BR102013018846B1 - Tanque de evaporação "flash", método de evaporação flash e câmara de vapor encaixada - Google Patents
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Abstract
tanque de evaporação "flash" com conjunto de descarga de vapor compacto. a presente invenção refere-se a um tanque de evaporação 'flash" para concentração de fluidos incluindo uma parede definindo uma câmara interior arredondada delimitada por uma cabeça elíptica de topo oposta a uma cabeça elíptica de fundo; um bocal de entrada da câmara, uma câmara de vapor encaixada operativamente na cabeça elíptica de topo, em que a câmara de vapor inclui defletores e um conduto que direciona condensado da câmara de vapor para o nível de condensado líquido; um orifício de descarga de gás encaixado, operativamente, na câmara de vapor; e um orifício de descarga de líquido encaixado na cabeça elíptica de fundo abaixo de um interruptor de vórtice. mudanças para a passagem de fluxo da câmara de vapor têm sido feitas através da extensão dos defletores ainda nas câmaras internas da câmara de vapor.
Description
[001] O presente pedido reivindica o benefício de prioridade para o Pedido U.S N° 61/677.666, depositado em 31 de julho de 2012, todos os conteúdos do qual são aqui incorporados através de referência.
[002] A presente tecnologia refere-se, de um modo geral, a sis temas e a métodos para evaporação "flash" de licor negro e outros líquidos a fim de aumentar a concentração de solutos desejáveis em um solvente. Mais particularmente, a presente tecnologia refere-se a um vaso pressurizado ("tanque de evaporação "flash") para evaporação "flash" desse material.
[003] A evaporação "flash" ocorre quando uma corrente de líqui do saturado passa por uma redução rápida na pressão. Se a corrente de líquido saturada for uma solução de vários produtos químicos líquidos, a pressão reduzida faz com que os produtos químicos com alta volatilidade evaporem da solução líquida saturada. A porção da solução que permanece na forma líquida (também conhecido como líquido evaporado ou licor evaporado), invariavelmente, terá uma concentração aumentada de líquidos com volatilidades menores. Essas podem ser soluções desejáveis em muitos processos industriais. Os tanques de evaporação "flash", tipicamente, têm uma válvula de entrada conectada perto do topo do tanque de evaporação "flash". Eles podem ter também um orifício de saída localizado no ou perto do fundo do tanque de evaporação "flash". O líquido evaporado, que permanece após a evaporação "flash" pode sair através desse orifício de saída.
[004] Os tanques de evaporação "flash" industriais são usados, em geral, para evaporação "flash" de uma corrente de fluido em alta pressão para produzir uma corrente de vapor e corrente de fluido evaporado. Esses tanques de evaporação "flash", tipicamente, têm um orifício de entrada em alta pressão que comunica a corrente de líquido em alta pressão com o interior do tanque. Eles também se caracterizam, tipicamente, por um sistema de recuperação de vapor superior com um orifício de descarga de gás e um orifício de descarga de líquido. Os sistemas de recuperação de vapor podem empregar componentes adicionais. Os tanques de evaporação "flash", segura e eficientemente, reduzem a pressão em uma corrente de líquido pressurizado, assim, permitindo a recuperação de energia térmica (vapor) da corrente de líquido evaporado. Eles também podem ser usados para concentrar produtos químicos na corrente de líquido evaporado.
[005] Na prática, uma corrente de líquido em alta pressão, usu almente, flui através do bocal de entrada e, é pulverizada contra uma placa defletora de várias formas ou ao longo da parede do tanque de evaporação "flash". A percentagem de produtos químicos voláteis que passam por evaporação "flash" da corrente de líquido em alta pressão aumenta com a exposição dos produtos químicos ao ambiente de baixa pressão. Como tal, muitos tanques de evaporação "flash" convencionais utilizam bocais de entrada para vaporizar a corrente de líquido de entrada em alta pressão em uma direção uniforme ao longo das paredes internas do tanque de evaporação "flash" para aumentar a exposição da corrente de líquido em alta pressão que entra ao ambiente em baixa pressão à medida que espirais descem para o nível de líquido evaporado (condensado). Em consequência, os líquidos eva-porados no fundo do tanque de evaporação "flash" tendem a girar em uma direção uniforme. Um interruptor de vórtice é empregado usualmente para interromper esse giro no fundo do tanque de evaporação "flash" para facilitar a saída de líquido evaporado do tanque de evaporação "flash".
[006] Um problema com o equipamento de evaporação "flash" em grande escala é que bocais de entrada tradicionais forçam a corrente de líquido em alta pressão que entra para convergir para um ponto visto que elas ejetam a corrente de líquido em alta pressão ao longo da parede interna do vaso. A colisão resultante da corrente de líquido em alta pressão com a parede interna do tanque de evaporação "flash" causa a interrupção na formação do fluxo uniforme na parede interna da câmara, assim, reduzindo a quantidade de líquido volátil extraído da corrente de líquido em alta pressão.
[007] Os tanques de evaporação "flash" em grande escala sofrem de outro problema: uma porção pequena dos produtos químicos de baixa volatilidade desejáveis pode se condensar em torno dos produtos químicos de alta volatilidade no vapor. Em processos industriais, isso pode levar a uma perda significativa em produto desejável, custos operacionais aumentados e liberação aumentada de produtos químicos prejudiciais no ambiente. Como tal, muitos tanques de evaporação "flash" industriais têm sistemas de recuperação de vapor para processar ou redirecionar o vapor. Esse vapor pode ser utilizado como energia térmica em outros estágios do processo ou pode ser descarregado na maneira apropriada.
[008] Os tanques de evaporação "flash" são peças comuns de equipamento em muitos processos químicos industriais. Eles podem ser usados em processos de fabricação de produtos químicos em bateladas ou contínuos. Tratamento de biomassa e produção de polpa e de papel são processos industriais típicos que utilizam um ou mais tanques de evaporação "flash" para recuperar vapor de correntes de processo de líquido a quente em alta pressão, produzidos pelo tratamento de material fibroso celulósico triturado, lignocelulose ou outro desses materiais.
[009] Os tanques de evaporação "flash" podem ser usados para recuperar produtos químicos de sistemas de formação de polpa de produtos químicos, tais como sistemas de cozimento de enxofre, soda ou papel Kraft. Para produzir a polpa de aparas de madeira ou outro material orgânico fibroso celulósico triturado (referido aqui, coletivamente, como "material celulósico"), o material celulósico é misturado com licores, por exemplo, água e produtos químicos de cozimento, e transferido para um vaso de tratamento pressurizado ("digestor"). Hi-dróxido de sódio, sulfito de sódio e outros produtos químicos alcalinos são usados para "cozinhar" o material celulósico em um processo de cozimento de papel Kraft. Outros processos de cozimento, por exemplo, o processo de cozimento de soda, podem usar produtos químicos alcalinos livres de enxofre.
[0010] Esses produtos químicos de cozimento e qualquer de suas combinações são conhecidos na indústria de polpa e de papel como licor branco. À medida que o licor branco contata o material celulósico, ele começa a degradar compostos de lignina, hemicelulose e outros compostos no material celulósico. O licor branco incorpora, rapidamente, os compostos orgânicos dissolvidos e se torna preto em cor e pode ser referido como "licor negro" ou mesmo "licor de cozimento servido". Como tal, o licor de cozimento servido é referido, comumente, como "licor negro" na indústria. O processo de cozimento de Kraft é realizado, tipicamente, em temperaturas em uma faixa de 110°C a 180°C e em pressões substancialmente maiores do que a atmosférica O processo de cozimento de soda pode ser realizado em temperaturas e pressões mais altas do que o processo de cozimento de papel Kraft.
[0011] Os digestores de cozimento podem ser vasos de fluxo con tínuo ou em bateladas. Eles são, em geral, orientados verticalmente e podem ser suficientemente grandes para processar 1.000 toneladas ou mais de material celulósico por dia, em que o material permanece no vaso por diversas horas. Além de um digestor de Kraft, soda ou en- xofre, um sistema de formação de polpa convencional pode incluir outros vasos de reator pressurizados para impregnar o material celulósico com licor branco ou licor negro, antes do cozimento em um diges- tor. Em vista da grande quantidade de material celulósico nos estágios de impregnação e de cozimento, um grande volume de licor negro tende a ser extraído desses vasos de reator pressurizados.
[0012] O licor negro inclui os produtos químicos de cozimento (tal como álcali residual) e produtos químicos orgânicos (tais como ácidos orgânicos), bem como materiais orgânicos dissolvidos, por exemplo, lignina, hemicelulose e outros materiais orgânicos dissolvidos dos materiais celulósicos. Foi verificado que a remoção de algum licor negro contendo um alto volume de materiais orgânicos dissolvidos em vários estágios do processo de formação de polpa aumenta várias propriedades da polpa, incluindo a resistência à tração. Isso foi divulgado na Patente U.S N° 5.489.363. No processo de formação de polpa, os tanques de evaporação "flash" são usados para produzir vapor de líquidos de processo a quente, correntes de líquido quente em alta pressão, como licor negro, que resulta em concentração do material orgânico dissolvido no licor negro evaporado resultante (também pode ser referido como licor negro concentrado). O licor negro evaporado que deixa o tanque de de evaporação "flash" está em uma pressão menor do que a corrente de líquido quente em alta pressão que entra no tanque de evaporação "flash". Esse licor negro evaporado e concentrado pode ser usado para outro processamento, tal como nas partes de evaporação e de recuperação do moinho onde produtos químicos são sólidos recuperados e dissolvidos, que podem ser usados como um combustível para criar energia ou para uso em outro estágio do processo de formação de polpa.
[0013] O licor negro é submetido à evaporação "flash" em um tan que de evaporação "flash" para gerar vapor e líquido. Os produtos químicos de cozimento e os compostos orgânicos são incluídos com o líquido formado quando o licor negro é evaporado. O vapor formado da evaporação "flash", em geral, está livre de produtos químicos condensáveis e compostos orgânicos, mas poderia conter gás não condensá- vel, tal como sulfeto de hidrogênio, etc. O vapor produzido por evaporação "flash" da corrente de líquido em alta pressão do processo de formação de polpa pode ser usado como energia térmica no processo de formação de polpa, isto é, retornado para o processo de formação de polpa como energia térmica.
[0014] Em tanques de evaporação "flash" convencionais com uma câmara de vapor integral, uma porção da câmara de vapor é encaixada substancialmente com a circunferência do tanque de evaporação "flash". O restante da câmara de vapor tende a ser rebaixada, assim, criando uma cavidade acima da câmara interior. Essa cavidade tem sido usada para recuperar líquidos condensáveis, tais como licor negro, para reutilização no processo de cozimento; contudo, o fato de que a câmara de vapor é substancialmente encaixada na circunferência do tanque de evaporação "flash" reduz a área de superfície ao longo da qual a corrente de líquido pode se deslocar para baixo no líquido evaporado abaixo.
[0015] O interior da câmara de vapor, usualmente, contém uma série de defletores destinados a criar um caminho tortuoso para a saída de vapor e, assim, reduzir a perda de licor condensável. À medida que o vapor passa através de um curso interno convoluto, a natureza corrosiva do licor negro e as altas pressões contidas dentro do tanque de evaporação "flash" causam danos ao tanque ou causam depósitos no interior do tanque, assim, requerendo manutenção periódica, para reparar e limpar o tanque de evaporação "flash". Como tal, a extensão até a qual os defletores poderiam se estender em câmaras internas da câmara de vapor é limitada pela necessidade de fazer todas as áreas das câmaras largas o bastante para admissão humana. A fim de satisfazer a exigência de as câmaras de vapor serem grandes o bastante para admissão do ser humano, as câmaras de vapor são, assim, impedidas de estender os defletores para ficarem em sobreposição dentro das câmaras internas da câmara de vapor e, assim, limitar a área de superfície do caminho tortuoso para o vapor de saída e, desse modo, permitindo a perda de licor condensável para saída com o vapor.
[0016] Em consequência, há uma necessidade de uma câmara de vapor aperfeiçoada que aperfeiçoará a recuperação de líquido con- densável na câmara de vapor sem requerer a admissão de uma pessoa para inspeção manual. É para essas e outras necessidades que a presente tecnologia é direcionada.
[0017] Os tanques de evaporação "flash" convencionais, em geral, também têm fundos cônicos invertidos. Esses fundos facilitam o movimento rotacional do licor negro evaporado e também limitam a área de superfície da parede do tanque de evaporação "flash" que pode ser usada para transportar licor negro evaporado ou outros líquidos evaporados para o líquido no fundo do tanque de evaporação "flash". Fundos cônicos tradicionais também podem empregar um interruptor de vórtice para interromper o movimento rotacional do licor negro evaporado, antes de permitir que ele saia através de um orifício de descarga no fundo do tanque de evaporação "flash" ou perto dele. Em consequência, há uma necessidade de um desenho aperfeiçoado que au-mentará a área de superfície da parede interior do tanque de evaporação "flash", sem interromper o fluxo contínuo do licor negro evaporado para fora do tanque de evaporação "flash".
[0018] Um tanque de evaporação "flash" foi concebido que pode compreender: pelo menos uma parede definindo uma câmara interior arredondada limitada por uma cabeça elíptica de topo oposta a uma cabeça elíptica de fundo; um bocal de entrada encaixado operativamente na câmara interior arredondada do tanque de evaporação "flash"; uma câmara de vapor que pode compreender: um bocal de entrada de gás, uma câmara de vapor superior encaixada operativamente com o fundo da cabeça elíptica do topo da câmara de tanque de evaporação "flash" e uma câmara de vapor inferior que pode ser contígua com a câmara de vapor superior. A câmara de vapor superior pode ter um orifício de entrada de vapor que se comunica com a câmara interior arredondada. A câmara de vapor inferior pode compreender: uma área definindo um espaço aberto entre a câmara de vapor superior e a câmara de vapor inferior, a câmara de vapor inferior pode incluir uma pluralidade de defletores que se sobrepõem parcialmente encaixados operativamente em pelo menos uma parede que define a câmara de vapor inferior, um piso em ângulo encaixado operativamente em pelo menos uma parede que define o fundo da câmara de vapor inferior e um conduto com uma primeira extremidade encaixada no piso em ângulo e uma segunda extremidade encaixada no interruptor de vórtice localizado abaixo da câmara de vapor inferior, que direciona condensado da câmara de vapor para o nível de líquido evaporado no fundo do tanque de evaporação "flash". A câmara de vapor inferior também pode incluir um orifício de descarga de gás encaixado operativamente com a câmara de vapor inferior e uma escotilha encaixada operativamente com o piso em ângulo definindo o fundo da câmara de vapor inferior. O tanque de evaporação "flash" também pode incluir um orifício de descarga de líquido encaixado com a cabeça elíptica de fundo. Um interruptor de vórtice, cujo centro pode estar localizado acima desse orifício de descarga dentro do tanque de evaporação "flash", o interruptor de vórtice encaixado operativamente com a cabeça elíptica de fundo do tanque de evaporação "flash".
[0019] Mudanças para a passagem de fluxo da câmara de vapor têm sido feitas pela extensão dos defletores ainda nas câmaras internas da câmara de vapor inferior, de modo que o comprimento dos de- fletores está entre 50 por cento e 90por cento (55 por cento a 75 por cento de acordo com um exemplo da tecnologia) da largura da área anular de passagem de fluxo de vapor da câmara de vapor inferior que pode ser definida entre o interior da câmara de vapor e o exterior do orifício de entrada de vapor. Mudanças na área de superfície global do tanque de evaporação "flash" têm sido feitas pela substituição de um fundo cônico invertido pela cabeça elíptica de fundo e encaixando um interruptor de vórtice, operativamente, à cabeça elíptica de fundo.
[0020] O tanque de evaporação "flash" recebe uma corrente em alta pressão de licor negro ou outra corrente de líquido em alta pressão de um bocal de entrada encaixado, tangencialmente, em uma porção superior do tanque de evaporação "flash". A corrente em alta pressão do licor negro ou outra corrente de líquido em alta pressão ejetado do bocal de entrada atravessa a parede cilíndrica do tanque de evaporação "flash" antes da coleta no fundo arredondado do tanque de evaporação "flash". Em outro exemplo da tecnologia, o bocal de entrada pode se estender no tanque de evaporação "flash" para proporcionar a corrente em alta pressão de licor negro no tanque de evaporação "flash".
[0021] A corrente em alta pressão de licor negro que entra no tanque de evaporação "flash" pode compreender hidróxido de sódio, sulfito de sódio, outros produtos químicos alcalinos, materiais orgânicos dissolvidos, material orgânico sólido não dissolvido ou uma combinação dos mesmos. A corrente em alta pressão de licor negro ou outra corrente de líquido em alta pressão pode fluir no tanque de evaporação "flash" continuamente ou em bateladas, desde que a corrente em alta pressão de licor negro ou outra corrente de líquido em alta pressão entre no tanque de evaporação "flash" em uma pressão maior do que a pressão no interior do tanque de evaporação "flash". A corrente em alta pressão de licor negro ou outra corrente de líquido em alta pressão tem um período de retenção no tanque de evaporação "flash" pressurizado, o período de retenção pode ser selecionado com base no tipo de corrente de líquido em alta pressão processada no tanque de evaporação "flash".
[0022] Como a corrente em alta pressão de licor negro ou outra corrente de líquido em alta pressão entra no tanque de evaporação "flash" de pressão menor, os produtos químicos mais voláteis na corrente evaporarão, assim, concentrando os líquidos menos voláteis e materiais orgânicos dissolvidos no líquido restante. Através do deslocamento ao longo das paredes cilíndricas do tanque de evaporação "flash", a corrente em alta pressão de licor negro ou outra corrente de líquido em alta pressão aumentou a exposição ao ambiente de pressão inferior. Isso aumenta a quantidade de tempo em que os produtos químicos voláteis são expostos ao ambiente de baixa pressão do tanque de evaporação "flash" e assim aumenta a quantidade de produtos químicos voláteis, que podem ser eficazmente evaporados na corrente de vapor da corrente de líquido em alta pressão que entra no tanque de evaporação "flash".
[0023] As cabeças elípticas e a câmara de vapor centralmente lo calizada aumentam a área de superfície da parede do tanque de evaporação "flash" ao longo da qual a corrente em alta pressão de licor negro ou outra corrente de líquido em alta pressão pode passar pela evaporação "flash" enquanto é ejetada do bocal de entrada. A área de superfície aumentada permite mais contato com a parede interna da câmara e, assim, aumenta a exposição da corrente em alta pressão de licor negro ao ambiente de baixa pressão do tanque de evaporação "flash".
[0024] A cabeça elíptica no fundo do tanque de evaporação "flash" inclui também um orifício de descarga de líquido localizado sob um interruptor de vórtice. O interruptor de vórtice interrompe o movimento rotacional do licor negro evaporado e facilita a liberação desse licor do orifício de descarga de líquido. O licor negro evaporado ou outro líquido evaporado pode fluir através desse orifício de descarga de líquido na conclusão do processo de evaporação "flash". Esse licor negro evaporado pode ser utilizado em outros estágios do processo de fabricação de produtos químicos. Por exemplo, pode ser usado para pré- tratamento de aparas de madeira ou de outras fontes de material celulósico bruto, em preparação para o processo de cozimento.
[0025] Este exemplo também utiliza uma câmara de vapor que es tá operacionalmente encaixada na cobertura do tanque de evaporação "flash", mas é desencaixada das paredes internas do tanque de evaporação "flash". Isso também aumenta a área da superfície do tanque de evaporação "flash" e pode permitir o reposicionamento do bocal de entrada para tirar vantagem dessa área de superfície aumentada.
[0026] Uma câmara de vapor encaixada operativamente no telhado do tanque de evaporação "flash" foi concebida, a câmara de vapor pode incluir um orifício de entrada de vapor que aceita vapor submetido à evaporação "flash" do tanque de evaporação "flash" e uma câmara de vapor superior que direciona o vapor do orifício de entrada através de uma abertura para uma câmara de vapor inferior. Essa câmara de vapor inferior define um espaço anular que contém defletores sobrepostos. Esses defletores sobrepostos criam um caminho tortuoso para o vapor sair. O vapor de saída pode sair através de um orifício de descarga de gás, depois que ele passa através do caminho tortuoso. A câmara de vapor inferior pode também conter um piso em ângulo que permite o recolhimento de vapor condensado e um conduto que direciona líquido recondensado da câmara de vapor até o nível de líquido no fundo do tanque de evaporação "flash" para descarga através do orifí- cio de descarga de líquido. Como a câmara de vapor pode ser rebaixada a partir das paredes do tanque de evaporação "flash", ela pode ser menor do que a circunferência total do tanque de evaporação "flash". Esse desenho menor permite sobreposição aumentada de de- fletores internos, criando assim um caminho mais tortuoso para o vapor e promove remoção de gotículas de licor arrastadas do vapor criado pela evaporação "flash" do licor em alta pressão que entra no tanque de evaporação "flash".
[0027] À medida que o vapor submetido à evaporação "flash" entra no bocal de entrada de vapor, ele entra na câmara de vapor superior. Uma vez na câmara de vapor superior, o vapor prossegue para a câmara de vapor inferior, onde ele entra em contato com a série de defle- tores de sobreposição que criam o curso de saída tortuoso para o vapor. O vapor pode conter gotículas de licor arrastadas. É desejável reintegrar essas gotículas arrastadas no licor negro evaporado abaixo a fim de reduzir o extravasamento de licor negro com o vapor, o que resulta em transtornos operacionais e custos de operação associados aumentados. À medida que o vapor contata os defletores, as gotículas de licor arrastadas se condensam fora do vapor e fluem para baixo, para o piso da câmara de vapor. O piso inclinado da câmara de vapor inferior permite à gravidade coletar o líquido recondensado e direcio-ná-lo para um conduto que transporta o líquido da câmara de vapor para o nível do líquido evaporado abaixo.
[0028] O desenho compacto da câmara de vapor também permite a inspeção visual de uma escotilha que pode ser incluída no piso ou na parede da câmara de vapor inferior. Isso alivia a necessidade de admitir um inspetor humano no curso do vapor. Como resultado, os defletores podem se sobrepor em um espaço anular para criar um caminho mais tortuoso para o vapor, assim, fazendo mais vapor interagir com os defletores para promover a remoção de gotículas de licor ar-rastadas.
[0029] Um método foi desenvolvido para * evaporação "flash" de uma corrente de líquido em alta pressão. O método pode envolver a introdução da corrente de líquido em alta pressão em um vaso pressurizado, o vaso pressurizado tendo uma pressão menor do que a corrente de líquido em alta pressão, enquanto a corrente de líquido em alta pressão entra no vaso pressurizado, uma corrente de vapor e uma corrente de líquido evaporado é formada, em que a corrente de vapor entra em um caminho tortuoso causado por sobreposição de defleto- res aumentando a quantidade de produtos químicos voláteis na corrente de líquido em alta pressão que entra no vaso pressurizado é exposta ao ambiente de baixa pressão do vaso pressurizado, assim, aumentando a quantidade de produto químico volátil evaporado do vapor de líquido em alta pressão. Após a passagem através do curso tortuoso causado pela sobreposição de defletores, a corrente de vapor sai do vaso pressurizado através do orifício de descarga de gás, e o vapor de líquido evaporado formado é descarregado do tanque de evaporação "flash" através do orifício de descarga de líquido.
[0030] A corrente de líquido em alta pressão que entra no vaso pressurizado pode ser licor negro em alta pressão de um processo de formação de papel. A corrente de líquido formada da corrente de líquido em alta pressão que entra no vaso pressurizado pode ser uma corrente de líquido evaporado contendo produtos químicos voláteis condensados e líquido recondensado de uma câmara de vapor dentro do vaso pressurizado. Essa corrente de líquido evaporado contém gotícu- las de licor arrastadas da corrente de vapor. O vaso pressurizado usado neste método pode ser um tanque deevaporação "flash".
[0031] Outro exemplo da tecnologia é direcionado a um tanque de evaporação "flash" que pode compreender uma câmara interna definida por pelo menos uma parede, uma câmara de vapor suportada den- tro da câmara interior, a referida câmara de vapor separada da pelo menos uma parede por uma distância; um orifício de entrada de vapor para direcionar gás da câmara interior na câmara de vapor; e um orifício de descarga de gás para descarregar gás da câmara de vapor.
[0032] Nos exemplos, (a) a referida câmara de vapor pode com preender uma câmara de vapor superior, uma câmara de vapor inferior, uma divisória para separara a câmara de vapor superior e a câmara de vapor inferior e um orifício de entrada de câmara de vapor inferior na divisória para permitir que gás flua da câmara de vapor superior para a câmara de vapor inferior; (b) o referido orifício de entrada de vapor pode conectar a câmara interior com a câmara de vapor superior; (c) o referido orifício de descarga de gás pode ser conectado à câmara de vapor inferior para descarregar gás da câmara de vapor; (d) a referida câmara de vapor inferior pode definir um curso entre a entrada da câmara de vapor inferior e o orifício de descarga de gás; (e) a referida câmara de vapor inferior pode compreender uma pluralidade de defletores, cada um da referida pluralidade de defletores estendendo- se no curso pelo menos metade de uma largura do curso; (f) cada um da referida pluralidade de defletores pode se estender no curso até noventa por centro da largura do curso; (g) a referida pluralidade de defletores pode ser disposta angularmente dentro da câmara de vapor inferior; (h) o referido curso pode ser definido por paredes opostas da câmara de vapor inferior e a referida pluralidade de defletores pode se estender das paredes opostas em um padrão alternado; (i) a referida câmara de vapor inferior pode compreender um piso em ângulo; (j) o tanque de evaporação "flash" pode compreender um conduto tendo uma primeira extremidade em comunicação com o piso em ângulo da câmara de vapor inferior; (k) pelo menos um da referida pluralidade de refletores é preso ao orifício de entrada da câmara de vapor inferior, cada um tendo pelo menos um furo e/ ou entalhe para permitir comu- nicação de fluido com a primeira extremidade do conduto; e/ ou (l) a referida câmara de vapor inferior pode compreender uma escotilha localizada no piso em ângulo.
[0033] Outras áreas de aplicabilidade se tornarão evidentes a partir da descrição aqui proporcionada. Deve ser compreendido que a descrição e os exemplos específicos são destinados a fins de ilustração apenas e não se pretende que sejam destinados a limitar o escopo da presente descrição.
[0034] Essas características e outros recursos e vantagens da presente tecnologia se tornarão mais evidentes para aqueles versados na técnica, quando a descrição detalhada a seguir dos vários exemplos da tecnologia é lida em conjunto com as figuras anexas.
[0035] O seguinte será evidente a partir da descrição mais particular a seguir de modalidades de exemplo da tecnologia, conforme ilustrado nos desenhos anexos em que caracteres de referência semelhantes referem-se às mesmas partes por todas as diferentes vistas.
[0036] A FIGURA 1 é uma vista seccional transversal do tanque de evaporação "flash" tomada através da linha 1-1 da FIGURA 2, em que o bocal de entrada é preso ao tanque ao longo de uma tangente ao tanque.
[0037] A FIGURA 2 é uma vista seccional transversal do tanque de evaporação "flash" tomada ao longo de um plano vertical para mostrar a câmara de vapor afixada à parede interna superior do tanque de evaporação "flash" e o bocal de entrada encaixado tangencialmente perto do topo do tanque de evaporação "flash".
[0038] A FIGURA 3 é uma vista seccional transversal da câmara de vapor superior tomada através da linha 3 - 3 da FIGURA 2 para ilustrar a entrada de vapor e os orifícios de esgotamento.
[0039] A FIGURA 4 é uma vista seccional transversal da câmara de vapor inferior tomada através da linha 4 - 4 da FIGURA 2 para ilustrar o orifício de entrada de vapor inferior, a escotilha para inspeção visual, os defletores, a placa de separação e o conduto direcionando o condensado para o nível líquido.
[0040] A descrição detalhada a seguir de exemplos da presente tecnologia é apresentada apenas para fins de ilustração e descritivos e não é destinada a ser exaustiva ou a limitar o escopo e o espírito da tecnologia. Os exemplos foram selecionados e descritos para explicar melhor os princípios da tecnologia e suas aplicações práticas. Alguém versado na técnica reconhecerá que variações podem ser feitas na tecnologia divulgada nesta especificação, sem afastamento do escopo e do espírito da tecnologia.
[0041] Um tanque de evaporação "flash" foi concebido compreendendo: uma câmara interior com cabeças elípticas; um mecanismo de abordagem e um bocal de entrada preso à câmara interior, em que a área de fluxo do bocal de entrada pode ser variada para permitir o controle da área de entrada, sem mudança de componentes físicos ou mecânicos do bocal de entrada ou do tanque de evaporação "flash". O tanque de evaporação "flash" também compreende uma câmara de vapor encaixada operativamente na parede interna de topo do tanque de evaporação "flash", em que a câmara de vapor compreende um orifício de entrada de gás, uma câmara de vapor superior e uma câmara de vapor inferior que pode ser contígua com a câmara de vapor superior. A câmara de vapor inferior pode direcionar vapor da câmara de vapor superior através de uma área compreendendo defletores que se sobrepõem parcialmente, que definem um caminho tortuoso. A câmara de vapor também contém um orifício de descarga de gás encaixado, operativamente, em uma extremidade do caminho tortuoso. A câmara de vapor inferior também contém um telhado, um piso inclinado, um conduto encaixado no piso inclinado em uma extremidade e em um interruptor de vórtice na extremidade oposta que direciona líquido evaporado da câmara de vapor inferior para a região de coleta de líquido dentro do tanque de evaporação "flash"; e o orifício de descarga de líquido encaixado na cabeça elíptica de fundo do tanque de evaporação "flash".
[0042] Uma câmara de vapor inferior para um tanque de evaporação "flash" foi concebida onde a área de fluxo da câmara de vapor inferior é feita mais tortuosa através do aumento da extensão até a qual os defletores internos se estendem na área de fluxo. Esses defletores têm pontos de extremidade que podem se sobrepor parcialmente em relação a um ponto de referência imaginário dentro da câmara de vapor inferior. Por exemplo, esses defletores podem ser dispostos anularmente ao longo de paredes opostas da câmara de vapor inferior de modo que seus pontos de extremidade se sobreponham parcialmente em relação a uma circunferência imaginária no centro do curso tortuoso. Os pontos de extremidade dos defletores podem se sobrepor parcialmente porque o novo desenho alivia a necessidade de admitir um inspetor humano. As câmaras de vapor anteriores não permitem defle- tores que se sobrepõem parcialmente porque o espaço anular da câmara de vapor precisava ser suficientemente largo para admitir um inspetor humano para avaliação e manutenção periódicas.
[0043] A FIGURA 1 é uma vista seccional transversal de um tanque de evaporação "flash" exemplificativo 1, tomada através da linha 1-1 na FIGURA 2, em que o bocal de entrada 2 é preso tangencialmente ao tanque de evaporação "flash" 1. Essa figura ilustra o mecanismo de abordagem de entrada 19, o interruptor de vórtice 18, o orifício de descarga de líquido 16 e o conduto de recuperação interno 11. O orifício de descarga de gás 3 (mostrado na FIGURA 2) é afixado ao topo do tanque de evaporação "flash" 1. O vapor que sai do caminho tortuoso 12 (mostrado na FIGURA 4) pode sair do orifício de descarga de gás 3 para uso em outras partes do processo de fabricação de polpa e de papel ou pode ser liberado usando métodos adequados, tal como um produto residual. O orifício de entrada de vapor evaporado 5 também é mostrado em comunicação de fluido com o tanque de evaporação "flash" 1, conforme ainda representado na FIGURA 2.
[0044] Deve ser compreendido também que em outro exemplo da presente tecnologia que o bocal de entrada pode se estender no tanque de evaporação "flash" para proporcionar a corrente em alta pressão de licor negro no tanque de evaporação "flash".
[0045] O tanque de evaporação "flash" exemplificativo 1 e o bocal de entrada 2 podem ser construídos de metais, incluindo, mas não limitados a, aço, aço inoxidável, alumínio ou uma combinação dos mesmos.
[0046] A FIGURA 2 é uma vista seccional transversal exemplifica-tiva do tanque de evaporação "flash" 1 tomada ao longo de um plano vertical para mostrar uma câmara de vapor 4, que pode ser afixada à cabeça elíptica superior do tanque de evaporação "flash" com reforços de apoio 15. O mecanismo de abordagem de entrada 19 e o bocal de entrada 2 podem ser encaixados tangencialmente perto do topo do tanque de evaporação "flash" 1. Conforme discutido acima, outro exemplo da tecnologia pode incluir o bocal de entrada 2 sendo estendido no tanque de evaporação "flash" 1.
[0047] À medida que o licor negro em alta pressão ou outra corrente de líquido em alta pressão entra no tanque de evaporação "flash" 1, o licor passa por evaporação "flash" para produzir vapor e líquido evaporado. O vapor pode ser usado como energia térmica em qualquer parte no processo de polpação. Por exemplo, essa energia térmica pode ser usada, mas não está limitada a esse uso, em um compartimento de alimentação de aparas, vaso de evaporação "flash" de apa- ras ou um trocador de calor para cozimento de licor, por exemplo, licor branco, licor verde ou licor negro. Porções do vapor que se condensam em contato com os defletores 9 ( mostrados na FIGURA 4) dentro do caminho tortuoso 12 podem ser recuperadas dentro da câmara de vapor 4. Esses líquidos evaporados podem ser direcionados para o nível 17 de licor negro evaporado 17 ou outro líquido evaporado no fundo do tanque de evaporação "flash" 1 via um conduto de recuperação interno 11. O licor negro evaporado ou outro líquido evaporado pode fluir para fora do orifício de descarga de líquido 16 e ser reciclado para uso em outras partes do processo de fabricação. Por exemplo, pode ser usado para impregnar material celulósico bruto em um estágio de pré-tratamento antes do cozimento. Também pode ser usado em um processo em que o licor negro evaporado ou outro líquido evaporado é ainda concentrado ou fracionado.
[0048] À medida que a corrente em alta pressão de licor negro evapora no tanque de evaporação "flash" 1 para formar vapor e licor negro evaporado, o vapor flui em um orifício de entrada de vapor 5 da câmara de vapor 4. Através da formação e da localização da câmara de vapor 4, conforme mostrado nos desenhos e discutido aqui, pode ser possível tirar vantagem de uma quantidade maior da área de superfície interior do tanque de evaporação "flash" 1 para evaporação "flash" do licor negro. Por exemplo, a Figura 2 mostra a câmara de vapor 4 separada da(s) parede(s) interior(es) pelos reforços de apoio 15. A câmara de vapor 4 pode ser construída de materiais que incluem, mas não estão limitados a aço, aço inoxidável, titânio, alumínio ou uma combinação dos mesmos. O vapor pode, então, fluir através da câmara de vapor superior 8 onde é coletado e se move através de um orifício de entrada de câmara de vapor inferior 6 para a câmara de vapor inferior 7, que inclui defletores 9 e o caminho tortuoso 12. Um telhado de câmara de vapor inferior 20 pode ser incluído para separar a câmara de vapor superior 8 da câmara de vapor inferior 7. O orifício de entrada de câmara de vapor inferior 6 pode ser formado através do telhado da câmara de vapor inferior 20 para permitir a passagem de vapor da câmara de vapor superior 8 para a câmara de vapor inferior 7. O vapor, então, flua quase 360° no caminho tortuoso 12 antes de alcançar o orifício de descarga de gás 3. Uma placa de separação 21 também pode ser proporcionada para separar o orifício de entrada da câmara de vapor inferior 6 e o orifício de descarga de gás 3 para definir ainda o começo e o fim, respectivamente, do caminho tortuoso 12. A placa de separação 21 pode ajudar a direcionar o vapor para fora da câmara de vapor inferior 7 via o orifício de descarga de gás 3 uma vez que tenha se deslocado ao longo do caminho tortuoso 12. Enquanto o vapor está no caminho tortuoso 12 ele interage com uma série de de- fletores 9. Esses defletores 9 capturam líquidos condensáveis do vapor. Esses líquidos podem incluir materiais orgânicos dissolvidos ou componentes químicos do licor negro, tal como, mas não limitado a hidróxido de sódio.
[0049] O condensado pode fluir como um líquido para baixo do piso ou da base em ângulo 10 para o centro do fundo da câmara de vapor 4 para a câmara de vapor inferior 6 está localizado completamente dentro da câmara de vapor 4, de modo que o piso ou a base em ângulo 10 da câmara de vapor inferior 7 também pode ser o piso ou a base em ângulo 10 da câmara de vapor 4. Alguns dos defletores 9, tais como aqueles presos ao orifício de entrada de vapor 5, podem ter pelo menos um furo e/ ou um entalhe 14, que direciona os líquidos evaporados para um condutor de recuperação interno 11 encaixado, operativamente, com o piso ou a base em ângulo 10 da câmara de vapor 4 em uma primeira extremidade e uma segunda extremidade encaixada no interruptor de vórtice 18. O conduto de recuperação interno 11 pode direcionar o condensado para baixo, através do tanque de evaporação "flash" 1, em direção ao nível 17 de licor negro evaporado no fundo do tanque de evaporação "flash" 1 e é encaixado com o interruptor de vórtice 18. O conduto de recuperação interno 11 pode ser cilíndrico e pode ser feito de materiais que incluem, mas não estão limitados a aço, aço inoxidável, titânio, alumínio ou uma combinação dos mesmos.
[0050] A FIGURA 3 ilustra uma vista seccional transversal exem-plificativa da câmara de vapor superior 8 (mostrada na FIGURA 2), tomada através da linha 3-3 da FIGURA 2 para ilustrar o orifício de entrada de vapor 5, o orifício de entrada da câmara de vapor inferior 6 e o orifício de descarga de gás 3. Reforços de apoio 15 suportam a câmara de vapor 4.
[0051] A FIGURA 4 é uma vista seccional transversal exemplifica-tiva da câmara de vapor 4, tomada através da linha 4-4 da FIGURA 2. Essa vista mostra o conduto de recuperação interno 11, direcionando o condensado para o nível de líquido no fundo do tanque de evaporação "flash". Essa vista mostra o caminho tortuoso 12 para o vapor, os defletores 9 que podem ser dispostos ao longo de paredes opostas de uma maneira alternativa para criar um caminho tortuoso 12 para o vapor. À medida que o vapor encaixa os defletores 9, os líquidos condensáveis são coletados e caem no piso ou na base em ângulo 10 da câmara de vapor 4. O piso ou a base em ângulo 10 encaixa um conduto de recuperação interno 11 em que os líquidos evaporados fluem. O conduto de recuperação interno 11 transporta os líquidos evaporados para o nível 17 de licor negro evaporado ou outro líquido evaporado no fundo do tanque de evaporação "flash" 1.
[0052] Também, conforme discutido acima, uma placa de separação 21 pode ser proporcionada para separar o orifício de entrada da câmara de vapor inferior 6 e o orifício de descarga de gás 3 para definir, ainda, o começo e o fim, respectivamente, do caminho tortuoso 12. A placa de separação 21 pode ajudar a direcionar o vapor para fora da câmara de vapor inferior 7 via o orifício de descarga de gás 3 uma vez que tenha se deslocado ao longo do caminho tortuoso 12. O orifício de entrada da câmara de vapor inferior 6 pode estar verticalmente acima e em linha com a escotilha 13. A escotilha 13 pode ser aberta quando a inspeção visual for requerida.
[0053] Adicionalmente, na FIGURA 4, o furo ou o entalhe 14 no defletor 9 não é mostrado. Contudo, deve ser compreendido que o furo ou o entalhe 14 pode direcionar o licor negro evaporado coletado dentro da câmara de vapor inferior 7 para o conduto de recuperação interno 11. O licor negro evaporado pode passar através do furo ou do entalhe 14 de cada defletor e fluir no conduto de recuperação interno 11. Além disso, deve ser compreendido que o piso ou a base em ângulo 10 também pode direcionar o licor negro evaporado para o conduto de recuperação interno 11.
[0054] A FIGURA 4 também representa uma vista de cima para baixo do conduto de recuperação interno 11, que também está localizado dentro do piso ou da base em ângulo 10 da câmara de vapor 4 e do orifício de entrada de vapor 5.
[0055] Deve ser compreendido que a presente tecnologia não está limitada à construção particular e a etapas de método aqui divulgadas ou mostradas nos desenhos, mas compreende também algumas modificações ou equivalentes dentro do escopo das reivindicações.
Claims (22)
1. Tanque de evaporação "flash" (1) caracterizado pelo fato de que compreende:pelo menos uma parede definindo uma câmara interior arredondada limitada por uma cabeça elíptica de topo oposta a uma cabeça elíptica de fundo;um bocal de entrada (2) encaixado operativamente na câmara interior arredondada;um interruptor de vórtice (18) encaixado operativamente na cabeça elíptica de fundo;um orifício de descarga de líquido (16) encaixado operativamente na cabeça elíptica de fundo abaixo de um centro do interruptor de vórtice (18);uma câmara de vapor compreendendo: um bocal de entrada (2) de gás, uma câmara de vapor superior (8) e uma câmara de vapor inferior (6, 7) contígua com a câmara de vapor superior (8), em que a câmara de vapor superior (8) é encaixada operativamente no fundo da cabeça elíptica de topo e a câmara de vapor superior (8) encaixa um orifício de entrada de vapor (5) que se comunica com a câmara interior arredondada, a câmara de vapor inferior (6, 7) compreendendo:uma área definindo um espaço aberto entre a câmara de vapor superior (8) e a câmara de vapor inferior (6, 7);uma pluralidade de defletores (9) que se sobrepõem parcialmente encaixados operativamente em pelo menos uma parede definindo a câmara de vapor inferior (6, 7);um piso inclinado encaixado operativamente em pelo menos uma parede definindo o fundo da câmara de vapor inferior (6, 7);um conduto com uma primeira extremidade encaixada no piso inclinado e uma segunda extremidade encaixada no interruptor de vórtice (18);um orifício de descarga de gás (3) encaixado, operativamente, na câmara de vapor inferior (6, 7); euma escotilha encaixada operativamente no piso em ângulo (10), definindo o fundo da câmara de vapor inferior (6, 7).
2. Tanque de evaporação "flash" (1), de acordo com a rei-vindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de defleto- res (9) que se sobrepõem parcialmente são dispostos anularmente dentro da câmara de vapor inferior (6, 7).
3. Tanque de evaporação "flash" (1), de acordo com a rei-vindicação 1, caracterizado pelo fato de que o comprimento da plu-ralidade dos defletores (9) que se sobrepõem parcialmente, está entre 50 por cento e 90 por cento da área de passagem de fluxo de vapor anular da câmara de vapor inferior (6, 7).
4. Tanque de evaporação "flash" (1), de acordo com a rei-vindicação 2, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de defleto- res (9) que se sobrepõem parcialmente são dispostos angularmente ao longo de paredes opostas da câmara de vapor inferior (6, 7).
5. Tanque de evaporação "flash" (1), de acordo com a rei-vindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma câmara de vapor encaixada operativamente no telhado do tanque de evaporação "flash" é desencaixada das paredes internas do tanque de evaporação "flash".
6. Tanque de evaporação "flash" (1), de acordo com a rei-vindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende:uma câmara de vapor suportada dentro da câmara interior, a referida câmara de vapor separada da pelo menos uma parede por uma distância;um orifício de entrada de vapor (5) para direcionar gás da câmara interior para a câmara de vapor; e um orifício de descarga de gás (3) para descarregar gás da câmara de vapor.
7. Tanque de evaporação "flash" (1), de acordo com a rei-vindicação 1, caracterizado pelo fato de que a câmara de vapor compreende uma divisória para separar a câmara de vapor superior (8) e a câmara de vapor inferior (6, 7) e um orifício de entrada de câmara de vapor inferior (6, 7) na divisória para permitir que gás flua da câmara de vapor superior (8) para a câmara de vapor inferior (6, 7).
8. Tanque de evaporação "flash" (1), de acordo com a rei-vindicação 7, caracterizado pelo fato de que o orifício de entrada de vapor (5) conecta a câmara interior à câmara de vapor superior (8).
9. Tanque de evaporação "flash" (1), de acordo com a rei-vindicação 8, caracterizado pelo fato de que o orifício de descarga de gás (3) é conectado à câmara de vapor inferior (6, 7) para descarregar gás da câmara de vapor.
10. Tanque de evaporação "flash" (1), de acordo com a rei-vindicação 9, caracterizado pelo fato de que a câmara de vapor inferior (6, 7) define um curso entre o orifício de entrada da câmara de vapor inferior (6, 7) e o orifício de descarga de gás (3).
11. Tanque de evaporação "flash" (1), de acordo com a rei-vindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada defletor da pluralidade de defletores (9) se estendendo no curso de pelo menos metade de uma largura do curso.
12. Tanque de evaporação "flash" (1), de acordo com a rei-vindicação 11, caracterizado pelo fato de que cada um da pluralidade de defletores (9) se estende no curso até noventa por cento da largura do curso.
13. Tanque de evaporação "flash" (1), de acordo com a rei-vindicação 12, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de defle- tores (9) são dispostos anularmente dentro da câmara de vapor inferior (6, 7).
14. Tanque de evaporação "flash" (1), de acordo com a rei-vindicação 13, caracterizado pelo fato de que o curso é definido por paredes opostas da câmara de vapor inferior (6, 7) e a referida pluralidade de defletores (9) se estende das paredes opostas em um padrão alternado.
15. Tanque de evaporação "flash" (1), de acordo com a rei-vindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um da pluralidade de defletores (9) é preso ao orifício de entrada da câmara de vapor inferior (6, 7), cada um tendo pelo menos um furo e/ ou um entalhe (14) para permitir a comunicação de fluido através dele até a primeira extremidade do conduto.
16. Câmara de vapor encaixada, operativamente, no telhado do tanque de evaporação "flash" caracterizada pelo fato de que compreende:um orifício de entrada de vapor (5) que aceita vapor do tanque de evaporação "flash";uma câmara de vapor superior (8) que direciona vapor do orifício de entrada através de uma abertura em uma câmara de vapor inferior (6, 7);em que a câmara de vapor inferior (6, 7) define um espaço anular contendo defletores (9) em sobreposição, criando um caminho tortuoso (12) para um vapor de saída;o vapor de saída sai através de um orifício de descarga de gás (3) após passagem através do caminho tortuoso (12); ea câmara de vapor inferior (6, 7) contém um piso em ângulo (10) para permitir a coleta de vapor condensado e um conduto direcionando o líquido recondensado da câmara de vapor para um nível de líquido no fundo do tanque de evaporação "flash" para descarga através do orifício de descarga de líquido (16).
17. Câmara de vapor, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que as paredes da câmara de vapor são rebaixadas das paredes do tanque de evaporação "flash".
18. Método de evaporação "flash" de uma corrente de líquido em alta pressão caracterizado pelo fato de que compreende:introduzir a corrente de líquido em alta pressão em um vaso pressurizado, o vaso pressurizado tendo uma pressão menor do que a corrente de líquido em alta pressão;à medida que a corrente de líquido em alta pressão entra no vaso pressurizado, uma corrente de vapor e uma corrente de líquido evaporado são formadas, em que a corrente de vapor entra em um caminho tortuoso (12) causado por defletores (9) em sobreposição, aumentando a quantidade de tempo em que os produtos químicos voláteis são expostos ao ambiente em baixa pressão do vaso pressurizado, assim, aumentando a quantidade de produto químico volátil evaporado da corrente de líquido em alta pressão;após passagem através do caminho tortuoso (12) causado por defletores (9) em sobreposição, a câmara de vapor sai do vaso pressurizado através do orifício de descarga de gás (3); eo líquido evaporado é descarregado do tanque de evaporação "flash" (1) através do orifício de descarga de líquido (16).
19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a corrente de líquido em alta pressão que entra no vaso pressurizado é licor negro (17) em alta pressão de um processo de formação de polpa.
20. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a corrente de líquido evaporado contém produtos químicos voláteis condensados e líquido recondensado de uma câmara de vapor dentro do vaso pressurizado.
21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracteri- zado pelo fato de que a corrente de líquido evaporado contém gotícu- las arrastadas de licor da corrente de vapor.
22. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o vaso pressurizado é um tanque de evaporação "flash" (1).
Applications Claiming Priority (4)
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|---|---|---|---|
| US201261677666P | 2012-07-31 | 2012-07-31 | |
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