MX2008010508A - Equipo y metodo para enfriamiento de una solucion - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un equipo de enfriamiento para el enfriar líquidos, el cual comprende:una torre de enfriamiento que es principalmente cilíndrica en la dirección vertical, incluyendo una superficie externa, una parte superior y una parte inferior de la torre de enfriamiento, las cuales en conjunto definen el espacio de enfriamiento;un equipo de alimentación de aire de enfriamiento que comprende por lo menos una entrada provista en la superficie externa de la torre de enfriamiento;medios para la alimentación del aire de enfriamiento a la abertura de entrada y adicionalmente al espacio de enfriamiento de la torre de enfriamiento;un equipo para la alimentación del líquido que comprende medios, tales como toberas para el líquido, para la alimentación del líquido a ser enfriado al espacio de enfriamiento;un equipo de descarga del aire de salida, asícomo también medios para retirar el líquido enfriado, en cuyo caso el equipo de alimentación del aire de enfriamiento y el equipo para descarga del aire de salida están colocados, con respecto a la torre enfriamiento, de modo que tanto la dirección del flujo del aire de enfriamiento desde la abertura de entrada al espacio de enfriamiento, como la dirección del flujo del aire de salida desde el equipo de descarga sean horizontales y paralelas a la tangente de la superficie externa del la torre de enfriamiento. La invención también se refiere a un método para el enfriamiento de líquidos.

Description

EQUIPO Y MÉTODO PARA ENFRIAMIENTO DE UNA SOLUCIÓN Campo de la Invención La presente invención se refiere a un equipo y a un método, definidos en las reivindicaciones independientes, para el enfriamiento de una solución en una torre de enfriamiento.

Antecedentes de la Invención Al separar zinc de una solución electrolítica que contiene iones de zinc y ácido sulfúrico, la temperatura del electrolito generalmente se eleva. Típicamente, para soluciones de enfriamiento tal como electrolito, o una solución ácida que contiene lechadas o metales, se usan torres de enfriamiento en donde el proceso de enfriamiento se basa en la evaporación de gotas de líquido en el aire que fluye hacia arriba a partir de las gotas de líquido que van a ser enfriadas. En general el flujo de aire es más frío que el flujo de líquido, en cuyo caso el líquido que fluye hacia abajo es enfriado debido a la transferencia de calor. En consecuencia, se produce la convección en el proceso de enfriamiento, y las gotas que se mueven contra el flujo de aire son evaporadas. Se emite calor, a medida que el líquido es enfriado en la torre de enfriamiento. En la sección transversal, las torres de enfriamiento típicamente son ya sea cilindros hexagonales o cuadrangulares. La solución a ser enfriada se conduce a la torre de una forma conocida a través de la parte superior de ella, y el aire de enfriamiento es alimentado a través del costado de la torre de enfriamiento. Durante el proceso de enfriamiento, las gotas que contienen material en partículas son separadas de la solución. Dichas gotas son separadas del gas contenido en el material particulado peligroso en dispositivos separadores de gotas previo a dejar salir el gas hacia afuera. El líquido separado es llevado de regreso a la torre de enfriamiento. Durante el proceso de enfriamiento, las impurezas son acumuladas en las paredes de la torre y en el piso así como también en los elementos del separador de gotas, lo cual crea la necesidad de procedimientos de mantenimiento frecuentes. Cuando se alimenta el aire de enfriamiento a la torres de enfriamiento horizontalmente en un punto proveído en la pared del la torre, resultan problemas principalmente debido a una distribución no uniforme del gas. Cuando el gas es conducido en forma horizontal a la torre, éste debe rotar 90 grados para moverse en la dirección vertical en la torre de enfriamiento. Tanto este hecho como el gran tamaño del ventilador que alimenta el aire con respecto a las dimensiones de la torre pueden resultar en una distribución no uniforme del gas en el espacio de enfriamiento de la torre de enfriamiento. Además, otro problema ha sido como asegurar una recuperación eficiente de las gotas. Convencionalmente, se recolectan gotas separadas por dispositivos de separación que son colocados en forma horizontal contra el flujo. En dichos dispositivos, las gotas son capturadas sobre la superficie de las estructuras de tipo tira, y el líquido circulado por gravedad es dirigido contra el flujo de gas de regreso a la torre de enfriamiento. Mientras mayor es la velocidad del gas, las gotas son separadas en forma más efectiva. Sin embargo, una desventaja de los dispositivos colocados, en forma horizontal para la recolección y separación de las gotas es que la velocidad del gas debe ser restringida, lo cual reduce la eficiencia de la torre de enfriamiento. En la planificación de las torres de enfriamiento, se debe poner atención a las emisiones descargadas desde éstas, debido a que las torres de enfriamiento a menudo son fuentes notables de emisiones en un proceso, por ejemplo en plantas de zinc. De forma similar, cuando se evalúa la funcionalidad de las torres de enfriamiento, se debe poner atención a los procedimientos de mantenimiento de dichas torres. A menudo las torres requieren varias operaciones de mantenimiento dentro de un período de tiempo corto, por lo tanto es importante que el mantenimiento sea efectuado en forma fácil y rápida. La eficiencia de una torre de enfriamiento puede ser mejorada mediante una optimización de una distribución uniforme del aire de enfriamiento. Convencionalmente se ha intentado mejorar la distribución del aire de enfriamiento en las torres de enfriamiento colocando un obstáculo al frente de la abertura de la alimentación del aire de enfriamiento en la dirección vertical, en cuyo caso la dirección del flujo de aire puede ser desviada más hacia arriba. La publicación del documento de patente CA 2271424 Al describe una torre de enfriamiento para líquido de enfriamiento. En el equipo de acuerdo a dicha publicación, se describe un arreglo de pared de múltiples capas para una torre de enfriamiento, en donde la pared consiste de una pared externa y una pared interna flexible y permeable al aire, en cuyo caso parte del aire es inyectado a través de los poros dispuestos en la pared interna hacia el espacio de enfriamiento, donde se encuentra con el líquido a ser enfriado. El objetivo de este arreglo es el de eliminar los depósitos acumulados sobre la pared interna. Sin embargo, no se logra una solución de enfriamiento óptima por este equipo, debido a la pérdida de presión producida por la pared interna.

Objetivos de la Invención El objetivo de la presente invención es el de eliminar algunas de las desventajas del arte previo y obtener una nueva forma para el enfriamiento de líquidos. Un objetivo particular de la invención es el de introducir un nuevo equipo y método de enfriamiento, en cuyo caso la eficiencia de enfriamiento es aumentada tanto por la alimentación de aire de enfriamiento al espacio de enfriamiento como por la conducción del aire que fluye hacia afuera de la torre de enfriamiento tanto en forma horizontal como tangencial con respecto a la torre de enfriamiento. Las características nuevas esenciales de la invención son evidentes a partir de las reivindicaciones adjuntas.

Breve Descripción de los Dibujos La invención se describe en mayor detalle con referencia a los dibujos adjuntos, en donde: La Figura 1 ilustra un equipo de enfriamiento de acuerdo con la invención. La Figura 2 muestra un equipo de enfriamiento de acuerdo con la invención, visto en una sección transversal de la configuración ilustrada en la Figura 1. La Figura 3 ilustra un equipo de enfriamiento de acuerdo con la invención.

Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas de la Invención La invención tiene ventajas notables asociadas. La invención se refiere a un equipo de enfriamiento para el enfriamiento de líquidos, que comprende: una torre de enfriamiento que es principalmente cilindrica en la dirección vertical, dicha torre de enfriamiento incluye una superficie externa, una parte superior de la torre de enfriamiento y una parte inferior las cuales en conjunto definen el espacio de enfriamiento; el equipo de alimentación del aire de enfriamiento comprende por lo menos una abertura de entrada en la superficie externa de la torre de enfriamiento; medios para la alimentación del aire de enfriamiento a la abertura de entrada y además al espacio de enfriamiento de la torre de enfriamiento; el equipo para la alimentación del líquido comprende medios, tales como boquillas para líquidos, para la alimentación del líquido que va a ser enfriado al espacio de enfriamiento, equipo de descarga para la salida de aire, así como también medios para retirar el líquido enfriado, en cuyo caso el equipo de alimentación del aire de enfriamiento y el equipo de descarga de aire de salida están colocados, con respecto a la torre de enfriamiento, de modo que tanto la dirección de flujo del aire de enfriamiento desde la abertura de entrada al espacio de enfriamiento, como la dirección de flujo del aire de salida fuera del equipo de descarga, sea horizontal y paralela con la tangente de la superficie externa de la torre de enfriamiento. Por medio de un equipo de enfriamiento de acuerdo con la invención, se consigue en forma ventajosa una distribución uniforme del aire de enfriamiento en la zona de enfriamiento, y el proceso de enfriamiento es mejorado. Alimentando aire de enfriamiento al espacio de enfriamiento en forma horizontal, preferentemente en la vecindad de la parte inferior de la torre de enfriamiento, y en paralelo con la tangente de la superficie externa de la torre de enfriamiento, la componente de la velocidad de rotación horizontal del flujo de aire es elevada simultáneamente. Así, el tiempo de permanencia del aire de enfriamiento en el espacio de enfriamiento es aumentado, y en consecuencia la eficiencia de enfriamiento de las gotas de líquido que fluyen en la torre es mejorada. De acuerdo con la invención, el equipo de descarga del aire de salida comprende un elemento de carcasa que incluye por lo menos cuatro, preferentemente ocho, aberturas de salida dispuestas en forma vertical con respecto a la sección transversal horizontal de la torre de enfriamiento. De acuerdo a una modalidad de la invención, las aberturas de salida están colocadas en forma equidistante en el elemento de carcasa, en cuyo caso cada plano paralelo a la superficie de la abertura de salida forma un ángulo igualmente grande con la tangente de la superficie externa de la torre de enfriamiento. De acuerdo a una modalidad de la invención, en cada abertura de salida, hay instalado en forma vertical por lo menos un elemento separador de gotas para la separación de las gotas de líquido del aire de salida. De acuerdo con una modalidad de la invención, el elemento separador de gotas está formado de por lo menos dos placas verticales con un perfil corrugado, permeables al aire y posicionadas de manera adyacente. Cuando también se conduce aire hacia fuera a través de la parte superior de la torre de enfriamiento tanto en forma horizontal como tangencial, es posible usar dispositivos separadores instalados verticalmente para separar el aire y las gotas contenidas en éste, en cuyos dispositivos la circulación de retorno del líquido fluye en forma perpendicular al flujo de aire de salida, lo cual aumenta la velocidad del gas y mejora la eficiencia de enfriamiento. Los dispositivos separadores de gotas que están colocados en forma vertical con respecto a la torre de enfriamiento son más efectivos que los dispositivos separadores colocados en forma horizontal. Usando un equipo de enfriamiento de acuerdo con la invención, el tamaño de la torre de enfriamiento es reducido de manera notable, mientras que la eficiencia de enfriamiento es, sin embargo, aumentada. Esto trae consigo ahorros ventajosos en el gasto de materiales de la torre de enfriamiento. Además, el arreglo de enfriamiento de acuerdo con la invención hace que las operaciones de mantenimiento del equipo de alimentación del líquido y del equipo de descarga de aire de salida sean más fáciles debido a las posiciones prácticas de éstos. De acuerdo con una modalidad ventajosa de la invención, la relación de la altura de la abertura de salida con respecto a la altura de la torre de enfriamiento en la dirección vertical es de 1 :5, en cuyo caso se consigue una eficiencia de enfriamiento óptima. La Figura 1 ilustra un equipo de enfriamiento 1 , de acuerdo con la invención para enfriamiento de líquidos, tales como electrolito. La Figura 2 muestra una sección transversal de la modalidad de la Figura 1 , vista según la dirección A. La Figura 3 ilustra un equipo de enfriamiento de acuerdo a la invención, visto en forma tridimensional. El equipo de enfriamiento 1 comprende una torre de enfriamiento 2 con una sección transversal esencialmente cilindrica en la dirección vertical, provista con una superficie externa, es decir, la pared 3, una parte superior 4 y una parte inferior 5 de la torre de enfriamiento, las cuales en conjunto definen el espacio de enfriamiento 6. La forma de la torre de enfriamiento 2 de manera más ventajosa es un cilindro en la dirección vertical, pero puede tener también una forma en donde la sección transversal llegue a ser más ancha en la parte superior 4, en cuyo caso se consiguen un área de aceleración más ancha para el flujo de aire antes que salga desde la torre de enfriamiento. La parte superior y la parte inferior están cerradas mientras está en operación el enfriamiento. La superficie externa 3 de la torre de enfriamiento típicamente se hace de fibra de vidrio o de un material correspondiente. El aire de enfriamiento 7 es alimentado al espacio de enfriamiento 6 de la torre de enfriamiento 2 de manera horizontal con respecto a la torre de enfriamiento, y en paralelo con la tangente 15 de la superficie externa de la torre de enfriamiento, por medio del equipo de alimentación de aire de enfriamiento 8, que comprende por lo menos una abertura de entrada 9 dispuesta sobre la superficie externa 3 de la torre enfriamiento, y medios tales como un ventilador para la alimentación del aire de enfriamiento adicional al espacio de enfriamiento 6 de la torre de enfriamiento. También pueden haber varias aberturas de entrada dispuestas en diferentes puntos de la superficie externa 3. El líquido 10 a ser enfriado es alimentado por medio del equipo de alimentación de líquidos 1 1, que comprende medios tales como por ejemplo boquillas de líquido 24 para la inyección del líquido 10 a ser enfriado dentro del espacio de enfriamiento 6. Las gotas de líquido a ser enfriadas, tales como gotas de electrolito, se mueven en la torre de enfriamiento contra el flujo de aire 20 que avanza hacia arriba en forma vertical, en cuyo caso el agua es evaporada de éstas. En el espacio de enfriamiento de la torre de enfriamiento, el flujo de aire llega a ser turbulento, y su velocidad en la dirección horizontal aumenta. Las gotas más pequeñas son separadas de las gotas enfriadas que fluyen hacia abajo, gotas las cuales son conducidas al equipo de descarga de aire de salida 12, el cual está en comunicación con el espacio de enfriamiento 6. En el equipo de descarga de aire de salida 12, las gotas de líquidos son separadas del aire y pueden ser recirculadas pare ser re-enfriadas en la torre de enfriamiento 2. El líquido enfriado es retirado por ejemplo a través de una salida 13 provista en la parte inferior 5 de la torre de enfriamiento, o a través de una abertura de rebalse 25, y enviado a procesamiento posterior. El equipo de descarga de aire de salida 12 del acuerdo con la invención comprende un elemento de carcasa 19 al menos parcialmente hueco, provisto de acuerdo al ejemplo con ocho aberturas de salida 16 colocadas verticalmente con respecto a la sección transversal horizontal de la torre de enfriamiento 2. Cuando las aberturas de salida están colocadas en la dirección vertical con relación al flujo de aire de salida 14, al flujo de aire de salida 14 se le permite que sea descargado en forma horizontal y en paralelo con la tangente 15 de la superficie externa 3 de la torre enfriamiento. Las aberturas de salida 16 están colocadas en forma equidistante en el elemento de carcasa 19, en cuyo caso cada plano 17 paralelo a la superficie de la abertura de salida forma un ángulo B igualmente grande con la tangente 15 de la superficie externa de la torre de enfriamiento 2. La relación de la altura vertical 22 de la abertura de salida 16 con respecto a la altura vertical 23 de la torre de enfriamiento es preferentemente de 1 :5. Naturalmente el número, la altura, la posición, y el ángulo B de las aberturas de salida 16 pueden variar dependiendo de la cantidad del líquido a ser enfriado y del aire de enfriamiento que se alimenta, así como también de la demanda de enfriamiento. Cada abertura de salida 16 está provista con un elemento separador de gotas 18 colocado en forma vertical en paralela con la superficie de la abertura de salida, elemento separador 18 el cual separa las gotas de líquido del aire de salida 14, y las gotas pueden ser recirculadas de regreso a la torre de enfriamiento. De acuerdo con un ejemplo, el elemento separador de gotas 18 está formado de por lo menos dos placas verticales con un perfil corrugado, permeables al aire y dispuestas en forma adyacente. Un nivel de mantenimiento 21 puede ser instalado para rodear la torre de enfriamiento 2, en la vecindad de la parte superior 4 de ésta, nivel de mantenimiento 21 desde el cual se puede efectuar fácilmente el mantenimiento del equipo de enfriamiento. Para una persona experimentada en el arte, es obvio que las varias modalidades diferentes de la invención no están restringidas a los ejemplos descritos anteriormente, sino que pueden variar dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (8)

1. Reivindicaciones 1. Un equipo de enfriamiento para enfriar líquidos, el cual comprende: - una torre de enfriamiento que es principalmente cilindrica en la dirección vertical, teniendo una superficie externa, una parte superior y una parte inferior de la torre enfriamiento, que definen el espacio de enfriamiento, - un equipo de alimentación de aire de enfriamiento, que comprende por lo menos una abertura de entrada dispuesta en la superficie externa de la torre de enfriamiento, medios para alimentar el aire de enfriamiento a la abertura de entrada y además al espacio de enfriamiento de la torre de enfriamiento, - equipo para la alimentación del líquido, que comprende medios para la alimentación del líquido que va a ser enfriado al espacio de enfriamiento, - equipo para la descarga del aire de salida, - así como también medios para retirar el líquido enfriado, caracterizado en que el equipo para la alimentación del aire de enfriamiento y el equipo para la descarga del aire de salida están colocados, con respecto a la torre de enfriamiento, de modo que tanto la dirección del flujo de aire de enfriamiento de la abertura de entrada al espacio de enfriamiento, como la dirección de flujo del aire de salida del equipo de descarga sean horizontales y paralelas a la tangente de la superficie externa de la torre de enfriamiento, y en que el equipo de descarga del aire de salida incluye un elemento de carcasa, provisto con por lo menos cuatro aberturas de salida colocadas en forma vertical con respecto a la sección transversal horizontal de la torre de enfriamiento
2. 2. Un equipo de enfriamiento, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que el elemento de carcasa del equipo de descarga del aire de salida está provisto con ocho aberturas de salida, dispuestas en forma equidistante en el elemento de carcasa, de modo que cada plano paralelo a la superficie de la abertura de salida forma un ángulo igualmente grande con la tangente de la superficie externa de la torre de enfriamiento.
3. 3. Un equipo de enfriamiento, de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado en que en cada abertura de salida hay instalado en la dirección vertical por lo menos un elemento separador de gotas para separar las gotas de líquido del aire de salida.
4. 4. Un equipo de enfriamiento, de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado en que el elemento separador de gotas está formado por lo menos de dos placas verticales con un perfil corrugado, permeables al aire e instaladas en forma adyacente.
5. 5. Un equipo de enfriamiento, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado en que el equipo de descarga de aire de salida está colocado en la parte superior de la torre de enfriamiento, y el equipo de alimentación del aire de enfriamiento está colocado en la vecindad de la parte inferior.
6. 6. Un equipo de enfriamiento, de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado en que la proporción de la altura de la abertura de salida con respecto a la altura de la torre de enfriamiento en la dirección vertical es ventajosamente de 1 :5.
7. 7. Un equipo de enfriamiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que el equipo de alimentación del líquido comprende por lo menos una tobera para líquidos, instalada en la parte superior de la torre de enfriamiento, por debajo del equipo de descarga del aire de salida.
8. 8. Un método para el enfriamiento de líquidos en un equipo de enfriamiento, el cual comprende: - una torre de enfriamiento que es principalmente cilindrica en la dirección vertical, que tiene una superficie externa, una parte superior y una parte inferior de la torre de enfriamiento, que definen el espacio de enfriamiento, - un equipo de alimentación de aire de enfriamiento, que comprende por lo menos una abertura de entrada colocada en la superficie externa de la torre de enfriamiento, - medios para la alimentación del aire de enfriamiento a la abertura de entrada y luego al espacio de enfriamiento de la torre de enfriamiento, - un equipo para la alimentación del líquido, que comprende medios para la alimentación del líquido, a ser enfriado al espacio de enfriamiento, - un equipo para descarga del aire de salida, - así como también medios (13) para retirar el líquido enfriado, caracterizado en que el aire de enfriamiento es alimentado en forma horizontal y en paralelo con la tangente de la superficie externa de la torre de enfriamiento al espacio de enfriamiento, en donde el aire de enfriamiento se encuentra con el líquido alimentado en contra de la corriente, aire el cual fluye hacia afuera del espacio de enfriamiento, de modo que la dirección de flujo es horizontal y paralela a la tangente de la superficie externa de la torre de enfriamiento y el aire de salida es conducido al equipo de descarga, en donde es llevado a la descarga a través de cuando menos cuatro aberturas de salida equipadas con un elemento separador de gotas colocado en la dirección vertical, en cuyo caso del aire se separa el líquido, el cual es luego recirculado de regreso a la torre de enfriamiento.