BR102020011147A2 - Processo e equipamento concentrador de vinhaça e vinho - Google Patents
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Abstract
processo e equipamento concentrador de vinhaça e vinho. tratou a presente solicitação de patente de invenção a um processo e equipamento concentrador de vinhaça e vinho, que será aplicado ao campo de recuperação de subprodutos de refugos de vinhaça e vinho provenientes das indústrias extratoras de açúcar e álcool, tanto da cana de açúcar como do milho. sendo formado por um equipamento (1) com tanque de depósito (2) de vinhaça in natura interligada por tubulação (3) a bomba de deslocamento positivo (4) com medidor de vazão (5) com vinhaça com temperatura entre 80 a 90 ºc direcionada para a válvula eletropilotada (6) interligada ao regenerador (7) que transfere a vinhaça para o aquecedor (8) interligado ao balão flash (9) que transfere a vinhaça ao trocador (10) com saída de concentrado na tubulação (3k) e saída de água de resfriamento na tubulação (3l), sendo a segunda saída do balão flash (9) responsável por resultar no vapor transferido por tubulação (3h) para o regenerador (7), que resulta na formação de vapor na tubulação (3i) de saída de vapor e condensado na tubulação (3j).
Description
[001] A presente solicitação de patente de invenção refere-se a um processo e equipamento concentrador de vinhaça e vinho, que será aplicado ao campo de recuperação de subprodutos de refugos de vinhaça e vinho provenientes das indústrias extratoras de açúcar e álcool, tanto da cana de açúcar como do milho.
[002] O álcool, também chamado etanol, tanto hidratado como anidro, é importante para redução do aquecimento global, substituindo ou misturando-se aos combustíveis fósseis, entretanto para cada litro de álcool produzido são gerados no mínimo 10 litros de um passivo ambiental chamado vinhaça, com toxicidade e periculosidade de alto nível, tanto para os trabalhadores que precisam lidar com a vinhaça, como para o meio ambiente, visto que ainda a grande maioria das usinas alcooleiras descarta a vinhaça nas terras agriculturáveis.
[003] O vinho, também chamado de caldo, também precisa ser concentrado antes de seguir para a produção do álcool, visando à redução da quantidade de água partícipe do vinho.
[004] Atualmente poucas alcooleiras têm instalado e operando o concentrador de vinhaça a vapor, por vários motivos, como o alto custo dos equipamentos, elevado consumo de vapor e a necessidade de grandes áreas construídas para instalar os equipamentos.
[005] Outro problema destes grandes equipamentos é a necessidade de manutenções periódicas de alto custo e técnicos especializados para atuarem na manutenção destas instalações.
[006] Todos estes inconvenientes são apresentados por falta de tecnologia que transforme a vinhaça em outro subproduto, já que são estimadas produções na ordem de 300 bilhões de litros de vinhaça por safra, que acabam sendo direcionados para serem lançados em terras agriculturáveis.
[007] De forma semelhante, para o processamento do vinho, são necessários grandes equipamentos que utilizam vapor e tem como resultado de descarte o concentrado de vinhaça.
[008] Órgãos ambientais, como a CETESB de São Paulo, estão sugerindo que seja reduzida a quantidade de vinhaça descartada nas terras agriculturáveis com volumes máximos de 30% se comparados com os que são atualmente descartadas, tendo como objetivo principal evitar que este passivo ambiental continue causando graves consequências à saúde dos trabalhadores durante a sua exposição ao líquido e gases.
[009] É notório que os órgãos ambientais estão sugerindo que no futuro próximo seja apresentada uma legislação que trate da obrigatoriedade da redução desde passivo ambiental apresentado pela vinhaça, bem como a necessidade de utilização de equipamentos ambientalmente corretos, como é o caso do processo e equipamento aqui requerido pelo autor.
[010] Para o descarte da vinhaça as alcooleiras tem mantido uma estrutura de alto custo, como muitos empregados envolvidos com alto risco trabalhista, caminhões para o transporte da usina até o campo, equipamentos de aspersão para distribuir homogeneamente a vinhaça no solo, que por apresentar elevada acidez, sua concentração na terra pode provocar infertilidade do solo, e após lançado na terra acabam gerando gases vaporizados que prejudicam a saúde dos trabalhadores e animais.
[011] O autor buscando uma solução para a recuperação da vinhaça, que representa um grande passivo ambiental, bem como buscando aprimorar o processo de concentração do vinho, desenvolveu o processo e equipamento concentrador para ser montado junto às usinas alcooleiras.
[012] Tem como objetivo fornecer um processo e equipamento concentrador para a recuperação do passivo ambiental que é a vinhaça, podendo reutilizar a água constante na vinhaça, que representa aproximadamente 80% de sua composição, primeiramente como vapor para ser utilizado nos processos das usinas e, após a condensação do vapor, reaproveitar a água para abastecer as caldeiras.
[013] Como o concentrado resultante deste processo aqui requerido representa aproximadamente 20%, sua utilização será como fertilizante, devido ao relevante índice de potássio presente no concentrado ou, como segunda opção, podendo ser queimado juntamente com o bagaço da cana de açúcar nas caldeiras de alta pressão para geração de energia elétrica.
[014] Quanto ao processamento do vinho o processo e equipamento concentrador aqui pleiteado modernizarão e simplificarão a produção do álcool, utilizando energia elétrica no lugar do vapor, visto que as próprias usinas são geradoras de sua própria energia elétrica.
[015] O processo basicamente funciona através da montagem de um gerador de calor e um aquecedor por campo magnético, que consegue obter um concentrado com a retirada de aproximadamente 70% da água contida no caldo, vinho ou vinhaça.
[016] O aquecimento por campo magnético aqui utilizado apresenta princípios contidos nos documentos de patentes BRPI8506299-5B1, que descreve um aperfeiçoamento em aquecedor elétrico indutivo de bobinas ovais com o fechamento de curto circuito nos flanges de entrada e saída e documento de patente BRPI0200695-2A2, que descreve um aquecedor indutivo de bobinas tubulares alternadas com bobinas indutoras.
[017] Destaca-se ainda que o custo de manutenção do sistema aqui pleiteado apresenta uma redução estimada de 80%, bem como os riscos com trabalhadores e fauna ficam reduzidos a quase zero, se comparado com os sistemas a vapor anteriores, o que torna o processo viável economicamente e ambientalmente.
[018] O equipamento recebe a vinhaça in natura que é depositada em um tanque que apresenta uma tubulação de saída com uma bomba de deslocamento positivo que força o fluxo da vinhaça no sentido do medidor de vazão, que está interligado por tubulação a válvula eletropilotada de controle de vazão, que direciona a vinhaça com temperatura entre 80 a 90 °C para o regenerador, que transfere a vinhaça com temperatura entre 110 a 120 °C para o aquecedor, aumentando a temperatura e transferindo a mesma com entre 120 á 130 °C para o balão flash.
[019] O balão flash realiza a saída de duas formas diferentes, a primeira saída do balão flash ocorre com água na forma de vapor, transferida por tubulação em temperatura entre 115 a 125 °C entrando no regenerador para a troca térmica, resultando na formação de saída de vapor com temperatura entre 110 e 115 °C na tubulação de saída, e saída de 6% de condensado com temperatura entre 110 e 115 °C na outra tubulação de saída.
[020] A segunda saída do balão flash ocorre com a transferência da vinhaça entre 110 a 120 °C para o trocador, que recebe simultaneamente a entrada de água refrigerada na temperatura entre 25 a 35 °C, que resulta na saída de concentrado de vinhaça com temperatura entre 40 a 50 °C e saída de água de resfriamento com temperatura entre 40 a 50 °C.
[021] O desenho em anexo expõe o processo e equipamento concentrador de vinhaça e vinho, que conjuntamente com as referências numéricas detalhadas a seguir, faz-se entender mais facilmente, embora este invento possa variar em muitas formas construtivas diferentes, sempre customizados para cada aplicação, não mostrados nos desenhos que serão aqui descritos em detalhe e formas para a realização do referido invento.
[022] A figura 1 apresenta um fluxograma geral mostrando o equipamento e as fases do processo, mostradas com o sentido de fluxo por meio de setas indicativas.
[023] De acordo com a figura em anexo, a presente solicitação de invenção se refere a um processo e equipamento (1) concentrador de vinhaça e vinho, para realizar o processo que pode operar continuamente interligado às usinas alcooleiras com produção a base de cana de açúcar ou de milho, sendo compreendido por um tanque de depósito (2) de vinhaça in natura interligado por tubulação (3) a bomba de deslocamento positivo (4), caracterizado por ser interligada por tubulação (3a) ao medidor de vazão (5) automático, que efetua a leitura de passagem do fluxo e alimenta eletronicamente por variador de frequência, que controla a rotação da bomba de deslocamento positivo (4) e consequentemente a vazão da vinhaça que abastece o regenerador (7).
[024] O medidor de vazão (5) interligado por tubulação (3b) a válvula eletropilotada (6), que interrompe o fluxo em caso de falta de energia elétrica ou de qualquer evento que coloque em risco os operadores ou os equipamentos, é interligada por tubulação (3c) de passagem do condensado com temperatura entre 80 a 90 °C para a entrada do regenerador (7).
[025] A bomba de deslocamento positivo (4) com rotação controlada por variador de frequência, mantém continuo e regular o bombeamento da vinhaça a uma temperatura entre 80 a 90 °C para a válvula eletropilotada (6) de controle de vazão para o regenerador (7).
[026] A válvula eletropilotada (6) posicionada entre o medidor de vazão (5) e o regenerador (7) funciona para a segurança operacional, podendo ser acionada por algum evento acidental ou fechada à distância para evitar transbordamento de vinhaça.
[027] O regenerador (7) transfere a vinhaça a uma temperatura entre 110 a 120 °C pela tubulação (3d) para o aquecedor (8), que por sua vez transfere a vinhaça com temperatura entre 120 á 130 °C por tubulação (3e) ao balão flash (9), que transfere a vinhaça entre 110 a 120 °C pela tubulação (3f) para o trocador (10), que recebe a entrada de água refrigerada em temperatura entre 25 a 35 °C por tubulação (3g).
[028] O balão flash (9), após recebimento do concentrado de vinhaça pela tubulação (3e) na forma líquida a temperatura entre 120 a 130 °C, efetua duas operações de saída, sendo a primeira o envio de água em forma de vapor a uma temperatura entre 115 a 125 °C pela tubulação (3h) para o regenerador (7), e a segunda saída do concentrado de vinhaça na forma líquida a uma temperatura entre 110 a 120 °C pela tubulação (3f) para o trocador de calor (10) para resfriamento.
[029] O regenerador (7) ao receber a água em forma de vapor a uma temperatura entre 115 a 125 °C pela tubulação (3h) realiza duas funções: a de efetuar a troca térmica da água em forma de vapor para separar o concentrado de vinhaça do vapor, que entra no sistema para maximizar o aproveitamento térmico, resultando na separação aproximada de 6% de condensado que sai do regenerador (7) por tubulação (3j) com temperatura entre 110 e 115 °C, e vapor que sai do regenerador (7) por tubulação (3i) com temperatura entre 110 e 115 °C.
[030] O sistema com o concentrado a uma temperatura entre 110 a 115 °C na tubulação (3f) passa pelo trocador de calor (10) em contra fluxo com a água de resfriamento que entra pela da tubulação (3g) com temperatura entre 25 a 35 °C resulta na queda da temperatura do concentrado de vinhaça entre 40 a 50 °C na saída da tubulação (3k) para ser utilizado como fertilizante nas lavouras.
[031] A água de resfriamento que entra pela da tubulação (3g) com temperatura entre 25 a 35 °C no trocador de calor (10) resulta na saída de água de resfriamento com temperatura entre 40 a 50°C na tubulação (3l) de saída.
[032] A temperatura da vinhaça na entrada do aquecedor (8) é regulada por controladores (11) de campo magnético, totalmente automatizado, dispensando a intervenção de operador para o controle térmico imposto a vinhaça.
[033] Estes controladores (11) de temperatura são auto-reguláveis, aumentando ou diminuindo automaticamente a potência do campo magnético conforme a temperatura de entrada da vinhaça.
Claims (4)
- “PROCESSO E EQUIPAMENTO CONCENTRADOR DE VINHAÇA E VINHO”, sendo o processo e equipamento (1) compreendido por um tanque de depósito (2) de vinhaça in natura interligado por tubulação (3) a bomba de deslocamento positivo (4) de abastecimento com fluxo de passagem de vinhaça controlado por medidor de vazão (5), sendo caracterizado por possuir medidor de vazão (5) interligado por tubulação (3b) de bombeamento da vinhaça com temperatura entre 80 a 90 °C para a válvula eletropilotada (6) de controle de vazão interligada por tubulação (3c) ao regenerador (7) que transfere a vinhaça com temperatura entre 110 a 120 °C pela tubulação (3d) para o aquecedor (8) que transfere a vinhaça com temperatura entre 120 á 130 °C por tubulação (3e) ao balão flash (9) que transfere a vinhaça entre 110 a 120 °C pela tubulação (3f) para o trocador (10) que recebe a entrada de água refrigerada e temperatura entre 25 a 35 °C por tubulação (3g).
- “PROCESSO E EQUIPAMENTO CONCENTRADOR DE VINHAÇA E VINHO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela vinhaça que sai do balão flash (9) que transfere a vinhaça entre 110 a 120 °C pela tubulação (3f) para o trocador (10) que recebe a entrada de água refrigerada e temperatura entre 25 a 35 °C por tubulação (3g) resultar na formação de concentrado de vinhaça com temperatura entre 40 a 50 °C na tubulação (3k) de saída e água de resfriamento com temperatura entre 40 a 50 °C na tubulação (3l) de saída.
- “PROCESSO E EQUIPAMENTO CONCENTRADOR DE VINHAÇA E VINHO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela vinhaça que sai do aquecedor (8) com temperatura entre 120 a 130 °C pela tubulação (3e) e entrar no balão flash (9) resultar na saída da água na forma de vapor, transferida por tubulação (3h) em temperatura entre 115 a 125 °C para o regenerador (7) para a troca térmica, resultando na saída de vapor com temperatura entre 110 e 115 °C na tubulação (3i) e saída de 6% de condensado com temperatura entre 110 e 115 °C na tubulação (3j).
- “PROCESSO E EQUIPAMENTO CONCENTRADOR DE VINHAÇA E VINHO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela temperatura da vinhaça na entrada do aquecedor (8) ser regulada por controladores (11) de campo magnético, totalmente automatizado.
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| B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
| B08F | Application dismissed because of non-payment of annual fees [chapter 8.6 patent gazette] |
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| B08K | Patent lapsed as no evidence of payment of the annual fee has been furnished to inpi [chapter 8.11 patent gazette] |
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