WO2016128915A1 - Equipo y proceso de reaccion o mezcla liquido / gas - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a device and a reaction process or mixture between a liquid and a gas in order to obtain a more efficient reaction or mixture between the liquid and the gas.
  • the present invention in addition, allows recovering the gas that does not react during the reaction or the formation of the mixture between the gas and the liquid and, recycling said gas to the reaction zone or mixture improving the efficiency of the process.
  • the devices that have been developed to improve the formation of carbonic acid, aim to generate smaller bubbles and a turbulent flow, for have a more complete and efficient mixture between the bubbles of gas and liquid.
  • Another document related to the technical subject of the present invention is DE2030290, " ⁇ aste waters treatment by neutralising in a flow-pipe”; that discloses the reaction of the water to be treated with the chemicals needed for the adjustment of pH that is carried out in a flow pipe, in a process for the neutralization of acid and / or alkaline water residues.
  • the addition and mixing of chemicals with water is carried out through an ejector integrated in the flow of the pipe, and the water is charged by a pump, preferably after collecting all the water to be treated in pumping receiver.
  • the treated water passes a final control in the flow of the pipe before leaving the channel.
  • US 7537707 “Gas Inj ector and Method Therefor” discloses a gas injector that can be installed in a manner that is less invasive than currently used pre-existing gas injection systems for plumbing of a pumping system and that allows gas absorption more efficient in water than gas injection systems that are currently used.
  • the equipment and process of the present application allow a reaction or mixture of a liquid and a gas, as for example, in a pH control, by means of three consecutive stages, where a gas injection stage is started ( A) in two zones, one of high and one of low pressure, then continue with a stage of mixing and spraying the gas bubbles, (B) and finally in a stage (C) the gas bubbles are recovered. reacted or mixed in gaseous state, which is taken to stage (A) to be injected in the low pressure zone (2).
  • the present invention relates to a reaction process or mixture of a gas and a liquid by means of an equipment that has four components to carry out steps that will improve, for example, the acidification of water by the use of dioxide.
  • carbon (CO 2 ) forming carbonic acid, compound responsible for acidifying water with a high percentage of efficiency in the use of this gas.
  • the present invention will make it possible to obtain a liquid / gas mixture through a safer method for people and the environment, avoiding the use of dangerous chemical products, such as sulfuric acid, etc.
  • a conventional Venturi ejector (3) with direct gas injection points (1) and gas recovery points (2) is used, using the characteristics peculiar to the Venturi.
  • the equipment comprises a static mixer (5) with propellers sectioned and rotated through 90 ° (4) which is used to mix the gas and the liquid, decreasing the size of the gas bubbles and, allowing to improve the reaction or mixing, as for example, the formation of carbonic acid.
  • the gas bubbles are advantageously recovered to return to to be injected into the reaction process or mixture by means of a conduit (11).
  • the adjustment or regulation of the gas entering point (1) is made according to a measurement made of the liquid / gas mixture or reaction obtained, taking in point (10) a sample of the resulting mixture, which is measured with a suitable probe to the process, connected to a controller, which based on the required target acts on a control valve located at the point (2), allowing adjustment of the gas injection.
  • the present invention relates to an equipment and a reaction or mixing process that have as objective to obtain a more efficient and complete reaction or mixture between a liquid and a gas and that, in addition, will allow to recover the gas that does not react or mix in the reaction or mixing process, recycling it to the reaction zone or initial mixture for greater process efficiency.
  • Figure 1. Represents the stages of the reaction process or liquid / gas mixture according to the present invention.
  • Figure 2 Represents a detailed view of the main components of the liquid / gas mixing equipment according to the present invention.
  • the present invention aims to achieve a more efficient and complete mixture between a liquid and gas by an equipment comprising 4 components to carry out a reaction or mixing process that improves contact, and therefore, the reaction or mixing between a liquid and a gas, followed by a recovery step of the gas that does not react during the reaction or formation of said mixture.
  • This gas is recycled to the reaction zone or mixture allowing to improve the efficiency and cost of the reaction process or mixture between the liquid and the gas.
  • One embodiment and without limiting the scope of the present invention is pH control in water conduction systems for agricultural irrigation or similar, with the aim of obtaining slightly acidic waters, which will improve the availability of nutrients by the plants in fertigation processes.
  • Waters with this characteristic that is, slightly acidic with pH values between 6 to 7 similar to the pH of the sap of the plants, allow to significantly improve the absorption of the nutrients necessary for agricultural growth and production.
  • the pH of the water is achieved by eliminating the formation of scale or scale in pipes, micro sprinklers and drippers.
  • the formation of scale or incrustations in pipes, micro sprinklers and drippers is due to the fact that most of the waters, such as those used in Chile, have values of total hardness from medium to high, which results in the formation of scale. or deposits in pipes, lines and irrigation media.
  • the invention of the present application proposes a reaction process or mixture between a liquid and a gas by means of a device allowing to control the pH of the liquid (water) in a more innocuous way, safe for the environment and people increasing the efficiency in the use of a gas (CO 2 ) equal to or greater than 95% through a more efficient liquid / gas reaction or mixture.
  • the equipment has a recovery component of the gas not absorbed by the liquid to be treated, during the reaction process or liquid / gas mixture, recycling said gas to stage (A) to obtain a reaction or more efficient mix, which will lower operating costs and increase the performance of the gas used.
  • the equipment used in the reaction or mixing process is also the object of the present invention.
  • This team comprises four components, through which it is achieved obtain a reaction or mixture with greater efficiency by reducing, for example, the pH of the water through the use of CO 2 gas.
  • the conditions proposed by the present invention are based on studies of reactions between liquid and gaseous phases, properties of the solutions and alkaline components, which have allowed to develop a mixing process to achieve the objective proposed by the present application, where the equipment It is configured by several components that work together.
  • the present invention provides an equipment comprising the following components; Component 1.- High Pressure Gas Injector (Stage (A)), Component 2.- Low Pressure Gas Injector with pre-mixer (Stage (A)), Component 3.- Gas Bubble Mixer and Sprayer (Stage) (B)) and Component 4.- Gas bubble recuperator (Stage (C)), which allows the recovered gas to be reinjected into Component 2.
  • the process of the present invention consists of a reaction step or mixture of a liquid and a gas, which involves two distinct stages, a reaction stage and a recovery stage.
  • the reaction stage such as acidification of water with CO 2 , uses a conventional ejector or venturi suitable for the water line of the irrigation system.
  • the equipment used in the process of the present invention corresponds to a static device, ie it has no moving parts, it uses kinetic energy from the liquid (water) flow.
  • the liquid enters the cylindrical inlet section of the Venturi and the gas (CO 2 ) (1) is injected from a pressurized and regulated gas storage tank, then the liquid is restricted in the bottle neck in the convergent section of the ejector (3) .
  • This allows a reduction in the static pressure and an increase in the flow rate of the liquid (water), said reduction of static pressure (2) is what allows to recover the unreacted gas from the reaction or mixture coming from the third component.
  • V Q / A
  • V velocity of the fluid in the cylindrical section (neck of bottle) of reduced diameter of the ejector, in meters per second (m / s).
  • A internal diameter of the cylindrical section (neck of bottle) of reduced diameter of the ejector in millimeters (mm).
  • Component 4 (9) recovers the unreacted gas with the liquid and is then taken to Component 2, thanks to the pressure reduction that is generated in the narrowest zone of the Venturi (2), where there is a point or zone of lower pressure than in Component 4, called the low pressure gas injection zone of Component 2.
  • This point or zone of low pressure in the Venturi is constituted by a reduction of diameter and then an expansion of the diameter of the pipe to reach the initial diameter of the pipeline, obtaining a low pressure area or area, which corresponds to the area diameter reduction before expansion and recovery of pipe diameter.
  • the equipment and process of the present invention allow achieving levels of mixing efficiency equal to or greater than 95%, by means of a reaction or perfect mixture of the two fluids, liquid and gas.
  • the reaction or mixture process of the present invention comprises three stages, which will be detailed by the description of Figure 1, wherein the method of acidification of water by means of carbon dioxide is represented schematically.
  • the components of equipment of the present invention will also be described below ( Figure 2).
  • the injection of CO2 is carried out by two different sources to begin with the acidification process comprising the formation of carbonic acid previously detailed.
  • high pressure of CO2 that is to say a cylinder of CO2 of high pressure that has regulators of pressure, which is connected by duct (hose) and adjusted to a pressure 1,1 times by on the pressure of the water line, reaching a small pipe (1) that goes through the main pipe that has micro holes of 0.5 mm in the direction of water flow, followed by a Conventional Venturi ejector (3) where performs the injection of low pressure of CO2.
  • the Venturi ejector there is a converging zone that favors the increase of the velocity of the fluid, where the fluid passes from a section of greater diameter to a section of smaller diameter, convergent zone of smaller diameter or throat.
  • the characteristic of this throat allows to obtain a lower pressure than the total system pressure, the pressure of the system depends on the pressure of the impulse pump that is disposed in the irrigation system, which provides a sufficient motive power to suck CO 2 from the recovery zone, a point that is identified as a low pressure injection zone of C0 2 (2).
  • a mechanical mixing section through a static mixer (5), which has a spiral of several bodies (helix) (4), which are 90 ° facing each other.
  • the objective of being at an angle of 90 ° with respect to the other is to allow to improve the contact of the gas and water, by means of the decrease in the size of the bubble and the mixture of both liquid / gas fluids.
  • the initial size of the gas bubble is between 0.6 to 0.4 rom, and by being at 90 ° the planes of the different helices decreases the size below 50% of the original size of the bubble. Additionally, the reaction or mixture of the gas and liquid is improved by changes in the direction of the mixture, which generates a better contact between the liquid and the gas.
  • Component 4 (9) is available, which bases its operation on the change of direction of the liquid, perpendicular to the direction of flow, towards an area of greater diameter, 30% larger in diameter than the main water line. This is achieved by means of a 90 ° tube (6) that is introduced by a larger diameter chamber and occupies 75% of the total length of the tube or chamber of greater diameter. With this change of flow direction, the water / CC> 2 mixture is forced to go to the upper area of the larger diameter chamber (7). This causes a decrease of the speed of the liquid and promotes separation of gas from liquid, the liquid (water) in the opposite direction decreases the inflow without CO2 gas (12).
  • Component 1 High Pressure gas injector.
  • It comprises a 10 mm tube (1) that occupies the entire diameter of the Venturi inlet pipe, which has small perforations, responsible for delivering micro bubbles from a gas to a liquid that converges and accelerates its speed to generate a turbulent flow .
  • the Venturi is used as a motor system that sucks the gas recovered from Component 4, which generates a point or zone of lower pressure than that of the system, characteristic of the conventional Venturi. This generates a flow from a higher pressure zone to a lower pressure zone where the gas is recovered, thereby eliminating the loss of unreacted or mixed gas unlike systems in which gas is injected but unused gas is not recovered in the reaction or mixing process.
  • This section has a forced mixing section (5) to improve the interaction of the gas and the liquid, which allows to improve the solubilization of the gas in the liquid, and thus form, for example, in a neutralization process, carbonic acid.
  • This section has 6 bodies of spirals (4) inverted that allow to improve and help the interaction of the gas with the liquid in the aqueous line.

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Abstract

La presente invención tiene como objetivo lograr una mezcla más eficiente y completa entre un liquido y gas mediante un equipo que comprende 4 componentes para llevar a cabo un proceso de reacción o mezcla que mejora el contacto, y por ende, la reacción o mezcla entre un liquido y un gas, seguido de una etapa de recuperación del gas que no reacciona durante la reacción o formación dicha mezcla. Este gas es reciclado a la zona de reacción o mezcla permitiendo mejorar la eficiencia y el costo del proceso de reacción o mezcla entre el liquido y el gas.

Description

EQUIPO Y PROCESO DE REACCIÓN O MEZCLA LÍQUIDO/GAS
CAMPO TECNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un equipo y un proceso de reacción o mezcla entre un liquido y un gas con el objetivo de obtener una reacción o mezcla más eficiente entre el liquido y el gas. La presente invención, además, permite recuperar el gas que no reacciona durante la reacción o la formación de la mezcla entre el gas y el liquido y, reciclar dicho gas a la zona de reacción o mezcla mejorando la eficiencia del proceso.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Desde hace bastante tiempo existen varios procesos industriales donde se utilizan reacciones o mezclas de un liquido y un gas para distintos fines desde la producción de aguas gasificadas, desinfección de agua hasta llegar a la neutralización de aguas residuales por medio del contacto directo de un gas y un liquido. Dichas aplicaciones presentan distintas problemáticas que por lo general corresponden a la misma desventaja, que es la no utilización completa del gas utilizado en el proceso de reacción o mezcla. Esto produce una pérdida del gas por no uso en los distintos procesos industriales, generando una reacción o mezcla no completa y, donde el gas no reaccionado o solubilizado no es recuperado. Actualmente, una aplicación relacionada con el proceso de reacción o mezcla entre un gas y un liquido, es el uso de dióxido de carbono para neutralizar y/o ajustar el pH de soluciones acuosas alcalinas en reemplazo de ácidos fuertes. Los procedimientos conocidos que emplean CO2 muestran bajos índices de eficacia, de 20 a 50 %, debido a que la mezcla de líquido-gas no se realiza en forma eficiente.
Además, existe una tendencia natural de las burbujas de CO2 a salir de la solución por lo livianas que son, como consecuencia no se logra una buena interacción entre el gas y el líquido para formar ácido carbónico.
Por otro lado, cuanto mayor es el tamaño de una burbuja de CO2 en la solución acuosa, más difícil es que se produzca ácido carbónico. Para solucionar estos problemas, se utilizan en la actualidad eyectores convencionales, que son dispositivos empleados con el objetivo de promover la mezcla entre CO2 (gas) y la solución acuosa (líquido) . Estos eyectores están construidos alrededor de tubos Venturi del tipo Herschel, y que originalmente están diseñados para medir el flujo de líquidos y gases en un conducto cerrado o directamente el uso como inyector de gas .
Los dispositivos que se han desarrollado para poder mejorar la formación de ácido carbónico, tienen como objetivo generar burbujas más pequeñas y un flujo turbulento, para tener una mezcla más completa y eficiente entre las burbujas del gas y el liquido.
Estos dispositivos han logrado mejorar la producción de ácido carbónico, sin embargo, igual existe una cantidad de CO2 que se pierde en el proceso por no alcanzar a reaccionar o mezclarse con el liquido, y se eliminan en el proceso de reacción o mezcla como burbujas no reaccionadas.
En el estado del arte es posible encontrar varias patentes que utilizan diferentes tecnologías tendientes a solucionar las problemáticas antes mencionadas. Por ejemplo, el documento EP0211685, "Ej ectorr Particularly for the Neutralization of Aqueous Alkaline Solutions by Carbón Dioxide" ; el cual divulga que la invención tiene como objetivo lograr niveles de eficiencia de alrededor del 90% a través de una mezcla perfecta de los dos fluidos, una en la fase líquida (agua) y el otro en la fase de gas (CO2) , mediante la incorporación de cambios en el tubo Venturi convencional. Estos cambios, basados en estudios de reacciones entre el líquido y la fase gas, propiedades de las soluciones y sus componentes alcalinos, han hecho posible el desarrollo de un nuevo tipo de eyector que es objeto de este documento invención. Otro documento relacionado con la materia técnica de la presente invención es DE2030290, "¡¥aste waters treatment by neutralising in a flow-pipe" ; que divulga la reacción del agua a tratar con los productos químicos necesarios para el ajuste de pH que se lleva a cabo en una tubería de flujo, en un proceso para la neutralización de residuos de aguas ácidas y/o alcalinas. La adición y mezcla de productos químicos con agua se lleva a cabo a través de un eyector integrado en el flujo de la tubería, y el agua es cargada mediante una bomba, preferiblemente después de recoger todas las aguas a ser tratadas en receptor de bombeo. Las aguas tratadas pasan un control final en el flujo de la tubería antes de salir del canal .
Por último, el documento US 7537707, "Gas Inj ector and Method Therefor" divulga un inyector de gas que se puede instalar de una manera que es menos invasiva que utiliza actualmente sistemas de inyección de gas pre-existente para plomería de un sistema de bombeo y que permite la absorción de gas más eficiente en agua que los sistemas de inyección de gas que se utilizan actualmente.
En cambio, el equipo y proceso de la presente solicitud permiten una reacción o mezcla de un líquido y un gas, como por ejemplo, en un control de pH, por medio de tres etapas consecutivas, donde se comienza con una etapa de inyección gas (A) en dos zonas, una de alta y una de baja presión, para luego continuar con una etapa de mezcla y pulverización de las burbujas de gas, (B) y, finalmente en una etapa (C) se recuperan las burbujas de gas no reaccionado o mezclado en estado gaseoso, el cual es llevado a la etapa (A) para ser inyectado en la zona de baja presión (2) .
Específicamente, la presente invención se relaciona con un proceso de reacción o mezcla de un gas y un líquido por medio de un equipo que cuenta con cuatro componentes para llevar a cabo etapas que mejorarán, por ejemplo, la acidificación de agua mediante la utilización de dióxido de carbono (CO2) formando ácido carbónico, compuesto encargado de acidificar el agua con un alto porcentaje de eficiencia en el uso de dicho gas. La presente invención permitirá obtener una mezcla líquido/gas a través de un método más seguro para las personas y el medio ambiente, evitando utilizar productos químicos peligrosos, como por ejemplo ácido sulfúrico, etc.
Para llevar a cabo el método de la presente invención, se utiliza un eyector tipo Venturi convencional (3) con puntos de inyección directa de gas (1) y puntos de recuperación de gas (2), utilizando las características peculiares del Venturi. El equipo comprende un mezclador estático (5) con hélices seccionadas y giradas en 90° (4) que es utilizado para mezclar el gas y el líquido, disminuyendo el tamaño de las burbujas de gas y, que permite mejorar la reacción o mezcla, como por ejemplo, la formación de ácido carbónico. Finalmente, en un dispositivo de recuperación de burbujas de gas (9) que no alcanzaron a reaccionar o a mezclarse con el líquido, las burbujas de gas son ventajosamente recuperadas para volver a ser inyectadas al proceso de reacción o mezcla mediante un conducto (11) . El ajuste o regulación del gas que ingresa en el punto (1) se efectúa de acuerdo a una medición realizada de la mezcla o reacción liquido/gas obtenida, tomando en el punto (10) una muestra de la mezcla resultante, la que se mide con una sonda adecuada al proceso, conectada a un controlador, el cual en base al objetivo requerido actúa sobre una válvula de regulación, ubicada en el punto (2), permitiendo ajustar la inyección del gas.
RESUMEN DE LA INVENCION
La presente invención se relaciona con un equipo y un proceso de reacción o mezcla que tienen como objetivo obtener una reacción o mezcla más eficiente y completa entre un liquido y un gas y que, además, permitirá recuperar el gas que no reacciona o no se mezcla en el proceso de reacción o mezcla reciclándolo a la zona de reacción o mezcla inicial para una mayor eficiencia del proceso.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Los dibujos que se acompañan, se incluyen para dar a conocer los principios de la invención:
Figura 1.- Representa las etapas del proceso de reacción o mezcla liquido/gas de acuerdo a la presente invención. Figura 2.- Representa una vista detallada de los componentes principales del equipo de mezcla liquido/gas de acuerdo a la presente invención.
DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN
La presente invención tiene como objetivo lograr una mezcla más eficiente y completa entre un liquido y gas mediante un equipo que comprende 4 componentes para llevar a cabo un proceso de reacción o mezcla que mejora el contacto, y por ende, la reacción o mezcla entre un liquido y un gas, seguido de una etapa de recuperación del gas que no reacciona durante la reacción o formación dicha mezcla. Este gas es reciclado a la zona de reacción o mezcla permitiendo mejorar la eficiencia y el costo del proceso de reacción o mezcla entre el liquido y el gas.
Una forma de realización y sin limitar el alcance de la presente invención, es control de pH en sistemas de conducción de agua para riego agrícola o similar, con el objetivo de obtener aguas levemente acidas, lo que permitirá mejorar la disponibilidad de nutrientes por parte de las plantas en procesos de fertiriego. Aguas con esta característica, es decir, levemente ácidas con valores de pH entre 6 a 7 similares al pH de la savia de las plantas, permiten mejorar notablemente la absorción de los nutrientes necesarios para el crecimiento y producción agrícola. Adicionalmente al disminuir el pH del agua se logra eliminar la formación de sarro o incrustaciones en tuberías, micro aspersores y goteros. La formación de sarro o incrustaciones en tuberías, micro aspersores y goteros se debe a que la mayoría de las aguas, como por ejemplo las utilizadas en Chile, presentan valores de dureza total de medios a altos, lo que se traduce en la formación de incrustaciones o depósitos en tuberías, líneas y medios de riego.
En forma más concreta la invención de la presente solicitud propone un proceso de reacción o mezcla entre un líquido y un gas mediante un equipo permitiendo controlar el pH del líquido (agua) en forma más inocua, segura para el medio ambiente y las personas aumentando la eficiencia en el uso del un gas (CO2) igual o superior al 95 % mediante una reacción o mezcla líquido/gas más eficiente. Para el cumplir con el objetivo anterior, el equipo dispone de un componente de recuperación del gas no absorbido por el líquido a tratar, durante el proceso de reacción o mezcla líquido/gas, reciclando dicho gas a la etapa (A) para obtener una reacción o mezcla más eficiente, lo que permitirá bajar los costos de operación y aumentar el rendimiento del gas utilizado.
El equipo utilizado en el proceso de reacción o mezcla, también es objeto de la presente invención. Este equipo comprende cuatro componentes, a través de los cuales se logra obtener una reacción o mezcla con mayor eficiencia reduciendo, por ejemplo, el pH del agua mediante el uso de CO2 gas.
El proceso de la presente solicitud se muestra en la Figura 1, donde se establecen las distintas etapas del proceso de reacción o mezcla entre un gas y un liquido y los componentes del equipo que participan en dicho proceso, por una lado la reacción y formación de un compuesto determinado, como por ejemplo, ácido carbónico y por el otro, la recuperación del gas, como por ejemplo, CO2 no reaccionado, y que es retornado al punto de inyección de baja presión permitiendo aumentar la eficiencia del proceso de uso del gas a un valor igual o superior al 95 %.
Las condiciones propuestas por la presente invención, se basan en estudios de reacciones entre fases liquidas y gaseosas, propiedades de las soluciones y componentes alcalinos, los cuales han permitido desarrollar un proceso de mezcla para lograr el objetivo propuesto por la presente solicitud, donde el equipo está configurado por varios componentes que trabajan en conjunto.
Asi, la presente invención proporciona un equipo que comprende los siguientes componentes; Componente 1.- Inyector de gas Alta Presión (Etapa (A)), Componente 2.- Inyector de gas de Baja Presión con pre-mezclador (Etapa (A)), Componente 3.- Mezclador y pulverizador de burbuja de gas (Etapa (B) ) y Componente 4.- Recuperador de Burbujas de gas (Etapa (C) ) , que permite que el gas recuperado sea reinyectado al Componente 2.
El proceso de la presente invención consiste en un paso de reacción o mezcla de un liquido y un gas, lo que involucra dos etapas distintas, una etapa de reacción y una etapa de recuperación. La etapa de reacción, como por ejemplo acidificación de agua con CO2, utiliza un eyector convencional o Venturi adecuado a la linea de agua del sistema de riego.
El equipo utilizado en el proceso de la presente invención corresponde a un dispositivo estático, es decir, no tiene partes móviles, emplea energía cinética procedente del flujo de líquido (agua) . El líquido entra en la sección de entrada cilindrica del Venturi y se inyecta el gas (CO2) (1) desde un depósito de almacenamiento de gas presurizado y regulado, después el líquido es restringido en el cuello de botella en la sección convergente del eyector (3) . Esto permite una reducción en la presión estática y un aumento en la velocidad de flujo del líquido (agua), dicha reducción de presión estática (2) es la que permite recuperar el gas no reaccionado de la reacción o mezcla que proviene del tercer componente.
Esta velocidad alcanza su punto máximo en la sección (cuello de botella) de menor diámetro del eyector y está determinada por la fórmula:
V =Q/A
En la que: V = velocidad del fluido en la sección cilindrica (cuello de botella) de diámetro reducido del eyector, en metros por segundo (m/s) .
Q = flujo del fluido a través del eyector, en metros cúbicos por hora (m3/h) .
A = diámetro interno de la sección cilindrica (cuello de botella) de diámetro reducido del eyector en milímetros (mm) .
En el estado del arte, velocidades cercanas a 17,3 m/s han demostrado que presenta la mayor eficacia de mezcla. Menores diámetros de burbujas de un gas y en consecuencia, mayor interacción líquido/gas promueven una eficacia de reacción de 90 ± 5 % para la formación de ácido carbónico según la siguiente ecuación de equilibrio:
C02(g) + H2O^C02(ac) + H20 C02(ac) + H2O^H2C03 (I)
H2C03 H+ + HC03 ~ HC03 ~ H+ + C03 = (II)
Debido a la formación de las micro burbujas en la etapa de inyección del gas, C02, se logra una pre-mezcla entre gas y líquido produciendo la reacción anteriormente descrita. La inyección no es lo suficiente efectiva para solubilizar el C02, por lo que se debe dispone de una zona de mezcla más efectiva y de pulverización, favoreciendo la formación de burbujas de menor diámetro, aumentando tanto la capacidad de solubilizar el CO2 gaseoso y la velocidad de la reacción.
En el Componente 4 (9) se recupera el gas no reaccionado con el liquido y que luego es llevado al Componente 2, gracias a la reducción de presión que se genera en la zona más estrecha del Venturi (2), donde se dispone de un punto o zona de menor presión que en el Componente 4, llamada zona de inyección de baja presión de gas del Componente 2.
Este punto o zona de baja presión en el Venturi está constituido por una reducción de diámetro y luego una expansión del diámetro de la tubería para llegar al diámetro inicial de la tubería, obteniéndose una área o zona de baja presión, la que corresponde a la zona de reducción de diámetro antes de la expansión y a la recuperación del diámetro de tubería .
E JEMPLO DE APLICACIÓN
El equipo y proceso de la presente invención permiten lograr niveles de eficacia de mezcla iguales o superiores al 95 %, mediante una reacción o mezcla perfecta de los dos fluidos, líquido y gas. El proceso de reacción o mezcla de la presente invención comprende tres etapas, las que serán detalladas mediante la descripción de la Figura 1, en donde se representa en forma esquemática el método de acidificación del agua por medio de dióxido de carbono. Los componentes del equipo de la presente invención también serán descritos más adelante (Figura 2) .
Método de acidi icación de agua:
A. - Etapa Inyección de CO2 .
B. - Etapa Mezclar y Pulverizar burbujas de CO2 .
C - Etapa Recuperar burbujas de CO2 .
Etapa 1.- Inyección Dióxido de Carbono ( CO2 ) ·
La inyección de CO2 se realiza mediante dos fuentes distintas para comenzar con el proceso de acidificación que comprende la formación de ácido carbónico anteriormente detallado. Para ello se dispone de un sistema de inyección de alta presión de CO2 , es decir un cilindro de CO2 de alta presión que cuenta con reguladores de presión, él cual está conectado por ducto (manguera) y ajustado a una presión 1,1 veces por sobre la presión de la linea de agua, llegando a una pequeña tubería (1) que atraviesa la tubería principal que posee micro agujeros de 0,5 mm en el sentido del flujo del agua, seguido de un eyector Venturi Convencional (3) donde se realiza la inyección de baja presión de CO2. En el eyector Venturi se dispone de una zona convergente que favorece el aumento de la velocidad del fluido, donde el fluido pasa de una sección de diámetro mayor a una sección de diámetro menor, zona convergente de menor diámetro o garganta. La característica de esta garganta permite obtener una presión menor que la presión del sistema total, la presión del sistema depende de la presión de la bomba de impulsión que se disponga en el sistema de riego, lo que proporciona una fuerza motriz suficiente para succionar CO2 desde la zona de recuperación, punto que se identifica como zona de inyección de baja presión de C02 (2) .
Etapa 2.- Mezcla y Pulverización de CO2.
En esta etapa se dispone de una sección de mezclamiento mecánico, mediante un mezclador estático (5), que cuenta con un espiral de varios cuerpos (hélice) (4), los que se encuentran a 90° uno frente al otro. El objetivo de estar en un ángulo de 90° uno respecto al otro es permitir mejorar el contacto del gas y el agua, por medio de la disminución de tamaño de la burbuja y la mezcla de ambos fluidos líquido/gas. El tamaño inicial de la burbuja de gas está entre 0,6 a 0,4 rom, y por estar a 90° los planos de las distintas hélices disminuye el tamaño por debajo del 50% del tamaño original de la burbuja. Adicionalmente, se mejora la reacción o mezcla del gas y líquido mediante cambios de dirección de la mezcla, lo que genera un mejor contacto entre el líquido y el gas. Etapa 3.- Recuperación de Burbujas de CO2 .
En esta etapa se lleva cabo la recuperación del CO2 gas no reaccionado el cual es reciclado a la Etapa 1, zona de inyección de baja presión de CO2 (2) .
Para poder recuperar el CO2 gas (burbujas) y reciclarlo a la Etapa 1, se dispone del Componente 4 (9) que se basa su funcionamiento en el cambio de dirección del liquido, perpendicular al sentido del flujo, hacia una zona de mayor diámetro, 30 % mayor en diámetro que la linea principal de agua. Esto se logra por medio de un tubo en 90° (6) que es introducido por una cámara de mayor diámetro y ocupa el 75 % del largo total del tubo o cámara de mayor diámetro. Con este cambio de dirección de flujo, se obliga a que la mezcla agua/CC>2 se dirija a la zona alta de la cámara de mayor diámetro (7) . Esto provoca una disminución de la velocidad del liquido y favorece la separación del gas del liquido, el liquido (agua) desciende en el sentido contrario del flujo de entrada sin CO2 gas (12) . El CO2 gas se acumula en la parte superior de la cámara de mayor diámetro (7) se recupera a través de la salida (8) y se conduce dicho CO2 gas hacia el Componente 2 por un conducto (11), como por ejemplo una manguera, hacia la zona de baja presión (2) del Venturi (Componente 2 ) . Equipo de la presente invención:
Componente 1.- Inyector de gas de Alta Presión.
Componente 2.- Inyector de gas de Baja Presión y premezclado
Componente 3.- Mezclador y pulverizador de burbu a de gas Componente 4.- Recuperador de burbujas de gas
El equipo de la presente invención se detalla a continuación, a través del cual se obtiene un aumento de la eficiencia del 95 %:
Comprende un tubo de 10 mm (1) que ocupa todo el diámetro de la tubería de entrada al Venturi, que cuenta con pequeñas perforaciones, encargadas de entregar micro burbujas de un gas a un líquido que converge y acelera su velocidad para generar un flujo turbulento.
- Comprende otro punto de inyección de gas que proveniente del Componente 4 (9) a la zona de baja presión o garganta del Venturi (3) . El gas recuperado, es recirculado desde la parte superior de la cámara de recuperación del gas (7) y vuelto a inyectar en la zona de baja presión del Venturi (2) . En este caso, se utiliza el Venturi como un sistema motriz que succiona el gas recuperado del Componente 4, que genera un punto o zona de menor presión que la del sistema, característica propia del Venturi convencional. Esto genera un flujo desde una zona de mayor presión a otra de menor presión que es donde se recupera el gas, con esto se elimina la perdida de gas no reaccionado o mezclado a diferencia de sistemas en que el gas se inyecta pero el gas no utilizado no es recuperado en el proceso de reacción o mezcla.
- Dispone de una sección de mezcla forzada (5) para mejorar la interacción del gas y el liquido, lo cual permite mejorar la solubilización del gas en el liquido, y asi formar, por ejemplo, en un proceso de neutralización, ácido carbónico. Esta sección cuenta con 6 cuerpos de espirales (4) invertidos que permiten mejorar y ayudar a la interacción del gas con el liquido en la linea acuosa.
- Incluye una cámara de mayor diámetro (9), que permite bajar la velocidad del liquido y de las burbujas no reaccionadas, las que suben a la parte superior de la cámara de recuperación (7) para ser conducidas por un conducto o una tubería (11) para su inyección en la zona de baja presión del Venturi ( 2 ) .

Claims

REIVINDICACIONES
1. Equipo para realizar un proceso de reacción o mezcla entre un gas y un liquido, CARACTERIZADO porque comprende:
a) un componente 1 que es un inyector de gas de alta presión;
b) un componente 2 que es un inyector de gas de baja presión y premezclado;
c) un componente 3 que es un mezclador y pulverizador de burbujas de gas;
d) un componente 4 que es un recuperador de burbujas de gas .
2. El equipo de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque el componente 1 se encuentra acoplado al componente 2.
3. El equipo de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque el componente 2 es un Venturi convencional y se encuentra acoplado al componente 3.
4. El equipo de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque el componente 3 comprende un espiral de varios cuerpos que pueden ser una serie de 6 hélices giradas en 90° y confrontadas una contra la otra, y este componente se encuentra acoplado al componente 4.
5. El equipo de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque el componente 4 comprende una cámara o dispositivo de acumulación de burbujas de gas, que presenta un cambio de diámetro de menor a mayor, ubicándose el diámetro menor en la parte baja y el mayor en la parte superior de dicho dispositivo o cámara.
6. El equipo de acuerdo a la reivindicación 5, CARACTERIZADO porque la parte inferior de dicho dispositivo o cámara presenta un menor diámetro que permite el ingreso del liquido en sentido ascendente y, la zona de mayor diámetro permite la salida del liquido, zona que se encuentra en la parte baja del componente 4.
7. El equipo de acuerdo a la reivindicación 5, CARACTERIZADO porque el componente 4 esta acoplado por su parte superior al componente 2 en la zona de baja presión.
8. El equipo de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque además comprende una sonda adecuada al proceso, conectada a un controlador, el cual en base al objetivo requerido actúa sobre una válvula de regulación, ubicada en el punto (2) .
9. Proceso de reacción o mezcla entre un liquido y un gas, CARACTERIZADO porque comprende las siguientes etapas:
a) una etapa de inyección de gas;
b) una etapa de mezcla y pulverización de burbujas de gas; y c) una etapa de recuperación de burbujas de gas.
10. El proceso de acuerdo a la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque la etapa de inyección de gas de alta presión se realiza con una presión 1,1 veces la presión del liquido que ingresa por el componente 1, donde el liquido que ingresa al componente 2 lo hace a la velocidad especificada para el Venturi, lo que permite generar una zona de baja presión de gas en el componente 2 y, mediante el cambio de diámetro se produce una reducción de presión en una zona puntual (2) del componente 2, permitiendo succionar el gas acumulado en el componente 4.
11. El proceso de acuerdo a la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque en la etapa de mezcla y pulverización de burbujas de gas por medio de cambios de dirección del liquido/gas permite generar un fraccionamiento de las burbujas que favorece la reacción o mezcla con el liquido, debido a una mayor área de contacto entre el gas y el liquido.
12. El proceso de acuerdo a la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque la etapa de recuperación de burbujas de gas se a cabo mediante cambios en las velocidades de las burbujas que no reaccionan y un cambio de dirección del liquido, donde este último sale del equipo.
13. El proceso de acuerdo a la reivindicación 12, CARACTERIZADO porque el gas es acumulado en la zona de mayor diámetro (7) del dispositivo o cámara de recuperación y luego, es succionado por la zona de baja presión (2) del componente 2, el cual esta acoplado por un ducto para este fin.
14. El proceso de acuerdo a la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque además comprende ajusfar o regular el gas que ingresa en el punto (1) mediante una sonda adecuada al proceso, conectada a un controlador, que actúa sobre una válvula de regulación ubicada en el punto (2), permitiendo ajusfar la inyección del gas.
15. Uso del equipo de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque sirve para realizar una reacción o una mezcla entre un gas y un liquido.
16. El uso del equipo de acuerdo a la reivindicación 15, CARACTERIZADO porque la reacción o mezcla entre un gas y un liquido se selecciona del grupo consistente de procesos de neutralización, desinfección, tratamiento de agua.
17. El uso del equipo de acuerdo a la reivindicación 15, CARACTERIZADO porque el gas se selecciona del grupo consistente de CO2, ozono, amoniaco, CIO2.
18. El uso del equipo de acuerdo a la reivindicación 15, CARACTERIZADO porque el liquido se selecciona del grupo consistente de agua, soluciones alcalinas, soluciones acidas, aguas residuales.
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