene regolata in modo che il rapporto tra la portata volumetrica del gas, misurata alla pressione di ingresso, rispetto il liquido sia minore di 2.

Per rapporti volumetrici tra gas e liquido superiori a 0,01 può risultare utile l’estrazione dal flusso principale di un quantitativo di gas o comunque di una fase ricca in gas rispetto alla quantità di gas presente nel flusso principale. La portata di detto flusso estratto può essere vantaggiosamente controllata con l’ausilio di valvole di regolazione.

In particolare, quando nel flusso principale vi à ̈ presente una quantità di fase gassosa con rapporto volumico rispetto la fase liquida superiore a 0,01 si possono osservare forti fluttuazioni temporali nelle perdite di carico generate dal dispositivo.

Sorprendentemente, in dette condizioni l’impiego di detta estrazione di un flusso ricco in gas dalla corrente principale elimina dette fluttuazioni stabilizzando così le perdite di carico generate dal dispositivo.

Generalmente, il rapporto d’area tra la sezione del condotto discendente su quello ascendente à ̈ minore di 30, più preferibilmente minore di 10, ancora più preferibilmente minore di 5.

La forma della sezione di ciascun condotto può essere qualsiasi, ad esempio il condotto può essere a sezione circolare, ellittica o poligonale, ad esempio quadrata o rettangolare.

Il numero di coppie di condotti à ̈ generalmente compreso tra 2 e 500; preferibilmente, tra 2 e 50; ancora più preferibilmente, tra 2 e 10.

Il dispositivo di depressurizzazione così ottenuto, può essere vantaggiosamente impiegato per la riduzione di pressione di fluidi liquidi o misti liquido-gassosi, contenenti parti solide. Dette parti solide occasionalmente possono raggiungere dimensioni rilevanti (ad esempio, agglomerati ed aggregati), tali cioà ̈ da occludere la sezione di passaggio dei dispositivi comunemente impiegati per la depressurizzazione di fluidi (quali valvole o, più generalmente, condotti a ridotta sezione di passaggio). Alternativamente, il dispositivo della presente invenzione può essere impiegato per fluidi che contengono materiale che potrebbe alterarsi se sottoposto ad una frizione o stress a taglio eccessivi, tipico nei dispositivi di laminazione; oppure ancora per fluidi pericolosi o processi ad alta affidabilità, dove gli interventi di manutenzione e la probabilità di guasti devono essere ridotti al minimo.

Più in particolare, il dispositivo della presente invenzione può essere applicato a valle di granulatori per polimeri termoplastici, dove la pressione della camera di granulazione deve essere mantenuta ad una pressione maggiore di quella atmosferica. Il fluido in uscita da detti granulatori à ̈ normalmente costituito dal fluido di processo, costituita generalmente da una fase liquida (acqua), più una fase solida costituita dal granulato di polimero, ed opzionalmente una fase gassosa. Il fluido, occasionalmente, può anche contenere, soprattutto in avviamento, agglomerati solidi di polimero.

Tra i granulatori per polimeri termoplastici particolare rilevanza hanno i granulatori a taglio sommerso (tipo “underwater†), in cui il taglio del polimero avviene in un ambiente riempito da un liquido di processo, tipicamente acqua. Un’altra tipologia di granulatori particolarmente idonei per la presente applicazione sono i granulatori a spray d’acqua, quale ad esempio il dispositivo descritto nel brevetto USA 7.320.585.

Tra i polimeri termoplastici, particolare rilevanza hanno i polimeri alchenil aromatici, quali polistirene e le sue leghe quali stirene-acrilonitrile (SAN), acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS), le leghe polistirene-polietilene. Detti polimeri possono opzionalmente contenere agenti espandenti, quali ad esempio miscele di iso e normal pentano, in modo da risultare espansibili in presenza di un’opportuna sorgente di calore. Tra i polimeri espansibili particolare rilevanza ha il polistirene espansibile (EPS). Sorprendentemente, se confrontata con dispositivi analoghi prima descritti, quali i dispositivi a singola colonna barometrica, con il dispositivo della presente invenzione à ̈ sostanzialmente possibile mantenere la perdita di pressione priva di fluttuazioni temporali.

Inoltre, sempre in confronto con i dispositivi a singola colonna barometrica prima descritti, il dispositivo oggetto della presente invenzione può permettere di variare dinamicamente la riduzione di pressione. E’ pertanto possibile impostare la riduzione di pressione ad un valore desiderato, eventualmente variabile nel tempo, senza modifiche del dispositivo stesso né interruzioni.

Il controllo à ̈ ottenuto regolando l’apertura delle valvole di estrazione della fase ricca in gas in retroazione rispetto la pressione del fluido stesso, o, preferibilmente, rispetto la differenza di pressione tra l’estremità superiore ed inferiore del tubo discendente.

Generalmente, in questo modo risulta possibile impostare un valore di perdita di pressione per gli stadi successivi al primo, comprensivo tra il 20% e l’80% dell’altezza idrostatica disponibile in ogni stadio.

Inoltre, sorprendentemente, il dispositivo della presente invenzione risulta sostanzialmente insensibile alle variazioni di portata del fluido in ingresso. Ciò, unito alla possibilità di variare dinamicamente il valore di perdita di pressione, rende il dispositivo della presente invenzione particolarmente flessibile e quindi adatto alle applicazioni prima menzionate.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

Il dispositivo del procedimento oggetto della presente invenzione permette di ridurre la pressione di un determinato fluido mantenendo la differenza di pressione sostanzialmente stabile e poco dipendente dalla portata del fluido.

La riduzione di pressione à ̈ ottenuta facendo passare il fluido da depressurizzare, sequenzialmente, in una molteplicità di coppie di stadi. Nel primo stadio di ogni coppia si converte parte dell’energia di pressione del fluido in potenziale gravitazionale; nel secondo stadio si converte il potenziale gravitazionale in energia termica, in modo da impedire la riconversione dello stesso in energia di pressione.

Con riferimento alle figure allegate, vengono ora descritte alcune forme di esecuzione della presente invenzione che non devono essere considerate limitative del presente procedimento/dispositivo e non devono essere ritenute vincolate alla soluzione tecnica della figura di riferimento, essendo applicabili in qualsiasi situazione generale.

In Figura 1 à ̈ illustrata una prima forma di esecuzione (in seguito denominata “M1†) del dispositivo della presente invenzione. Questa prima modalità à ̈ applicabile quando il fluido da depressurizzare non contiene una fase gassosa, oppure il rapporto in volume tra la portata gassosa e la portata liquida, valutata alla pressione di ingresso, à ̈ inferiore a 2, preferibilmente inferiore a 0,5, ancora più preferibilmente inferiore a 0,2. Con riferimento alla Figura 1, il dispositivo della presente invenzione comprende un ingresso di fluido ad alta pressione (31) che à ̈ connesso ad una molteplicità di coppie di condotti posti verticalmente e connessi in sequenza (12, 13, 14, 15, 16, … 17, 18, 19). Nel primo condotto di ogni coppia (12, 14, 16, … 18) il fluido à ̈ fatto passare dal basso verso l’alto, mentre nel secondo (13, 15, 17, … 19), il fluido à ̈ fatto passare dall’alto verso il basso. Le coppie di condotti possono essere ripetute fino al raggiungimento della pressione desiderata. Opzionalmente, tra il primo ed il secondo condotto del primo stadio viene immesso un fluido gassoso (33), la cui portata à ̈ eventualmente regolata da una valvola (23). Inoltre, nel primo e/o secondo stadio e/o ulteriore stadio a valle di questi ultimi, in una posizione intermedia fra i condotti di ogni stadio, può essere invece sottratta una parte di detto fluido gassoso (34), se presente, eventualmente regolandone la portata per mezzo di una valvola di regolazione (25).

In una variante preferenziale di questa prima modalità, i condotti ascendenti (12, 14, 16, … 18) possono avere una sezione di passaggio del fluido inferiore rispetto ai condotti discendenti (13, 15, 17, … 19). Generalmente, il rapporto d’area tra la sezione del condotto discendente su quello ascendente à ̈ minore di 30, più preferibilmente minore di 10, ancora più preferibilmente minore di 5. Come caso particolare, il tratto ascendente può avere la medesima sezione del tratto discendente. In caso contrario, vengono inseriti a valle di ciascun condotto (ascendente o discendente), degli elementi di connessione (22, 24), tipicamente di forma conica.

La generatrice del condotto può essere anch’essa di forma qualsiasi. Ad esempio, il tubo può essere avvolto a spirale, oppure inclinato rispetto la verticale. Preferibilmente, il tubo à ̈ verticale.

Lungo il condotto vi possono essere variazioni di sezione, quali ad esempio restringimenti od allargamenti. Tipicamente, può essere vantaggioso mantenere una sezione maggiore nei tratti curvilinei, onde facilitare il transito di eventuali agglomerati solidi.

Il raccordo tra il condotto ascendente e discendente (26) e tra il condotto discendente ed ascendente (27) può essere un tubo ad arco, preferibilmente formato da curve ad ampio raggio per evitare il blocco nella curva di eventuali agglomerati di grosse dimensioni.

L’immissione di gas (33) può essere effettuata impiegando una sorgente a pressione più alta, fornita ad esempio da un compressore. Il dosaggio del gas può essere effettuato ad esempio mediante rotametri oppure mediante valvole di regolazione regolate in retroazione rispetto ad un misuratore di portata per gas, ad esempio misuratori massici o a caduta di pressione attraverso un orifizio calibrato (“DP-Cell†).

Il gas estratto (34) può contenere anche parte della fase liquida e dell’eventuale fase solida in ingresso (31). Eventualmente, il flusso estratto (34) può anche avere la medesima composizione del fluido in ingresso (31), e mantenere i medesimi rapporti tra la massa liquida, gassosa ed eventualmente solida.

Il numero di coppie di condotti (stadio 12-13; stadio 14-15; eccetera) à ̈ generalmente compreso tra 2 e 500; preferibilmente, tra 2 e 50; ancora più preferibilmente, tra 2 e 10.

Il numero di coppie di condotti può essere anche definito in base alla perdita di carico da ottenere. Più in particolare, si può definire il rendimento ad efficienza unitaria di una coppia di condotti come il battente idrostatico della colonna ascendente (quindi, pari al prodotto tra l’accelerazione di gravità per la densità della fase liquida, o liquida più solida, moltiplicata per la differenza di quota tra la sommità e la base del condotto ascendente). Secondo questo criterio, il numero di condotti ascendenti necessari à ̈ dato dal rapporto tra la perdita di carico da ottenere ed il rendimento ad efficienza unitaria, diviso per l’efficienza. Tipicamente, l’efficienza à ̈ compresa tra 0,2 e 1,1.

Sorprendentemente, à ̈ possibile variare l’efficienza variando la portata del fluido estratto (34), ad esempio regolando l’apertura della valvola di estrazione (25) o della valvola di iniezione di gas (23). Pertanto, a differenza delle colonne idrostatiche, la cui differenza di pressione à ̈ data sostanzialmente dal peso della colonna di fluido, nel dispositivo della presente invenzione questi controlli permettono di regolare la perdita di carico ottenuta.

Nel caso in cui il fluido alimentato (31) contenga una fase gassosa, l’estrazione della fase ricca in gas (34) può essere fondamentale, onde evitare instabilità di flusso, che generano fluttuazioni significative della perdita di carico ottenuta dal dispositivo.

Tipicamente, à ̈ vantaggioso comandare le valvole di estrazione (25) in retroazione rispetto ad un segnale di pressione o livello. Ad esempio, à ̈ possibile comandare ogni valvola di estrazione (25) in funzione della differenza di pressione registrata dal fluido tra l’inizio e la fine del condotto discendente immediatamente successivo a detta estrazione di gas.

La corretta regolazione in retroazione delle valvole di estrazione (25) generalmente rende il flusso più stabile, evitando le instabilità di cui prima, in particolare quando il flusso in ingresso (31) subisce variazioni di portata o di composizione.

I condotti ascendenti e discendenti possono avere una lunghezza differente, in particolare se risulta conveniente che il dispositivo connesso a monte del fluido in ingresso (31) non sia alla stessa quota del dispositivo che va connesso a valle del fluido in uscita (32).

In Figura 2 à ̈ illustrata una forma di esecuzione (in seguito denominata “M2†) del dispositivo della presente invenzione. Questa modalità à ̈ applicabile quando il fluido da depressurizzare contiene una fase gassosa. Inoltre, questa modalità à ̈ applicabile quando il rapporto in volume tra la portata gassosa e la portata liquida, valutata alla pressione di ingresso, à ̈ superiore a 0,05, preferibilmente superiore a 0,15, ancora più preferibilmente superiore a 0,3.

La modalità “M2†differisce dalla modalità “M1†per l’estrazione del gas (34) anche nel primo tratto di raccordo tra condotto ascendente e discendente. Detta estrazione può essere effettuata nella medesima modalità già indicata per la forma di esecuzione “M1†.

E’ possibile combinare la modalità “M1†ed “M2†, avendo nel medesimo dispositivo sia l’estrazione del gas che la sua immissione. In questo modo à ̈ possibile depressurizzare, nel medesimo dispositivo, correnti fluide contenenti o non contenenti una fase gassosa.

Per evitare che il materiale solido contenuto nel gas estratto possa bloccare la tubazione di estrazione, in particolare in corrispondenza degli eventuali dispositivi di regolazione (25), à ̈ possibile inserire, all’ingresso del condotto di estrazione, un elemento filtrante che impedisca il passaggio al particolato superiore ad una determinata dimensione.

Perché l’elemento filtrante non venga esso stesso otturato, può essere conveniente installare l’elemento filtrante o all’interno del condotto (26), in modo che il fluido di processo stesso provveda alla pulizia del filtro; oppure à ̈ possibile installare un flussaggio, preferibilmente con il medesimo liquido di processo, che mantenga pulito il filtro. Tale flussaggio può essere continuo o discontinuo, ed essere applicato sia dal lato processo, quindi in cocorrente rispetto la direzione di filtrazione, sia in controcorrente.

L’elemento di filtraggio può essere realizzato secondo l’arte nota. Validi elementi di filtraggio sono costituiti ad esempio da maglie metalliche, il cui passo sia sufficientemente piccolo da impedire la formazione di occlusioni negli apparecchi a valle del filtro, ad esempio non più della metà della minima sezione di passaggio. Viceversa, maglie troppo piccole determinano elevate perdite di carico e possibilità di ostruzione del filtro stesso da parte del particolato presente nel fluido di processo.

I gas raccolti dall’estrazione possono essere separati dal fluido di processo, ad esempio per il riutilizzo o spurgo in atmosfera, oppure reinseriti nel fluido di processo.

La sottrazione di gas può essere effettuata mediante presa diretta oppure interponendo un separatore di fase prima dell’inizio del condotto discendente.

Il separatore di fase à ̈ un qualunque dispositivo idoneo a separare, almeno parzialmente, la fase liquida da quella gassosa. Esempi non limitativi di separatori di fase noti nell’arte sono: serbatoi agitati e non, condotte orizzontali (cioà ̈ perpendicolari alla forza di gravità) od inclinate rispetto alla direzione verticale, cicloni, centrifughe.

Più in generale, ogni dispositivo in cui la velocità della corrente fluida in direzione della gravità à ̈ inferiore alla velocità di risalita della fase gassosa in direzione opposta alla gravità (determinata dalla spinta idrostatica) à ̈ un separatore di fase idoneo allo scopo.

Un’altra tipologia di separatori di fase impiegano la forza centrifuga, in alternativa o congiuntamente alla forza gravitazionale, per separare il fluido liquido da quello gassoso. La forza centrifuga può essere generata dal fluido stesso, ad esempio imprimendo un moto a spirale; esempio di questo dispositivo à ̈ il ciclone. In alternativa, il moto centrifugo può essere generato da una sorgente esterna; esempio di tale dispositivo sono le centrifughe.

In Figura 3 à ̈ illustrata la forma di esecuzione dell’invenzione “M3†che impiega detti dispositivi di separazione. Con riferimento alla Figura 3, il dispositivo della presente invenzione comprende un ingresso di fluido ad alta pressione (31) che à ̈ connesso, come per le forme di esecuzione già descritte, ad una molteplicità di coppie di condotti posti verticalmente e connessi in sequenza. Nel primo condotto di ogni coppia il fluido à ̈ fatto passare dal basso verso l’alto, mentre nel secondo, il fluido à ̈ fatto passare dall’alto verso il basso. Le coppie di stadi possono essere ripetute fino al raggiungimento della pressione desiderata. Opzionalmente, tra il primo ed il secondo condotto del primo stadio viene immesso un fluido gassoso (33), la cui portata à ̈ eventualmente regolata da una valvola (23). Tra il primo ed il secondo condotto di ogni coppia può essere inserito detto dispositivo di separazione di fase (40). Parte della fase gassosa, regolata eventualmente da una valvola (25), viene quindi estratta (34) per essere poi trattata come già descritto in precedenza.

E’ inoltre possibile regolare l’efficienza del dispositivo della presente invenzione variando la portata della fase gassosa alimentata (31).

Non à ̈ necessario inserire un dispositivo di separazione in tutte le coppie di condotti.

Allo scopo di esemplificare le forme di esecuzione precedentemente descritte, vengono forniti alcuni esempi non limitativi della presente invenzione.

ESEMPIO A1

In Figure 4 e 5 à ̈ illustrato un esempio di separatore di fase da impiegare con la forma di esecuzione “M3†prima descritta.

Il flusso proveniente dal raccordo (26, Figura 3) Ã ̈ alimentato al cannocchiale (66), tramite la flangia (61), che immette il fluido nel separatore (65).

Il separatore di fase (65) à ̈ costituito da un tratto di tubo avente diametro (D2) significativamente superiore al diametro (D1) del tubo di ingresso (66). Generalmente, il rapporto tra D2 e D1 à ̈ almeno 1,2. Preferibilmente, il rapporto tra D2 e D1 à ̈ compreso tra 1,5 e 10; ancora più preferibilmente, il rapporto tra D2 e D1 à ̈ compreso tra 2 e 5.

L’altezza dello sbocco (H2) à ̈ tipicamente inferiore all’altezza del tratto cilindrico del separatore (H1), in modo da massimizzare la separazione della fase gassosa. Il fluido così degasato passa al condotto discendente (13, Figura 3) attraverso la flangia (62). Gli angoli (A1) e (A2) per il raccordo del degasatore al cannocchiale (66) e condotto discendente (62) possono assumere un qualsiasi valore tra 0 e 90°. Più preferibilmente, (A1) e (A2) devono essere maggiori di 10° e minori di 80°.

Il fluido più ricco nella fase gassosa à ̈ prelevato dal bocchello (63), posto nella parte superiore del degasatore. Opzionalmente à ̈ possibile inserire un ulteriore bocchello (64) per immettere un fluido di pulizia del separatore (65) o per immettere una predeterminata portata di gas. Quest’ultima può essere utile ad esempio per evitare l’allagamento del degasatore durante le fasi di avviamento o durante anomalie di processo.

Eventualmente, ugelli di pulizia possono essere disposti all’interno del degasatore per pulire le pareti interne dello stesso. Vantaggiosamente, può essere utilizzato come liquido di pulizia il medesimo che costituisce la fase liquida alimentata da (61).

Il cannocchiale (66) può opzionalmente terminare con un dispositivo per migliorare idrodinamicamente la separazione del gas, quale ad esempio una curva (67) che à ̈ disposta in modo tale che il fluido uscente sia diretto tangenzialmente alle pareti del separatore (65), come illustrato in figura 5.

ESEMPIO A2

Facendo riferimento alle forme di esecuzione prima menzionate, una corrente più ricca in fase gassosa (34) può essere prelevata dalla zona superiore dei condotti ascendenti (12; 14; 16; …) e discendenti (13; 15; 17; …) o dal tratto di collegamento (26). Alternativamente, detta corrente può essere prelevata dal dispositivo di separazione (40) connesso tra i due condotti, così come illustrato nella forma di esecuzione “M3†già descritta.

Un filtraggio può essere utile per evitare che le componenti non gassose di detta corrente più ricca in fase gassosa generino occlusioni o malfunzionamenti degli apparecchi a valle di detta corrente, quali ad esempio le valvole (25) che possono essere installate per la regolazione e controllo del flusso uscente.

Vantaggiosamente, l’elemento di filtraggio può essere posto all’interno o sulla parete del dispositivo di separazione o degli elementi prima menzionati. In alternativa, può essere applicato lungo il condotto di uscita del flusso ricco in fase gassosa. In quest’ultimo caso, preferibilmente, detto elemento di filtraggio à ̈ posto in prossimità dell’inizio del condotto e quindi in prossimità al dispositivo da cui viene estratto detto fluido.

In Figura 6 Ã ̈ illustrato un esempio di come detto filtraggio possa essere realizzato.

Il flusso ricco nella fase gassosa (63) passa attraverso il filtro (74) posto lungo il condotto (78) attraverso cui passa detta corrente fluida (63) prelevata dal dispositivo o condotto (65).

Il filtro può essere applicato “a sandwich†tra il bocchello (72) del dispositivo o condotto (65) ed il condotto di estrazione (78). In questa modalità, il filtro rimane serrato attraverso la chiusura della flangia (71) contro la controflangia (72). Eventuali guarnizioni possono essere impiegate per garantire la tenuta, secondo le pratiche dell’arte nota.

Per evitare che agglomerati od altra fase solida vada ad otturare il filtro (74), può risultare conveniente impiegare un flussaggio (69). Il fluido di flussaggio (69) può essere alimentato attraverso il dispositivo di iniezione (73), connesso attraverso un opportuno raccordo (75) alla tubazione del flussaggio, per poi essere allineato da un opportuno elemento (76) contro l’elemento filtrante (74), ad esempio in direzione opposta alla direzione del moto del flusso ricco in gas (63).

Vantaggiosamente, può essere impiegato un ugello (77) che converte l’energia di pressione del flussaggio in energia cinetica. In questo modo la pulizia del filtro (74) risulta facilitata.

L’elemento (73) anch’esso può essere inserito a sandwich tra le flange (71) e (72), e può essere interposto prima o dopo l’elemento di filtraggio (74).

In figura 7 à ̈ illustrato un esempio realizzativo dell’elemento di filtraggio. Esso à ̈ composto da un piatto d’acciaio anulare (74), su cui sono saldati 4 braccetti formati da un tondino d’acciaio (75) opportunamente fissati al piatto anulare (ad esempio mediante saldatura).

Il filtro à ̈ applicato a sandwich tra due flange. La guarnizione, da applicare su detto piatto anulare da entrambi i lati, realizza la tenuta quando vengono stretti i bulloni sulle flange.

Seguono ora alcuni esempi realizzativi pratici delle forme di esecuzione descritte in precedenza. Esempio 1

Viene costruito un dispositivo per la depressurizzazione di un fluido secondo la forma di esecuzione “M2†prima descritta.

Il fluido (31) in ingresso al depressurizzatore à ̈ costituito da una miscela di acqua, alimentata alla portata di 7 tonnellate per ora, ed aria, alimentata alla portata di 1500 normal litri per ora.

La prima coppia di condotti à ̈ descritta come segue. Il condotto ascendente (12) à ̈ costituito da un tubo di acciaio, diametro nominale 3 pollici (diametro interno, da schedula, 77,83 mm), lunghezza 3000 mm, disposto verticalmente. Il cambiamento di sezione (22) à ̈ costituito da una riduzione commerciale da 3 pollici (7,62 cm) a 4 pollici (10,16 cm) (valori nominali). Il tratto curvo (26) à ̈ costituita da due curve a 90° commerciali intervallate da un tratto rettilineo ed orizzontale da 200 mm, entrambi da 4 pollici (10,16 cm), su cui à ̈ inserito un bocchello connesso ad una valvola a sfera (25). L’altra estremità della valvola a sfera à ̈ aperta verso l’atmosfera. Il tratto discendente (13) à ̈ di diametro nominale 4 pollici (10,16 cm) (diametro interno, da schedula, 102,3 mm) ed à ̈ anch’esso lungo 3000 mm. Il cambiamento di sezione (24) à ̈ anch’esso realizzato con una riduzione commerciale da 3 (7,62 cm) a 4 (10,16 cm) pollici. Il tratto curvo (27) realizzato con due curve da 90° intervallate da un tratto rettilineo orizzontale da 200 mm, entrambi di diametro nominale 3 pollici.

Lo schema à ̈ ripetuto altre 3 volte, realizzando pertanto 4 coppie di tubi ascendenti/discendenti. Il flusso in uscita dall’ultimo tubo à ̈ versato dall’alto in un serbatoio mantenuto a pressione atmosferica.

In questo esempio le valvole di estrazione della fase ricca in gas (25) sono mantenute chiuse.

La pressione misurata dal manometro posto sul fluido all’ingresso del dispositivo di depressurizzazione (31) indica una pressione di 1,05 bar relativi (1,05 barg, equivalente a 105 kPa relativi). La pressione risulta stabile. Il manometro posto in uscita all’ultimo tubo indica pressione atmosferica.

Esempio Comparativo 1

Il medesimo dispositivo dell’Esempio 1 à ̈ ruotato di 90°, facendo quindi in modo che i condotti (12, 13, ...) non siano più verticali (cioà ̈ allineati all’asse di gravità terrestre) ma orizzontali (e quindi ortogonali all’asse di gravità).

Il fluido (31) in ingresso al depressurizzatore à ̈ costituito da una miscela di acqua ed aria, nelle stesse proporzioni e con la stessa portata dell’Esempio 1.

La pressione misurata dal manometro posto sul fluido all’ingresso del dispositivo di depressurizzazione (31) indica mediamente una pressione che à ̈ al di sotto della soglia minima di misurazione e quindi minore di 0,15 bar relativi (0,15 barg, equivalente a 15 kPa relativi). Il manometro posto in uscita all’ultimo tubo indica pressione atmosferica.

Esempio 2

Il medesimo dispositivo dell’Esempio 1 à ̈ utilizzando impiegando come fluido in ingresso (31) 19,5 tonnellate per ora di acqua e 10.500 normal litri per ora di aria. La pressione misurata dal manometro posto all’ingresso del dispositivo indica una pressione non costante, che varia con periodo inferiore ad un minuto tra 0,5 e 0,9 barg.

Viene aperta la valvola di estrazione della fase ricca in gas (25). La pressione misurata dal manometro risulta ora costante e pari a 0,8 barg.

Esempio 3

Viene costruito un dispositivo per la depressurizzazione di un fluido secondo la forma di esecuzione “M3†prima descritta.

Vengono utilizzate 3 coppie di condotti. Il primo condotto ascendente (12) à ̈ di diametro 150 mm e lunghezza 25 metri, disposto verticalmente. Il tratto curvo (26) à ̈ costituita da quattro curve a 45° commerciali intervallate da tratti rettilinei da 300 mm. L’iniezione di gas (33) à ̈ effettuata applicando un bocchello nel separatore di fase.

Il separatore di fase à ̈ realizzato secondo la modalità descritta nell’Esempio A1. Il flusso di gas in uscita à ̈ filtrato impiegando il dispositivo di cui all’Esempio A2, utilizzando acqua in pressione come fluido di flussaggio.

Il secondo condotto ascendente à ̈ alto 30 metri ed il terzo condotto ascendente à ̈ alto 35 metri. I condotti discendenti sono realizzati in tubo avente diametro 400 mm. Il fluido in uscita (32) à ̈ a pressione atmosferica.

Il dispositivo di depressurizzazione à ̈ alimentatato da una corrente di acqua, azoto e perle di polistirene espansibile in pressione, risultanti dalla granulazione del polimero espansibile fuso, così come descritto nel brevetto USA 7.320.585.

Vengono alimentate una portata d’acqua compresa tra 10.000 e 150.000 kg/h; una portata d’azoto compresa tra 0 Nm3/h e 200 Nm3/h; dai 1.000 ai 10.000 kg/h di perle di polistirene espansibile, aventi diametro medio tra 0,7 e 2,0 mm, ed agglomerati di dimensione media inferiore a 100 mm.

Esempio 4

Il dispositivo per la depressurizzazione di cui all’Esempio 3 à ̈ alimentato con una corrente d’acqua di 60.000 kg/h e 12 Nm3/h di azoto.

Le valvole di regolazione dell’iniezione di gas (23) e di estrazione (25) sono mantenute chiuse.

La pressione misurata all’ingresso del dispositivo à ̈ stabile a 7,3 bar (730 kPa).

Esempio 5

Il dispositivo per la depressurizzazione di cui all’Esempio 3 à ̈ alimentato con una corrente d’acqua di 60.000 kg/h e 50 Nm3/h di azoto.

La valvola di regolazione dell’iniezione di gas (23) à ̈ mantenuta chiusa. Nel primo e secondo stadio, ciascuna valvola di regolazione del flusso estratto ricco in gas (25) à ̈ controllata in retroazione rispetto alla differenza di pressione registrata tra il separatore (40) del medesimo stadio e quello dello stadio successivo. Pertanto, la valvola (25) di estrazione del separatore (40) del primo stadio à ̈ in retroazione rispetto la differenza tra la pressione registrata nel separatore del primo stadio e quella nel separatore del secondo stadio, mentre la valvola di estrazione del separatore del secondo stadio à ̈ in retroazione rispetto alla differenza tra la pressione registrata nel separatore del secondo stadio e quella nel separatore del terzo stadio. La valvola (25) collocata nel separatore del terzo stadio à ̈ invece completamente aperta.

Tutte le tre valvole (25) sopra menzionate vengono collegate all’estremità inferiore del condotto discendente del terzo stadio.

La differenza di pressione impostata alla valvola di regolazione del primo stadio à ̈ pari a 2,2 bar (220 kPa) mentre la differenza impostata alla valvola di regolazione del secondo stadio à ̈ pari a 2,6 bar (260 kPa). La pressione misurata all’ingresso del dispositivo à ̈ stabile a 6,8 bar (680 kPa).

Esempio 6

L’esempio 5 à ̈ ripetuto, con la differenza che la differenza di pressione impostata alla valvola di regolazione del primo e del secondo stadio à ̈ uguale e pari a 0,7 bar (70 kPa). La pressione misurata all’ingresso del dispositivo à ̈ stabile a 3.4 bar (340 kPa).

Esempio 7

Viene costruito un dispositivo per la depressurizzazione di un fluido secondo la forma di esecuzione “M2†prima descritta, in cui però non vi à ̈ alcun sistema per l’estrazione intermedia di fluido (34).

Il fluido (31) in ingresso al depressurizzatore à ̈ costituito da una miscela di pentano liquido, alimentato alla portata di 0,8 kg per ora, ed azoto, alimentato alla portata di 0,04 normal litri per ora.

I condotti ascendenti sono costituiti da tubi di diametro interno 6 mm, lunghezza 500 mm disposti verticalmente. I condotti discendenti sono costituiti da tubi di diametro interno 20 mm, lunghezza 500 mm.

Il numero complessivo delle coppie di condotti ascendenti e discendenti à ̈ pari a 100.

La perdita di carico ottenuta à ̈ pari a 1,8 bar (180 kPa).

Claims (20)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la riduzione di pressione di un fluido contenente almeno una fase liquida che comprende far passare sequenzialmente il fluido da depressurizzare in una molteplicità di stadi collegati in serie tramite primi connettori inferiori, ogni stadio essendo costituito da una coppia di condotti verticali collegati nella parte superiore tramite secondi connettori superiori, dove il fluido à ̈ fatto passare dal basso verso l’alto, nel primo condotto di ogni stadio, e dall’alto verso il basso nel secondo condotto di ogni stadio, nel primo condotto di ogni stadio si converte parte dell’energia di pressione del fluido in potenziale gravitazionale mentre nel secondo condotto si converte parte del potenziale gravitazionale in energia termica.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui, tra il primo ed il secondo condotto di ogni stadio, viene regolata l’immissione o sottrazione di un fluido contenente una fase gassosa.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il fluido da depressurizzare contiene anche una fase solida.
4. 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui il fluido da depressurizzare alimentato comprende anche una fase gassosa, con un rapporto in volume fra la portata gassosa e la portata liquida, misurate alla pressione di ingresso, superiore a 0,01.
5. 5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui il rapporto in volume fra la portata gassosa e la portata liquida, alla pressione di ingresso, Ã ̈ compreso tra 0 e 2 e dove tra il primo condotto ed il secondo condotto del primo stadio viene immesso un fluido gassoso.
6. 6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui, tra il primo ed il secondo condotto di almeno uno stadio, viene estratto un flusso la cui componente gassosa ha una portata in volume almeno del 50% rispetto la portata estratta.
7. 7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, in cui detta estrazione del fluido à ̈ effettuata in un separatore di fase disposto tra il primo ed il secondo condotto dello stadio.
8. 8. Procedimento secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui detta estrazione di flusso à ̈ regolata in retroazione rispetto la differenza di pressione misurata tra l’estremità inferiore e superiore del secondo condotto del medesimo stadio da cui à ̈ fatta l’estrazione.
9. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 7, in cui detta estrazione di flusso à ̈ regolata in retroazione rispetto la differenza di pressione misurata tra il separatore di fase del medesimo stadio da cui à ̈ fatta l’estrazione ed il separatore dello stadio successivo.
10. 10. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il fluido alimentato proviene da un granulatore per polimeri termoplastici.
11. 11. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il secondo condotto à ̈ di diametro maggiore rispetto al primo condotto.
12. 12. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il numero di stadi à ̈ compreso tra 2 e 500.
13. 13. Procedimento secondo la rivendicazione 12, in cui il numero di stadi à ̈ compreso tra 2 e 50.
14. 14. Procedimento secondo la rivendicazione 13, in cui il numero di stadi à ̈ compreso tra 2 e 10.
15. 15. Dispositivo per la depressurizzazione di un fluido secondo il procedimento di una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti che comprende una molteplicità di stadi collegati in serie tramite primi connettori inferiori, ogni stadio essendo costituito da una coppia di condotti verticali collegati nella parte superiore tramite secondi connettori, dove il fluido à ̈ fatto passare dal basso verso l’alto, nel primo condotto di ogni stadio, e dall’alto verso il basso nel secondo condotto di ogni stadio.
16. 16. Dispositivo secondo la rivendicazione 15 che comprende ulteriormente uno o più mezzi di inserimento di gas e/o uno o più mezzi di estrazione del fluido disposti tra i due condotti di almeno uno stadio.
17. 17. Dispositivo secondo la rivendicazione 16, dove detta estrazione del fluido à ̈ effettuata in un separatore di fase disposto tra il primo ed il secondo condotto dello stadio.
18. 18. Dispositivo secondo la rivendicazione 17, dove detto separatore à ̈ costituito da almeno due corpi contigui, un primo corpo in cui la sezione di passaggio del fluido viene aumentata almeno del 50% rispetto la sezione di passaggio del primo condotto dello stadio, un secondo corpo in cui la sezione di passaggio del fluido à ̈ riportata a quella del secondo condotto dello stadio, ed eventualmente un corpo intermedio che raccorda il primo ed il secondo corpo, dove detta estrazione di fluido viene ottenuta attraverso un bocchello ricavato sulla parete esterna del separatore.
19. 19. Dispositivo secondo la rivendicazione 18, in cui il fluido viene alimentato al separatore tramite un cannocchiale che convoglia il fluido direttamente nel corpo intermedio.
20. 20. Dispositivo secondo la rivendicazione 19, in cui il fluido in uscita dal cannocchiale viene alimentato al separatore in direzione tangenziale alla parete laterale dello stesso.