BRPI0805325A2 - Gas-solid suspension reverse cyclic separator and separation method - Google Patents
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Abstract
SEPARADOR CICLÈNICO REVERSO DE SUSPENSãO GáS-SóLIDO E MéTODO DE SEPARAçãO. é descrito um separador ciclónico de suspensão gás-sólido que compreende uma câmara ciclónica com pelo menos uma entrada em sua parte superior, uma saída de sólidos em sua parte inferior, e dois tubos de saida de frações de gás, sendo um tubo fixado na parte superior e o outro tubo fixado na parte inferior e com diâmetro interno na faixa entre 1 % e 5% do diâmetro do tubo superior. Também é descrito o método de separação utilizando o referido separador ciclónico, que possibilita estabilizar o fluxo vorticial da suspensão.REVERSE CYCLEIC SEPARATOR SUSPENSION SUSPENSION AND SEPARATION METHOD. A gas-solid suspension cyclonic separator is described which comprises a cyclonic chamber with at least one inlet at its top, one solids outlet at its bottom, and two outlet portions of gas fractions, one tube being attached at the bottom. upper pipe and the other pipe fixed at the bottom and with an inner diameter in the range of 1% to 5% of the upper pipe diameter. Also described is the separation method using said cyclonic separator, which makes it possible to stabilize the vorticial flow of the suspension.
Description
SEPARADOR CICLÔNICO REVERSO DE SUSPENSÃO GÁS-SÓLIDO EMÉTODO DE SEPARAÇÃOCYCLONIC SEPARATOR REVERSE SUSPENSION GAS-SOLID SEPARATION METHOD
CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF INVENTION
A presente invenção encontra seu campo de aplicação dentre osequipamentos e métodos para separar partículas sólidas de suspensõesgás-sólido, mais particularmente dentre os separadores ciclônicos, ondese fornece uma componente de força tangencial à suspensão gás-sólido.The present invention finds its field of application among equipment and methods for separating solid particles from gas-solid suspensions, more particularly among cyclonic separators, where it provides a tangential force component to the gas-solid suspension.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION
Separadores ciclônicos em diferentes formas construtivas sãoutilizados em inúmeros equipamentos para separar impurezas contidas emfluidos gasosos, tais como partículas sólidas ou poeira, gotículas delíquidos ou material semelhante.Cyclonic separators in different constructional forms are employed in a number of equipment to separate impurities contained in gaseous fluids, such as solid particles or dust, deliquid droplets or the like.
Tais equipamentos são também amplamente usados para separaçãoe remoção de partículas do ar ou de gases de processos. São utilizadostambém como reator químico, trocador de calor, para secagem demateriais granulares e combustão de óleo. Em refinarias de petróleo, sãoutilizados para assegurar a continuidade do processo para obtenção deprodutos, retendo catalisador e impedindo sua emissão para a atmosfera,evitando a perda e o efeito poluente, de maneira a garantir a continuidadedo processo. A grande aplicabilidade dos separadores ciclônicos deve-seao seu baixo custo de operação e fácil manutenção, como também àpossibilidade de suportar severas condições de temperatura e pressão.Such equipment is also widely used for separation and removal of air particles or process gases. They are also used as chemical reactor, heat exchanger, for drying granular materials and oil combustion. In oil refineries, they are used to ensure the continuity of the process to obtain products, retaining catalyst and preventing their emission to the atmosphere, avoiding loss and polluting effect, in order to ensure the continuity of the process. The high applicability of cyclonic separators is due to their low operating cost and easy maintenance, as well as their ability to withstand severe temperature and pressure conditions.
Os separadores ciclônicos podem ser empregados em diversosarranjos, em série ou em paralelo. Em alguns processos, a totalidade dofluido gasoso produzido, que a partir daqui será chamado de suspensãogás-sólido, passa pelo separador. Em outros processos, os separadoresciclônicos podem ser utilizados como parte do sistema de limpeza degases de exaustão.Cyclonic separators can be used in several arrangements, in series or in parallel. In some processes, all of the gaseous fluid produced, which will hereinafter be referred to as the solid gas suspension, passes through the separator. In other processes, cyclonic separators may be used as part of the exhaust gas cleaning system.
As partículas são separadas por um processo de centrifugação dasuspensão gás-sólido. Este fenômeno ocorre com a indução de um fluxovorticial no interior do separador ciclônico devido à significativacomponente de força tangencial com a qual a suspensão entra na câmaraciclônica, que geralmente é de formato cônico-cilindrico. Sendo de maiordensidade que os gases, as partículas sólidas tem maior tendência empermanecer na tragetória perpendicular ao fluxo vorticial, devido à forçacentrífuga, e assim colidir com as paredes da câmara. Com as colisões, aspartículas perdem velocidade e tendem a se separar do fluxo, caindo emdireção ao fundo da câmara, de onde são retiradas. O gás separado éaspirado pelo tubo de saída do ciclone, após percorrer algumas voltas pelacâmara e uma curva de ângulo acentuado em direção ao tubo de saída naparte superior.The particles are separated by a gas-solid suspension centrifugation process. This phenomenon occurs with the induction of a flow-flow within the cyclonic separator due to the significant tangential force component with which the suspension enters the cyclic chamber, which is generally conical-cylindrical in shape. Being larger than gases, solid particles are more likely to remain in the trajectory perpendicular to the vorticial flow due to the centrifugal force, and thus collide with the chamber walls. With collisions, the particles slow down and tend to separate from the flow, falling towards the bottom of the chamber from which they are drawn. The separated gas is drawn through the cyclone outlet tube after a few turns through the chamber and a sharp angle curve toward the upper outlet tube.
Os separadores ciclônicos de suspensão gás-sólido são geralmentedo tipo fluxo reverso, que são os mais tradicionais para este tipo deseparação. Entretanto, ciclones de fluxo unidirecional são tambémutilizados, principalmente em aplicações onde é baixa a concentração desólidos na suspensão.Gas-solid suspension cyclonic separators are generally reverse flow type, which are the most traditional for this type of separation. However, unidirectional flow cyclones are also used, especially in applications where the concentration of solids in the suspension is low.
Nos ciclones de fluxo reverso, o tubo de saída do gás, usualmentechamado de vórtex ou finder, é fixo e localizado na parte superior dociclone. Durante a operação existe a necessidade da total reversão dofluxo vorticial do gás para que o mesmo seja aspirado pelo tubo de saída.In reverse flow cyclones, the gas outlet tube, usually called a vortex or finder, is fixed and located at the top of the cyclone. During operation there is a need for the full reversal of the vorticial flow of the gas to be aspirated through the outlet pipe.
Nos ciclones de fluxo unidirecional, também conhecido pelo termo eminglês "uniflow", o tubo de saída do gás é localizado na parte inferior doseparador ciclônico, não existindo portanto a necessidade de reversão dofluxo vorticial.In unidirectional flow cyclones, also known by the English term "uniflow", the gas outlet tube is located at the bottom of the cyclonic separator, so there is no need for reversal of the vorticial flow.
O separador de fluxo unidirecional possui um comprimento da zonade separação inferior ao de um separador com fluxo reverso, sendo esta arazão pela qual o separador de fluxo unidirecional ser eficiente apenas emsuspensões gás-sólido com baixas concentrações de sólido.The unidirectional flow separator has a separation zone length less than that of a reverse flow separator, which is why the unidirectional flow separator is effective only in gas-solid suspensions with low solid concentrations.
Embora a zona de separação do separador de fluxo reverso sejamaior, é conhecido que a zona de reversão de fluxo é a região na qualocorre maior perda de eficiência de coleta do separador ciclônico devido àinstabilidade existente no ápice de reversão de fluxo, que é o momentoonde o fluxo vorticial é revertido de descendente para ascendente,resultando em deslocamentos laterais do fluxo vorticial, o que causaarraste de sólidos previamente separados e erosão nas paredes doseparador ciclônico.Although the reverse flow separator separation zone is larger, it is known that the flow reversal zone is the region where the greatest loss of cyclonic separator collection efficiency occurs due to the instability existing at the flow reversal apex, which is the time when Vorticial flow is reversed from descending to ascending, resulting in lateral displacements of vorticial flow, which causes dragging of previously separated solids and erosion in the walls of the cyclonic separator.
A patente US 4,238,210 revela um separador ciclônico unidirecionalque compreende um duto interno, que forma um caminho de fluxo, comum corpo central provido de hélices geradoras de fluxo vorticialexternamente estendidas. O duto é envolvido por uma câmara coletora eas hélices possuem extremidades coletoras e canais que se abrematravés da parede do duto para o interior da câmara coletora. A jusantedas hélices geradoras de fluxo vorticial encontram-se fendas de saídatransversais em relação ao fluxo de gás.U.S. Patent 4,238,210 discloses a unidirectional cyclonic separator comprising an inner duct forming a flow path common to the central body provided with externally extended vorticialy flow generating propellers. The duct is surrounded by a collecting chamber and the propellers have collecting ends and channels that open through the duct wall into the collecting chamber. Downstream vorticial flow generating propellers are transverse output slits in relation to the gas flow.
Assim como nos demais separadores ciclônicos unidirecionais, esteequipamento é eficiente apenas para suspensões com baixa concentraçãode sólidos.As with other unidirectional cyclonic separators, this equipment is only effective for low solids suspensions.
O pedido de patente PI0803051-0, de propriedade da requerente,revela um separador ciclônico e um método de separação gás-sólido comduas zonas de separação em seqüencia uma com fluxo reverso, na qualparte do gás da suspensão gás-sólido com alta concentração de sólido éseparado, e uma zona de separação de fluxo unidirecional, subseqüente,na qual a outra parte do gás da suspensão, com baixa concentração desólido, é separada.Patent application PI0803051-0, owned by the applicant, discloses a cyclonic separator and a gas-solid separation method with two reverse flow sequential separation zones, in which part of the gas of the high solid concentration gas-solid suspension is separated, and a subsequent unidirectional flow separation zone in which the other portion of the suspension gas, with low desolate concentration, is separated.
O separador ciclônico é provido de dois tubos de saída, sendo umfixado axialmente na parte superior e outro fixado axialmente na parteinferior, gerando respectivamente as zonas de separação com fluxoreverso e unidirecional.The cyclonic separator is provided with two outlet tubes, one axially fixed at the top and one axially fixed at the bottom, respectively generating the reverse-flow and unidirectional separation zones.
O equipamento e o método descrito a seguir são uma alternativa queapresenta vantagens para a separação de suspensões gás-sólido,utilizando ciclones de fluxo reverso, em relação aos dispositivos e métodosconhecidos na técnica, pois evita os problemas de perda de eficiência decoleta e erosão na região de reversão do fluxo vorticial de descendentepara ascendente.The equipment and method described below is an alternative that has advantages for the separation of gas-solid suspensions using reverse flow cyclones over devices and methods known in the art as it avoids the problems of loss of efficiency and erosion in the region. vorticial flow reversal from descending to ascending.
SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION
Trata a presente invenção de um separador ciclônico de suspensãogás-sólido e um método de separação onde o referido separadorcompreende uma câmara ciclônica (1), com pelo menos uma entrada(11a), um espaço anular (13) para a coleta de partículas separadas e doistubos de saída, sendo um tubo (2) fixado axialmente na parte superior dacâmara ciclônica (1) e outro tubo (3) fixado axialmente na parte inferior dacâmara (1) e com diâmetro interno na faixa entre 1% e 5% do diâmetrointerno do tubo (2) superior, sendo ambos os tubos com prolongamentoaxial para o interior da câmara (1).This invention relates to a solid gas suspension cyclonic separator and a separation method wherein said separator comprises a cyclonic chamber (1) with at least one inlet (11a), an annular space (13) for collecting separate particles and one tube (2) fixed axially to the upper part of the cyclonic chamber (1) and one tube (3) fixed axially to the lower part of the chamber (1) and with an internal diameter in the range of 1% to 5% of the internal diameter of the upper tube (2), both tubes extending axially into the chamber (1).
O método de separação gás-sólido utilizando o separador acimadescrito compreende as etapas de admitir a suspensão gás-sólido nointerior da câmara (1), por meio da entrada (11a), fornecendo à suspensãogás-sólido uma componente de força tangencial de modo a separar asuspensão; aspirar o gás separado por meio do tubo (2) e do tubo (3)simultaneamente; retirar pelo espaço anular (13) as partículas sólidasseparadas.The gas-solid separation method using the above described separator comprises the steps of admitting the gas-solid suspension into the chamber (1) through the inlet (11a), providing the gas-solid suspension with a tangential force component to separate asuspension; suction the separated gas through the pipe (2) and the pipe (3) simultaneously; remove through the annular space (13) the separated solid particles.
No presente método aspira-se uma fração de gás em proporçõessuperiores a 95% pelo tubo (2) superior, sendo a fração complementaraspirada pelo tubo (3) inferior, de modo a manter o ápice de reversão nointerior do tubo (3) e estabilizar o fluxo vorticial ascendente, pois o fluxodescendente é estabilizado pela parede da câmara ciclônica (1).In the present method a gas fraction of greater than 95% is aspirated by the upper pipe (2), the complementary fraction being drawn by the lower pipe (3) in order to maintain the reversal apex inside the pipe (3) and stabilize the ascending vorticial flow, since the descending flow is stabilized by the cyclonic chamber wall (1).
BREVE DESCRIÇÃO DA FIGURABRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURE
As características do separador ciclônico de suspensão gás-sólido emétodo de separação, objeto da presente invenção serão mais bempercebidas a partir da descrição detalhada, associada à figura abaixo refe-rendada, a qual é parte integrante do presente relatório.The characteristics of the gas-solid cyclonic suspension separator and separation method, object of the present invention will be better understood from the detailed description, associated with the figure below, which is an integral part of this report.
A FIGURA 1 apresenta uma representação em perspectiva com cortedo separador ciclônico de suspensão gás-sólido em uma configuraçãocom duas entradas, bem como uma representação esquemática dométodo de separação utilizando o separador ciclônico.FIGURE 1 presents a perspective representation with the gas-solid suspension cyclonic separator cutter in a two-way configuration, as well as a schematic representation of the separation method using the cyclonic separator.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A presente invenção revela um separador ciclônico de suspensãogás-sólido e um método de separação em uma configuração onde oseparador é capaz de manter a estabilidade do fluxo vorticial ascendentedurante o processo de separação.The present invention discloses a solid-gas suspension cyclonic separator and a separation method in a configuration wherein the separator is capable of maintaining the stability of the upward vorticial flow during the separation process.
O separador ciclônico, objeto desta invenção compreende umacâmara ciclônica (1), com pelo menos uma entrada (11a), um espaçoanular (13) para a coleta de partículas separadas e dois tubos de saída,sendo um tubo (2) fixado axialmente na parte superior da câmara ciclônica(1) e outro tubo (3) fixado axialmente na parte inferior da câmara (1),ambos os tubos com prolongamento axial para o interior da câmara (1).The cyclonic separator, object of this invention comprises a cyclonic chamber (1) with at least one inlet (11a), an annular space (13) for collecting separate particles and two outlet tubes, one tube (2) being axially fixed at the end. top of the cyclonic chamber (1) and another tube (3) axially fixed to the bottom of the chamber (1), both tubes axially extending into the chamber (1).
Nesta configuração, diferentemente do estado da técnica, o tubo (3)inferior possui diâmetro interno na faixa entre 1 % e 5% do diâmetro internodo tubo (2) superior.In this configuration, unlike the prior art, the lower tube (3) has an internal diameter in the range of 1% to 5% of the upper tube (2) internal diameter.
O Método de separação gás-sólido utilizando o separador acimadescrito compreende as etapas de admitir a suspensão gás-sólido nointerior da câmara (1), por meio da entrada (11a), fornecendo à suspensãogás-sólido uma componente de força tangencial de modo a separar asuspensão; aspirar o gás separado por meio do tubo (2) e do tubo (3)simultaneamente; retirar pelo espaço anular (13) as partículas sólidasseparadas.The Gas-Solid Separation Method using the above-described separator comprises the steps of admitting the gas-solid suspension into the chamber (1) through inlet (11a), providing the gas-solid suspension with a tangential force component to separate asuspension; suction the separated gas through the pipe (2) and the pipe (3) simultaneously; remove through the annular space (13) the separated solid particles.
No presente método, aspira-se uma fração de gás em proporçõessuperiores a 95% pelo tubo (2) superior, sendo a fração complementaraspirada pelo tubo (3) inferior, de modo a manter o ápice de reversão nointerior do tubo (3) e estabilizar o fluxo vorticial.O ápice da reversão do fluxo vorticial de descendente paraascendente ocorre no interior do tubo (3), que se encontra distante dasparedes, o que proporciona a redução do arraste pelo gás de partículassólidas já separadas e evita a erosão nas paredes do separador ciclônico.In the present method, a gas fraction of greater than 95% is aspirated by the upper pipe (2), the complementary fraction being aspirated by the lower pipe (3) in order to maintain the inner reversal apex of the pipe (3) and stabilize vorticial flow.The apex of the reversal of the descending to descending vorticial flow occurs within the tube (3), which is far from the walls, which provides for the reduction of the drag of the already separated solid particles gas and prevents erosion in the separator walls. cyclonic.
O presente método de separação gás-sólido é eficiente para separarsuspensões com concentrações de sólido superiores a 1g/m3preferencialmente, podendo ser utilizado individualmente ou aplicado noprimeiro ou segundo estágio de separação de equipamentos que utilizammúltiplos separadores ciclônicos ligados em série.The present gas-solid separation method is effective for separating suspensions with solid concentrations greater than 1g / m3 preferably, and may be used individually or applied on the first or second stage of equipment separation using multiple series-connected cyclonic separators.
O referido método de separação pode, opcionalmente, admitirsimultaneamente a suspensão gás-sólido no interior da câmara ciclônicapor meio da entrada (11a) e de pelo menos uma entrada adicional (11b)simetricamente posicionada à entrada (11a).Said separation method may optionally simultaneously concede the gas-solid suspension within the cyclonic chamber via inlet (11a) and at least one additional inlet (11b) symmetrically positioned to inlet (11a).
Este método apresenta as seguintes vantagens em relação ao estadoda técnica:This method has the following advantages over the technical state:
i. Redução substancial da erosão na região inferior do separador,causada pela instabilidade do fluxo vorticial na região do ápicedurante a reversão do fluxo de descendente para ascendente;i. Substantial reduction of erosion in the lower separator region, caused by the instability of the vorticial flow in the apicurant during the reversal of the downward to upward flow
ii. Manutenção da eficiência de separação ao longo de todo o caminhopercorrido pela suspensão gás-sólido; eii. Maintaining separation efficiency throughout the truck run by the gas-solid suspension; and
iii. Redução do arraste, pelo gás, de material sólido já separado.iii. Reduced gas drag of already separated solid material.
A descrição que se fez até aqui do presente método de separação,deve ser considerada apenas como uma possível concretização, equaisquer características particulares devem ser entendidas como algoque foi descrito para facilitar a compreensão. Desta forma, não podem serconsideradas Iimitantes da invenção, a qual está limitada apenas aoescopo das reivindicações que seguem.The description thus far of the present separation method should only be considered as a possible embodiment, and any particular characteristics should be understood as having been described for ease of understanding. Accordingly, they cannot be construed as limiting the invention, which is limited only to the scope of the following claims.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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BRPI0805325 BRPI0805325A2 (en) | 2008-12-23 | 2008-12-23 | Gas-solid suspension reverse cyclic separator and separation method |
Applications Claiming Priority (1)
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BRPI0805325 BRPI0805325A2 (en) | 2008-12-23 | 2008-12-23 | Gas-solid suspension reverse cyclic separator and separation method |
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BR (1) | BRPI0805325A2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111569537A (en) * | 2020-05-12 | 2020-08-25 | 宁波锦心节能环保科技有限公司 | Cyclone dust removal method |
-
2008
- 2008-12-23 BR BRPI0805325 patent/BRPI0805325A2/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111569537A (en) * | 2020-05-12 | 2020-08-25 | 宁波锦心节能环保科技有限公司 | Cyclone dust removal method |
CN111569537B (en) * | 2020-05-12 | 2021-12-03 | 宁波锦心节能环保科技有限公司 | Cyclone dust removal method |
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