ES2243139A1 - Dispositivo de filtracion, absorcion y secado basado en una combinacion de lecho fijo y lecho fluidizado. - Google Patents
Dispositivo de filtracion, absorcion y secado basado en una combinacion de lecho fijo y lecho fluidizado.Info
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Abstract
Dispositivo de filtración, adsorción y secado basado en una combinación de lecho fijo y lecho fluidizado. El dispositivo es una combinación de lecho fijo y lecho fluidizado (1, 2) para la filtración de sólidos en suspensión y/o adsorción de solutos presentes en fluidos y que permite, en el caso de que así se requiera, el secado de la torta final en el propio dispositivo de filtración/adsorción. El dispositivo funciona en continuo para el fluido y en discontinuo para el sólido. El fluido a tratar se alimenta por la parte inferior del lecho fluidizado (3) y el aire para secar por (4) y a través de una placa distribuidora (6). El fluido pasa después a través del lecho fijo (1) que está unido por una zona intermedia troncocónica (8) al lecho fluidizado. El fluido tratado sale por la parte superior de la zona de lecho fijo (9). El sólido frasco filtrante y/o adsorbente se carga al inicio de la operación y se extrae una vez agotado o saturado y, si es requerido, secado por la parte inferior del lecho fluidizado (7). En el lecho fijo se capturan los sólidos arrastrados desde el lecho fluidizado y se efectúa una adsorción suplementaria. El dispositivo tiene una doble aplicación en la industria: 1) depuración de fluidos por separación de finos en suspensión y de solutos adsorbibles mediante lechos de sólidos granulares de cualquier forma y 2) recuperación de compuestos de interés contenidos en corrientes residuales.
Description
Dispositivo de filtración, adsorción y secado
basado en una combinación de lecho fijo y lecho fluidizado.
La presente invención se encuadra dentro del
campo de la purificación de fluidos y, de forma más concreta, la
invención se refiere a un dispositivo de filtración y/o adsorción
de fluidos con alto contenido de finos en suspensión o alto
contenido en solutos.
La filtración de fluidos es una operación por la
cual se pone en contacto el fluido con un medio filtrante para
disminuir el contenido de partículas finas en suspensión,
aerosoles, flóculos y otros tipos de agregados que hubiera en el
fluido (Perry's Chemical Engineers' Handbook, cap. 17 y 18,
McGraw-Hill Co. 1999). La adsorción es una
operación por la cual diferentes tipos de solutos contenidos en un
fluido son atrapados e inmovilizados por un medio sorbente adecuado
mediante fenómenos de adsorción superficial. Son muchos los
dispositivos utilizados para estas dos operaciones: filtros
mecánicos, filtros prensa, lechos fluidizados, lechos móviles,
lluvias de sólido (Perry's Chemical Engineers' Handbook, cap. 17 y
18, McGraw-Hill Co. 1999). Todos y cada uno de
ellos tienen diferentes ventajas e inconvenientes y la elección de
uno u otro tipo depende de criterios de calidad del producto final
y de costes de la operación.
Diversas configuraciones y formas geométricas de
dispositivos de filtración y de adsorción basados en lechos de
sólidos granulares han sido descritas en diferentes publicaciones
científico-técnicas (KirK-Othmer
Editores, "Encyclopedia of Chemical Technology" 40^{th} Ed.,
Ed. Wiley Interscience, New York 1991) así como en patentes (por
ejemplo ES1989/2030689, US 2002/0116908A1, US 2003/0057152A1, US
2004/0050802A1 y US 2004/0026343A1).
En este tipo de dispositivos, es frecuente que se
produzcan aglomeraciones de sólido, mal contacto
fluido-sólido y, en suma, baja eficacia de
filtración o adsorción que produce un fluido de salida con
contenidos de solutos o finos en suspensión inadecuados.
Por otro lado, cuando se utilizan fluidos con un
alto contenido de partículas en suspensión o altas concentraciones
de solutos, los elementos filtrantes y adsorbentes se pueden
saturar en poco tiempo y de manera no homogénea.
Finalmente, en algunas aplicaciones, se requiere
realizar un secado del sólido adsorbente para su posterior
tratamiento.
La patente US 4,086,162 describe un dispositivo
para adsorción que comprende un lecho fluidizado y un lecho fijo o
expandido superpuestos. Para su regeneración, el sólido es extraído
y conducido a un horno.
En la presente invención se describe un
dispositivo que consigue evitar que se produzcan aglomeraciones de
sólido, saturación del sólido cuando se emplean fluidos con alta
concentración de partículas en suspensión o altas concentraciones de
soluto y realizar un secado del sólido adsorbente sin necesidad de
extraerlo del dispositivo.
Dispositivo de filtración, adsorción y secado
basado en una combinación de lecho fijo y fluidizado.
El dispositivo de filtración, adsorción y secado
basado en una combinación de lecho fijo y lecho fluidizado objeto
de la presente invención en líneas generales resuelve los problemas
planteados en el apartado anterior, ya que puede limpiar
exhaustivamente un fluido de sólidos en suspensión y solutos y
acondicionar el sólido, secándolo si se requiere, para su posterior
uso en un solo dispositivo compacto. El dispositivo funciona en
forma continua respecto al fluido, un líquido o un gas, y en forma
discontinua para el sólido adsorbente/filtrante. El dispositivo de
filtración, adsorción y secado es una combinación de zonas de lecho
fluidizado y lecho fijo que promueve y complementa diversas ventajas
de ambos sistemas. El lecho fluidizado, primer sistema donde entra
el fluido a tratar, presenta una alta superficie de contacto
sólido-fluido y tiene una mezcla casi perfecta, por
lo que el tratamiento de un fluido con altos contenidos de solutos
o sólidos en suspensión tiene un impacto repartido por todo el
lecho. En la operación de secado del sólido adsorbente, el mismo
lecho fluidizado aumenta la transferencia de materia y calor y
facilita la disgregación del sólido húmedo, en consecuencia,
aumenta el rendimiento de esta operación frente a otros tipos de
dispositivos. Por otra parte, el lecho fijo tiene un efecto
filtrante de alta eficacia en cuanto a la captura de sólidos
proyectados o arrastrados desde la superficie del lecho fluidizado.
Este efecto elimina la necesidad de ciclones y filtros en la salida
final de fluidos, lo que abarata grandemente el coste global del
sistema.
Más concretamente y haciendo referencia a la
numeración que se indica en las figuras, podemos ver que el
dispositivo de filtración, adsorción y secado basado en una
combinación de lecho fijo y lecho fluidizado, realizado a escala
precisa para la producción requerida, tiene una zona de tipo lecho
fijo (1) a través de la cual circula todo el fluido procedente del
lecho fluidizado (2). La entrada principal de fluidos (3) está
regulada por un sistema de control de caudal para mantener la
velocidad superficial adecuada para fluidizar la zona fluidizada y,
en la etapa final de vaciado del sólido, para defluidizar esta zona
y recoger el sólido del lecho fijo por gravedad. En el caso de que
sea requerido el secado del sólido, el líquido remanente en el
sistema es purgado por el fondo del dispositivo (5) y la
alimentación de líquido es sustituida por una de aire caliente. La
entrada de aire caliente (4) está regulada por un sistema de control
de caudal para mantener la velocidad superficial adecuada para
fluidizar la zona fluidizada o, en la etapa final de vaciado para
defluidizar esta zona, recoger el sólido del lecho fijo por
gravedad y permitir el vaciado por el conducto (7). En el caso de
que el fluido a tratar sea un gas, su alimentación se realiza por el
conducto ya descrito para la alimentación del aire caliente de
secado (4). El sólido filtrante y/o adsorbente usado tiene su
salida por la parte inferior del lecho fluidizado (7), de donde se
dirige a cualquier otro dispositivo de transporte y regeneración,
almacenamiento u otro destino procedente. La zona inferior del
lecho fluidizado es de sección cónica para facilitar la distribución
del gas, tiene una sección de valor adecuado en su zona media para
mantener el lecho fluidizado en estado fluidizado burbujeante (caso
de que el fluido sea un gas) o de baja expansión de lecho (caso de
que el fluido sea un líquido). La zona superior del lecho
fluidizado se conecta mediante un conducto troncocónico (8) o
similar con la zona de lecho móvil. El fluido tratado se descarga
continuamente, durante la operación de tratamiento de filtración y/o
adsorción, por una tubería de salida (9) y se dirige a donde sea
necesario. Este mismo conducto (9) sirve para la salida del aire de
secado durante el transcurso de esta operación. El conjunto de
equipos y partes de que consta el dispositivo de filtración,
adsorción y secado basado en una combinación de lecho fijo y lecho
fluidizado estará construido con cualquier material resistente a la
corrosión y a la temperatura y presión de operación. El caudal,
temperatura y presión del fluido de alimentación y del aire de
secado serán los necesarios para lograr fluidizar la zona
fluidizada y mantener en la zona fija las condiciones de
temperatura, velocidad del fluido y presión necesarias.
El dispositivo puede diseñarse como sistema muy
compacto en el que hay una zona de lecho fijo en la parte superior
y otra zona de lecho fluidizado en la inferior. En el dispositivo
objeto de la invención, los lechos pueden ser de sección circular o
cuadrangular. Cuando el sólido filtrante y/o adsorbente está
saturado, en el caso de que se requiera secar el sólido, se
sustituye la alimentación del fluido a tratar por aire caliente que
efectúa la operación de secado del sólido en ambos lechos. En ambos
casos, se requiera secado o no del sólido, al final de la operación
el sólido del lecho fijo se descarga hacia el lecho fluidizado
disminuyendo el caudal de fluido ascendente hasta un valor
apropiado que origina el derrumbe de porciones de sólido del lecho
fijo hacia el fluidizado y de éste a la salida final de
sólidos.
Para facilitar la comprensión de las
características de la invención y formando parte de esta memoria
descriptiva, se acompaña una figura que con carácter ilustrativo
representa lo siguiente:
Figura 1. La figura 1 representa una vista en
alzado del dispositivo de filtración, adsorción y secado basado en
una combinación de lecho fijo y lecho fluidizado. Se distinguen las
siguientes partes: una zona de tipo lecho fijo (1) situada encima
de una zona de tipo lecho fluidizado (2); conducto de entrada del
fluido a tratar (3); conducto de entrada de aire caliente o gas a
tratar (4); conducto de salida de líquido remanente en el sistema
al finalizar la operación de filtración y/o adsorción (5);
distribuidor (6); conducto de salida de sólido (7); conducto de
conexión de la zona de lecho fluidizado con la zona de lecho fijo
(8) y tubería de descarga del fluido depurado durante la operación
de filtración y/o adsorción (9).
La presente invención se ilustra mediante los
siguientes ejemplos que no son en ningún caso limitativos de su
alcance, el cual viene definido exclusivamente por la nota
reivindicatoria.
En una instalación igual a la descrita en la
Figura 1 se trata una corriente de agua residual procedente del
proceso de obtención del aceite de oliva. Las corrientes
procedentes de este proceso poseen una composición con un alto
contenido de variabilidad, pero en general, contienen: sólidos,
polifenoles y grasas. Esta última fracción contiene, a su vez,
compuestos minoritarios como esteroles y escualeno, que pueden ser
recuperados con alto valor añadido. La corriente líquida pasa a
unas velocidades másicas superficiales de 2400 kg/(m^{2} \cdot
h) y de 37 kg/(m^{2} \cdot h) por los lechos fluidizados y fijo,
respectivamente. Como material filtrante /adsorbente se utiliza, en
los dos lechos, un residuo sólido de la industria del olivar,
orujillo. El orujillo es el producto que se obtiene del proceso de
obtención del aceite de orujo y contiene restos de hueso, pulpa y
piel de aceituna, por lo que las partículas de que está constituido
presentan características diferentes en cuanto a composición,
tamaño y forma. La cantidad de sólido cargado en total, entre ambos
lechos, es una masa que conduce a un tiempo medio de residencia del
líquido (masa de sólido en kg / caudal másico de líquido en kg/h)
de 0,3 h. La temperatura de operación es la ambiente.
En la etapa de filtración / adsorción se reducen
los sólidos en suspensión y el contenido en grasas de la corriente
tratada en un 97% y en un 92%, respectivamente. Como consecuencia
de la disminución de la carga de sólidos y grasas en la corriente
líquida, la DQO de ésta se reduce en un 90%.
Una vez tratada el agua según el ejemplo 1, en la
torta quedan retenidos 45 mg de escualeno y 100 mg de esteroles por
kg de torta tratada. El tratamiento de la torta para la
recuperación de esteroles y escualeno exige que ésta se encuentre
seca por lo que, antes de extraerla del dispositivo, se seca
sustituyendo la alimentación de líquido por una de aire
caliente.
El aire se alimenta con una velocidad másica
superficial de 3900 kg/(m^{2} \cdot h) y a una temperatura de
entrada de 125ºC. En un tiempo de secado de 15 min, la humedad del
sólido disminuye a la de equilibrio, 8% en base seca. Finalizada la
operación, se corta el suministro de aire y se extrae el sólido por
la parte inferior del dispositivo.
Claims (2)
1. Dispositivo de filtración y/o adsorción basado
en una combinación de lecho fijo y lecho fluidizado en disposición
vertical caracterizado porque utiliza una corriente de aire
caliente para secar la torta final sin necesidad de extraerla del
dispositivo.
2. Dispositivo de filtración y/o adsorción basado
en una combinación de lecho fijo y lecho fluidizado en disposición
vertical, según reivindicación 1, caracterizado porque el
secado de la torta se realiza sustituyendo la alimentación del
fluido a tratar por el aire caliente que seca el sólido en ambos
lechos.
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Legal Events
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EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20051116 Kind code of ref document: A1 |
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FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2243139B1 Country of ref document: ES |
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