BR102020022740B1 - Sistema de retromistura interna da massa reagente para um reator cilíndrico rotativo - Google Patents
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Abstract
sistema de retromistura interna da massa reagente em um reator cilíndrico rotativo. a presente invenção está relacionada a um sistema de retromistura da massa reagente em reatores cilíndricos rotativos. nesse contexto, a presente invenção provê um sistema de retromistura interna da massa reagente em um reator cilíndrico rotativo (2), compreendendo um primeiro conjunto de aletas arrastadoras (27) adaptado para o arraste da massa reagente em um primeiro sentido, e um segundo conjunto de aletas arrastadoras (28) adaptado para o arraste da massa reagente em um segundo sentido oposto ao primeiro sentido, em que o primeiro (27) e o segundo (28) conjunto de aletas arrastadoras são posicionados internamente ao longo do comprimento do reator cilíndrico rotativo (2). o sistema acima descrito permite a mistura de uma parcela da massa reagente em estágio mais avançado do reator com outra em estágio anterior de processamento, homogeneizando as temperaturas da massa reagente e aumentando a produtividade do reator.
Description
[001] A presente invenção está relacionada a sistemas de retromistura da massa reagente. Em particular, a presente invenção está relacionada a um sistema de retromistura da massa reagente em reatores cilíndricos rotativos
[002] Dentre as aplicações de reatores cilíndricos rotativos mais comuns, podem ser citadas a secagem de matéria orgânica e de alimentos, a torrefação de biomassas e alimentos, a pirólise de biomassas e o tratamento térmico de carvões minerais. Em geral, nestes processos procura-se desenvolver características dos reatores cilíndricos rotativos que confiram a maior produtividade possível associada à qualidade do produto sólido.
[003] O processo de pirólise de biomassas envolve as reações preliminares endotérmicas de secagem (até tipicamente 180°C) e depois torrefação (até tipicamente 340°C). Sucede-se então reações químicas exotérmicas, muito intensas, em torno de 350°C, caracterizadas por perda significativa de massa do sistema reagente e profunda transformação na estrutura química do produto sólido, o biocarvão.
[004] Na pirólise, a matéria orgânica na biomassa é termoquimicamente decomposta por aquecimento na ausência de oxigênio, gerando produtos com alto teor de carbono. As características dos produtos, suas proporções relativas nas fases gasosa, líquida e sólida e a energia requerida para o processo dependem de diversos fatores como as naturezas da biomassa precursora e da atmosfera reagente, a pressão, a taxa de tiragem dos gases reagentes, a temperatura, a taxa de aquecimento e o tamanho de partícula.
[005] A pressão e a taxa de tiragem dos gases reagentes têm influência no processo de recombinação dos gases reagentes com a matriz sólida produto, o biocarvão, processo este denominado de deposição química de vapores.
[006] A temperatura, a taxa de aquecimento e o tamanho de partícula têm influência na taxa global de transferência de calor do meio externo para o interior da partícula de biomassa e, por conseguinte, na produtividade do processo.
[007] Considerando a evolução termodinâmica do processo de pirólise de biomassa com uma fase inicial endotérmica seguida de uma fase final exotérmica e também o objetivo de se alcançar reatores rotativos com alta produtividade, um grande objetivo procurado por projetista de reatores cilíndricos rotativos é uma forma de se fazer a mistura de uma parcela da massa reacional em estágio final com a massa reacional introduzida no reator, em estágio inicial de processamento.
[008] Num reator cilíndrico rotativo, uma forma de se executar tal mistura seria através de um transportador helicoidal externo ao reator. O produto sólido na descarga do reator cilíndrico rotativo seria bipartido e uma parcela seria retornada através de um transportador helicoidal fechado, e reinjetado na alimentação do reator cilíndrico rotativo. Contudo, este é um sistema complexo, pois a massa reacional apresenta-se com uma temperatura em torno de 400°C, ou superior, e não pode haver contato deste produto com ar atmosférico.
[009] A presente invenção visa a solução dos problemas acima citados de forma prática e eficiente.
[0010] A presente invenção tem como um primeiro objetivo prover um sistema de retromistura interna da massa reagente em um reator cilíndrico rotativo que permita a mistura de uma parcela da massa reagente em estágio mais avançado do reator com outra em estágio anterior de processamento, homogeneizando as temperaturas da massa reagente e aumentando a produtividade do reator.
[0011] A presente invenção tem como um segundo objetivo prover um sistema de retromistura interna da massa reagente em um reator cilíndrico rotativo que dispense a necessidade de um sistema externo de movimentação da referida massa, simplificando consideravelmente o projeto do referido reator.
[0012] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê um sistema de retromistura interna da massa reagente em um reator cilíndrico rotativo, o sistema compreendendo (i) um primeiro conjunto de aletas arrastadoras adaptado para o arraste da massa reagente em um primeiro sentido e (ii) um segundo conjunto de aletas arrastadoras adaptado para o arraste da massa reagente em um segundo sentido oposto ao primeiro sentido, em que o primeiro e o segundo conjunto de aletas arrastadoras são posicionados internamente ao longo do comprimento do reator cilíndrico rotativo.
[0013] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência.
[0014] A figura 1 ilustra uma vista lateral em corte do reator cilíndrico compreendendo o sistema de retromistura de acordo com a concretização preferencial da presente invenção.
[0015] A figura 2 ilustra uma vista planificada do costado interno do reator cilíndrico rotativo.
[0016] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de concretizações preferenciais da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essas concretizações particulares.
[0017] A presente invenção soluciona o problema técnico descrito acima pelo provimento de um sistema de retromistura interna da massa reagente em um reator cilíndrico rotativo 2. Para fins dessa descrição, entende-se por reator cilíndrico rotativo 2 um corpo rotativo cilíndrico dotado de aberturas em suas extremidades.
[0018] O sistema da presente invenção, de acordo com uma concretização preferencial ilustrada nas figuras 1 e 2, compreende um primeiro conjunto de aletas arrastadoras 27 adaptado para o arraste da massa reagente em um primeiro sentido, e um segundo conjunto de aletas arrastadoras 28 adaptado para o arraste da massa reagente em um segundo sentido oposto ao primeiro sentido, em que o primeiro 27 e o segundo 28 conjunto de aletas arrastadoras são posicionados internamente ao longo do comprimento do reator cilíndrico rotativo 2.
[0019] Conforme mostrado na vista lateral em corte da figura 1, as aletas arrastadoras do primeiro 27 e segundo 28 conjuntos de aletas arrastadoras são preferencialmente chapas metálicas cuja altura corresponde tipicamente a aproximadamente um décimo do diâmetro do reator cilíndrico rotativo 2.
[0020] Preferencialmente, as aletas arrastadoras do primeiro 27 e segundo 28 conjuntos de aletas arrastadoras são fixadas ao costado interno do reator cilíndrico rotativo 2 por meio de solda. Entretanto, as aletas podem estar fixadas ao costado interno do reator cilíndrico rotativo 2 por meio de quaisquer métodos de fixação conhecidos no estado da técnica.
[0021] A figura 2 representa uma vista planificada da superfície interna do costado do reator cilíndrico rotativo 2. Na forma cilíndrica, o ponto A coincide com o ponto A’ e o ponto B coincide com B’. Nessa exemplificação, que de fato consiste num planejamento de fabricação, a chapa do costado interno do reator cilíndrico rotativo 2 foi dividida em 36 setores ao longo de seu comprimento e 8 setores ao longo de sua largura. Cabe ressaltar que este seccionamento é apenas exemplificativo e ilustrativo, de modo que que outras configurações podem ser realizadas por um técnico versado na arte.
[0022] No presente exemplo, o comprimento e diâmetro do reator cilíndrico rotativo 2 são respectivamente L e D; o número de linhas imaginárias ao longo do comprimento e largura do costado planificado são respectivamente n e m; e as aletas são chapas montadas inclinadas em relação às linhas longitudinais a, b, c, d, e, f, g, h. A inclinação das aletas propulsoras descreve um ângulo em relação a estas linhas longitudinais tal que , onde x e y são as dimensões de cada um dos setores, conforme ilustrado na figura 2. Considerando-se que , a inclinação das n m aletas pode ser escrita como:
[0023] A vista planificada da figura 2 mostra ainda os diferentes conjuntos de aletas arrastadoras 27, 28 dispostos ao longo das linhas longitudinais a, b, c, d, e, f, g, h, os referidos conjuntos de aletas arrastadoras 27, 28 sendo adjacentes entre si e paralelos ao eixo longitudinal do reator cilíndrico rotativo 2. O primeiro conjunto de aletas arrastadoras 27 é adaptado para o arraste da massa reagente da entrada de alimentação para a saída (da esquerda para a direita). O segundo conjunto de aletas arrastadoras 28, por sua vez, é adaptado para o arraste da massa reagente da saída para a entrada de alimentação (da direita para a esquerda). Obviamente, como o objetivo final é que toda massa reagente que entra na entrada de alimentação saia tratada na saída, a área total das aletas do primeiro conjunto de aletas arrastadoras 27 em contato com a massa reagente é maior que a área total do segundo conjunto de aletas arrastadoras 28. Isso pode ser concretizado, a título de exemplo, na forma de um maior número de aletas no primeiro conjunto de aletas arrastadoras 27 em relação ao segundo conjunto de aletas arrastadoras 28. Alternativamente, há a possibilidade do número de aletas dos dois conjuntos ser o mesmo, mas as aletas do primeiro conjunto de aletas arrastadoras 27 possuírem um comprimento e/ou largura maior do que as do segundo conjunto de aletas arrastadoras 28.
[0024] Na concretização em que há um número maior de aletas no primeiro conjunto primeiro conjunto de aletas arrastadoras 27, o número de aletas que carregam a massa reagente para frente (da entrada de alimentação para a saída) é sempre superior ao número de aletas que carregam a massa reagente para trás. Por exemplo, a cada 8 (oito) aletas no reator cilíndrico rotativo 2, 6 (seis) podem pertencer ao primeiro conjunto de aletas arrastadoras 27 e 2 (duas) ao segundo conjunto de aletas arrastadoras 28. Neste caso, de modo efetivo, tem-se 6 (seis) aletas realizando o trabalho de carregar o material para frente enquanto que as outras 2 (duas) executam o serviço de retromistura da massa reagente, fazendo com que uma porção de massa reagente em um estágio mais avançado de reação (mais quente) se misture a uma porção de massa reagente em um estágio precedente de reação (mais fria).
[0025] A distribuição de aletas nas faixas verticais se repete ao longo de toda a extensão interna do reator cilíndrico rotativo 2, gerando um cordão de arraste de massa reagente para frente, com setores regulares de aletas que trazem a massa mais quente para trás. Tal arranjo consiste em uma forma de promover a troca térmica da massa reagente, conferindo aumento de produtividade ao reator cilíndrico rotativo 2.
[0026] Portanto, conforme exposto acima, a presente invenção provê um sistema de retromistura interna da massa reagente em um reator cilíndrico rotativo que permite a mistura de uma parcela da massa reagente em estágio mais avançado do reator com outra em estágio anterior de processamento, homogeneizando as temperaturas da massa reagente e aumentando a produtividade do reator. Assim, o presente sistema dispensa a necessidade de um sistema externo de movimentação da referida massa, simplificando consideravelmente o projeto do referido reator.
[0027] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas.
Claims (8)
1. Sistema de retromistura interna da massa reagente para um reator cilíndrico rotativo (2), compreendendo: um primeiro conjunto de aletas arrastadoras (27) adaptado para o arraste da massa reagente em um primeiro sentido; um segundo conjunto de aletas arrastadoras (28) adaptado para o arraste da massa reagente em um segundo sentido oposto ao primeiro sentido, caracterizado pelo fato de que o primeiro conjunto de aletas arrastadoras (27) é ligado adjacentemente ao segundo conjunto de aletas arrastadoras (28) e o primeiro (27) e o segundo (28) conjunto de aletas arrastadoras são posicionados internamente ao longo do comprimento do reator cilíndrico rotativo (2) formando uma trajetória helicoidal.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o primeiro conjunto de aletas arrastadoras (27) ser adaptado para o arraste da massa reagente da entrada de alimentação do reator cilíndrico rotativo (2) para a saída.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o segundo conjunto de aletas arrastadoras (28) ser adaptado para o arraste da massa reagente da saída do reator cilíndrico rotativo (2) para a entrada de alimentação.
4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o primeiro (27) e o segundo (28) conjunto de aletas arrastadoras serem ambos paralelos ao eixo longitudinal do reator cilíndrico rotativo (2).
5. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por as aletas arrastadoras do primeiro (27) e segundo (28) conjuntos de aletas arrastadoras são fixadas ao costado interno do reator cilíndrico rotativo (2) por meio de solda.
6. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por a área total das aletas do primeiro conjunto de aletas arrastadoras (27) em contato com a massa reagente ser maior que a área total do segundo conjunto de aletas arrastadoras (28).
7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender um maior número de aletas no primeiro conjunto de aletas arrastadoras (27) em relação ao segundo conjunto de aletas arrastadoras (28).
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por as aletas do primeiro conjunto de aletas arrastadoras (27) possuírem um comprimento e/ou largura maior do que as do segundo conjunto de aletas arrastadoras (28).
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