ITTO991071A1 - Nuovo reattore per trattamenti e processi chimici o chimico-fisici per le industrie conciaria e tessile. - Google Patents

Description

Descrizione dell’Invenzione industriale dal titolo:

“Nuovo reattore per trattamenti e processi chimici o chimico-fisici per le industrie conciaria e tessile”

Oggetto del presente deposito di brevetto industriale è un reattore con conformazione poligonale disposto con l'asse di rotazione prevalentemente orizzontale rispetto al piano del terreno, utilizzabile in varie fasi dei processi delle industrie conciaria e tessile.

L’attuale stato dell’arte vede l’utilizzo di reattori comunemente detti bottali e aspi nell’industria conciaria e tumbler o lavatrici nell'industria tessile. La loro conformazione, pur avendo in comune la presenza di un corpo cilindrico orizzontale ruotante, differisce a seconda dell’impiego.

I reattori conosciuti con il nome di “bottali” trovano largo impiego nelle operazioni ad umido di natura chimica e chimico-fisica eseguite nell’ambito dell’industria conciaria tra le quali: dissalazione, rinverdimento, calcinazione, decalcinazione, macerazione, piclaggio, concia al cromo, riconcia, neutralizzazione, tintura e ingrasso. I bottali, il cui schema è riportato in Tavola n. 1 per la vista in sezione e in Tavola n. 2 per la vista laterale, sono macchine rotanti costituite essenzialmente da un recipiente cilindrico 1 che può essere fatto ruotare sul suo asse orizzontale 2 e nel cui interno sono contenuti sia il bagno di trattamento 3 (acqua e prodotti chimici specifici) che le pelli da trattare. Le merci vengono caricate attraverso il portello 5 e il corpo cilindrico, appoggiato ad un supporto 6 viene fatto ruotare attraverso una trasmissione 7 collegata ad un motore elettrico. All’interno del bottale si trovano varie chiavicchie 4, sorta di pioli atti ad evitare lo scivolamento delle pelli lungo le pareti. Il bottale, pur essendo a tutt'oggi la tipologia di macchina più utilizzata, presenta dei punti deboli legati alla sua caratteristica di macchina rotante che vanno dalla difficoltà di controllo in continuo del processo, alla lentezza di scarico dei bagni, alla sicurezza dell’area di lavoro.

Il reattore conosciuto con il nome di "aspo”, nell’industria conciaria, è invece una macchina statica usata per alcuni processi nella lavorazione di alcuni tipi di pellami, con una sola girante atta a muovere il bagno e le pelli all'interno della vasca dell’aspo stesso. L’aspo, in quanto macchina statica, non presenta gli stessi problemi del bottale, però il campo di utilizzo è molto ristretto in quanto soltanto poche operazioni conciarie possono essere effettuate negli aspi. Altro punto negativo nel loro utilizzo è rappresentato dalla necessità di operare con alte percentuali di bagno (acqua prodotti chimici) con conseguente incremento dei carichi inquinanti.

Nell'industria tessile il reattore cilindrico orizzontale e rotante è conosciuto con il nome dì "tumbler" o anche di “lavatrice”. La costituzione generale è simile a quella di una grossa lavatrice domestica. In Tavola n. 3 ne è riportata schematicamente la vista in sezione mentre in Tavola n. 4 ne è riportata una sommaria e generica schematizzazione della vista frontale. In Tavola n. 5 viene riportato uno schema più particolareggiato in vista sezione il cui scopo è di fornire dettagli sul funzionamento delle lavatrici. Il tumbler o lavatrice è costituito essenzialmente da un cesto 8 aperto su una delle due pareti verticali e ruotante all’Interno di una vasca statica a fondo curvo 9. La merce da trattare viene introdotta attraverso lo sportello frontale 14. All’interno del reattore viene contenuto un bagno di trattamento 10, ricircolato attraverso la pompa 13 che ne trasporta continuamente aliquote attraverso il tubo 11 , che può fungere anche da scarico, fino al condotto di reintroduzione dall’alto 12. All'interno del cesto si trovano dei cordoli o rilievi 15 atti ad impedire lo scivolamento del materiale sulle pareti. Il tumbler, o lavatrice, viene utilizzato per operazioni sia in acqua che in solvente, per il trattamento di capi confezionati o, più raramente, di pezze. Le operazioni che vi vengono eseguite sono principalmente: tintura, lavaggio, finissaggio, stone-wash, decorticazione enzimatica, smacchiatura in solventi. Il difetto principale di questo tipo di reattore è la tendenza ad annodare il materiale nel corso dei trattamenti, con conseguenti irregolarità del risultato.

Per semplificazione espositiva, in seguito si denomineranno solamente “bottale” i reattori impiegati in ambito conciario e “lavatrice” quelli impiegati in ambito tessile, anche se le denominazioni appaiono, alla luce del numero e della tipologia delle operazioni eseguibili con i due tipi di reattore, alquanto riduttive.

Ai fini della descrizione dell’innovazione, verranno trascurati i reattori di tipo aspo in quanto utilizzano rapporti bagno (cioè il rapporto tra il peso del materiale da trattare ed il peso dell’acqua o del solvente) molto lunghi ed il loro utilizzo è nettamente più limitato.

I reattori del tipo bottale e del tipo lavatrice hanno in comune il fatto di contenere i materiali da trattare, siano essi pellami, capi tessili confezionati o altro manufatto, all'interno di un corpo cilindrico rotante. Il risultato del trattamento, qualunque esso sia, dipende dall’uniformità dello stesso sul manufatto. È quindi estremamente importante l’interscambio tra il bagno, contenente gli idonei prodotti chimici, e i manufatti al fine di distribuire i prodotti chimici nel modo più uniforme possibile. La rotazione del contenitore, di per se stessa, non è sufficiente allo scopo in quanto il materiale da trattare potrebbe scivolare lungo la superficie e quindi muoversi insufficientemente. Sono stati conseguentemente adottati degli accorgimenti per evitare lo scorrimento di cui si è già fatto cenno nelle viste schematiche dei due tipi di reattore. Sulla superficie interna dei bottali sono fissate le cavicchie 4, sorta di pioli che hanno la funzione di trascinare, senza annodare, le pelli. Sulla superficie interna delle lavatrici, invece, sono fissate delle barre 15 o dei cordoli oppure sono ricavati dei pronunciati rilievi della superficie che corrono lungo tutta la lunghezza del tamburo, parallelamente all’asse di rotazione. Anche in questo caso la funzione è il trascinamento del materiale. In questo caso non sono utilizzate le cavicchie perché la costituzione del materiale ne risentirebbe sotto forma di danneggiamento, ma l'azione movimentatrice delle barre o degli altri tipi di rilievo può portare all’annodamento del materiale.

Il bagno, nel caso del bottale, è contenuto all’interno del corpo cilindrico. Conseguentemente esistono problemi praticamente insormontabili nella velocità di scarico del bagno stesso, nel suo riscaldamento e nella regolazione esatta della temperatura. Nel caso della lavatrice, invece, il bagno è contenuto in una vasca esterna 9 che funge da contenitore del corpo cilindrico o cesto 8. Tra la vasca, di norma a forma semicilindrica nella parte inferiore, e il corpo rotante, o cesto, esiste uno spazio più o meno ampio. In esso il bagno scorre parallelamente al movimento rotatorio del cilindro e, nonostante questo abbia una perforazione apposita, lo scambio di bagno tra esterno ed interno è molto limitato. La circolazione tra i due campi è fornita da una pompa 13 che preleva il bagno dal fondo e lo rimanda all'interno della vasca attraverso il condotto 16. Il bagno, che si muove lungo il condotto in direzione 28, può essere fatto rientrare nella vasca dall’alto oppure direttamente all'interno del cesto attraverso un’apertura 18. La valvola 17 permette di scegliere il punto di reintroduzione. In talune configurazioni di lavatrice la possibilità di scelta non esiste e il circuito di ricircolo del bagno è predeterminato costruttivamente.

La Tavola n. 5 illustra schematicamente il movimento del bagno all’interno della lavatrice. Nello schema, il cesto 8, cilindrico e forato, ruota in direzione 19 all’interno della vasca 9. Il bagno viene prelevato dal fondo dalla pompa 13 ed inviato attraverso la tubazione 16 che lo riporta all'interno della vasca dall’alto 12 oppure all'interno 18 del cesto. Le barre trasversali 15 provvedono sia al trascinamento del materiale (non rappresentato in schema), sia al rimescolamento del bagno. Nell'intercapedine 20 il bagno scorre con movimento prevalentemente laminare, con un interscambio interno/esterno del cesto estremamente limitato.

La presente invenzione introduce una nuova configurazione del corpo cilindrico che permette di avere uno scambio nettamente migliorato tra bagno e materiale, una riduzione del volume d’acqua necessario per i trattamenti, l’eliminazione della pompa di ricircolo, una migliore regolazione dei cicli termici (estremamente difficoltosi nel bottale) e può avere il posizionamento del portello di carico e scarico del materiale da trattare sia frontale, come la lavatrice, sia laterale, come il bottale. Questi miglioramenti comportano un notevole risparmio nel costo dei trattamenti, nel consumo di prodotti chimici e di energia, con vantaggi quindi sia sul piano dell'economia che su quello dell’ecologia.

In Tavola n. 6 è riportata schematicamente la sezione di un reattore realizzato secondo l’invenzione.

Il corpo cilindrico è sostituito da un corpo poligonale 21 , avente tra 5 e 20 lati, preferibilmente tra 9 e 14. Come il corpo cilindrico, anche il corpo poligonale è provvisto di fori 22 su tutta o su parte della sua superficie. La vasca esterna di contenimento 9 è ancora semicilindrica ed è costruita in modo tale da avere la superficie il più vicina possibile ai vertici del poligono. Tale distanza, in pratica, è compresa tra 2 mm e 3 cm, in considerazione anche dei materiali utilizzati per la costruzione che possono essere più o meno rigidi e delle dimensioni della vasca, che può giungere a 4 m di diametro. La rotazione in direzione 19 del poligono all'interno della vasca cilindrica porta allo spostamento continuo di una serie di archi di cerchio compresi tra la vasca ed i lati del poligono. Il loro movimento, in un bagno tendenzialmente statico, porta ad un intenso interscambio tra interno ed esterno del corpo poligonale. Si ha, in successione, una prima fase di riempimento del corpo (flusso dall’interno all’esterno del corpo poligonale), seguita da una seconda fase di circolazione mista tra interno ed esterno causata dagli attriti tra liquido e superfici ed un’ultima fase di svuotamento (flusso dall’esterno all’interno del corpo poligonale). Il tutto è accompagnato da un trascinamento del bagno dall’alto verso il basso nella prima fase e viceversa nella seconda. Nello schema riportato in Tavola n. 6 è rappresentato il flusso del bagno in movimento. In esso è stato tralasciato il materiale da trattare per semplificarne il disegno. Per lo stesso motivo non sono state riportate barre trasversali o cavicchie, che in realtà continuano ad essere presenti ed utilizzate. Il flusso del bagno è rappresentato mediante lineette curve. Nella zona 23 si ha lo riempimento della camera avente forma di arco di cerchio. Nella zona 24 l'interscambio è assicurato dagli attriti del liquido con le superfici della vasca 9, ferma, e del cesto 21 , ruotante. Nella zona 25, infine, avviene lo svuotamento della camera, li livello del bagno, tendenzialmente, varia dal livello 26 in stato di quiete, orizzontale, stabile e caratteristico dello stato di cesto fermo, al livello 27, instabile e asimmetrico, quando il cesto 21 è in rotazione. Il dislivello porta a sua volta a vantaggiose turbolenze del bagno all'interno del cesto 21 che accrescono la movimentazione del bagno stesso e della merce in corso di trattamento.

Essendo la turbolenza del bagno un fattore indispensabile per l’uniformità del trattamento del materiale, il vantaggio risulta evidente. Risulta altresì evidente la scomparsa della pompa di ricircolazione del bagno in quanto divenuta inutile.

L'effettività di quanto esposto nell’invenzione è stato praticamente sperimentato mediante la costruzione di vari prototipi. A titolo meramente esemplificativo vengono riportati i dati relativi ad uno di essi. Trattandosi di esemplificazione, nessuno dei dati può essere inteso come limitazione della presente domanda di deposito di brevetto, ma solamente come relativo ad una delle possibili realizzazioni pratiche. Un reattore del tipo bottale è stato realizzato in acciaio inossidabile ed in forma dodecagonale. La larghezza massima tra i vertici (retta passante per il centro) è di 1500 mm e la profondità è di 800 mm. La superficie del poligono è forata con fori di 5 mm di diametro. Il portello si carico e scarico é stato ricavato mediante modifica di uno dei lati del poligono. Detto bottale, munito di cavicchie, è stato inserito in una vasca avente fondo semicilindrico e con un apertura a portello nella zona superiore per accedere al corrispondente portello sul bottale o cesto per le operazioni di carico e scarico delle pelli. La vasca, nella zona semicilindrica, ha un diametro di 1520 mm.

Il reattore è stato impiegato per alcuni mesi per operazioni di tintura di pellame. È stata scelta quest’operazione in quanto è quella che maggiormente evidenzia le disuniformità di trattamento.

Il risultato, a fine sperimentazione, ha evidenziato i seguenti vantaggi:

- riduzione del rapporto bagno, cioè della quantità di acqua in rapporto al peso del materiale da trattare;

- riduzione conseguente dei prodotti chimici ed aumento della resa dei coloranti, dovuti alla maggiore concentrazione conseguente alla riduzione del rapporto bagno;

- minore consumo di energia elettrica. Nel caso specifico è stato dimezzato, per effetto delle minori masse da spostare e per l'eliminazione della pompa di ricircolo;

- perfetta unitezza e penetrazione della tinta;

- minori tempi di trattamento, dovuti al fatto di poter controllare più efficacemente la temperatura all'interno di bottale;

- minori tempi di scarico e carico dei bagni di trattamento;

- maggiore sicurezza dell’area di lavoro in quanto non sono presenti masse in movimento in ambiente aperto, come avviene con i bottali tradizionali.

La presente realizzazione fornisce un esempio di applicazione dell'invenzione ed i dati ad essa applicazione riferita possono variare nel caso di altre realizzazioni senza che venga meno il principio innovatore portato dall'invenzione. Altre varianti realizzative possono essere realizzate, in funzione di attesi risultati specifici, senza per questo esulare dal’ambito della presente invenzione come protetta dalle rivendicazioni che seguono.

Claims (1)

1. R I V E N D I C AZ I O N I 1 - Reatore utilizzabile nelle industrie conciaria e tessile per tratamenti ad umido ed in solvente dove il contenitore rotante del materiale da trattare, anche detto bottale o cesto, ha sezione poligonale ed è inserito in una vasca con tondo semicilindrico. 2 - Reatore come al punto 1, dove il poligono ha un numero di lati compreso tra 5 e 20, preferibilmente tra 9 e 14. 3 - Reattore come ai punti 1 e 2, dove tra la superficie della vasca semicilindrica ed i vertici del contenitore poligonale esiste una distanza compresa tra 2 e 50 mm, preferibilmente tra 10 e 40 mm. 4 - Reattore come ai punti 1, 2 e 3, dove all'interno del contenitore poligonale possono o meno essere inseriti dispositivi di trascinamento del materiale da trattare, quali barre trasversali e/o cavicchie. 5 - Reattore come ai punti 1, 2, 3 e 4 dove l’altezza del bagno è compresa tra il 5 ed il 70 % dell’altezza del contenitore.