SECTOR TECNOLÓGICO

En el campo de los procesos de flotación, aireación y gasificación de líquidos se emplean diferentes equipos para generar burbujas con diferentes fines, entre estos equipos se encuentran placas porosas, placas perforadas, tubos perforados, sistemas de disolución de gases en líquidos para generación de burbujas por cambios de presión, entre otros.

El sistema de Ia presente invención comprende un dispositivo primario de generación de burbujas que consiste de una bomba de recirculación, un distribuidor acoplado a una serie de tuberías en las cuales, a intervalos regulares, se encuentran aparatos de tipo vénturi para inyección de aire o gas. El sistema toma el fluido contenido en el tanque y Io recircula a través del dispositivo primario, el cual toma gas proveniente de Ia atmósfera o de Ia cámara de gas interna del tanque y Io incorpora, por medio de los inyectores tipo vénturi, a Ia corriente de líquido recirculado. El gas burbujeado es reutilizado enviándolo a los inyectores tipo vénturi por medio tuberías flexibles que unen el sistema de baja presión de los vénturi con Ia cámara de gas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Existen varios procesos en los que se emplean gases en fluidos con diferentes fines tales como eliminar sólidos particulados, hacer reaccionar gases con fluidos o disolver gases en fluidos. La anterioridad EP 692999 enseña un reactor de lecho fluidizado en el que un líquido reacciona con un gas en presencia de un catalizador. En dicho reactor el gas es burbujeado a través del líquido, el cual contiene el catalizador, por medio de una placa perforada en Ia base del reactor. Dicha placa se encuentra conectada a un sistema de tubos unidos a un compresor, el cual se encarga de forzar el gas a través del lecho fluidizado.

Por su parte, Ia anterioridad EP 829534 relacionada con un sistema de fermentación que emplea un conjunto de inyectores o boquillas para proporcionar aire a un tanque de fermentación, dicho sistema también incluye un sistema de aspersión de oxígeno que comprende 12 boquillas. Las dos corrientes de gas, tanto aire como oxígeno, deben ser inyectadas a presión en el caldo de cultivo para proporcionar simultáneamente una fuente de oxígeno y generar corrientes que ayudan a circular los gases en el tanque.

Un campo en el que se hace un uso extensivo de las burbujas de gas es el de el tratamiento de aguas residuales. La patente US 6.875.351 enseña un sistema para Ia flotación de sólidos suspendidos en un clarificador que hace uso de una serie de bombas y un vénturi para inyectar aire a una corriente de agua recirculada del clarificador. El aire es inyectado a un lado del clarificador y fluye de manera paralela a Ia superficie, con un área de contacto muy pequeña. A su vez, Ia patente US 5.173.184 enseña un sistema de flotación que comprende una serie de tanques en los cuales, mediante una placa perforada ubicada en el fondo de los mismos, se inyecta aire al fluido que se va a tratar con el fin de ocasionar Ia flotación de los sólidos suspendidos o aglomerados mediante un floculante.

Por último, las burbujas también pueden emplearse como un sistema de mezclado como Io evidencia Ia patente US 7.387.428, Ia cual divulga un proceso para Ia mezcla de suspensiones acuosas espesas. Para este proceso se tiene un tanque lleno de una suspensión y en el fondo del tanque se ubica un inyector de gas y una placa acumuladora. El gas es inyectado a presión en el tanque y Ia placa acumuladora garantiza que Ia burbuja de gas tenga una forma y tamaño específicos. A medida que Ia burbuja asciende se generan corrientes que hacen circular Ia suspensión, resultando en una mezcla homogénea sin necesidad de emplear mezcladores mecánicos.

Todos los sistemas del arte previo involucran el uso de gases presurizados o sistemas de presurización de gases, tales como bombas y compresores, para lograr Ia formación de burbujas. Además, tales sistemas emplean inyectores, placas perforadas o materiales porosos que no garantizan un tamaño de burbuja constante, así como tampoco un contacto íntimo entre el gas y el líquido a tratar. Por otro lado, tales sistemas requieren el diseño de tanques específicos para su funcionamiento.

Por Io tanto, persiste Ia necesidad de un sistema con un bajo consumo de energía, que garantice un tamaño de burbuja específico, que sea fácil de instalar en tanques ya existentes y que ofrezcan un contacto íntimo entre el gas y el fluido a tratar.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

El sistema de Ia invención comprende un tanque de contacto entre Ia fase gaseosa y Ia fase líquida (1), un distribuidor de líquido a tratar (2) ubicado en Ia mitad inferior del tanque, un distribuidor de líquido saturado con gas (3) colocado en Ia mitad inferior del tanque y conectado a una bomba (4) para proporcionar fluido a presión, preferiblemente recirculando el fluido contenido en el tanque, un depósito de gas (5) sumergido en el fondo del tanque que contiene gas proveniente de Ia cámara de gas del tanque (6) y Io proporciona por medio de una serie de tubos flexibles (7) a una serie de inyectores tipo vénturi (8) ubicados sobre el distribuidor de líquido (3). El distribuidor de líquido a tratar (2) consiste en un arreglo de tuberías perforadas (9), distribuidas uniformemente respecto al área de Ia sección transversal del tanque, para asegurar una correcta distribución del líquido a tratar y un contacto homogéneo con las burbujas provenientes del distribuidor (3) en Ia parte inferior del tanque.

El depósito de gas (5) consiste en un contenedor ubicado en el fondo del tanque (1), conectado en su parte superior a Ia cámara (6) mediante tubería (10) y en su parte inferior a los inyectores (8) mediante tubos flexibles (7).

En una modalidad preferida, se puede acoplar un distribuidor de líquido saturado con burbujas (11) a cada uno de los inyectores tipo vénturi (8) para mejorar el patrón de distribución de las mismas a través del líquido a tratar. En una modalidad preferida dicho distribuidor (11) comprende una estructura de difusión perforada, Ia cual amplía el patrón de flujo e incrementa el área de distribución de las burbujas.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1. Esquema de los elementos que conforman el sistema de Ia invención.

Figura 2. Vista superior del distribuidor de líquido a tratar de una de las modalidades de Ia invención, específicamente en forma de espina de pescado.

Figura 3. Vista superior del distribuidor de líquido a tratar de otra de las modalidades de Ia invención, específicamente en forma radial. Figura 4. Vista superior del distribuidor de líquido a gasificar y los inyectores de acuerdo con una de las modalidades de Ia invención, específicamente en forma radial.

Figura 5. Detalle del inyector tipo vénturi con el distribuidor de líquido gasificado de acuerdo con dos de las modalidades de Ia invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

El sistema ilustrado en Ia figura 1 comprende un tanque (1) el cual recibe y contiene el fluido que se va a tratar. Dicho tanque (1) puede tener una capacidad entre 100 m ³ a 15.000 m ³ .

En Ia mitad inferior del tanque se encuentra un distribuidor de líquido a tratar (2) que consiste en un arreglo de tuberías perforadas (9), distribuidas uniformemente respecto al área de Ia sección transversal del tanque, para asegurar una correcta distribución del líquido a tratar y un contacto homogéneo con las burbujas provenientes del distribuidor (3) en Ia parte inferior del tanque.

Dichas tuberías perforadas tienen un diámetro que oscila entre 2,54 cm y 50,8 cm, sus perforaciones se encuentran distribuidas homogéneamente a Io largo de Ia tubería y tienen un diámetro, de acuerdo al flujo a manejar, que preferiblemente fluctúa entre 2 cm y 4 cm.

El distribuidor de líquido a tratar (2) genera un patrón de flujo que cubre entre un 70 a un 80% del área de Ia sección transversal del tanque. En una modalidad preferida, Ia tubería del distribuidor (2) tiene forma radial, comprendiendo más de dos brazos, de preferencia entre 4 y 6 brazos, como se muestra en Ia figura 3. En otra alternativa, dicha tubería comprende un tubo central del cual se desprenden de 4 a 6 tubos laterales, forma conocida como espina de pescado, tal como se enseña en Ia figura 2.

En Ia mitad inferior del tanque (1) se encuentra el distribuidor del líquido a saturar (3) que comprende un sistema de tubería principal (12) con derivaciones (13) a las cuales se acoplan inyectores tipo vénturi (8) a intervalos regulares.

La tubería principal (12) tienen un diámetro que oscila entre 5 cm y 31 cm y sus derivaciones tienen diámetros que fluctúan entre 2 cm y 15 cm. El número de inyectores (8) por derivación se encuentra entre 2 y 6. De manera preferida, el total de inyectores (8) en el tanque varía entre 8 y 36. Los inyectores vénturi (8) utilizados tienen diámetros que van de 2 cm a 4 cm, dependiendo de las condiciones de flujo de cada aplicación en particular.

La presión dentro del distribuidor de líquido a saturar (3) debe ser máxima de 6 atmósferas. Los inyectores vénturi (8) se distribuyen a Io largo de cada derivación (13) de manera que Ia caída de presión entre el primero y el último no excede el 10% de presión promedio.

El distribuidor de líquido a saturar (3) genera un patrón de flujo que cubre entre un 70% a un 95 % del área de Ia sección transversal del tanque. En una modalidad preferida, Ia tubería del distribuidor (3) tiene forma radial, comprendiendo más de dos derivaciones (13), de preferencia entre 4 y 8 derivaciones (13), como se muestra en Ia figura 4.

El tanque (1) además comprende un depósito de gas (5) sumergido en el fondo del tanque el cual contiene gas proveniente de Ia cámara de gas del tanque (6). Dicho depósito (5) se encuentra conectado a cada uno de los inyectores de tipo vénturi (8) mediante tubería flexible (7) ubicada en Ia parte inferior del mismo. Además, el depósito (5) tiene un tubo (10) que toma aire de Ia cámara (6) ubicada en Ia parte superior del tanque.

El depósito de gas (5) consiste en un contenedor ubicado en el fondo del tanque (1). El contenedor tiene una capacidad tal que garantiza un suministro de gas a los inyectores tipo vénturi (8) por un periodo de 2 a 5 minutos, así como también estabilidad en Ia presión en cada uno de los inyectores tipo vénturi (8).

La presión del fluido en los inyectores tipo vénturi (8) en conjunto con Ia presión del gas proveniente del depósito (5) es tal que asegura una formación de burbujas con un diámetro de 200 μm a 300 μm y una densidad de 0,5 a 1x10 ⁴ burbujas por cm ³ de líquido saturada. En consecuencia, Ia presión en el distribuidor de líquido a saturar con gas (3) debe estar entre 101 ,3 KPa y 1013 KPa, preferiblemente entre 202,6 KPa y 810,6 KPa, y aún mejor entre 405,3 KPa y 709,3 KPa.

El distribuidor de líquido a saturar (3) es alimentado por un sistema de recirculación que consiste de una tubería (14) que toma líquido de Ia parte inferior del tanque. Dicho líquido es recirculado al distribuidor (3) por medio de una bomba (4).

En una modalidad preferida, se puede acoplar un distribuidor de líquido saturado con burbujas (11) a cada uno de los inyectores tipo vénturi (8) para mejorar el patrón de distribución de las mismas a través del líquido a tratar. En una modalidad preferida dicho distribuidor (11) comprende una estructura de difusión perforada, Ia cual amplía el patrón de flujo e incrementa el área de distribución de las burbujas, tal como se muestra en Ia figura 5. En una modalidad, el tanque (1) comprende un sistema colector (15) el cual comprende una o más tomas ubicadas en Ia parte superior del tanque, distribuidas uniformemente alrededor del mismo, preferiblemente al mismo nivel del líquido, las cuales convergen en Ia parte inferior interna del tanque hacia una única salida.

Ejemplo 1

El aparato antes descrito tiene diferentes aplicaciones. En una de las modalidades, el sistema es empleado en un proceso de flotación de sólidos disueltos en agua residuales. El proceso es basado en Ia inyección de aire atmosférico mediante el sistema de Ia presente invención. En este proceso, el contacto gas-agua se realiza mediante boquillas inyectoras tipo vénturi.

El funcionamiento del sistema consiste en recircular parte del agua por tratar en el tanque (1). Al producirse el cambio de velocidad dentro del vénturi (8), se produce un vacío que induce el gas hacia Ia salida del mismo, mezclándolo con el agua en forma de microburbujas, esta corriente puede entonces ser distribuida por medio de un difusor (11) conectado a Ia salida del inyector (8).

El efecto que se genera es Ia separación de contaminantes coloidales como sólidos suspendidos, grasas y aceites emulsionados en las aguas residuales generadas en Ia producción, transporte y refinación de hidrocarburos. Y como mejoras adicionales se favorecen procesos de oxidación, incremento de oxigeno disuelto y despojo de gases agrios.

Este sistema es muy eficiente debido al alto incremento en el área interfacial como consecuencia de Ia generación de una alta cantidad de microburbujas de tamaño promedio entre 150 μm y 250 μm.