CH635806A5

CH635806A5 - Procedimento per l'eliminazione di una emulsione esausta di olii in acqua utilizzata in una lavorazione industriale, e apparecchiatura per realizzare il procedimento.

Info

Publication number: CH635806A5
Application number: CH416379A
Authority: CH
Inventors: Pietro Blasio; Maurizio Talini
Original assignee: Metalli Ind Spa
Priority date: 1979-01-30
Filing date: 1979-05-03
Publication date: 1983-04-29
Also published as: AU530492B2; YU40218B; SE443994B; US4273611A; YU107379A; FR2447742A1; NO152250C; GB2040992A; GB2040992B; DE2919256C2; ES480958A1; CA1139705A; BR7903617A; ATA391079A; FI74405B; FI791467A; AR220203A1; NO152250B; IL57362A0; IT1119551B

Description

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per l'eliminazione di una emulsione esausta di olii in acqua utilizzata in una lavorazione industriale mediante concentrazione e successiva combustione dell'emulsione con-20 centrata in un bruciatore industriale, particolarmente per l'eliminazione di una emulsione di olii da taglio in acqua. Con il procedimento dell'invenzione risulta possibile il ricupero a fini energetici degli olii dell'emulsione e si evita lo scarico dell'emulsione stessa, o di componenti di essa, nel-25 l'ambiente esterno.

Com'è noto, in numerose lavorazioni industriali vengono utilizzate emulsioni di vari olii in acqua, sia per raffreddare, sia per lubrificare i semilavorati in lavorazione, gli utensili, o parti delle macchine; in particolare, ven-30 gono largamente utilizzate emulsioni di olii da taglio in acqua in quasi tutte le lavorazioni meccaniche ad asportazione di truciolo per ridurre il valore delle forze di taglio tra utensile e pezzo in lavorazione e per raffreddare entrambi nel corso della lavorazione stessa.

35 Quando la quantità di sostanze estranee, quali trucioli, polveri e simili, nelle emulsioni suddette diventa particolarmente elevata, queste non sono più adatte per essere utilizzate industrialmente. L'eliminazione di tali emulsioni esauste crea gravi problemi in campo ecologico ed energetico, 40 poiché esse, sia che vengano scaricate nell'ambiente esterno, sia che vengano trattate in vario modo per separarne alcuni dei componenti, sono fonti di grave inquinamento.

Sono noti alcuni trattamenti delle emulsioni esauste per separare gli olii in essi contenuti dagli altri componenti, o 45 per renderli utilizzabili a fini energetici.

I trattamenti suddetti sono sostanzialmente di due tipi. Quelli di un primo tipo, attraverso l'impiego di opportuni agenti chimici e l'apporto di energia termica, tendono a separare prima l'acqua dai componenti di densità maggiore so e poi gli olii da questi ultimi. In base ad un trattamento di questo tipo, all'emulsione vengono addizionati, prima, un acido od un polimero e, successivamente, opportune quantità di alluminio, al fine di provocare la flocculazione dei componenti a densità maggiore e la formazione di fan-55 ghi; successivamente, mediante riscaldamento e con l'aggiunta di opportuni additivi, si separa l'olio dai fanghi.

I trattamenti di un secondo tipo prevedono l'utilizzazione diretta dell'emulsione in opportuni bruciatori di combustibile liquido, addizionando ad essa quantità di olii com-60 bustibili sufficienti per ottenere una miscela che sia atta a bruciare nei bruciatori suddetti.

I trattamenti del primo tipo presentano l'inconveniente di richiedere l'utilizzazione di additivi di costo piuttosto elevato per provocare la flocculazione dei componenti dell'e-65 mulsione a densità più elevata (acidi ed alluminio), l'impiego di elevate quantità di energia per il riscaldamento della emulsione stessa e dei fanghi; inoltre tali trattamenti comprendono numerose fasi di lavorazione piuttosto complesse.

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Quelli del secondo tipo richiedono l'impiego di quantità molto elevate di combustibili liquidi da addizionare alle emulsioni per rendere queste bruciabili a causa dell'elevato tenore in acqua delle emulsioni stesse; inoltre l'energia termica così prodotta è difficilmente utilizzabile a fini industriali a causa del calore sottratto dall'acqua contenuta nelle emulsioni, che ovviamente evapora durante la combustione, generando pure fumi che sono fonte di contaminazione dell'ambiente in quanto contengono olii incombusti evaporati insieme all'acqua.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un procedimento per il trattamento e l'eliminazione di una emulsione esausta del tipo descritto col quale sia possibile eliminare gli inconvenienti che sono connessi, sia con lo scarico delle emulsioni suddette nell'ambiente esterno, sia con il loro trattamento per separarne alcuni dei componenti.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un procedimento per il trattamento e l'eliminazione di una emulsione esausta del tipo prima indicato con il quale sia possibile una ulteriore utilizzazione, a fini energetici, di almeno parte degli elementi che compongono le emulsioni stesse.

Infine, un'ulteriore scopo dell'invenzione è quello di realizzare un'apparecchiatura atta ad attuare il procedimento dell'invenzione stessa.

II procedimento secondo la presente invenzione è caratterizzato dal fatto che comprende una prima fase per fornire in modo continuo a detta emulsione energia termica per determinare l'evaporazione di una prefissata quantità dell'acqua in essa contenuta e portare la concentrazione di detti olii nell'emulsione ad un valore tale da rendere questa bruciabile nel detto bruciatore industriale, detta energia termica essendo fornita sostanzialmente mediante utilizzazione di energia solare, ed una seconda fase per bruciare l'emulsione cqn la suddetta concentrazione in olii in un bruciatore industriale.

In base alla presente invenzione viene anche realizzata una apparecchiatura per eseguire il procedimento secondo l'invenzione con cui si effettua la concentrazione di una emulsione esausta di olii in acqua secondo la prima fase del procedimento suddetto, caratterizzata dal fatto che comprende mezzi di riscaldamento di detta emulsione atti a fornire ad essa energia termica generata da mezzi atti a captare energia solare, e mezzi di evaporazione atti a produrre l'evaporazoine di almeno parte di detta acqua contenuta in detta emulsione riscaldata da detti mezzi di riscaldamento.

Per una migliore comprensione del procedimento della presente invenzione verrà ora data una descrizione particolareggiata delle sue fasi principali e di una forma di realizzazione dell'apparecchiatura atta ad attuare il procedimento stesso, con riferimento ai disegni allegati nei quali:

la fig. 1 rappresenta una vista schematica degli elementi fondamentali che compongono l'apparecchiatura atta a realizzare il procedimento dell'invenzione;

le figg. 2 e 3 rappresentano diagrammi di risultati sperimentali ottenuti utilizzando l'apparecchiatura della figura precedente.

Prima di descrivere le varie fasi del procedimento della presente invenzione è opportuno esaminare l'apparecchiatura di fig. 1, con la quale è possibile attuare il procedimento dell'invenzione.

Tale apparecchiatura è atta al trattamento di una emulsione esausta di olii in acqua, o di una qualsiasi miscela di tali olii in acqua, del tipo di quello che vengono utilizzate nelle lavorazioni industriali; in particolare, essa è atta al trattamento di una emulsione di olii da taglio o da laminazione in acqua, impiegata nell operazioni meccaniche ad asportazione di truciolo con macchine utensili o nelle operazioni di laminazione o di trafilamento.

L'apparecchiatura di fig. 1 comprende sostanzialmente mezzi di riscaldamento dell'emulsione, che sono atti a fornire a questa una prefissata quantità di calore, generato utilizzando, almeno in parte, energia solare. I mezzi di riscaldamento suddetti, indicati con 1, comprendono sostanzialmente almeno un collettore ad energia solare 2 ed uno scambiatore di calore 3 atto a ricevere una certa quantità di calore dal collettore 1; a talé scopo può essere convenientemente previsto un circuito, indicato con 4 in fig. 1, atto a collegare il collettore 2 con lo scambiatore 3, comprendente tratti di tubazione 4', 4" e 4'" percorsi da un fluido adatto, per esempio acqua, i quali mettono in comunicazione idraulica, l'uscita del collettore con l'entrata dello scambiatore e l'uscita di quest'ultimo con l'entrata del collettore realizzando pertanto, un circuito chiuso in cui può circolare, in modo continuo, acqua per trasmettere allo scambiatore l'energia termica prodotta nel collettore dalla radiazione solare.

L'apparecchiatura dell'invenzione comprende inoltre mezzi di evaporazione, indicati nel loro complesso con 5,

atti a produrre l'evaporazione di almeno parte dell'acqua contenuta nell'emulsione; i mezzi suddetti sono collegati, attraverso un circuito chiuso indicato con 6, con lo scambiatore di calore 3, in modo da realizzare una circolazione continua tra scambiatore e mezzi di evaporazione, per alimentare a questi ultimi l'emulsione dopo che essa è stata riscaldata nello scambiatore 3. A tale scopo, il circuito 6 può comprendere convenientemente tratti di tubazione 6' e 6", il primo dei quali collega l'uscita dei mezzi 5 con lo scambiatore 3, ed il secondo collega l'uscita dello scambiatore 3 con l'ingresso dei mezzi di evaporazione 5.

I mezzi di evaporazione suddetti possono essere convenientemente costituiti da una normale torre di evaporazione, di qualsiasi tipo noto, per esempio di quello in cui viene realizzata una circolazione di emulsione in ambienti d'aria ed eventualmente una caduta di essa, sotto forma di pioggia, in un flusso d'aria.

Per la circolazione del fluido di riscaldamento tra collettore 2 e scambiatore 3 e dell'emulsione tra quest'ultimo e i mezzi di evaporazione 5, possono essere previste, rispettivamente sui circuiti 4 e 6, pompe indicate con 7 ed 8.

II procedimento dell'invenzione effettuato utilizzando l'apparecchiatura descritta avviene nel modo seguente.

La torre di evaporazione 5 viene riempita con una prefissata quantità di emulsione esausta non più adatta per essere utilizzata nella lavorazione industriale in cui essa è stata impiegata; questa circola quindi, in modo continuo, all'interno del circuito 6 e nella torre 5, sotto l'azione della pompa 8. Contemporaneamente l'energia solare incidente sul collettore 2 riscalda il fluido di riscaldamento nel circuito 4, la cui circolazione in esso è assicurata dalla pompa 7, in modo da fornire allo scambiatore 3 una certa quantità di calore; questa viene ovviamente trasmessa alla emulsione che circola all'interno del circuito 6, attraverso lo scambio termico che ha luogo all'interno dello scambiatore 3.

In questo modo l'emulsione riscaldata giunge alla torre di evaporazione 5 ad una certa temperatura; all'interno di essa ha luogo l'evaporazione dell'acqua contenuta nell'emulsione a spese del calore di evaporazione che è fornito dalla quantità di calore presente nell'emulsione stessa. L'emulsione che esce dalla torre di evaporazione ha, rispetto a quella che entra, una concentrazione minore di acqua ed una temperatura inferiore; essa viene quindi nuovamente inviata allo scambiatore 3 per essere ini questo nuovamente riscaldata.

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È quindi evidente che, via via che l'emulsione circola nel circuito 6 e all'interno della torre di evaporazione 5, aumenta la propria concentrazione in olii; questo arricchimento in olii avviene sostanzialmente senza fornire ad essa altra energia che quella solare prelevata attraverso il collettore 2.

Procedendo nel trattamento, la concentrazione degli olii nell'emulsione può essere portata a valori molto elevati, anche dell'ordine del 90%; la concentrazione che si ritiene più opportuna per gli scopi del procedimento è almeno quella che la rende bruciabile in un normale bruciatore industriale; è stato constatato che concentrazioni comprese tra il 70 e l'80% di olii nell'emulsione sono atti a rendere questa utilizzazione per lo scopo suddetto. Pertanto, quando viene raggiunta una tale concentrazione che, come si vedrà meglio più avanti, in un impianto opportunamente dimensionato può essere raggiunta con un funzionamento dell'apparecchiatura dell'ordine del centinaio di ore (corrispondente ad una durata di effettiva esposizione dei collettori al flusso di energia solare), l'emulsione trattata può essere scaricata dall'apparecchiatura stessa.

Il procedimento dell'invenzione comprende l'ulteriore fase per bruciare l'emulsione così trattata in un comune bruciatore di un impianto industriale o di riscaldamento; in questo modo l'emulsione può essere utilizzata come un normale combustibile liquido per ricavare energia termica, in sostituzione di un olio combustibile, in modo da sfruttare sostanzialmente, a fini energetici tutte le calorie in essa contenute; oppure essa può venire addizionata ad un olio combustibile per essere bruciata con esso.

È quindi evidente, che con il trattamento a cui viene sottoposta l'emulsione in base al procedimento della presente invenzione, si raggiungono fondamentalmente due scopi; quello di eliminare l'emulsione stessa senza dar luogo a contaminazione dell'ambiente esterno, e quello di ricuperare completamente le calorie dei componenti più nobili dell'emulsione stessa, rendendo essa bruciabile in un normale bruciatore; ovviamente tali scopi sono raggiunti senza consumo di energia, ma con la sola utilizzazione dell'energia solare.

Nelle figg. 2 e 3 sono riportati risultati sperimentali relativi al funzionamento di un'apparecchiatura del tipo di quella rappresentata in fig. 1.

Nella fig. 2 sono riportati tre grafici che illustrano, in funzione della durata di funzionamento dell'apparecchiatura, rispettivamente l'andamento della concentrazione in olii dell'emulsione circolante all'interno della torre di evaporazione 5 e del circuito 6 (curva A), della quantità di acqua evaporata dall'emulsione (curva B) e del volume complessivo dell'emulsione (curva C).

I dati di tali diagrammi sono ottenuti da prove effettuate su un volume iniziale di emulsione di 900 litri avente una concentrazione in olio del 15,7%. Come si vede dalla curva A, dopo un tempo di funzionamento di circa 130 ore, si è ottenuta una concentrazione finale in olii dell'emulsione del 90% ed il volume finale di questa si è ridotto a circa 150 litri; da tale curva si rileva inoltre che la velocità con cui procede l'arricchimento in olii dell'emulsione tende ad aumentare con la durata di funzionamento dell'impianto, avendosi all'inizio, velocità di arricchimento non molto elevate che tendono ad aumentare sensibilmente verso il termine del trattamento, come risulta dalla maggiore pendenza del tratto finale della curva A.

La velocità di evaporazione dell'acqua, come si può rilevare dalla curva B, tende invece a decrescere, in misura sostanzialmente uniforme, al procedere della durata del trattamento, come risulta dalla diminuzione della pendenza della curva B, diminuzione sostanzialmente uniforme lungo tutta la curva.

Il diagramma di fig. 3 mette in evidenza l'andamento della velocità di evaporazione dell'acqua (in litri/ora) in funzione della concentrazione in olii; come si vede da tale curva, mentre si hanno alte velocità di evaporazione per bassi valori di concentrazione di olii (all'incirca fino a conconcentrazioni del 30%), per valori più elevati di concentrazione la velocità di evaporazione tende a diminuire; quando si raggiungono concentrazioni di olii intorno al 70% ha inizio una diminuzione più brusca della velocità di evaporazione che tende a crescere nell'intero tratto finale della curva di fig. 2, oltre il ginocchio g della curva stessa. Dall'esame di tale comportamento si può quindi concludere che è conveniente far procedere la concentrazione in olii dell'emulsione solo sino a valori intorno al 70%, poiché oltre tali valori, a causa della brusca e notevole diminuzione della velocità di evaporazione dell'acqua nell'emulsione, ulteriori aumenti della concentrazione degli olii nell'emulsione stessa si possono ottenere solo con tempi di trattamento piuttosto elevati; d'altra parte, poiché una concentrazione di olii pari al 70% rende già l'emulsione del tutto adatta per la successiva fase del procedimento (combustione in un bruciatore), il trattamento del procedimento dell'invenzione può essere arrestato al raggiungimento del suddetto valore di concentrazione di olii; è stato constatato che un'emulsione con una concentrazione di olii pari al 70% presenta un potere calorifico di circa 6000 Kcal/Kg ed è quindi atta a costituire un vero e proprio combustibile liquido.

Risulta chiaro che alle varie fasi del procedimento che sono state descritte e ai vari elementi dell'apparecchiatura atta a realizzare il procedimento stesso possono essere apportate modifiche e varianti, senza uscire dall'ambito dell'invenzione.

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1 foglio disegni

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RIVENDICAZIONI

1. Procedimento per l'eliminazione di una emulsione esausta di olii in acqua utilizzata in una lavorazione industriale, mediante concentrazione e successiva combustione dell'emulsione concentrata in un bruciatore industriale, particolarmente per l'eliminazione di una emulsione di olii da taglio in acqua, caratterizzato dal fatto che comprende una prima fase per fornire in modo continuo a detta emulsione energia termica per determinare l'evaporazione di una prefissata quantità dell'acqua in essa contenuta e portare la concentrazione di detti olii nell'emulsione ad un valore tale da rendere questa bruciabile nel detto bruciatore industriale, detta energia termica essendo fornita sostanzialmente mediante utilizzazione di energia solare, ed una seconda fase per bruciare l'emulsione con la suddetta concentrazione in olii nel bruciatore industriale.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta energia termica viene fornita a detta emulsione mediante uno scambiatore di calore atto a ricevere questa da uno o più collettori ad energia solare e a trasmetterla a detta emulsione.
3. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta evaporazione di detta quantità di acqua viene effettuata in un dispositivo di evaporazione atto a produrre l'evaporazione di acqua da detta emulsione riscaldata, detto dispositivo di evaporazione essendo collegato attraverso un primo circuito idraulico con detto scambiatore di calore in modo da realizzare una circolazione continua di emulsione tra detto evaporatore e detto scambiatore.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, in cui detto dispositivo di evaporazione è una torre di evaporazione in cui viene creata la caduta sotto forma di pioggia di detta emulsione in un flusso d'aria.
5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la trasmissione di detta energia termica tra detto collettore solare e detto scambiatore viene effettuata utilizzando un liquido circolante in un secondo circuito idraulico atto a collegare detto collettore con detto scambiatore.
6. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto trattamento viene effettuato almeno sino a che la concentrazione di olii in detta emulsione è pari al 70%.
7. Apparecchiatura per eseguire il procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che comprende mezzi di riscaldamento (3) di detta emulsione atti a fornire ad essa energia termica generata da mezzi atti a captare (2) energia solare, e mezzi di evaporazione (5) atti a produrre l'evaporazione di almeno parte di detta acqua contenuta in detta emulsione riscaldata da detti mezzi di riscaldamento.
8. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detti mezzi atti a captare energia solare comprendono almeno un collettore ad energia solare (2).
9. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzata dal fatto che detti mezzi (3) di riscaldamento comprendono uno scambiatore di calore atto a ricevere detta energia termica da detto collettore (2) ed a trasmetterla all'emulsione.
10. Apparecchiatura secondo una delle rivendicazioni da 7 a 9, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di evaporazione (5) sono collegtti con detto scambiatore di calore

(3) con un primo circuito idraulico atto a realizzare una circolazione continua di detta emulsione tra detti mezzi di evaporazione (5) e detto scambiatore (3) per prelevare da detto scambiatore (3) detta energia termica.
11. Apparecchiatura secondo una delle rivendicazioni da 7 a 10, caratterizzata dal fatto che detto collettore ad energia solare (2) è collegato a detto scambiatore di calore (3) mediante un secondo circuito idraulico (4) atto a realizzare una circolazione continua di acqua tra detto collet-5 tore (2) e detto scambiatore (3) per fornire a detto scambiatore (3) detta energia termica.
12. Apparecchiatura secondo una delle rivendicazioni da 7 ali, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di evaporazione comprendono una torre di evaporazione (5) in io cui viene creata la caduta sotto forma di pioggia di detta emulsione in un flusso d'aria.

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