BR112012013862B1

BR112012013862B1 - estrutura de alimentação para uso com um recipiente de sedimentação

Info

Publication number: BR112012013862B1
Application number: BR112012013862-6A
Authority: BR
Inventors: Phillip Lake; Mark Crozier
Original assignee: Paste Thick Ventures Llc; Westech Engineering, Inc
Priority date: 2009-12-08
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2020-11-10
Also published as: US8182701B2; ZA201204307B; RU2012128526A; MA33885B1; MX2012006520A; CL2012001502A1; CA2782933A1; WO2011071580A1; PE20130531A1; US20110132850A1; CA2782933C; AU2010328605B2; RU2535709C2; TR201206725T1; BR112012013862A2; AU2010328605A1; PE20171440A1

Abstract

ESTRUTURA DE ALIMENTAÇÃO PARA USAR COM UM RECIPIENTE DE SEDIMENTAÇÃO E MÉTODOS PARA AUMENTAR A EFICIÊNCIA DENTRO DO RECIPIENTE DE SEDIMENTAÇÃO. Uma estrutura de alimentação pode ser usada em conjunção com um recipiente de sedimentação para separar os sólidos dos líquidos, que podem estar na pasta. A estrutura de alimentação inclui uma câmara de alimentação guardando uma parede central. Pelo menos um orifício colocado na base da câmara. Um poço de alimentação que é essencialmente concêntrico com a câmara de alimentação também é usado. A câmara de alimentação está em contato com o poço de alimentação, onde a pasta flui através de tal orifício para entrar o poço de alimentação. Outra saída é colocada no poço de alimentação (pode ser perto do fundo do poço de alimentação). A pasta pode fluir através da saída ao recipiente de sedimentação.

Description

CAMPO TÉCNICO

A invenção atual relaciona-se geralmente a recipientes de sedimentação usados na separação de sólidos e líquidos. Mais especificamente, a invenção atual relaciona-se a um novo tipo de poço de alimentação (feedwell)ou sistema de alimentação usado em recipientes de sedimentação.

HISTÓRICO

Muitas instalações comerciais (tal como instalações de mineração, instalações de fabricação, instalações químicas, instalações de tratamento de água ou outras instalações) usam água ou líquido para ou como parte do seu processo(s). O líquido frequentemente contém vários sólidos ou partículas, criando o desejo ou até a necessidade de separar os sólidos do líquido. Um tipo de estrutura que é usada para separar sólidos e líquidos é um recipiente de sedimentação.

Recipientes de sedimentação são usados rotineiramente na separação de líquido/sólido na indústria. As vezes, os nomes “espessante” ou “clarificador” são usados para descrever recipientes de sedimentação em geral. Nos recipientes de sedimentação, líquidos e sólidos são separados um do outro por meio da gravidade tal como descrito nos princípios explicados na Lei Stokes. Geralmente, os sólidos e os líquidos vêm em forma de pasta e são inseridos no vaso de separação por meio de um poço de alimentação (o qual às vezes é conhecido como “feedwell”). Porém, os recipientes de sedimentação normalmente sofrem muitas deficiências. Por exemplo, em muitos desses vasos a pasta não é recebida uniformemente no poço de alimentação ao recipiente de sedimentação, fazendo com que a separação de sólidos e líquidos seja ineficiente.

É desejável criar um novo tipo de estrutura de alimentação (para recipientes de sedimentação) que possam distribuir mais uniformemente a pasta dentro do recipiente de sedimentação, melhorando assim a eficiência do processo de separação. Tal invenção é divulgada aqui.

As questões associadas com a distribuição desigual de sólidos no recipiente de sedimentação são conhecidas, e várias patentes têm sido levantadas direcionadas ao problema. Um exemplo é a Patente U.S. 6.276.537 que usa uma pluralidade de estruturas de saída estendidas de um poço de alimentação de câmara única em uma tentava dirigir a pasta uniformemente até o recipiente de sedimentação. A realização desta patente é um fundo fechado, com excepção da pluralidade de saídas. Esta estrutura tem o potêncial de permitir com que as partículas ásperas desçam na câmara. A Publicação da Patente U.S. 2009/173701 também usa um sistema de uma única câmara mas tenta distribuir uniformemente o fluxo saindo do poço de alimentação com uma série de deflectores. O modelo descrito possui um teto cônico que direciona a corrente de alimentação do meio para fora as paredes onde os deflectores estão localizados. Além de implementar diferentes tentativas para produzir uma distribuição uniforme da pasta ao recipiente de sedimentação, cada uma destas patentes de câmaras individuais requer a combinação da distribuição de fluxo e floculação da corrente de alimentação na câmara individual. Um sistema de poço de alimentação de câmara dupla é encontrada na Patente U.S. no. 7.591.946 para otimizar a mistura, tempo de estadia e distribuição das soluções para floculação e oferece como alternativa a poços de mistura corrente acima. A primeira zona recebe a pasta de alimentação, água de diluição se for necessário a corrente de solução de floculante. Esta primeira zona ou câmara fornece agitadores movidos a motor para dar a mistura necessária para flocular os sólidos. A pasta então transborda a zona a uma segunda zona através de uma saída localizada “centralmente acima do chão” da primeira câmara. A posição da saída da câmara é para fornecer o tempo de estadia requerendo que a pasta suba e saia por cima da saída. A transição entre as duas zonas seria fluxo laminar para evitar quebradura de floculo produzidos. A pasta na segunda zona flui “para baixo por gravidade” em direção ao cone deflector na segunda câmara, que direciona o fluxo uniformemente ao espessante.

BREVE RESUMO DA INVENÇÃO

Uma estrutura de alimentação para usar com um recipiente de sedimentação é divulgada. A estrutura de alimentação é composta de uma câmara de alimentação que guarda uma parede central. Ao menos um orifício é colocado na base da câmara. A estrutura de alimentação também inclui um poço de alimentação que é essencialmente concêntrico com a câmara de alimentação, onde a câmara de alimentação esta em comunicação com o poço de alimentação, e onde a pasta pode fluir através do orifício para entrar ao poço de alimentação. A estrutura de alimentação também inclui uma saída. A saída é colocada na base do poço de alimentação e a pasta sairá através da saída do recipiente de sedimentação. Em algumas realizações, a câmara de alimentação pode ter orifícios colocados na base da parede central. Em outras realizações, o orifício de câmara de alimentação é um vão consecutivo, onde se etende em torno da circunferência toda da parede central. Em algumas realizações a parede central é cónica ou cilíndrica. A pasta pode fluir geralmente diagonalmente e/ou descendo quando passa através do orifício no vaso de alimentação. Em outras realizações, pelo menos uma parte da câmara de alimentação pode ser colocada acima do vaso de alimentação. Realizações adicionais podem ser construídas de tal maneira que quando a pasta sai do poço de alimentação, a pasta tem um padrão de fluxo concêntrico dentro do recipiente de sedimentação.

As realizações presentes também divulgam um método para aumentar a eficiência dentro de um recipiente de sedimentação. O método é composto de uma obtenção de um poço de alimentação, o poço de alimentação sendo composto de uma saída através da qual pasta pode fluir para o recipiente de sedimentação. O método também é composto da obtenção de uma câmara de alimentação, a câmara de alimentação compreende uma parede central interna e pelo menos um orifício colocado na base da câmara. A câmara de alimentação é instalada próxima ao poço de alimentação de tal maneira que quando instalado, a pasta passará pela câmara de alimentação ao orifício, através do orifício ao poço de alimentação, atráves do poço de alimentação ao orifício, e através do orifício no recipiente de sedimentação. Em algumas realizações, a câmara de alimentação é um poço de alimentação existente modernizado.

Como observado aqui, o sistema de alimentação pode ser projetado para uso com um recipiente de sedimentação e pode ser capaz de receber uma quantidade de pasta de alimentação e entregar a pasta ao recipiente de sedimentação. A pasta de alimentação é composta de uma mistura de sólidos e líquidos, que são separados um do outro no recipiente de sedimentação.

Em algumas realizações, o sistema de alimentação é composto de uma câmara de alimentação (que é chamada de “câmara de distribuição de alimento”) que adiciona a pasta de alimentação ao poço de alimentação. A câmara de alimentação pode ser colocada a montante do poço de alimentação. A câmara de alimentação pode ser concêntrica com o poço de alimentação. Uma porção da câmara de alimentação pode ser colocada acima do topo do poço de alimentação. A pasta entra a câmara de alimentação antes de ser-lhe permitido entrar ao poço de alimentação.

A câmara de alimentação tem uma abertura estreita (a qual é conhecida como “orifício”) abaixo da superfície de topo do poço de alimentação. A pasta deve fluir através da abertura para entrar ao poço de alimentação. Esta abertura introduz uma pressão diferencial entre a pasta de alimentação que entra (maior pressão) e o poço de alimentação (baixa pressão). A área da câmara de alimentação próxima à abertura tem uma velocidade de fluxo maior que outras áreas da câmara de alimentação. Esta taxa de fluxo maior cria uma fricção e turbulência dentro da câmara de alimentação, especialmente ao redor das áreas de fluxo maior. Esta turbulência cria uma resistência inerente ao fluxo. Portanto, a pasta entrando à câmara de alimentação normalmente seguirá o caminho com menos resistência, e como a resistência ao fluxo é maior em áreas com taxas de fluxo maiores que áreas de fluxo menor, as áreas de fluxo baixo atrairão mais pasta que entra. Isto equilibra o fluxo dentro da câmara de alimentação e garante que a pasta entrando seja atraída à todas as áreas da câmara de alimentação.

A pasta entrando a câmara de alimentação pode ser, em uma realização, introduzida tangencialmente (por exemplo, do lado da câmara de alimentação). Impulso angular levara a pasta em uma maneira circular na câmara de alimentação, assim minimizando a capacidade de segregar partículas de sólidos finos (“finos”) das partículas diluídas pesadas. Este fluxo circular também ajuda a garantir que a polpa que entra alcance as partes mais distantes da câmara de alimentação de maneira homogênea (ou essencialmente homogênea). A segregação do material sólido a finos e partículas pesadas deve ser evitado (em algumas realizações) para reduzir ou evitar a colocação desigual de sólidos pesados em áreas isoladas do poço de alimentação. Se as partículas mais pesadas separam-se uma das finas, estas partículas pesadas formarão depósitos dentro do recipiente de sedimentação (a qual é conhecida como “ilha de areia”) e reduzira drasticamente a eficiência dos processos de separação. A introduzir a pasta tangencialmente à câmara de alimentação, a possibilidade de formação de ilhas de areia é reduzida.

Em algumas realizações, a câmara de alimentação é cilíndrica e projetada de tal maneira que o fluxo para fora da câmara de alimentação (ao poço de alimentação) é direcionado radialmente para fora e para baixo dirigido à parede exterior do poço de alimentação. Ao mesmo tempo, a saída do poço de alimentação é colocado no fundo e centro do poço de alimentação. Isto significa que o caminho do fluxo da pasta de alimentação tem que mudar a direção de volta ao meio do aparelho de sedimentação. Ao forçar a pasta a mudar de direção, um processo de separação mais eficiente pode ser alcançado ao tirar a possibilidade de curto-circuito, por meio do qual a pasta sai do poço de alimentação em um caminho direto.

BREVE DESCRIÇÃO DOS VÁRIOS PERFIS DOS DESENHOS

Na ordem do que já mencionado e outras características e vantagens da invenção são obtidas, será facilmente compreendido, uma descrição mais específica da invenção descrita brevemente acima, será oferecida por referência a realizações específicas da mesma que estão ilustradas nos desenhos anexados. Entender que estes desenhos ilustram somente realizações típicas da invenção e não devem ser considerados limitadores de suu escopo, a invenção será descrita e explicada com especificidade e detalhe adicional por meio dos desenhos que o acompanham nos quais:

A figura 1 é um perfil de seção transversal de uma realização do recipiente de sedimentação que inclui um sistema de alimentação segundo as realizações atuais;

A Figura 2A é um perfil de seção transversal de uma realização do sistema de alimentação da Figura 1;

A Figura 2B é um perfil em pespectiva de uma realização do sistema de alimentação da Figura 1;

A Figura 3A é um perfil de seção transversal de uma outra realização de um sistema de alimentação que pode ser usado no recipiente de sedimentação da Figura 1;

A Figura 3B é uma vista em perspectiva da realização do sistema de alimentação da Figura 3A;

A Figura 4A é uma vista de cima da realização do sistema de alimentação na Figura 2A ilustrando o padrão de fluxo da pasta saindo do poço de alimentação;

A Figura 4B é uma vista lateral do padrão de fluxo na Figura 4A; e

A Figura 5 é uma vista em perspectiva de uma realização mostrando o padrão de fluxo da pasta saindo de um recipiente de sedimentação.

DESCRICAO DETALHADA

As realizações atualmente preferidas da invenção atual serão mais bem entendidas por meio de referência aos desenhos, em que partes semelhantes são designadas por números iguais ao longo do texto. Será facilmente entendido que os componentes da realização atual, tal como descrita e ilustrada em geral nas figuras, podem ser organizados e designados em várias configurações diferentes. Assim, a seguinte descrição mais detalhada da invenção, tal como ilustrada nas figuras, não é intencionada a limitar o escopo da invenção, como reivindicado, mas é apenas representativa de realizações atualmente preferidas da invenção.

Em referência à Figura 1, um perfil de seção transversal de um recipiente de sedimentação 100 é apresentado. O recipiente de sedimentação 100 pode ser chamado de espessador ou clarificador. Deve ser notado que a configuração do recipiente de sedimentação 100 é proporcionada somente por motivos de ilustração. Há uma grande variedade de configurações que podem ser usadas para o recipiente de sedimentação 100. Por exemplo, o recipiente de sedimentação 100 pode ser retangular, redondo, ou de qualquer outra forma.

Como insinuado pelo nome, o recipiente de sedimentação 100 é projetado para separar a maioria das partículas solidas 190 ou materiais de um líquido 187. Tal processo de separação ocorre por causa dos princípios explicados pela lei de Stokes, onde os sólidos 190 depositam-se no fundo do recipiente de sedimentação 100 enquanto o líquido clarificado 187 é extraído do topo do vaso 100. O recipiente de sedimentação 100 inclui uma câmara de separação 114, a qual é apresentada como uma unidade cilíndrica na realização da Figura 1. Tal como mencionado antes, outras configurações também são possíveis. A câmara de separação 114 é definida por uma ou mais paredes exteriores 116. O volume dentro da câmara 114 é composto da zona de separação 118, que é uma zona onde a separação de sólidos e líquidos ocorre por causa da força da gravidade, por exemplo. (A zona de separação pode cobrir toda a altura vertical da câmara 114). Enquanto os sólidos 190 depositam-se no fundo da câmara 114, raspadores ou a gravidade podem ser usados para acumular a pasta espessada no fundo da câmara 114 em uma saída 126.

Quando adicionados ao recipiente de sedimentação 100, os sólidos 190 e líquidos 187 são normalmente são misturados e viram uma pasta 184 (que pode ser chamada de “pasta de alimentação”). A maioria dos sólidos 190 irá depositar-se no fundo da zona de separação 118, e o líquido 187, que pode ainda conter sólidos 190, irá elevar-se acima do vaso 100. O processo de separação pode ser contínuo quando a taxa de elevação ou velocidade fluxo ascendente da pasta de alimentação 184 no vaso 100 (por exemplo, a taxa em que a pasta eleva-se no vaso 100) é menor que a velocidade de decantação da maioria dos solidos 190 contidos na pasta de alimentação 184. Um processo contínuo significa que o processo pode estar continuamente funcionando, com uma nova quantidade de pasta sendo injetada constante mente ao vaso 100.

O líquido clarificado 187 encontrado na câmara 114 será acumulado geralmente no topo da câmara 114 ou próximo. Especificamente, um vertedor 131 pode ser usado de tal maneira que o líquido possa trasbordar do vertedor 131 (que pode ser um vertedor triangular) e ser capturado em uma calha 134.

O recipiente de sedimentação 100 inclui um sistema de alimentação 124. O sistema de alimentação 124 pode ser projetado para inserir a mistura de sólidos e líquidos (pasta) à zona de separação 118. Há uma variedade de diferentes tipos de sistemas de alimentação 124. A Figura 1 mostra um sistema de alimentação 124 que é composto de um tubo de alimentação 136 que entrega a mistura de sólidos/líquidos (ou pasta) a uma câmara de alimentação 136. Esta câmara de alimentação 136 distribui o alimento uniformemente (como descrito aqui) a um poço de alimentação 140. Um poço externo ou mais (ou outras estruturas de colecta/armazenamento, que não estão ilustradas na Figura 1) também podem ser usadas como parte do sistema de alimentação 124.

A pasta de alimentação pode ser inserida ao sistema de alimentação 124 por meio de uma entrada 144. A entrada 144 pode ser qualquer estrutura capaz de receber uma quantidade da pasta de alimentação 184 e/ou inserir a pasta de alimentação à um sistema de alimentação 124. A entrada 144 pode ser colocada em um tubo de alimentação 130, câmara de alimentação 136 ou outra estrutura de alimentação (tal como um poço externo). Na realização da Figura 1, a entrada 144 é localizada na entrada do tubo de alimentação 130. A câmara de alimentação 136 pode ser anexada a ponte 129 (ou passarela) que é colocada acima do poço de alimentação 140.

A pasta 184 entra ao sistema de alimentação 124 por meio de uma entrada 144 e depois flui (por exemplo por meio de um tubo 130) à uma câmara de alimentação 136. Um orifício 150 ou mais são colocados na câmara de alimentação 136, como por exemplo, na base 154 (fundo) da câmara de alimentação 136. A pasta sai da câmara de alimentação 136 e entra ao poço de alimentação 140 passando através de um ou mais orificio(s) 150. Cada orifício 150 pode estar na forma de aberturas ou um vão continuo na parede da câmara de alimentação 136. Em algumas realizações, o orifício 150 pode ser submerso abaixo da superfície 160 do líquido 187 no recipiente de sedimentação 100. O orifício 150 também pode ser colocado abaixo do topo do poço de alimentação 140.

O sistema de alimentação 124 também inclui uma saída 166 que permite que toda a pasta de alimentação saia do sistema de alimentação 124 no recipiente de sedimentação 100. Na realização da Figura 1, a saída 166 pode ser um fundo aberto do poço de alimentação 100. Outros tipos de saídas também podem ser usadas. Além disso, realizações podem ser construídas nas quais orifícios operacionais 172 e/ou portões (não ilustradas) no poço alimentados 140 permitem que líquido 187 com densidade menor do exterior do poço de alimentação 140 flua ao interior do poço de alimentação 140. A pasta interior pode estar geralmente em uma gravidade específica maior que o líquido exterior do poço de alimentação, e assim uma densidade gradiente pode funcionar forçando o líquido de densidade menor através dos orifícios 172.

Como mencionado antes, uma variedade de sistemas de alimentação 124 diferentes são possíveis dentro da realização atual. Por exemplo, o sistema de alimentação pode ser composto de um distribuidor de alimento, um tubo de alimentação e/ou uma calha de alimentação. Tais estruturas podem ser usadas além da combinação da câmara de alimentação 136/poço de alimentação 140. Todos estes sistemas de alimentação 124 podem ser usados em um vaso de alimentação 100.

Esta realização da estrutura de alimentação 124 também dissipa a velocidade da corrente de alimentação e impulso. Especificamente, quando a pasta entra na câmara de alimentação 136, a câmara dissipa a energia cinética relacionada com a pasta fluindo. A pasta de alimentação 184 então prossegue ao poço de alimentação 140 através do orifício estreito 150 de maneira não segregada que o fluxo da pasta tem um padrão de fluxo uniforme. Quando a pasta entra no poço de alimentação 140 desta maneira, o usuário pode controlar os processos no poço de alimentação 140 de tal maneira que a adição de água diluida (ou líquido) através de orifícios 172 e/ou a adição químicos 163 (Ex. por meio do tubo 161) usados para acondicionamento, coagulação e floculação pode ser feita de maneira controlada e proporcional que otimiza a reacção cinética, eficiência química e características de depósito de sólidos. Assim, as condições relacionadas com a separação podem ser otimizadas para cada aplicação em particular usando o sistema de alimentação 124. Usando a realização atual, diluição do poço de alimentação 140, floculação do poço de alimentação 140 (Ex. por meio de químicos 163) e/ou até distribuição da pasta saindo do poço de alimentação 140 pode ser obtida toda, até para um poço de alimentação 140 com um grande diâmetro.

A introdução do alimento à zona de separação 118 em uma velocidade e direção relativamente uniforme pode ser importante em ambos os termos de eficiência do aparelho de sedimentação e das características de assentamento de sólidos. Assim, em algumas realizações, o padrão de fluxo dentro do poço de alimentação 140 é geralmente direcionado radialmente para fora (tal como ilustrado pelas setas 180) em ângulo descendente da horizontal da câmara de alimentação 136 ao poço de alimentação 140. O fluxo então deve mudar de direção de volta ao meio (como ilustrado pelas setas 182) para sair do poço de alimentação 140. Esta mudança em direção e até distribuição de fluxo limita “curto-circuito” do recipiente de sedimentação. Curto-circuito é quando uma corrente com velocidade de fluxo proporcionalmente maior dentro do vaso da câmara de sedimentação 114 é dirigida ao vertedor de trasbordo 131. (Em outras palavras, uma quantidade desproporcional da pasta 184 é dirigida à uma área do recipiente de sedimentação 100, resultando na operação ineficiente do aparelho). Curto-circuito causará transição indesejada de sólidos à calha 134. Se ocorre um curto-circuito, deve ser superado usando mais químicos e/ou desacelerando o fluxo da pasta, assim reduzindo a eficiência do aparelho de sedimentação 100.

Em referência as Figuras 2A e 2B, o sistema de alimentação 124 da Figura 1 será descrito em maior detalhe. A Figura 2A é um perfil de seção transversal do sistema de alimentação 124 enquanto que a Figura 2B é uma vista em perspectiva da mesma estrutura. A estrutura de alimentação 124 pode ser usada no recipiente de sedimentação, por exemplo, como ilustrado na Figura 1. Toda, ou uma parte da câmara de alimentação 136 pode ser colocada acima do topo 196 do poço de alimentação 140.

A pasta 184 não está ilustrada nas Figuras 2A ou 2B por motivos de claridade. A pasta 184 fluirá através do tubo de alimentação 130 e entrará na câmara de alimentação 136. Como pode ser visto nas Figuras 2A e 2B, a pasta 184 pode ser introduzida à câmara de alimentação 136 de maneira tangencial (Ex. paralelo ou essencialmente paralelo ao topo do poço de alimentação 140).

O impulso angular da pasta 184 entrando na câmara 136 carregará sólidos de maneira circular (como ilustrado pela seta 200 na Figura 2B) na câmara de alimentação 136, assim minimizando a segregação dos materiais sólidos finos (“finos”) e as partículas sólidas mais pesadas. Este fluxo circular 200 também auxilia em garantir que o fluxo da pasta alcance o ponto mais distante 204 da câmara de alimentação 136 do tubo de alimentação 130 de maneira homogénea ou essencialmente homogénea. A segregação de sólidos (à partículas sólidas finas e pesadas) dentro da câmara de alimentação 136 ou do poço de alimentação 140 deverá ser evitada para reduzir deposição dos sólidos pesados em áreas isoladas (as vezes chamadas “ilhas de areia”). A formação de tais ilhas de areia criará pontos de uso extremo de torque ou ativará o mecanismo acionador em recipientes de sedimentação usando um aparelho de ancinho, ou (onde os ancinhos não são usados) conduzem à queda (afundomento) de sólidos acumulados que podem operar para tampar o aparelho de sedimentação.

A câmara de alimentação 136 inclui um orifício 150. Tal como ilustrado nas Figuras 2A e 2B, o orifício 150 é colocado no pé 154 da câmara de alimentação 136. A pasta de alimentação 184 flui através do orifício 150 ao poço de alimentação 140. Na realização ilustrada, o orifício 150 é um vão contínuo 150 que estende-se em torno da circunferência 171 da câmara de alimentação 136.Em outras realizações, o orifício 150 pode ser uma ou mais aberturas (buracos) através das quais a pasta 184 pode fluir.

Potencialmente, os sólidos dentro da pasta podem acumular e/ou bloquear o orifício 150. Este bloqueio não é desejável pois pode restringir o fluxo da pasta 184 no poço de alimentação 140. Para reduzir a probabilidade de tais bloqueios, as paredes 210 da câmara de alimentação 136 são verticais ou em angulo inclinado relativo ao horizontal. O uso de tal inclinação nos ângulos da parede reduz a probabilidade de acumulação de sólidos que resulta em uma ocorrência de bloqueio.

A parede central 216 pode ser colocada dentro da câmara de alimentação 136. Como ilustrada nas Figuras 2A e 2B, a parede central; 216 é geralmente de forma cónica, o que significa que é afunilado de tal maneira que a parte superior 220 da parede 216 tem um diâmetro menor que uma parte inferior 221 (parte cónica) da parede 216. O fundo 224 da parede 216 é colocado próximo ao orifício 150.

Em algumas realizações, a colocação da câmara de alimentação 136 pode ser importante. A câmara de alimentação 136 é colocada corrente acima do poço de alimentação 140, Como ilustrado nas Figuras, o orifício 150 é colocado abaixo da superfície do líquido no poço de alimentação 140. A câmara de alimentação 136 então cria um diferencial de pressão (as vezes conhecido como “pressão hidrostática”) entre o tubo de alimentação de entrada 130 e o poço de alimentação 140. Isto significa que a pasta corrente acima do orifício 150 (Ex. como no tubo de alimentação 130) está em uma pressão maior que a da pasta corrente abaixo do orifício 150 (Ex. no poço de alimentação 140). Este diferencial de pressão é criado por causa da pequena área de superfície relacionada com o orifício 150 através do qual a pasta deve fluir. Porém, a restrição ao fluxo é vencida pela pressão atras do orifício 150, como manifestada pelo nível de água elevado na câmara de alimentação 136.

A área da câmara de alimentação 136 abrindo ao poço de alimentação 140 (Ex. próximo ao orifício 150) pode ter uma área de seção transversal menor que outras áreas da câmara de alimentação 136. Isto é feito para criar uma resistência ao fluxo próximo ao orifício 150. Quando a pasta 184 entra na câmara de alimentação 136, a pasta 184 normalmente segue o caminho com menos resistência, e na medida em que a resistência do fluxo aumenta nas áreas com taxas de fluxo maiores, por causa de turbulência e perda de fricção relacionadas, que as áreas com taxa de fluxo menor, as áreas de fluxo menor irão atrair mais fluxo da pasta de entrada 136 (fornecido que a resistência ao fluxo seja suficiente) de tal maneira que um fluxo equilibrado em todas as áreas da câmara 136 seja alcançado.

O uso da câmara de alimentação 136 corrente acima do poço de alimentação 140 também dissipa parte da energia da corrente de alimentação por meio da perda de pressão hidrostática induzida criada pelo orifício 150. Especificamente, há energia relacionada com o fluxo da pasta 184 através do tubo de alimentação 130. Toda, ou uma parte da energia cinética é dissipada pela turbulência e fricção na câmara de alimentação 136 (e o fato que o poço de alimentação 140 ter uma pressão menor que a câmara de alimentação 136). Como tal, passos adicionais para dissipar a energia de fluxo dentro do recipiente de sedimentação 100 não precisam ser tomados.

Depois de fluir através do orifício 150, a pasta 184 entra no poço de alimentação 140. Em algumas realizações, o fluxo para fora da câmara de alimentação 140 é dirigido radialmente para fora em direção à parede 230 do poço de alimentação. Como ilustrado pelas setas 240, o fluxo da pasta é diagonal para baixo e fora (radial) da câmara de alimentação 136. Ao mesmo tempo, uma parede menor 250 do poço de alimentação 140 é afunilada (em angulo) em direção ao meio 260 do recipiente de sedimentação. Isto significa que a parede menor 250 afusa-se para dentro. A saída 166 é colocada no fundo da parede menor 250. Portanto, depois de fluir para fora em direção á parede 230, o caminho do fluxo da pasta 184 tem que mudar de direção de volta ao meio do recipiente de sedimentação para poder passar pelo interior afunilado da parede menor 250 (como ilustrado pelas setas 241). A saída 166 do poço de alimentação 140 é um fundo aberto para que a pasta possa sair do poço de alimentação 140 no recipiente de sedimentação. Ao fazer com que a pasta 184 flua desta maneira, a possibilidade de que exista distribuição não uniforme de fluxo no recipiente de sedimentação em geral é reduzida.

As Figuras 3A e 3B mostram outra realização de uma estrutura de alimentação 324 que pode ser usada em conjunção com o recipiente de sedimentação 100 da Figura 1. A estrutura de alimentação 324 é similar a estrutura de alimentação 124 descrita anteriormente. Por motivos de brevidade, esta descrição não será repetida.

A estrutura de alimentação 324 inclui um tubo de alimentação 130 que distribui uma quantidade de pasta de alimentação 184 (ilustrada na Figura 1) na câmara de alimentação 136. A câmara de alimentação 136 inclui um ou mais orifícios 150a através do qual a pasta 184 (não ilustrada) pode passar para entrar ao poço de alimentação 140. Ao contrário da realização descrita anteriormente, os orifícios 150a não compreendem um vão contínuo na câmara de alimentação 136. Antes, os orifícios 150a compreendem uma ou mais aberturas (aberturas bem estreitas) que estão distribuídas próximo ao piso de fundo 354 da câmara de alimentação 136 através dos quais a pasta 184 pode fluir para entrar ao poço de alimentação 140.

Além disso, na realização ilustrada nas Figuras 3A e 3B, a câmara de alimentação 136 inclui uma parede central 316. Porém, ao contrário da realização descrita antes, a parede central 316 é de forma cilíndrica e não cónica. Não há uma configuração afunilada no diâmetro da parede central 316 (como está apresentado na parede 216). Mas, a pasta 184 entrará na câmara de alimentação 136, após entrar em contato com a parede central, e fluirá para fora dos orifícios 150a no poço de alimentação 140.

Em referência a todas Figuras, vantagens específicas da atual realização são discutidas agora. Um problema típico relacionado com o uso do poço de alimentação é o fluxo não uniforme da pasta saindo do poço de alimentação (esse problema as vezes é conhecido como “curto-circuito” no poço de alimentação, como mencionado antes). Um padrão de fluxo ideal fora de um poço de alimentação redondo causa quantidades essencialmente iguais do fluxo da pasta fluindo em torno de toda a circunferência (Ex. 360 graus) do poço de alimentação. Porém, curto-circuito ocorre quando uma quantidade desproporcional da pasta flui para fora de uma área do poço de alimentação. Isso leva a um uso ineficiente do volume do recipiente de sedimentação, portanto um processo de separação ineficiente. Curto-circuito pode também levar à transição prematura de sólidos, ou seja que alguns dos sólidos 190 passaram pelo vertedor 131 e não se separaram do líquido 187. Para vencer esta ineficiência, a taxa de fluxo da pasta deve ser ajustada e/ou adicionar mais químicos (tal como químicos de coagulação ou floculação). Porém, mudar a taxa de fluxo e/ou usar químicos adicionais aumenta o custo do processo em geral.

As realizações atuais abordam as questões relacionadas com curto-circuito. As Figuras 4A-4B mostram um padrão de fluxo 400 da pasta 184 usando a realização da Figura 1. (Um diagrama do padrão de fluxo similar é relacionado com a realização da Figura 3A). Como ilustrado pelas Figuras, a pasta 184 flui para fora do poço de alimentação 140 de maneira consideravelmente uniforme, de tal maneira que quantidades consideravelmente uniformes de fluxo da pasta 184 fluem para fora por toda a circunferência (Ex. 360 graus) do poço de alimentação 140. Este padrão de fluxo 400 pode ser descrito como tendo um perfil concêntrico 410, o que significa que o padrão de fluxo se aproxima a uma serie de anéis concêntricos formados como o fluxo da pasta 184 fluindo para fora do poço de alimentação 140. Este padrão de fluxo permite uma maior eficiência ao uso do volume do recipiente de sedimentação 100. (O padrão de fluxo para um recipiente de sedimentação 100 que é curto-circuitado teria uma quantidade desproporcional de pasta 184 fluindo para fora de um lado do poço de alimentação 140).

A Figura 5 ilustra um padrão de fluxo 500 da pasta 184 usando a realização de um arranjo de poço de alimentação 540 típico, normal na indústria. Como apresentado por esta Figura o padrão de distribuição de fluxo 500 da pasta é dirigido à um lado do recipiente de sedimentação 100. Ao não usar a área de assentamento completa fornecida pelo recipiente de sedimentação a taxa de ascenção eficaz (Área do recipiente de sedimentação dividida pela taxa de fluxo de alimentação) aumenta. A taxa de ascenção maior permite que as partículas finas 190 sejam levadas ao vertedor 131. Para eliminar a transferência prematura de sólidos 190 devem adicionar-se mais reagentes químicos 163, que é um prejuízo para o custo, ou a taxa de fluxo 184 do alimento deve ser reduzido que poderia causar a perda de produção.

A realização atual também refere-se a um método para aumentar eficiência dentro o recipiente de sedimentação 100. Este método é composto da obtenção de um poço de alimentação 140, o poço de alimentação 140 compreendendo uma saída 166 através do qual a pasta 184 pode fluir ao recipiente de sedimentação 100. Este método também é composto da obtenção de uma câmara de alimentação 136, a câmara de alimentação compreendendo uma parede central 216 ou 316, e pelo menos um orifício 150 e/ou 150a colocado na base 154 da câmara de alimentação 136. A câmara de alimentação 136 é instalada próxima do poço de alimentação 140 de modo que quando esteja instalada, a pasta 184 passe através do poço de alimentação 140 para a saída 166, e através da saída 166 para dentro do recipiente de sedimentação 100. O método de processo é que o alimento 184 seja primeiramente distribuído uniformemente no poço de alimentação 140, então água para diluição 187 é adicionada através dos orifícios 172 (se necessário) e misturado com o alimento. O reagente químico pode ser adicionado nos orifícios 172 ou em qualquer lugar no poço de alimentação 140. O líquido 187, a pasta de alimentação e o reagente químico 163 são misturados no corpo do poço de alimentação 140. Os sólidos floculados são inseridos à zona de separação 118 em uma taxa de fluxo uniforme através da abertura 166. Em algumas realizações, este método pode ser realizado ao modernizar um aparelho de sedimentação existente tendo um poço de alimentação com a câmara de alimentação 136.

A invenção atual pode ser realizada de outras maneiras especificas sem afastar-se da sua estrutura, métodos ou outras características essenciais como foram descritas amplamente aqui e afirmadas adiante. As realizações descritas devem ser consideradas ilustrativas em todos os aspectos somente, e não restritivas. O escopo da invenção é, portanto, indicada pelas reivindicações anexadas, melhor do que descrição anterior. Todas as mudanças que vem dentro do significado e alcance de equivalência das reivindicações devem ser aceitas dentro do seu escopo.

Claims

1. Estrutura de alimentação (124) para uso com um recipiente de sedimentação (100), a estrutura de alimentação (124) compreendendo: uma câmara de alimentação (136) alojando uma parede central (216), onde pelo menos um orifício (150) é posicionado em uma base (154) da câmara de alimentação (136); um poço de alimentação (140) que é concêntrico com a câmara de alimentação (136), onde a câmara de alimentação (136) está em comunicação com o poço de alimentação (140), onde a pasta (184) flui através do dito orifício (150) acessando o poço de alimentação (140); e uma saída (166) posicionada no poço de alimentação (140), onde a pasta (184) flui através da saída (166) para dentro do recipiente de sedimentação (100); CARACTERIZADA pelo fato de que: a parede central (216) possui forma cônica e compreende uma parte de topo e uma parte afunilada que aumenta em diâmetro na direção da base (154) da câmara de alimentação (136), onde o orifício (150) está posicionado próximo do fundo (224) da parte afunilada.

2. Estrutura de alimentação (124), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o orifício (150) é um vão contínuo (150) que estende-se em torno de toda circunferência (171) da câmara de alimentação (136).

3. Estrutura de alimentação (124), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende orifícios adicionais (150) posicionados na base (154) da parede central (216).

4. Estrutura de alimentação (124), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a parte afunilada leva a pasta (184) a fluir geralmente radialmente e para baixo quando passa através do orifício (150) para dentro do poço de alimentação (140).

5. Estrutura de alimentação (124) de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o poço de alimentação (140) compreende uma parede menor (250) que afunila em direção ao meio (260) do recipiente de sedimentação (100), onde a saída (166) é posicionada na base (244) da parede menor (250).

6. Estrutura de alimentação (124), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende um tubo (161) através do qual floculantes (163) são passíveis de serem adicionados à pasta (184) no poço de alimentação (140).

7. Estrutura de alimentação (124), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o poço de alimentação (140) é configurado de tal modo que a pasta (184) que sai do poço de alimentação (140) tem um padrão de fluxo concêntrico (400) dentro do recipiente de sedimentação (100).

8. Estrutura de alimentação, (124) de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende um tubo de alimentação (130), o tubo de alimentação (130) sendo configurado de tal modo que a pasta (184) flui através do tubo de alimentação (130) e entra diretamente na câmara de alimentação (136).

9. Estrutura de alimentação (124) de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que pelo menos parte da câmara de alimentação (136) é posicionada acima do poço de alimentação (140) e onde o orifício (150) é posicionado abaixo do nível do líquido (187) no recipiente de sedimentação (100), em que o nível de pasta (184) na câmara de alimentação (136) é maior que o nível de líquido (187) no recipiente de sedimentação (100).

10. Estrutura de alimentação (124), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a saída (166) é posicionada na base (224) do poço de alimentação (140).

11. Estrutura de alimentação (124), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o orifício (150) é definido entre a parte afunilada da parede central (216) e uma parede externa da câmara de alimentação (136).

12. Estrutura de alimentação (124), de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADA pelo fato de que o orifício (150) é posicionado próximo a uma circunferência inferior (171) da câmara de alimentação (136).