BR112014029900B1 - Sistema para separar uma substância presente em um líquido - Google Patents

Abstract

método para controlar as substâncias presentes em um líquido e suas aplicações. o método serve para controlar substâncias presentes em um líquido; uma massa líquida é levada a condições de temperatura e pressão que levante uma evaporação apreciável de uma massa líquida; pelo menos uma superfície sólida é organizada, em parte dentro da massa líquida e em parte fora da massa líquida, com o fim de estabelecer pelo menos um menisco do líquido nesta superfície sólida; a forma elou o formato elou a extensão elou a posição e/ou a temperatura deste menisco é controlado para que a evaporação do líquido pelo referido menisco é controlada; qualquer deposição destas substâncias também é controlada.

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção refere-se aos métodos para controlar as substâncias presentes em um líquido e suas aplicações.

[002] Em particular, a presente invenção refere-se a um equipamento para separação de pelo menos uma substância presente em um líquido, que é uma aplicação destes métodos.

Fundamentos da Invenção

[003] "Controle das substâncias", como usado neste documento, significa as atividades destinadas a reduzir ou manter constante ou aumentar essas substâncias de acordo com o significado amplo e bem conhecido que é dado a palavra "controle" no campo de "engenharia"; portanto, "controle das substâncias" como usado neste documento não significa simplesmente a simples medição da quantidade de substâncias presentes nem a simples verificação de quais substâncias estão presentes:

[004] O controle das substâncias presentes em um líquido como, por exemplo (mas não somente), água, tem muitas aplicações práticas.

[005] Há vários métodos conhecidos para realizar esta operação; existem métodos conhecidos do tipo físico e métodos conhecidos do tipo químico; existe métodos conhecidos que operam em grandes famílias de substâncias e métodos conhecidos que operam em apenas uma ou duas substâncias.

Sumário da Invenção

[006] O inventor pretende fornecer os métodos de controle para aplicação ampla, tanto no que se refere ao líquido quanto no que se refere as substâncias.

[007] O inventor focado em matérias sólidas especificamente, ou seja, que estão presentes no líquido sob a forma de partículas sólidas muito pequenas, pequenas ou de tamanho médio; partículas sólidas grandes e Jib. pesadas tendem a precipitar naturalmente. No entanto, os métodos de acordo com a presente invenção também são úteis em outras situações. I»

[008] O inventor decidiu realizar o controle das substâncias controlando o fenômeno de evaporação do líquido, mas considerando o fenômeno de arrastamento (arrastamento pelo fluxo de vapor proveniente da superfície do líquido) e dos fenômenos que ocorrem onde há um menisco, incluindo a deposição de material sobre a superfície do sólido adjacente ao menisco; deve-se manter em mente que o fenômeno de evaporação também ocorre em temperaturas abaixo da temperatura de ebulição.

[009] O principal método para controle das substâncias presentes em um líquido de acordo com a presente invenção em geral é definido pelas reivindicações em anexo, que são parte integrante da presente descrição.

[0010] As duas aplicações mais importantes desse método, a separação de substâncias e a reação de substâncias, são definidas em duas reivindicações anexas que são parte integrante da presente descrição.

[0011] Este método principal pode ser implementado de formas diferentes, através de uma infinidade de equipamentos; o presente pedido de patente descreve alguns de tais equipamentos, mas reivindica somente um equipamento específico e vantajoso; a compreensão deste equipamento específico e vantajoso é facilitada pela referência à Fig. 1 e Fig. 7.

Breve descrição das Figuras

[0012] As características técnicas da presente invenção e suas । vantagens se tornarão aparentes a partir da descrição detalhada abaixo que deve ser considerada juntamente com os desenhos em anexo, em que:

[0013] A Fig. 1 mostra um equipamento que pode ser usado para realizar métodos para controlar as substâncias presentes em um líquido de acordo com a presente invenção, I-. . I:

[0014] A Fig. 2 mostra um menisco adjacente a uma parede de um recipiente,

[0015] A Fig. 3 mostra um menisco refrigerado adjacente a uma parede de um recipiente,

[0016] A Fig. 4 mostra um menisco côncavo de um líquido adjacente a uma superfície sólida em camadas que, por sua vez, é adjacente a uma parede do perímetro de um recipiente,

[0017] A Fig. 5 mostra três meniscos côncavos formados por um lado de uma parede do perímetro de um recipiente e por ambos os lados de uma superfície sólida móvel,

[0018] A Fig. 6 mostra um menisco adjacente a uma parede de um recipiente que é mantido molhado à força, e

[0019] A Fig. 7 mostra um menisco adjacente a uma parede de um recipiente que tem uma "saia" para coletar o vapor. Descrição Detalhada da Invenção

[0020] Tanto a referida descrição quanto os referidos desenhos devem ser considerados somente para fins ilustrativos e são não, portanto, exaustivos; a presente invenção pode ser implementada de acordo com outras e diferentes modalidades.

[0021] A presente invenção pode ser entendida com um bom conhecimento técnico e científico de evaporação, ebulição, efeito Marangoni, meniscos e capilaridade, fricção e adesão entre líquidos e sólidos e, claro, da física, dinâmica dos fluidos, termodinâmica e química básica; presume-se que tal conhecimento seja conhecido na descrição detalhada que se segue.

[0022] A Fig. 1 mostra um recipiente 101 que contém uma massa de líquido 102 em que existem substâncias (não visíveis na figura); o recipiente tem uma simetria cilíndrica e, em particular, parece uma panela com uma tampa. Existem meios de aquecimento 103, adaptados para aquecer o líquido 102; nesta figura, os meios de aquecimento 103 são adjacentes ao fundo (especificamente, este é um fundo plano) do recipiente 101, são posicionado centralmente e podem ser constituídos, por exemplo, por uma resistência elétrica; os meios de aquecimento 103 aquecem o fundo do recipiente 101 e, por condução, a massa líquida 102; como é conhecido, este aquecimento provoca a evaporação do líquido 102 e, se a temperatura subir suficientemente, a ebulição do líquido 102. A parte ' h superior do recipiente 101 está em forma de cúpula e tem uma abertura ífj • ‘ 105 a partir da qual o vapor do gerador pode escapar devido ao aquecimento. Existem dois dutos 104A e 104B (especificamente, um à direita e um à esquerda dos meios de aquecimento 103) adaptados para introduzir o líquido no recipiente 101, por exemplo para preenchê-lo no início de um processo e para substituir o líquido evaporado no todo ou em parte durante o processo; o número de dutos, as respectivas posição e orientação podem diferir com relação a essa figura, por exemplo, poderia ter apenas um duto vertical central disposto no meio do meio de aquecimento 103, mas é vantajoso que eles sejam dispostos simetricamente, caso haja mais de um. Esta figura mostra um menisco côncavo (as respectivas dimensões foram deliberadamente exageradas nesta figura), que é formado internamente, a uma certa altura, por toda a parede lateral do recipiente 101 (que é, portanto, sua parede de perímetro); em uma zona central 106 (que é, especificamente, um círculo), a superfície livre do líquido 102 (que está localizado na parte superior) é perfeitamente plana; numa zona periférica 107 (que é, especificamente, uma coroa circular) a superfície livre do líquido 102 (que está localizado na parte superior e que inclui o menisco) é curvada para cima - esta zona periférica pode ser considerada, por exemplo, com alguns milímetros de largura; uma fina camada de líquido na zona central 106, abaixo da superfície livre superior, pode ser considerada livre de outras substâncias, e isso é representado esquematicamente pela linha pontilhada horizontal nesta figura. Esta figura mostra esquematicamente o fluxo de matéria na fase líquida da zona central inferior do recipiente 101 até a zona periférica r superior (onde está o menisco) do recipiente 101, assim como o fluxo de matéria na fase gasosa a partir da superfície livre superior do líquido 102 até abertura 105; como será melhor explicado abaixo, há maior evaporação da superfície livre na zona periférica 107, ou seja, entre o menisco, com relação à região central 106.

[0023] O equipamento apresentado na Fig. 1 pode ser usado para fornecer métodos para controlar as substâncias presentes em um líquido de acordo com a presente invenção.

[0024] De acordo com a presente invenção, a massa líquida (em que outras substâncias estão presentes) foi posta em condições de temperatura e pressão, para originar a uma evaporação apreciável do líquido e pelo menos uma superfície sólida é disposta parcialmente dentro da referida massa líquida e parcialmente fora da referida massa líquida, para estabelecer um (ou mais) menisco apreciável do líquido nesta superfície sólida; no caso específico da Fig. 1, a superfície sólida é constituída pela superfície interna da parede lateral do recipiente 101, que é vertical, mas que também poderia ser oblíqua.

[0025] Estratagemas apropriados podem ser usadas para garantir que o vapor que sai do orifício 105 é particularmente "rico" ou particularmente "pobre" em um ou em alguns ou de ou todas as substâncias presentes no líquido. Consequentemente, o líquido irá tornar- se "empobrecido" ou "enriquecido" dessas substâncias; obviamente, uma vez que qualquer adição de mais líquido dentro do recipiente altera a situação.

[0026] Para efeitos da presente invenção, "evaporação apreciável" significa, por exemplo, que 5-25%, de preferência 10 a 20%, da massa líquida contida no recipiente de tratamento evapora-se em uma hora; alternativamente, por exemplo, podemos abordar a temperatura (a temperatura média, por exemplo), da massa líquida e certificar-se de que í. ....... dl i. :i|i 6/19 esta é maior que a temperatura de ebulição do líquido reduzido a 60°C, de preferência, garantir que esta seja superior a temperatura de ebulição do líquido reduzido a 40°C, mais preferencialmente ainda, garantir que esta seja maior que a temperatura de ebulição do líquido reduzido em 20°C.

[0027] Para efeitos da presente invenção, "menisco apreciável" significa, por exemplo, que o líquido sobe, perto da superfície sólida, em pelo menos 2 mm, de preferência pelo menos 4 mm, mais de preferência ainda em pelo menos 6 mm - na Fig. 2 o aumento corresponde à diferença entre a altura B1 e a altura A1 e na Fig. 3 o aumento corresponde à diferença entre a altura B2 e a altura de A2.

[0028] Um dos elementos fundamentais (provavelmente o mais importante) do método para controlar as substâncias é o controle da forma ■ I e/ou do tamanho e/ou da extensão e/ou da posição e/ou da temperatura do menisco (ou dos meniscos, no caso de haver mais de um) a fim de controlar a evaporação do líquido através do menisco; o menisco pode ser côncavo ou convexo e mais ou menos arqueado; o menisco pode ser mais ou menos elevado; o menisco pode ser mais ou menos longo; o menisco pode ser estável ou móvel e disposto de forma variada em relação as peças do equipamento de tratamento; o menisco pode ser mais ou menos quente; entendendo, obviamente, que existem muitas possibilidades de implementação.

[0029] Este elemento deriva a partir da observação do inventor que, ■ 4 no caso de um menisco côncavo, há uma forte evaporação na zona do menisco, que a evaporação provoca um arrastamento das substâncias presentes onde a evaporação ocorre, que há uma maior concentração das substâncias presentes no líquido na zona de menisco, que uma substância presente em um líquido tende a depositar-se sobre uma superfície sólida e li que a deposição depende de vários parâmetros, incluindo a concentração da substância, o tipo de líquido, o tipo de substância, o tipo de material da superfície sólida (obviamente, a temperatura também influencia a ■ ü > ■: I deposição). No caso de um menisco convexo, a situação muda.

[0030] "Controle da forma, tamanho, extensão, posição, temperatura do menisco" como usado neste documento significa as atividades que visam reduzir ou manter constante ou aumentar essas magnitudes, de acordo com o significado amplo e bem conhecido que é dado a palavra "controle" no campo da "engenharia"; portanto, "controle de..." como usado ■ !hi neste documento não significa simplesmente a verificação nem simplesmente a medição dessas magnitudes.

[0031] Outra observação importante do inventor é que a evaporação (por unidade de área) a partir da superfície (curva) livre onde existe um menisco (côncavo) é muito alta e é conveniente que seja comparado com a evaporação (por unidade de área) a partir da superfície (plana) livre onde não há nenhum menisco e que na superfície plana e livre do líquido (camada superior fina) o líquido é muito puro. Portanto, há pelo menos duas evaporações com um teor um pouco diferentes a serem consideradas; com efeito, há também uma terceira evaporação, que é muito diferente destas duas uma vez que é abrupta e intermitente, ou seja, a evaporação é decorrente da formação de bolhas de vapor dentro da massa líquida e de sua subida em direção à superfície livre do líquido.

[0032] Vale ressaltar que, com base em estudos recentes, uma região do menisco (côncavo) é dividida em três sub-regiões: uma sub- região inferior do menisco intrínseco, acima desta, uma sub-região com uma fina película de evaporação e, acima desta ainda, uma sub-região com uma fina camada adsorvida pela superfície sólida, não-evaporadora; quando representando o menisco, a sub-região mais acima geralmente é desconsiderada,

[0033] Como mencionado, entre os vários possíveis controles existe o controle da deposição das substâncias presentes no líquido sobre uma superfície sólida no menisco; isso pode ser mais realizado de forma mais eficaz para uma (ou mais) das substâncias se estiver presente em estado . . , : r'i: "■ ■ i. sólido sob a forma de partículas muito pequenas, pequenas ou de tamanho médio (grandes partículas sólidas pesadas tendem a precipitar naturalmente); uma vez que que o líquido e as substâncias são geralmente o mesmo objeto do processo de tratamento, este controle ocorre por escolha do material da superfície do sólido e de suas propriedades de superfície (que também pode depender de como a superfície é produzida), em particular sua capacidade de reter firmemente uma (ou mais) das substâncias presentes no líquido dando origem aos "depósitos aderente" - por exemplo, um processo de acordo com a presente invenção poderia visar apenas o controle de uma substância muito específica ou uma família de substâncias.

[0034] É possível que a superfície sólida usada para criar o menisco corresponda à superfície interna da parede do perímetro de um recipiente contendo o líquido, como no caso dos equipamentos da Fig. 1. No entanto, pode haver a necessidade de se criar vários meniscos e/ou criar meniscos que se estendam além do perímetro do recipiente e/ou que o material a ser usado para a superfície sólida não é adequado para a produção de um recipiente; nestes casos, por exemplo, a superfície sólida ou as superfícies sólidas são distintas das superfícies das paredes do recipiente, pelo menos na superfície livre do líquido.

[0035] A superfície sólida pode ser móvel, conforme mostrado na Fig. 4 e Fig. 5 (em ambas as figuras os meniscos tiveram as dimensões deliberadamente exageradas); na Fig. 4, a superfície sólida 408 tem camadas que podem ser removidas, especificamente arrastando para cima; na Fig. 5, a superfície sólida 508 pode se mover tanto verticalmente (seta V), repetidamente para cima e para baixo especificamente, e bi horizontalmente (seta H), repetidamente para a esquerda e para a direita, especificamente perto da parede do perímetro do recipiente 501.

[0036] A superfície sólida pode ser repetidamente inserida e extraída a partir do líquido. Isto pode ser obtido, por exemplo, por meio de um L.J- ■ ' ■ . L movimento rotativo: se a superfície sólida é um círculo disposto sobre o eixo paralelo à superfície do líquido, há uma troca contínua da superfície em contato com o líquido quando o círculo gira. ■

[0037] A superfície sólida móvel pode ser aquecida para influenciar a deposição de material. A superfície sólida móvel pode ser limpa (de depósitos de substâncias) antes de ser reinserida no líquido.

[0038] A superfície sólida pode ser repetidamente aproximada e afastada da parede do perímetro de um recipiente contendo o líquido, como mostrado pela seta H na Fig. 5 em relação a superfície 508 e a parede do 1 perímetro do recipiente 501; assim, os meniscos dobram mais e molham as partes superiores da superfície e da parede. Também neste caso, a superfície sólida e/ou a parede do perímetro pode ser aquecida para influenciar o depósito de material. Também neste caso, a superfície sólida e/ou a parede de perímetro podem ser limpas repetidamente.

[0039] A superfície sólida, usada para criar o menisco ou os meniscos, pode ser removível; por exemplo, ela pode ser removida quando os depósitos da substâncias excederem um determinado nível ou espessura; esta remoção pode ser total ou parcial, por exemplo, de apenas uma camada externa da superfície do sólido (ou seja, aquela que entra em contato com o líquido, especificamente com a zona do menisco). A Fig. 4 mostra uma superfície sólida 408 adjacente à parede do perímetro do recipiente 401 constituída por uma pluralidade de camadas finas, que são adjacentes umas às outras, e que podem deslizar entre elas; assim, .1 quando os depósitos das substâncias excederem um determinado nível ou espessura, a camada mais externa (ou seja, aquela que entra em contato com o líquido, especificamente com a zona do menisco) pode ser removida, especificamente arrastada para cima, e uma nova camada permanece em contato com o líquido 402. í|;

[0040] Como mencionado anteriormente, é possível organizar uma pluralidade de superfícies sólidas, parcialmente no interior da massa líquida e parcialmente fora da massa líquida, de forma que uma pluralidade de meniscos do líquido sejam estabelecidos nas superfícies sólidas; é importante esclarecer que estas superfícies sólidas são normalmente, mas não necessariamente, rígidas; é importante considerar que o comportamento dos meniscos difere dependendo se eles são côncavos ou convexos e que a configuração do menisco depende do líquido e do material da superfície sólida na zona de interface entre líquido e gás.

[0041] A limpeza da superfície do sólido (se necessária ou útil ou conforme desejado) pode ser realizada de várias formas.

[0042] A superfície sólida pode ser limpa de substâncias depositadas nela por meio de deslizamento; Este deslizamento pode ser obtido através ■r de um ou mais membros adjacentes à superfície sólida e movido através de meios de movimento (usando forças magnéticas especificamente); Este deslizamento pode ser obtido através de membros móveis livremente e flutuantes na superfície livre do líquido.

[0043] Alternativamente, por exemplo, a superfície sólida pode ter as substâncias nela depositadas limpas por ultra-som.

[0044] Os fenômenos que ocorrem na região do menisco são influenciados pela temperatura da superfície sólida, usada para criar o menisco; portanto, dependendo do uso do método de controle, pode ser útil aquecer ou resfriar esta região do menisco; o método mais direto para influenciar esta temperatura é o método de controle da temperatura da superfície sólida - pode ser feita referência à Fig. 2, que mostra em detalhes um menisco 209 adjacente a uma parte da parede lateral do recipiente 201. Este controle é particularmente importante quando a superfície sólida corresponde a uma parede do recipiente; de fato, se o recipiente é aquecido para obter a evaporação do líquido (como na Fig. 1), parte desse calor é transmitido para a região do menisco por condução.

[0045] Na Fig. 2, não há nenhum estratagema específico para controlar a temperatura da parede do recipiente 201 e o menisco 209 h I' assume uma determinada forma e uma determinada extensão, ou seja, começa na altura A1 (considerando o nível do líquido no recipiente) e termina (substancialmente) na altura B1.

[0046] Na Fig. 3, no lado externo da parede do recipiente 301, são posicionados meios 310 que resfriam a parede em si e, portanto, o menisco adjacente 309; Observa-se que o menisco 309 assume uma forma diferente e uma extensão diferente, ou seja, a altura de A2 (considerando o nível do líquido no recipiente) e termina (substancialmente) na altura B2 maior que a altura B; a superfície sólida assim fica mais úmida e desta forma reduz a probabilidade das partículas sólidas depositadas se soltarem da mesma e serem arrastadas pelo vapor; além disso, se o menisco estiver frio, a evaporação é reduzida e a probabilidade de bolhas de vapor formadas nele é ainda reduzida. Vale esclarecer que na Fig. 3, os meios 310 estão perfeitamente alinhados com as alturas A2 e B2, mas isto não é 1( indispensável; pelo contrário, eles devem se estender um pouco abaixo da altura A2 e um pouco acima da altura B2; além disso, os meios 310 devem considerar que o nível do líquido no recipiente, isto não deve ser constante durante o período de tratamento.

[0047] Como uma alternativa para a solução mostrada na Fig. 3, existem muitas maneiras de influenciar a temperatura da parede do recipiente no menisco; por exemplo, até mesmo uma simples diluição dele tem efeito. As várias soluções possíveis podem ser divididas em duas categorias: as soluções ativas, que são associadas ou integradas na parede e que introduz ou retira calor numa zona alinhada horizontalmente com o menisco ou em uma zona que é um pouco menor e/ou um pouco mais alta e as soluções passivas, que são associadas ou integradas na parede e que promove ou impede o fluxo de calor ao longo da parede. ■ I: Nota-se que a temperatura da parede do recipiente é também influenciada pela introdução de calor devido aos movimentos convectivos do líquido para a zona do menisco e para a absorção de calor por evaporação na • L . - I , l> zona do menisco.

[0048] Também é possível realizar um controle muito preciso da temperatura que varia de ponto a ponto da parede.

[0049] Controle das substâncias presentes no líquido também pode ser obtido por controlar o nível do líquido no recipiente; com efeito, enquanto eles permanecerem molhados e estáveis, todos os depósitos 'lii sobre as superfícies sólidas não contribuem muito para o arrastamento pelo vapor nascente. Portanto, é muito vantajoso para manter constante o nível do líquido no recipiente para o limite do desprendimento das partículas sólidas de pequenos ou muito pequenos das superfícies sólidas; também é possível talvez lentamente, aumentar o nível do líquido no recipiente até que o recipiente esteja cheio. Para estes pedidos é vantajoso (ainda que não estritamente necessários) para registrar o nível do líquido, medindo a pressão na parte inferior do recipiente; assim, a gravação é contínua e precisa. Uma vez que o líquido evapora devido à temperatura e para impedir que o nível do líquido diminua (pelo motivo descrito acima), é possível prever a introdução de líquido no recipiente; de preferência, esta introdução ocorre lentamente no fundo do recipiente para não perturbar as regiões de superfície do líquido (com turbulência ou vórtices causados pela entrada), no centro ou no perímetro do recipiente, em particular onde não existem os meniscos.

[0050] Como mencionado anteriormente, o líquido deve ser aquecido para provocar a respectiva evaporação.

[0051] Uma primeira possibilidade é trazer o líquido à sua temperatura de ebulição; a evaporação é, portanto, muito forte; no entanto, deve ser assegurada que as bolhas de vapor não são muito grandes, ou seja, que a fervura não é violenta.

[0052] A fim de prevenir (ou em qualquer caso muito limitar) as bolhas de vapor, o líquido pode ser aquecido para abaixo da temperatura de ebulição, por exemplo, a uma temperatura que varia entre 70% e 99% das respectivas temperaturas de ebulição (expressa em graus Celsius), ou, mais vantajosamente, a uma temperatura entre 80% e 90% das respectivas temperaturas de ebulição (expressa em graus Celsius). lit

[0053] Ao fazer estas observações sobre a temperatura do líquido, convém ter em mente que a fonte de calor é concentrada (como é o caso da Fig. 1), o líquido perto da fonte de calor pode ser consideravelmente quente e assim dar origem a bolhas de vapor, mesmo que o líquido é, em ■ - ■; ' média, a uma temperatura mais baixa (mesmo apenas ligeiramente) que a temperatura de ebulição destes.

[0054] Precisamente por esta razão (quaisquer bolhas de vapor), é vantajoso para o calor de origem estar na região central, para que os movimentos convectivos de líquido quente com as bolhas de vapor não subam pelas paredes do perímetro do recipiente (ou das superfícies sólidas adaptadas para criar os meniscos) e não alcancem o menisco ou meniscos e não esteja em risco de soltar partículas de substâncias sólidas dos depósitos nas paredes do perímetro do recipiente (ou sobre superfícies sólidas adaptadas para criar os meniscos); deve ser levado em conta que estes depósitos podem ser mais ou menos aderentes (isso depende, em particular, do material e das propriedades da parede) e mais ou menos compactos (isso depende, em particular, da substância que forma o depósito). Por esta mesma razão (quaisquer bolhas de vapor), é vantajosa para as paredes do perímetro (verticais ou oblíquas) do recipiente são arrefecidas a fim de evitar o risco das mesmas paredes serem uma fonte de movimentos convectivos e de bolhas de vapor. I

[0055] Em relação as bolhas de vapor, vale a pena considerar que, na etapa de formação de uma bolha de vapor, quaisquer substâncias presentes no líquido na zona de formação tendem a ser incorporada à bolha e arrastado para cima pela bolha em si; no entanto, as substâncias utilizadas tendem a se perder no caminho ascendente da bolha e, se o caminho for suficientemente longo, a bolha alcança a superfície livre do ' • ' ■ ; • - • '■ ■ i líquido mais ou menos livre de outras substâncias. Estas considerações não se aplicam em geral se as bolhas de vapor se formam ao longo das paredes do recipiente ou na parte inferior das paredes do recipiente devido as possíveis interações entre as bolhas e a superfície interna das paredes.

[0056] Além disso, ou como alternativa para controlar o menisco ou meniscos, a presente invenção pode fornecer para o controle do fluxo devido à evaporação do líquido através do menisco referido; de acordo com as observações do inventor, este fluxo é normalmente rico em substâncias diferentes do líquido em si.

[0057] Este fluxo de vapor pode ser condensado e retornado para o líquido em si. Na Fig. 7, por exemplo, a parede do recipiente 701 tem internamente, no menisco côncavo do líquido 702, acima o mesmo, uma flange 711 (de preferência) dobrado para baixo; acima o flange pode existir vantajosamente meio de resfriamento 712, adaptado para arrefecer o flange 71 (também indiretamente refrigeram a parede do recipiente 701, tanto para baixo e para cima); quando o vapor aumenta para cima do menisco, ele é retido por causa da flange 711, que é fria e condensa-se para o retorno do líquido abaixo.

[0058] Como alternativa, o fluxo de vapor pode ser removido do recipiente. Por exemplo, na Fig. 7, existe uma abertura 713 logo abaixo o flange 711, que podem ser ligados a uma conduta de remoção; após a remoção, o vapor pode ser condensado (por resfriamento, por exemplo) fora do recipiente 701.

[0059] Isto deve ser observado que na solução da Fig. 7, o vapor será condensado em parte e em parte removido do recipiente 701.

[0060] Como é evidente que uma pessoa versada na técnica, a forma e o tamanho do flange pode diferir daquele mostrado na Fig. 7; o flange se projeta para no interior do recipiente de preferência pelo menos 5 mm, mais de preferência pelo menos 10 mm, mais de preferência ainda pelo menos 15 mm. I; .. :í i ’ !' í< 15/19 ■ l|i ; 4 .

[0061] Como é evidente para uma pessoa versada na técnica, os meios de resfriamento, se presente, podem ser associados com um flange de tamanho extremamente pequeno, mesmo nulo; em particular, a forma e a extensão superior do recipiente 701 poderiam agir como um flange; a função dos meios de refrigeração é promover a condensação do vapor proveniente do menisco.

[0062] Um flange igual ou semelhante ao membro 711 pode ser definido como uma "saia" e em particular uma "saia de refrigeração". Esta saia está localizada perto do menisco, ou seja, perto da superfície sólida que ele gera. Pode existir várias saias, um para cada menisco. A saia poderia também ser móvel e, portanto, seguir os movimentos (aumentando ou diminuindo) do nível do líquido no recipiente.

[0063] O vapor proveniente do menisco pode ser mantido separado, • ;hi por meio da saia, do vapor proveniente da superfície plana do líquido e do vapor proveniente das nascentes bolhas de vapor; discriminando, portanto, pode ter lugar com base no, conteúdo de vapor destas três fontes.

[0064] Adicionalmente, ou como uma alternativa para controlar o menisco ou os meniscos, a presente invenção pode fornecer para uma fina camada de líquido (que, de acordo com as observações do inventor, é extremamente pura e livre de substâncias) para ser removido de forma superfície livre (superior) do líquido, excluindo a superfície livre do menisco. I.

[0065] Esta remoção pode ser obtida, por exemplo, aquecendo o líquido a fim de dar origem a uma apreciável evaporação por meio de aquecimento radiante e colocando estes meios de aquecimento a fim de irradiar a superfície livre (superior) do líquido e não para irradiar o menisco ou os meniscos.

[0066] Alternativamente, esta remoção pode ser realizada, por exemplo, por meios mecânicos, em particular, mantendo o nível do líquido ligeiramente superior na borda da parede do recipiente que contém o líquido próprio perímetro.

[0067] Adicionalmente, ou como uma alternativa para o controle do menisco ou dos meniscos, a presente invenção pode fornecer para a superfície sólida, usada para criar o menisco ou meniscos de estar molhado, em especial mantido molhado, acima do menisco; assim, a probabilidade das partículas sólidas depositadas nela desanexando do mesmo e sendo arrastado pelo vapor é reduzida.

[0068] Na Fig. 6, a superfície molhada é a parede do perímetro do recipiente 601 contendo o líquido 602. Em particular, um fluxo descendente 615 do líquido sobre a superfície sólida é fornecido; isto escapa de uma abertura 614; claro, as aberturas são uma pluralidade de aberturas dispostas ao longo do comprimento da superfície sólida.

[0069] Alternativamente, um pulverizador de líquido sobre a superfície sólida pode ser fornecido.

[0070] As soluções anteriormente descritas e ilustradas podem ser combinadas juntas.

[0071] O líquido contendo substâncias pode ser tratado pelo menos numa primeira etapa e em uma segunda etapa que é sucessiva para a i. primeira etapa; na primeira etapa uma ou mais das referidas substâncias aglomeradas de pelo menos em parte; na segunda etapa, o líquido com substâncias pelo menos parcialmente aglomeradas é evaporado. Uma ou mais das soluções anteriormente descritas e ilustradas podem ser usadas na segunda etapa. As substâncias aglomeradas, portanto, são muito menos propensas a serem arrastadas no fluxo de vapor; com efeito, se a aglomeração for considerável as partículas permaneceriam no fundo do recipiente.

[0072] A presente invenção é particularmente eficaz no caso de substâncias sólidas.

[0073] Deve-se notar que substâncias líquidas podem se comportar de uma maneira inteiramente análoga para substâncias sólidas. Com efeito, uma substância líquida em um líquido pode dar origem a uma "emulsão", ou seja, uma dispersão heterogênea, ou a uma "solução coloidal", ou seja, uma dispersão de "microheterogêneo"; nestes casos, as gotas do líquido i; são análogas às partículas do sólido. Além disso, o fato de que uma substância esta no estado sólido ou no estado líquido depende da temperatura de fusão desta e da temperatura do líquido no qual ela é dispersa; é bastante frequente a temperatura de ebulição do líquido é inferior a temperatura de fusão da substância dispersada nele, no entanto a presente invenção pode ser útil mesmo quando esta condição não for atendida.

[0074] Além disso, no caso de substâncias líquidas em solução homogênea, os fenômenos da alta concentração de substâncias nas regiões dos meniscos e da evaporação diferente entre regiões com I superfície curvada de enciclopédia (superior) do líquido (onde os meniscos) • ?•* e regiões com plano de superfície (superior) livre do líquido (onde não existem meniscos).

[0075] A presente invenção não se aplica para substâncias gasosas que podem estar presentes no líquido.

[0076] Como mencionado, os métodos para controlar as substâncias presentes em um líquido como anteriormente descrito e ilustrado tem vários pedidos, mas fundamentalmente dois pedidos:

[0077] - a separação de substâncias,

[0078] - a reação de substâncias.

[0079] Em geral, o método de separação pelo menos de uma substância presente em um líquido, prevê:

[0080] - o estabelecimento de pelo menos um menisco do líquido, e

[0081] - controle da evaporação do líquido através da superfície livre do menisco; através do qual um fluxo controlado da substância é produzido através da superfície livre do menisco.

[0082] Além disso, a deposição da substância pode ser controlada em pelo menos uma superfície sólida, em parte dentro do líquido e em parte fora líquido no menisco, no qual um fluxo controlado da substância é ’l| produzido através da superfície livre do menisco.

[0083] Vale a pena destacar neste ponto que, dependendo de como a presente invenção é implementada e usada, a separação da substância i. do líquido pode ocorrer através da geração de um líquido com reduzido teor de substância ou um vapor com reduzido teor de substância; em outras palavras, o arrastamento da substância por parte do vapor pode ser promovido ou o arrastamento da substância por parte do vapor pode ser prejudicado.

[0084] É, em particular, uma substância sólida, ou seja, sob a forma de muito pequenas ou pequenas ou médias de partículas sólidas.

[0085] Em geral, o método para promover reações (reações químicas em particular), pelo menos duas substâncias presentes em um líquido, prevê:

[0086] -o estabelecimento de pelo menos um menisco do líquido, e

[0087] -controle da evaporação do líquido através da superfície livre do menisco; através do qual um fluxo controlado das duas substâncias é produzido para o volume do menisco.

[0088] Assim, existe um aumento na concentração dos reagentes em um pequeno espaço (ou seja, o volume definido pelo menisco) e, portanto, existe um aumento da probabilidade de eles reagirem.

[0089] Além disso, a deposição das duas substâncias em pelo menos uma superfície sólida, na parte de dentro do líquido e, na parte de fora do líquido, o menisco pode ser controlado, pelo qual é produzido um fluxo controlado de duas substâncias em direção à superfície sólida. ■ ‘I

[0090] Isto é, em particular, duas substâncias sólidas, nomeadamente sob a forma de muito pequenas ou pequenas ou médias de partículas sólidas.

[0091] Vale a pena assinalar que, usando os ensinamentos técnicos descritos aqui, controlando a evaporação do líquido também é possível 'I , ! ’■ ’I 19/19 I I lí • . ' i* w .. controlar as substâncias presentes no vapor e derivar a partir das substâncias presentes no líquido. Um pedido prático disso é o controle de odores que emanava de um recipiente contendo um líquido de alta temperatura (a temperatura de ebulição por exemplo); este é o caso das panelas para cozinhar alimentos. De fato, as sensações odoríferas são causadas por alguma substância odorante dissolvida em gás que atinge os receptores do sistema olfativo.

[0092] Para completar, vale a pena esclarecer que muitos dos ensinamentos técnicos descritos neste documento também podem ser usados no caso em que a fase de dispersão é plasma em vez de líquido.

[0093] Os métodos anteriormente descritos e equipamentos tem pedido claro industrial.

[0094] Por exemplo, tendo como referência o equipamento como o mostrado na Fig. 1 com a adição do dispositivo mostrado na Fig. 7 (e reivindicado neste documento), quando o líquido 102 contido no recipiente 101 é aquecido, o vapor que escapa da abertura superior 105 é quase desprovida das substâncias adicionais presentes no próprio líquido. Na verdade, origina-se da evaporação da zona central da superfície livre do líquido 102 da qual muito líquido (sob a forma de vapor) e poucas substâncias adicionais levantam-se; enquanto o vapor proveniente da zona periférica 107, onde está o menisco, e de quais quantidades apreciáveis de substâncias adicionais também ascendem e é interceptado por causa da flange 711 e recondensada através dos meios 712 ou expulsos através das aberturas 713. Separação do líquido de substâncias adicionais e um fluxo que escapa da parte superior do recipiente, o que é puro, que é assim obtida.

Claims (6)

1. Sistema para separar pelo menos uma substância presente em um líquido, caracterizado pelo fato de que compreende: um recipiente (101, 701), organizado para conter internamente uma massa do referido líquido (102, 702), no qual lá está presente uma quantidade de pelo menos uma referida substância, e um aquecedor (103), organizado para aquecer a referida massa do referido líquido (102, 702) a uma temperatura que viabilize dar origem a uma evaporação do referido líquido (102, 702); em que, o referido recipiente (101, 701) compreende uma parte superior que é em forma de cúpula e tem uma abertura (105) da qual vapor gerado devido ao calor da referida massa do referido líquido (102, 702) pode escapar, e em que o referido recipiente (101, 701) compreende uma parede de perímetro que é internamente organizada verticalmente ou obliquamente e em que o referido líquido (102, 702) forma um menisco côncavo no referido recipiente (101, 701); em que a referida parede de perímetro do referido recipiente (101, 701) tem um flange interno (711) no referido menisco, o referido menisco acima, que se projeta em direção à parte interna do recipiente e é organizado de modo que vapor subindo do menisco é retido pelo referido flange interno (711), pelo qual vapor originando do referido menisco pode ser mantido separado de vapor originando de uma superfície líquida plana e de vapor originando de bolhas de vapor subindo.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aquecedor (103) é organizado adjacente à porção inferior do referido recipiente (101, 701) para aquecer a referida massa do referido líquido (102, 702) a uma temperatura acima da temperatura de ebulição do referido líquido, reduzida em 20-60°C.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido aquecedor (103) é organizado adjacente à porção inferior do referido recipiente (101, 701) para causar uma evaporação de 5-25%da referida massa do referido líquido em uma hora.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida parede de perímetro do referido recipiente (101, 701) é internamente organizada verticalmente ou obliquamente para estabelecer um menisco côncavo do referido líquido (102, 702), sendo aumentado em pelo menos 2mm.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido flange interno é curvado para baixo.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido flange interno (711) é protuberante na direção do interior do referido recipiente (101, 701) em pelo menos 5 mm.

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