BR102012029530B1

BR102012029530B1 - IMPROVING THE FALLING FILM EVAPORATOR

Info

Publication number: BR102012029530B1
Application number: BR102012029530-0A
Authority: BR
Inventors: Diógenes Carletti
Original assignee: Diógenes Carletti
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2021-09-28
Also published as: BR102012029530A2

Abstract

aperfeiçoamento do evaporador de filme cadente compreendendo por um fluxo de evaporado proveniente do equipamento não seja completamente condensado num evaporador consecutivo (efeito seguinte) ou condensador, mas parte dele reflua em vários fluxos, sob pressões decrescentes, para câmaras do próprio equipamento, onde são condensados, regenerando o calor necessário à produção da sua própria evaporação. sendo que o aperfeiçoamento ainda traz uma alimentação que utiliza somente uma coluna hidrostática, providas de bandejas de distribuição, porém com a peculiaridade do fluxo de entrada ser introduzido horizontalmente e de forma a espalhar o licor pela superfície toda da bandeja, sem ondas o que impede que se possam privilegiar certos tubos em detrimento dos demais, pois as bandejas são alimentadas através de bocais especiais que cumpre esta função de um "bico de pato", ou seja, inicia-se circular e se expande para a forma oblonga horizontal na estrada da bandeja.improvement of the falling film evaporator comprising that a flow of evaporate from the equipment is not completely condensed in a consecutive evaporator (following effect) or condenser, but part of it refluxes in several flows, under decreasing pressures, to chambers of the equipment itself, where they are condensed , regenerating the heat necessary to produce its own evaporation. and the improvement still brings a supply that uses only a hydrostatic column, provided with distribution trays, but with the peculiarity of the inlet flow being introduced horizontally and in such a way as to spread the liquor over the entire surface of the tray, without waves, which prevents that certain tubes can be favored over others, as the trays are fed through special nozzles that fulfill this function of a "duck's bill", that is, they start circular and expand to the horizontal oblong shape on the road. tray.

Description

001 Refere-se o presente pedido de patente de invenção do “APERFEIÇOAMENTO DO EVAPORADOR DE FILME CADENTE” que foi desenvolvido com a finalidade de permitir que o fluxo de evaporado proveniente do equipamento não seja completamente condensado num evaporador consecutivo (efeito seguinte) ou Condensador, mas parte dele reflua em vários fluxos, sob pressões decrescentes, para câmaras do próprio equipamento, onde são condensados, regenerando o calor necessário à produção da sua própria evaporação. Sendo que o aperfeiçoamento ainda traz uma alimentação que utiliza somente uma coluna hidrostática, providas de bandejas de distribuição, porém com a peculiaridade do fluxo de entrada ser introduzido horizontalmente e de forma a espalhar o licor pela superfície toda da bandeja, sem ondas, o que impede que se possam privilegiar certos tubos em detrimento dos demais, pois as bandejas são alimentadas através de bocais especiais que cumprem esta função de um “Bico de Pato”, ou seja, inicia-se circular e se expande para a forma oblonga horizontal na entrada da bandeja.001 Refers to the present patent application for the "IMPROVEMENT OF THE SHOOTING FILM EVAPORATOR" which was developed with the purpose of allowing the evaporate flow from the equipment not to be completely condensed in a consecutive evaporator (next effect) or Condenser, but part of it flows back in various flows, under decreasing pressures, to chambers of the equipment itself, where they are condensed, regenerating the heat necessary for the production of its own evaporation. The improvement also brings a supply that uses only a hydrostatic column, provided with distribution trays, but with the peculiarity of the inlet flow being introduced horizontally and in such a way as to spread the liquor over the entire surface of the tray, without waves, which prevents certain tubes from being privileged over others, as the trays are fed through special nozzles that fulfill this function of a "Duck's Beak", that is, it starts to circulate and expands to an oblong horizontal shape at the entrance from the tray.

Prior Art Vertical Short Tube Evaporator

002 Ao contrário dos evaporadores de tubo imerso horizontais, neste caso, a solução entra em ebulição no interior dos tubos e o fluido aquecedor (em geral vapor de água) circula por uma câmara externa que abrange todos os tubos. Estes evaporadores superam a maioria das desvantagens apresentadas pelos tubos imersos horizontais.- A sua forma estimula a circulação natural;- Qualquer depósito de sólido é facilmente removido por limpeza mecânica;- O abatimento da espuma não é eficiente, porém pode ser minimizada utilizando separadores ou chicanas; - São satisfatórios os para a maioria das soluções, e só são impraticáveis nos casos em que o líquido a evaporar é muito viscoso, ou muito espumante, ou só pode suportar as temperaturas do evaporador durante intervalos muito curtos de tempo.- Os tubos são montados por mandrilagem ou soldagem, o que reduz o custo e comparação aos tubos horizontais.002 Unlike horizontal dip tube evaporators, in this case, the solution boils inside the tubes and the heating fluid (usually water vapor) circulates through an external chamber that covers all the tubes. These evaporators overcome most of the disadvantages presented by horizontal submerged tubes. - Their shape encourages natural circulation; - Any solid deposit is easily removed by mechanical cleaning; - Foam abatement is not efficient, but can be minimized using separators or baffles; - These are satisfactory for most solutions, and are only impractical in cases where the liquid to be evaporated is too viscous, or too foamy, or can only withstand evaporator temperatures for very short periods of time.- The tubes are mounted by boring or welding, which reduces the cost and comparison to horizontal tubes.

Forced Circulation Evaporator

003 Nestes evaporadores, o líquido é bombeado da câmara de evaporação através de um trocador de calor, onde o meio calefator circunda os tubos portadores da solução, e depois retorna para a câmara de expansão. A circulação é mantida independentemente da taxa de evaporação. Este tipo de evaporador é, portanto, adequado para a operação de cristalização onde os sólidos devem ser mantidos em suspensão.003 In these evaporators, the liquid is pumped from the evaporation chamber through a heat exchanger, where the heating medium surrounds the solution-carrying tubes, and then returns to the expansion chamber. Circulation is maintained regardless of evaporation rate. This type of evaporator is therefore suitable for the crystallization operation where solids must be kept in suspension.

004 O uso de bombas para garantir a circulação através do trocador de calor permite separar no processo as funções de troca de calor, separação líquido- vapor e cristalização.004 The use of pumps to ensure circulation through the heat exchanger makes it possible to separate the functions of heat exchange, liquid-vapor separation and crystallization in the process.

005 Sistemas de circulação forçada(s) possuem geralmente custos mais elevados e, por isso,devem ser utilizados apenas quando necessário.A escolha da melhor velocidade para a circulação do fluido deve ser realizada por meio de um simples balanço de custos da energia gasta com o bombeamento, que geralmente é alta, com o aumento da taxa de transferência de calor.É necessário impedir que o fluido bombeado possa vaporizar no interior dos tubos, pois embora isto gere altas taxas de transferência de calor, também aumenta a possibilidade de depósito de sólidos nas tubulações. Desta forma, os evaporadores são projetados para que a perda da pressão e a pressão hidrostática combinadas sejam grandes o suficiente para impedir a ebulição da solução nos tubos trocadores de calor e, com isso, o vapor gerado forma-se imediatamente quando o líquido entra na câmara de vaporização.005 Forced circulation systems (s) generally have higher costs and, therefore, they should be used only when necessary. pumping, which is generally high, with increasing heat transfer rate. It is necessary to prevent the pumped fluid from vaporizing inside the tubes, as although this generates high heat transfer rates, it also increases the possibility of depositing. solids in the pipes. In this way, the evaporators are designed so that the combined pressure loss and hydrostatic pressure are large enough to prevent the solution from boiling in the heat exchanger tubes and, therefore, the generated vapor forms immediately when the liquid enters the vaporization chamber.

006 Já que a velocidade da mistura evaporada é alta, chicanas anti-respingos devem ser utilizadas para minimizar o arrastamento. Nos evaporadores modernos, os tubos de trocadores de calor são colocados externamente ao corpo principal do evaporador. Com isso, a limpeza e a substituição de tubos corroídos tornam-se muitos mais simples. Esta disposição também possibilita a construção de unidades mais compactas, que podem ser instaladas em locais com limitação de altura. Este tipo de evaporador é conhecido como tubos submersos. Nos evaporadores mais modernos usam-se os calefatores externos, com isso fica mais fácil a limpeza dos tubos e a substituição de qualquer tubo corroído. Neste caso pode-se impedir a ebulição da solução nos tubos para que se reduza a deposição de sólidos. Nos evaporadores com aquecimento externo a ebulição pode ser impedida facilmente apenas aumentando a distância vertical entre o aquecedor e a câmara de vaporização.006 Since the speed of the evaporated mixture is high, anti-spatter baffles should be used to minimize drag. In modern evaporators, the heat exchanger tubes are placed outside the main body of the evaporator. This makes cleaning and replacing corroded pipes much simpler. This arrangement also makes it possible to build more compact units, which can be installed in locations with limited height. This type of evaporator is known as submerged tubes. In the most modern evaporators, external heaters are used, making it easier to clean the tubes and replace any corroded tubes. In this case, it is possible to prevent the boiling of the solution in the tubes so that the deposition of solids is reduced. In evaporators with external heating, boiling can be easily prevented by simply increasing the vertical distance between the heater and the vaporization chamber.

007 O trocador pode ser disposto horizontalmente ou verticalmente de acordo com o espaço disponível.007 The changer can be arranged horizontally or vertically according to the available space.

008 Porém, o trocador horizontal apresenta menor perda de carga por atrito, é mais fácil de ser limpo e a troca dos tubos também é facilitada.008 However, the horizontal exchanger has less pressure loss due to friction, it is easier to be cleaned and the exchange of tubes is also facilitated.

Thin Film Evaporator

009 O produto entra acima da zona quente e é distribuído pelo rotor sobre a superfície da parede interna do evaporador. A solução sob evoporação desce um espiral pela parede, comum regime altamente turbulento causado pelo rotor. Este tipo de evaporador evapora rapidamente componentes voláteis, apresenta curto tempo de residência e permite a evaporação de materiais viscosos, espumantes, lamosos e sensíveis ao calor.Evaporadores tubulares do tipo contínuo como os de circulação forçada, película ascendente, entre outros não são bem sucedidos quando o fluido a ser evaporado é um líquido muito viscoso, sensível ao calor, contaminado ou com alto ponto de ebulição. Nesses casos, os evaporadores por película fina agitada podem ser aplicados. Esses evaporadores são bastante simples, e consistem em duas partes principais: tubo vertical com uma camisa de aquecimento e um rotor central.009 The product enters above the hot zone and is distributed by the rotor over the inner wall surface of the evaporator. The solution under evaporation spirals down the wall, with a highly turbulent regime caused by the rotor. This type of evaporator quickly evaporates volatile components, has a short residence time and allows the evaporation of viscous, foamy, muddy and heat sensitive materials. Tubular evaporators of the continuous type such as forced circulation, rising film, among others are not successful. when the fluid to be evaporated is a very viscous, heat sensitive, contaminated or high boiling liquid. In such cases, agitated thin film evaporators can be applied. These evaporators are quite simple, and consist of two main parts: a standpipe with a heating jacket and a central rotor.

010 Montadas sobre o rotor estão as lâminas que se estendem quase até as paredes aquecidas. A parte superior do casco cilíndrico tem um diâmetro maior e não é aquecido. Nesta região, as lâminas verticais do rotor têm abas horizontais que coletem as gotículas arrastadas e as impelem para a parede do evaporador. As lâminas projetam a carga sobre as paredes aquecidas e mantêm a superfície de aquecimento livre de depósitos sólidos. A carga é injetada no topo da seção aquecida.A solução concentrada vai descendo para a base do evaporador e sendo continuamente lançada contra as paredes aquecidas.010 Mounted on the rotor are blades that extend almost to the heated walls. The upper part of the cylindrical hull has a larger diameter and is not heated. In this region, the vertical blades of the rotor have horizontal flaps that collect the entrained droplets and impel them to the evaporator wall. Blades project the charge onto the heated walls and keep the heating surface free of solid deposits. The charge is injected at the top of the heated section. The concentrated solution goes down to the base of the evaporator and is continuously thrown against the heated walls.

011 Os vapores podem fluir co-corrente ou, mais comumente, contracorrente, e estão prontos para condensação ou para processamento subseqüente enquanto eles deixam a unidade.011 Vapors can flow co-current or, more commonly, counter-current, and are ready for condensation or for further processing as they leave the unit.

012 Os componentes não-voláteis são descarregados na saída no fundo. Evaporador de Filme Ascendente (Rising Film)012 Non-volatile components are discharged into the bottom outlet. Rising Film Evaporator

013 Estes evaporadores operam em um princípio de termo-sifão. A alimentação entra no fundo do tubo de aquecimento e o vapor começa a se formar. Líquido evaporado e vapor de aquecimento fluem para cima em fluxo paralelo. Este movimento superior co-corrente tem o efeito benéfico de criar um grau alto de turbulência no líquido. Isto é vantajoso durante evaporação de produtos viscosos. Normalmente deve haver uma diferença de temperatura bastante alta entre o vapor de aquecimento e o líquido fervente. Caso contrário o empuxo do fluxo de vapor não é suficiente carregar o líquido e produzir o filme ascendente.013 These evaporators operate on a thermosiphon principle. Feed enters the bottom of the heating tube and steam begins to form. Evaporated liquid and heating steam flow upward in parallel flow. This co-current upside movement has the beneficial effect of creating a high degree of turbulence in the liquid. This is advantageous during evaporation of viscous products. There should normally be a very high temperature difference between the heating steam and the boiling liquid. Otherwise, the thrust of the steam flow is not sufficient to carry the liquid and produce the rising film.

014 O comprimento dos tubos verticais geralmente não excede de 9 metros.Este tipo de evaporador é freqüentemente usado sem recirculação de produto.014 The length of standpipes generally does not exceed 9 meters. This type of evaporator is often used without product recirculation.

Falling Film Tubular Evaporator

015 Em evaporadores de filme descendente, líquidos e evaporados fluem para baixo em fluxo paralelo. O líquido a ser concentrado e pré-aquecido até a temperatura de ebulição. Um filme delgado entra no evaporador por um dispositivo de distribuição no topo, flui para baixo na temperatura de ebulição, e é evaporado parcialmente.015 In falling film evaporators, liquids and evaporates flow downward in parallel flow. The liquid to be concentrated is preheated to boiling temperature. A thin film enters the evaporator through a distribution device at the top, flows down at the boiling temperature, and is partially evaporated.

016 Os evaporadores Falling Film podem ser operados com diferenças de temperatura muito baixa entre a fonte de aquecimento e o líquido a ser evaporado, também possuem tempos de contato de produto muito curtos, tipicamente só alguns segundos por passagem. Estas características fazem o evaporador de filme cadente particularmente satisfatório para produtos sensíveis ao calor, e é hoje um tipo freqüentemente usado de evaporador.016 Falling Film evaporators can be operated with very low temperature differences between the heating source and the liquid to be evaporated, they also have very short product contact times, typically only a few seconds per pass. These features make the falling film evaporator particularly suitable for heat sensitive products, and it is today a frequently used type of evaporator.

017 Porém, devem ser projetados muito cuidadosamente para cada condição operacional. É extremamente importante que a superfície de aquecimento esteja suficientemente molhada, caso contrário, acontecerão incrustações e na pior das hipóteses, os tubos de aquecimento serão completamente entupidos.017 However, they must be designed very carefully for each operating condition. It is extremely important that the heating surface is sufficiently wet, otherwise scale build-up will occur and in the worst case the heating pipes will be completely clogged.

Falling Film Plate or Panel Evaporator

018 Operam com um sistema de filme descendente, como o anterior, porém, o líquido a ser evaporado escorre pelas superfícies externas dos alvéolos de um conjunto de placas soldadas duas a duas, ou painéis membranados de tubos, enquanto que o vapor de aquecimento se condensa no interior das placas ou painéis. Todo o conjunto de placas ou painéis tubulares é montado num vaso cilíndrico vertical, onde o evaporado é desengajado das gotas líquidas através de separadores de vários tipos.018 They operate with a falling film system, like the previous one, however, the liquid to be evaporated runs off the external surfaces of the alveoli of a set of two-by-two welded plates, or membrane tube panels, while the heating vapor condenses inside the boards or panels. The entire set of plates or tubular panels is mounted in a vertical cylindrical vessel, where the evaporated is disengaged from the liquid drops through separators of various types.

019 A patente PI 9408600-1 trata de um evaporador operando segundo o principio de película em queda compreendendo uma carcaça (1) e um sistema (2) de tubos evaporadores nela contido, sendo um liquido a ser concentrado aduzido sobre a superfície externa do sistema de tubos evaporadores (2), deixando-se fluir vapor dentro de dito sistema (2). Na invenção, o sistema de tubos evaporadores (2) é formado de elementos evaporadores, cada um deles constituído de tubos evaporadores (9), substancialmente no mesmo nível. Os extremos superiores dos tubos são conectados a uma câmara coletora comum (8) e o extremo inferior, respectivamente, a uma câmara coletora comum (10), de tal modo que haja uma comunicação entre ambas as câmaras coletoras (8, 10), através de cada tubo (9) existente entre as mesmas, em virtude do que as câmaras coletoras (8) do extremo superior dos elementos evaporadores estejam interconectados por meio da câmara conectora superior (12) e, respectivamente, as câmaras coletoras (10) da extremidade inferior estejam interconectados por meio da câmara conectora (13) da extremidade inferior.019 Patent PI 9408600-1 deals with an evaporator operating according to the principle of falling film comprising a housing (1) and a system (2) of evaporator tubes contained therein, with a liquid to be concentrated adducted on the external surface of the system of evaporator tubes (2), allowing steam to flow inside said system (2). In the invention, the evaporator tube system (2) is formed of evaporator elements, each consisting of evaporator tubes (9), at substantially the same level. The upper ends of the tubes are connected to a common collection chamber (8) and the lower end, respectively, to a common collection chamber (10), in such a way that there is a communication between both collection chambers (8, 10) through of each tube (9) existing between them, because the collecting chambers (8) of the upper end of the evaporator elements are interconnected by means of the upper connecting chamber (12) and, respectively, the collecting chambers (10) of the end are interconnected through the connecting chamber (13) of the lower end.

020 Já a Patente PI 0415031-7 trata de um evaporador de filme fino que compreende um tambor vertical (1), uma linha de suprimento (4) que é arranjada na região superior do tambor (1) e é utilizada para suprir um meio a ser evaporado, uma camisa de aquecimento (3) arranjada sobre a periferia do tambor e que forma vapores, uma linha de descarga (20) para descarregar o resíduo deixado na extremidade inferior do tambor, e um condensador (11) suprido com um refrigerante, para aumentar a capacidade de separação e, opcionalmente, para realizar reações químicas, é caracterizado pelo fato de um dispositivo interno (24) que influencia a ação do evaporador de filme fino ser fornecido no trajeto dos vapores a partir da camisa de aquecimento (3) até o condensador (11).020 Patent PI 0415031-7, on the other hand, deals with a thin film evaporator that comprises a vertical drum (1), a supply line (4) that is arranged in the upper region of the drum (1) and is used to supply a medium to be evaporated, a heating jacket (3) arranged on the periphery of the drum and forming vapours, a discharge line (20) for discharging the residue left at the lower end of the drum, and a condenser (11) supplied with a refrigerant, to increase the separation capacity and optionally to carry out chemical reactions, it is characterized by the fact that an internal device (24) which influences the action of the thin film evaporator is provided in the path of the vapors from the heating jacket (3) to the condenser (11).

021 Ocorre que todos estes evaporadores podem ser associados num sistema de evaporação de múltiplo efeito, onde o evaporado de cada um dos evaporadores, exceto o primeiro, é utilizado para aquecer o evaporador seguinte, enquanto que o evaporado do último evaporador deve ser condensado num Condensador de Superfície.021 It happens that all these evaporators can be associated in a multiple effect evaporation system, where the evaporator from each evaporator, except the first, is used to heat the next evaporator, while the evaporator from the last evaporator must be condensed in a Condenser of surface.

022 É objetivo da presente invenção prover um “APERFEIÇOAMENTO DO EVAPORADOR DE FILME CADENTE” onde o fluxo de evaporado proveniente do equipamento não seja completamente condensado num evaporador consecutivo (efeito seguinte) ou Condensador, mas parte dele reflua em vários fluxos, sob pressões decrescentes, para câmaras do próprio equipamento, onde são condensados, regenerando o calor necessário à produção da sua própria evaporação.022 It is the purpose of the present invention to provide an "IMPROVEMENT OF THE SHOOTING FILM EVAPORATOR" where the evaporate flow from the equipment is not completely condensed in a consecutive evaporator (following effect) or Condenser, but part of it flows back in several flows, under decreasing pressures, to the equipment's own chambers, where they are condensed, regenerating the heat needed to produce their own evaporation.

023 A presente invenção se distingue dos Evaporadores de Recompressão Térmica ou Mecânica, em que o fluxo de evaporado reflui para o próprio equipamento em pressão crescente, mediante o uso de termocompressores ou compressores mecânicos.023 The present invention differs from Thermal or Mechanical Recompression Evaporators, in which the evaporated flow returns to the equipment itself under increasing pressure, through the use of thermocompressors or mechanical compressors.

024 A presente invenção também se distingue dos Evaporadores Regenerativos de recirculação forçada, tais como os empregados nas indústrias de alumina ou celulose, em que os vários fluxos de evaporado em pressões decrescentes são condensados também em câmaras do próprio sistema ou equipamento, porém usando um mecanismo de tubo cheio sob pressão, onde não ocorre evaporação, enquanto que esta invenção utiliza uma película descendente que escorre junto às paredes internas dos tubos, onde ocorre aquecimento e evaporação.A Fig. 1 em anexo mostra um Diagrama de Processo de um Evaporador Regenerativo de Filme Cadente (ERFC) com dois estágios de regeneração, como exemplo; nada impede que o número de estágios de regeneração seja maior ou menor.024 The present invention is also distinguished from forced recirculation Regenerative Evaporators, such as those used in the alumina or cellulose industries, in which the various flows of evaporated at decreasing pressures are also condensed in chambers of the system or equipment itself, however using a mechanism tube filled under pressure, where no evaporation occurs, while this invention uses a falling film that runs along the inner walls of the tubes, where heating and evaporation occurs. The attached Fig. 1 shows a Process Diagram of a Regenerative Evaporator of Shooting Film (ERFC) with two stages of regeneration, as an example; nothing prevents the number of regeneration stages from being higher or lower.

025 A solução a ser concentrada, doravante chamada de licor, é recirculada através de quatro câmaras de expansão de licor (LFT 1 a 4), fluindo por diferença de pressão para câmaras consecutivas (Fluxos 1 a 3), onde se expande e esfria, produzindo evaporações em pressões decrescentes.025 The solution to be concentrated, hereinafter called liquor, is recirculated through four liquor expansion chambers (LFT 1 to 4), flowing by pressure difference to consecutive chambers (Flows 1 to 3), where it expands and cools, producing evaporations at decreasing pressures.

026 Da câmara sob pressão mais baixa, o licor é bombeado (fluxo 4) para o topo do Reaquecedor Superior, um trocador de calor tubular pelo qual o licor escorre num filme delgado cadente junto às paredes internas dos tubos, aquecendo-se à medida que desce.026 From the lower pressure chamber, the liquor is pumped (flow 4) to the top of the Superior Reheater, a tubular heat exchanger through which the liquor flows in a thin falling film along the inner walls of the tubes, heating as it goes goes down.

027 Do fundo do Reaquecedor Superior, o licor flui por gravidade (fluxo 5) para o topo do Reaquecedor Inferior, outro trocador de calor tubular onde novamente o licor escorre junto às paredes internas dos tubos, aquecendo-se. Entre os trocadores, um selo líquido garante a diferença de pressões.027 From the bottom of the Upper Reheater, the liquor flows by gravity (flow 5) to the top of the Lower Reheater, another tubular heat exchanger where again the liquor flows along the inner walls of the tubes, heating up. Between the exchangers, a liquid seal guarantees the pressure difference.

028 Do fundo do Reaquecedor Inferior, o licor flui por gravidade (fluxo 6) para o topo do Evaporador tubular, pelo qual mais uma vez o licor escorre junto às paredes internas dos tubos, aquecendo-se e desta vez produzindo evaporação. Similarmente, um selo líquido garante a diferença de pressão entre o Reaquecedor Inferior e o Evaporador.028 From the bottom of the Lower Reheater, the liquor flows by gravity (flow 6) to the top of the Tubular Evaporator, through which once again the liquor flows along the inner walls of the tubes, heating up and this time producing evaporation. Similarly, a liquid seal guarantees the pressure difference between the Bottom Reheater and the Evaporator.

029 A mistura de licor e evaporado emerge do espelho inferior do Evaporador para a primeira câmara de expansão de licor (LFT 1), onde licor e evaporado são separados por meio de velocidades abaixo das necessárias à fluidização, bem como ao coalescimento das gotas arrastadas, em separadores de lamelas. O evaporado, assim purificado (fluxo 7), é condensado no Reaquecedor Inferior.029 The mixture of liquor and evaporated emerges from the lower mirror of the Evaporator to the first liquor expansion chamber (LFT 1), where liquor and evaporated are separated by means of velocities below those necessary for fluidization, as well as coalescence of the entrained droplets, in lamella separators. The evaporated, thus purified (flow 7), is condensed in the Lower Reheater.

030 O licor mais concentrado flui então (fluxo 1) para a segunda câmara de expansão de licor (LFT 2), onde se expande para uma pressão mais baixa e sofre nova evaporação. Depois de purificado de maneira semelhante, o evaporado (fluxo 8) é condensado no Reaquecedor Superior.030 The more concentrated liquor then flows (flow 1) to the second liquor expansion chamber (LFT 2), where it expands to a lower pressure and undergoes further evaporation. After similarly purified, the evaporated (stream 8) is condensed in the Superior Reheater.

031 O licor mais uma vez concentrado flui então (fluxos 2 e 3) sucessivamente para as duas últimas câmaras de expansão de licor (LFT 3 e LFT 4), onde se expande para pressões sucessivamente mais baixas e sofre novas evaporações. Depois de purificados, os evaporados (fluxos 9 e 10) são condensados nas câmaras primária e secundária do Condensador de Superfície, mediante água de resfriamento (fluxos 11 e 12).031 The once more concentrated liquor then flows (flows 2 and 3) successively to the last two liquor expansion chambers (LFT 3 and LFT 4), where it expands to successively lower pressures and undergoes new evaporations. After purified, the evaporated (flows 9 and 10) are condensed in the primary and secondary chambers of the Surface Condenser, using cooling water (flows 11 and 12).

032 Vapor puro ou reaproveitado (fluxo 13), de origem externa ao Evaporador Regenerativo, é condensado no lado externo dos tubos do Evaporador, provendo a fonte térmica do processo.032 Pure or reused steam (flow 13), external to the Regenerative Evaporator, is condensed on the outside of the Evaporator tubes, providing the thermal source for the process.

033 Os condensados que se formam no Evaporador (fluxo 14), Reaquecedor Inferior (fluxo 15) e Superior (fluxo 16), câmaras primária (fluxo 17) e secundária (fluxo 18) do Condensador de Superfície, são recolhidas em quatro câmaras de expansão de condensado (CFT 1 a CFT 4), onde são expandidas até as pressões correspondentes das câmaras de expansão de licor, e em cascata até a pressão mais baixa (fluxo 19). Os evaporados (fluxos 20 a 23) são juntados àqueles provenientes da Câmara de Expansão de Licor. Pode-se segregar várias qualidades de condensado ou juntá-los num único fluxo, conforme as exigências específicas locais. O(s) condensado(s) é (são) bombeados para fora do sistema (fluxo 24).033 The condensates that form in the Evaporator (flow 14), Lower Reheater (flow 15) and Superior (flow 16), primary (flow 17) and secondary (flow 18) chambers of the Surface Condenser are collected in four expansion chambers of condensate (CFT 1 to CFT 4), where they are expanded to the corresponding pressures of the liquor expansion chambers, and in cascade to the lowest pressure (flow 19). The evaporated (flows 20 to 23) are added to those from the Liquor Expansion Chamber. Different qualities of condensate can be segregated or combined in a single flow, according to specific local requirements. Condensate(s) is (are) pumped out of the system (flow 24).

034 Licor fraco é alimentado (fluxo 25) em uma das câmaras de expansão de licor e licor concentrado é retirado (fluxo 26) de outra câmara; no exemplo, a alimentação é mostrada ao LFT 2 e o produto retirado do LFT 1, mas esta não é uma característica padronizada, dependendo das temperaturas da alimentação disponível e do produto desejada. A alimentação se junta à corrente em recirculação e o produto é retirado dela, mas tanto o fluxo de alimentação quanto o do produto são pequenos em relação à corrente em recirculação, de modo que todas as câmaras de expansão de licor operam próximas da concentração do produto, o que em alguns processos ajuda a controlar a espuma. Durante a partida, parte do produto pode ser reciclado à alimentação (fluxo 27) seja para controlar a espuma ou para aceitar um valor mínimo de concentração.034 Weak liquor is fed (stream 25) into one of the liquor expansion chambers and concentrated liquor is withdrawn (stream 26) from another chamber; in the example, the feed is shown to LFT 2 and the product taken from LFT 1, but this is not a standard feature, depending on the temperatures of the feed available and the product desired. The feed joins the recirculating stream and the product is withdrawn from it, but both the feed and the product stream are small relative to the recirculating stream, so all the liquor expansion chambers operate close to the product concentration , which in some processes helps to control foam. During startup, part of the product can be recycled to feed (stream 27) either to control foam or to accept a minimum concentration value.

035 Gases não condensáveis (fluxos 28 a 31), que surgem nos costados dos vários feixes tubulares, são extraídos e direcionados à câmara secundária do Condensador de Superfície, de onde são exauridos (fluxo 32) por sistema de vácuo. No exemplo, está mostrada uma bomba de vácuo, mas poderia ser também um sistema de ejetores. Se o Condensador operar na pressão atmosférica, não há necessidade de sistema de vácuo.035 Non-condensable gases (flows 28 to 31), which appear on the sides of the various tubular bundles, are extracted and directed to the secondary chamber of the Surface Condenser, from where they are exhausted (flow 32) by a vacuum system. In the example, a vacuum pump is shown, but it could also be an ejector system. If the condenser operates at atmospheric pressure, there is no need for a vacuum system.

036 O Fluxograma de Processo mostra a configuração mais simples de uso do Evaporador Regenerativo de Filme Cadente (ERFC), em que um fluxo de vapor puro ou reaproveitado fornece a fonte quente e um fluxo de água de resfriamento fornece a fonte fria. Nada impede que o ERFC faça parte de um conjunto de evaporadores de múltiplo efeito, recebendo evaporado de um efeito a montante e entregando evaporado a um ou mais efeitos a juzante. Neste caso, a coleta de gases não condensáveis é integrada à do sistema de que ele faz parte.036 The Process Flowchart shows the simplest configuration to use the Falling Film Regenerative Evaporator (ERFC), where a stream of pure or reclaimed steam provides the hot source and a stream of cooling water provides the cold source. Nothing prevents the ERFC from being part of a set of multiple effect evaporators, receiving evaporated from an upstream effect and delivering evaporated to one or more downstream effects. In this case, the collection of non-condensable gases is integrated with the system of which it is a part.

037 A caracterização física do equipamento, correspondente ao Fluxograma de Processo Fig. 1, é mostrada na Fig. 2, que mostra Evaporador Regenerativo de Filme Cadente-Conjunto, devemos salientar que nada impede que o ERFC tenha mais ou menos estágios de reaquecimento.037 The physical characterization of the equipment, corresponding to the Process Flowchart Fig. 1, is shown in Fig. 2, which shows Regenerative Falling Film Evaporator-Set, we must point out that nothing prevents the ERFC from having more or less reheating stages.

038 O Reaquecedor Superior (RS) é montado no topo do Reaquecedor Inferior (RI), que por sua vez é montado no topo do Evaporador (EV). As conexões flangeadas entre os equipamentos são uma conveniência da montagem, mas podem ser substituídas por conexões soldadas, sem prejuízo da caracterização da invenção.038 The Top Reheater (RS) is mounted on top of the Bottom Reheater (RI), which in turn is mounted on top of the Evaporator (EV). Flanged connections between equipment are a convenience for assembly, but can be replaced by welded connections, without prejudice to the characterization of the invention.

039 O conjunto dos trocadores de calor acima descrito é montado penetrando a Câmara de Expansão de Licor (LFT), um vaso cilíndrico vertical com teto cônico e fundo abaulado, suportado por saia e convexo internamente. A penetração do costado do Evaporador vai até o fundo abaulado, ao qual é soldado, formando um volume anelar, que é dividido em quatro compartimentos através de divisórias verticais, conforme mostrado na Fig. 3 do corte “A-A” e Fig. 5 “C-C”. Entre a 1a e 2a Divisórias, e somente entre elas, é praticada uma abertura no costado do Evaporador, delimitando a câmara LFT 1 em planta à projeção horizontal do Evaporador e à região anelar entre estas divisórias. A câmara LFT 2 é delimitada em planta à região anelar entre a 2a e 3a Divisórias, a câmara LFT 3 entre a 3a e 4a Divisórias, e finalmente a LFT 4 entre a 4a e F Divisórias. Estas câmaras são estanques entre si e suas paredes projetadas mecanicamente para suportar a pressão diferencial. Processualmente, cada câmara é projetada com área suficiente em planta para manter a velocidade de subida do evaporado abaixo daquela que provoca o arraste das gotas líquidas de licor; além disto, separadores de lamela de fluxo vertical ou horizontal promovem a remoção das gotas menores de licor, purificando o evaporado. A seleção do tipo de separador de lamela, se de fluxo vertical ou horizontal, ou ainda do tipo demister com fios trançados, depende da qualidade requerida para a separação do evaporado, e o separador pode ou não ser equipado com bicos de aspersão de lavagem, sem que isto configure uma característica própria do ERFC. A convexidade do fundo da Câmara de Expansão de Licor impede o acúmulo de licor no equipamento.039 The set of heat exchangers described above is assembled by penetrating the Liquor Expansion Chamber (LFT), a vertical cylindrical vessel with a conical roof and curved bottom, supported by a skirt and internally convex. The penetration of the side of the Evaporator goes to the convex bottom, to which it is welded, forming an annular volume, which is divided into four compartments through vertical dividers, as shown in Fig. 3 of section “AA” and Fig. 5 “CC ”. Between the 1st and 2nd Partitions, and only between them, an opening is made in the side of the Evaporator, delimiting the LFT 1 chamber in plan to the horizontal projection of the Evaporator and to the annular region between these partitions. The LFT 2 chamber is delimited in plan to the annular region between the 2nd and 3rd partitions, the LFT 3 chamber between the 3rd and 4th partitions, and finally the LFT 4 between the 4th and F partitions. These chambers are sealed from each other and their walls are mechanically designed to withstand the differential pressure. Procedurally, each chamber is designed with enough area in the plant to maintain the rate of ascent of the evaporated below that which causes the dragging of liquid drops of liquor; in addition, vertical or horizontal flow lamella separators promote the removal of smaller drops of liquor, purifying the evaporated. The selection of the type of lamella separator, whether vertical or horizontal flow, or even the demister type with braided wires, depends on the quality required for evaporate separation, and the separator may or may not be equipped with wash spray nozzles, without this configuring an ERFC characteristic. The convexity of the bottom of the Liquor Expansion Chamber prevents the accumulation of liquor in the equipment.

040 Abaixo da Câmara de Expansão de Licor (LFT) fica situada a Câmara de Expansão de Condensado (CFT), cujo teto é formada pelo fundo da anterior e cujo fundo é um novo tampo abaulado, desta vez côncavo internamente. Esta câmara também é dividida em quatro compartimentos estanques, através de quatro divisórias radiais verticais, como mostrado na Fig. 4 corte “B-B”: CFT 1 é limitado em planta pela parede externa do vaso e 5a e 6a Divisórias, CFT 2 entre 6a e 7a Divisórias, CFT 3 entre 7a e 8a Divisórias e finalmente CFT 4 entre 8a e 5a Divisórias.040 Below the Liquor Expansion Chamber (LFT) is the Condensate Expansion Chamber (CFT), whose roof is formed by the bottom of the previous one and whose bottom is a new curved top, this time internally concave. This chamber is also divided into four watertight compartments, through four vertical radial dividers, as shown in Fig. 4 “BB” section: CFT 1 is limited in plan by the external wall of the vessel and 5th and 6th Dividers, CFT 2 between 6th and 7th Partitions, CFT 3 between 7th and 8th Partitions and finally CFT 4 between 8th and 5th Partitions.

041 A saia suporte tem várias aberturas reforçadas para porta de inspeção e para penetração de tubulações que entram e saem dos vários bocais do equipamento, sem que isto configure uma característica própria do equipamento.041 The support skirt has several reinforced openings for the inspection port and for penetration of pipes that enter and exit the various nozzles of the equipment, without this configuring a characteristic of the equipment.

042 Cada um dos compartimentos das Câmaras de Expansão de Licor e Condensado pode ser mantido e inspecionado através de bocas de visita ou inspeção, as primeiras equipadas com visores de cristal temperado, sem que isto configure uma característica própria do equipamento. Também bocais para instalação de instrumentos são os usuais da indústria.042 Each of the compartments of the Liquor and Condensate Expansion Chambers can be maintained and inspected through manholes or inspection, the first ones equipped with tempered crystal sight glasses, without this configuring a characteristic of the equipment. Also nozzles for installing instruments are the usual ones in the industry.

043 O bom desempenho tanto de um Evaporador quanto de um Aquecedor de Filme Cadente depende da boa distribuição de licor nas paredes internas dos tubos e, para conseguir este objetivo, a indústria utiliza bandejas de distribuição ou bicos pulverizadores; no caso do ERFC, por utilizar somente a coluna hidrostática, são utilizadas somente bandejas de distribuição, porém com a peculiaridade do fluxo de entrada ser introduzido horizontalmente e de forma a espalhar o licor pela superfície toda da bandeja, sem ondas que possam privilegiar certos tubos em detrimento dos demais. O bocal especial que cumpre esta função (“Bico de Pato”) está mostrado na fig. 6 no detalhe “D” e se aplica às conexões RI 4 a RI 6.043 The good performance of both an Evaporator and a Shooting Film Heater depends on the good distribution of liquor on the inner walls of the tubes and, to achieve this objective, the industry uses distribution trays or spray nozzles; in the case of the ERFC, as it uses only the hydrostatic column, only distribution trays are used, but with the peculiarity of the inlet flow being introduced horizontally and in such a way as to spread the liquor over the entire surface of the tray, without waves that may favor certain tubes to the detriment of others. The special nozzle that fulfills this function (“Duck's Nozzle”) is shown in fig. 6 in detail "D" and applies to connections RI 4 to RI 6.

044 As bandejas de distribuição são segmentadas, de modo a removê-las para limpeza dos tubos. Bocas de visita permitem o acesso para limpeza e manutenção.TABELA 1: Correspondência de Fluxos com Bocais mostrado na fig. 2

044 The distribution trays are segmented in order to remove them for cleaning the tubes. Manholes allow access for cleaning and maintenance.TABLE 1: Flow Matching with Nozzles shown in fig. two

045 Devido à condensação regenerativa de parte do evaporado produzido, o equipamento ora reivindicado tem uma economia muito superior à de um evaporador convencional, isto é, produz muito mais evaporação por unidade de vapor introduzido. A economia é tanto maior quanto maior for o número de estágios de regeneração e temperatura de alimentação e, na configuração mostrada no exemplo, com dois estágios de regeneração, é comparável à de um sistema de triplo efeito.045 Due to the regenerative condensation of part of the produced evaporate, the equipment herein claimed has an economy much higher than that of a conventional evaporator, that is, it produces much more evaporation per unit of steam introduced. The savings are greater the greater the number of regeneration stages and supply temperature and, in the configuration shown in the example, with two regeneration stages, it is comparable to that of a triple-effect system.

046 Também o consumo de água de resfriamento é muito menor do que aquela requerida num evaporador convencional. Na configuração mostrada no exemplo é da ordem de grandeza da metade do consumo.046 Cooling water consumption is also much lower than that required in a conventional evaporator. In the configuration shown in the example, it is in the order of magnitude of half the consumption.

047 Diferentemente dos Evaporadores Falling Film convencionais, em que a taxa de recirculação só tem influência sobre a espessura do filme, no aperfeiçoamento do evaporador de filme cadente a taxa de recirculação também determina a capacidade do equipamento, exigindo uma bomba de recirculação com variador de velocidade para atender às flutuações da produção.047 Unlike conventional Falling Film Evaporators, in which the recirculation rate only has an influence on the film thickness, in the improvement of the falling film evaporator, the recirculation rate also determines the equipment capacity, requiring a recirculation pump with variable speed to meet production fluctuations.

048 Por ser inovador e até então não compreendido no estado da técnica se enquadra perfeitamente dentro dos critérios que definem a patente de invenção. Suas reivindicações são as seguintes.048 As it is innovative and so far not understood in the state of the art, it fits perfectly into the criteria that define the patent of invention. Their claims are as follows.

Claims

1- "IMPROVEMENT OF THE STRIPPING FILM EVAPORATOR" characterized in that the equipment is formed by a Tubular Shooting Film Evaporator (EV), one or more reheaters (RI) and (RS), a liquor expansion chamber (LFT) and a chamber of condensate expansion (CFT), all integrated in a single pressure vessel (EFC), allowing: a) the flow of evaporated from the equipment is not completely condensed in a consecutive evaporator (next effect) or Condenser, but part of it to reflow in various flows under decreasing pressures to the equipment's own chambers, where they are condensed, regenerating the heat necessary for the production of its own evaporation, through a heat exchange mechanism with a thin liquid film that flows by gravity along the inner walls of exchange tubes thermal, heating or evaporating the product to be concentrated; b) the evaporated separator from the liquor is divided into several watertight compartments (LFT1, LFT2, LFT3 and LFT4), forming from the segments of annular space around the periphery of the evaporator, in which it is possible to maintain a decreasing pressure profile, and from which it is possible to extract purified evaporate flows, originating from the flashing of the recirculating liquor; c) the reuse of heat from the condensate be integrated into the equipment itself, through a condensate expansion chamber in sealed circular sectors (CFT1, CFT2, CFT3 and CFT4), in which it is possible to maintain a decreasing pressure profile and obtain reuse of evaporated; d) the recirculation pump ( 100) have a speed variator not only to regulate the film thickness, but also to effectively control the evaporation capacity of the equipment; e) the side of the side is divided into several superimposed and watertight compartments (EV, RI and RS), in which it is possible to maintain a decreasing profile of upward pressures, and through which the liquor is sequentially heated and concentrated as it flows by gravity from a tubular bundle to the one immediately below; f) that the liquor distribution tray through the tubes is supplied by a special nozzle (RI4, RI5 and RI6) that promotes an even spread across the tray, avoiding waves that favor certain tubes to the detriment of others.