BR112015025055B1 - Aparelho e processo para a redução de germe de um fluido e uso do aparelho - Google Patents

Abstract

APARELHO PARA A REDUÇÃO DE GERME DE UM FLUIDO E UM PROCESSO PARA O USO DO MESMO. A presente invenção se refere a um aparelho de desvolatilizaçâo estático (1) para a redução do germe de um fluido que é divulgado. O aparelho (1) compreende um compartimento (10), uma entrada (12), uma saída (14), uma superfície de contato com o fluido (20) que compreende um biocida (22) incorporado para reduzir a contagem de germes do fluido (2), em que a superfície de contato com o fluido (20) é uma superfície de contato com o fluido (20) de um elemento de mistura estática (30). A presente invenção se refere ainda a um processo para reduzir a contagem de germe de um fluido que contém germes (2‘) com o uso do aparelho (1) e também à utilização do aparelho (1) na redução do germe de óleo combustível, de produtos alimentares, ou na descontaminação da água, de preferência, descontaminação de águas residuais, água de processo industrial ou no tratamento de água potável.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a um aparelho para a redução do germe de um fluido. A presente invenção também se refere a um processo para utilizar o dito aparelho para reduzir a contagem de germes de um fluido que contém germes e a utilização do dito aparelho para a redução do germe de óleo de combustível, de produtos alimentares, ou descontaminação de água, de preferência, descontami- nação de águas residuais, água de processo industrial, ou tratamento de água potável.

[0002] A redução de germe de fluidos é de amplo interesse comercial, por exemplo, para fins de saneamento, higiene e água potável e nas indústrias médica e alimentar. O termo "germe" no presente pedido não é especificamente limitado e é definido como um micro- organismo, em particular, os patogênicos ou de deterioração.

[0003] Vários tipos de aparelhos para a redução de germe dos fluidos são conhecidos e são, em geral, com base em aparelhos de filtragem. Por exemplo, o documento WO 2004/052961 A1 divulga uma variedade de tais aparelhos de filtragem que fazem uso de copolimeros de guanidina especiais como o material de redução de germe. Esses copolimeros, no entanto, são divulgados apenas na forma de materiais ou solúveis em água ou em gel. Observa-se que os materiais solúveis em água ou em gel não são materiais estáveis para a construção de dispositivos e seus componentes. Os materiais solúveis em água ou em gel, em geral, também não têm estabilidade a longo prazo quando expostos aos fluidos e, por exemplo, eles podem se deformar ou perder os seus componentes ativos. Em geral, é indesejável para os materiais de biocida solúveis em água e potencialmente tóxicos da técnica anterior lixiviar o aparelho e seus componentes devido aos aspectos ambientais, de saúde e de segurança, de regulamentação e (outros).

[0004] No aparelho de filtragem divulgado, o copolímero de guani- dina está sob a forma de um granulado, em pó ou em gel e compacto em uma coluna de filtração através da qual o fluido a ser tratado passa, em seguida. Em alternativa, descreve-se que o copolímero de guanidina pode ser revestido em um material de papel, de celulose ou de tecido, que é então utilizado como um elemento de filtragem no aparelho. Os dispositivos de filtração têm a desvantagem de que a sua utilização implica em perdas de pressão significativas. Essas quedas de pressão resultam da sua fração de vácuo limitado e alta superfície específica, ambas as quais são utilizadas para alcançar um alto contato interfacial entre o fluido e a fase sólida.

[0005] Embora os polímeros com base de guanidina sejam eficazes na redução de germe, eles, como a maioria dos materiais de redução de germes, ainda não são um material de bem de consumo e, assim, eles ainda são polímeros especiais relativamente caros disponíveis apenas em volumes de produção limitada de produtores de polímeros de especialidade. O custo relativamente elevado de tais materiais de redução de germe (biocidas), em seguida, resulta em uma des-vantagem de tais aparelhos de filtragem conhecidos para a redução do germe. Tais dispositivos de filtragem requerem, em geral, a utilização de quantidades relativamente grandes de material caro para a redução de germe. Isso se deve ao fato de as colunas de filtro têm tipicamente apenas fracções de espaço relativamente pequenas para o contato do fluido a ser tratado com o biocida, e por isso requerem colunas mais longas ou taxas de fluxo mais baixas para uma determinada área de superfície específica, a fim de gerar o tempo de residência suficiente para ser eficaz. Além disso, as limitações à área superficial específica utilizável surgem devido às considerações de queda de pressão.

[0006] Além disso, no caso dos aparelhos de filtragem que fazem uso de colunas de biocida sob a forma de granulado, pó ou em gel, como no WO 2004/052961, uma grande fração do biocida é "desperdiçada", uma vez que apenas a superfície exterior do granulado, pó ou em gel fica em contato com o fluido e é eficaz. A maior parte do biocida no interior do granulado, pó ou em gel, assim, é inativa devido a uma falta de contato com o fluido.

[0007] Em conclusão, seria desejável ter um aparelho para a redução do germe de um fluido que faz um uso mais eficiente de materiais caros de biocidas de especialidade. Tal aparelho poderia permitir uma redução do germe mais eficiente para uma determinada quantidade de biocida. Seria, além disso, desejável que o dito aparelho não sofresse as desvantagens das quedas de alta pressão ou a falta de estabilidade a longo prazo após a exposição a fluidos, como devido à lixiviação do biocida. Além disso, seria preferencial se a redução do germe fosse melhorada ainda mais ainda em relação ao estado dos aparelhos de filtragem da técnica.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0008] Partindo desse estado da técnica, é um objetivo da invenção proporcionar um aparelho para a redução do germe de um fluido que não sofre das deficiências mencionadas anteriormente, particularmente, uma utilização menos eficiente de materiais de biocidas e redução de germe menos eficaz. Outros objetivos da invenção incluem fornecer um processo para utilizar o dito aparelho para reduzir a contagem de germes de um fluido que contém germes e utilizar o dito aparelho para a redução do germe de óleo combustível, produtos alimentares, ou a descontaminação de água, de preferência, a descon- taminação de águas residuais, água de processo industrial, ou no tratamento de água potável.

[0009] De acordo com a invenção, esses objetivos são alcançados por um aparelho para a redução do germe de um fluido que compreende: um compartimento, uma entrada, uma saída, uma superfície de contato com o fluido, que compreende um biocida incorporado para reduzir a contagem de germe de fluido, em que a superfície de contato com o fluido é uma superfície de contato com o fluido de um elemento de mistura estática.

[00010] De acordo com a invenção, esses objetivos são alcançados ainda em primeiro lugar por um processo para reduzir a contagem de germes de um fluido que contém germes com o uso do aparelho da invenção, que compreende as etapas de: - alimentar o fluido que contém germes para o aparelho através da entrada; - tratar o fluido que contém germes sobre uma superfície de contato com o fluido, que compreende um biocida, a fim de formar um líquido que tem uma contagem reduzida de germe; - remover o fluido que tem uma contagem reduzida de germes a partir do aparelho através da saída.

[00011] O dito aparelho e o dito processo são utilizados de acordo com a invenção para a redução do germe de óleo combustível, de produtos alimentares, ou descontaminação de água, de preferência, descontaminação de água residual, água de processo industrial, ou tratamento de água potável. No presente pedido, "óleo combustível" refere-se a todos os óleos suscetíveis de serem utilizados como combustível, tal como o diesel, gasolina ou óleo bruto. Como será discutido, tais fluidos e processos particularmente se beneficiam da presente invenção.

[00012] A presente invenção alcança esses objetivos e proporciona uma solução para esse problema pelo fato de que a superfície de contato com o fluido, que compreende um biocida incorporado para redu- zir a contagem de germes de fluido, é uma superfície de contato com o fluido de um elemento de mistura estática. Como resultado, tanto a perda de pressão como a quantidade de material de biocida usada é muito menor no caso de um elemento de misturador estático em comparação com um filtro, tal como um leito compacto de granulados. Essa redução na quantidade necessária de material de biocida é especialmente significativa quando apenas a superfície do elemento de mis-turador estático é revestida com o material de biocida. Tal como será demonstrado pelos exemplos da presente invenção e a sua comparação com os aparelhos de filtragem de estado da técnica, a redução na contagem de germe benéfica é maior para o aparelho da invenção. Além disso, o aparelho da presente invenção tem demonstrado uma boa estabilidade contra a perda de biocida para a fase de fluido por meio da lixiviação do elemento de misturador estático. Esse resultado é muito surpreendente e demonstra que o aparelho e o processo da presente invenção não só torna o uso dos materiais caros de biocida de especialidade mais eficiente e, portanto, permite uma redução do germe mais eficiente para uma determinada quantidade de biocida, mas também fornece a melhor redução do germe em relação a dos aparelhos de filtragem do estado da técnica.

[00013] Um versado na técnica compreenderá que uma "superfície de contato com fluido" significa uma região de superfície que compreende ou que contém o biocida e capaz de interagir com o fluido. Assim, essa região da superfície terá uma profundidade associada a ele que vai variar um pouco dependendo da natureza específica da interação do fluido e a superfície devido aos fatores, tais como o inchamento ou porosidade, assim como o tamanho da molécula de biocida. Em algumas modalidades, a profundidade da região de superfície depen-derá do método espectroscópico particular utilizado para caracterizar a composição da superfície, como espectroscopia de fotoelétron de raio x (XPS) ou espectroscopia de Auger de elétron (AES). Em uma modalidade, a profundidade da superfície de contato com o fluido é caracterizada por medições XPS convencionais. Em modalidades que envolvem os revestimentos que contêm biocidas, a profundidade da região de superfície vai depender da espessura do revestimento e do método de revestimento utilizado. Em outra modalidade, a profundidade da superfície de contato com o fluido é de 1 a 1.000 microns.

[00014] Em uma modalidade do aparelho ou processo, a superfície de contato com o fluido não libera substancialmente o biocida para o fluido. No presente pedido, "não libera substancialmente" é definido como significando que qualquer liberação é tão lenta e insubstancial que o biocida não está presente em concentrações apreciáveis no fluido tratado pelo aparelho. Por exemplo, a concentração de biocida no fluido tratado é, de preferência, menor do que 50, mais de preferência, inferior a 15, ainda mais de preferência, menor que 1 ppm, de preferência não mais detectável, como determinado por meios espectros- cópicos ou métodos cromatográficos convencionais. Em uma modalidade, a espectrometria de massas por cromatografia gasosa (GC-MS) é utilizada, como foi descrito na "Analysis of Drinking Water for Trace Organics", por C. J. Koester & R. E. Clement em Critical Reviews in Analytical Chemistry Vol. 24, edição 4, 1993. De preferência, a concentração de biocida no líquido tratado é medida sob condições estáticas durante 24 horas. Essa modalidade tem a vantagem de que o aparelho funciona "permanentemente" ao longo do seu tempo de vida. Assim, não é necessário substituir ou renovar a superfície de contato com o fluido, o que então reduz os custos de manutenção e serviço e tempo de inatividade. Um versado na técnica compreenderá que as diferentes aplicações, tais como águas residuais versus água potável, terão diferentes exigências quanto aos valores toleráveis de liberação de biocida para o fluido.

[00015] De acordo com uma outra modalidade do aparelho e do processo, a superfície de contato com fluido compreende uma guanidina ou um derivado da mesma. As guanidinas têm a estrutura geral (R1R2N) (RSR4N)C = NR5. As guanidinas e seus derivados têm várias vantagens sobre outros biocidas. Por exemplo, eles estão prontamente disponíveis e também têm um custo mais baixo em relação a outros biocidas, como nanoprata. Além disso, as guanidinas e seus derivados têm estabilidade muito boa em elevadas temperaturas. Como resultado, elas estão bem adaptadas para a utilização em processos para reduzir a contagem de germes de um fluido que contém germes, que são tipicamente realizados em temperaturas elevadas. Tais processos podem se beneficiar, em seguida, a partir do efeito sinérgico do biocida e da temperatura elevada.

[00016] De acordo com ainda outra modalidade do aparelho e do processo, a superfície de contato com fluido compreende um polímero que contém biocida. Essa modalidade tem várias vantagens. A incorporação do biocida em uma composição de polímero minimiza a lixiviação do biocida durante 0 tempo de vida do aparelho e, assim, proporciona permanência da atividade biocida. Além disso, os polímeros são facilmente processados termicamente, por extrusão ou moldagem e formados em formas, tais como aqueles de elementos de mistura estática. Em alternativa, os polímeros podem ser facilmente utilizados como revestimentos de elementos de mistura estática fabricados a partir de outros materiais, tais como metais. Tais revestimentos poliméricos podem ser aplicados por métodos térmicos ou solução.

[00017] Em uma modalidade ainda mais específica, 0 polímero que contém 0 biocida é um copolímero ou, de preferência, um composto polimérico. Os compostos poliméricos têm a vantagem de serem mais simples, mais econômicos e mais versáteis para a produção de copolímeros de biocidas que, tipicamente, requerem monômeros caros que não estão prontamente disponíveis comercialmente em quantidades industriais. Além disso, os processos e aparelhos de polimerizaçâo são mais complexos e exigem investimentos maiores e têm mais preocupações com relação à segurança de trabalho que as instalações de compostos.

[00018] De acordo com ainda outra modalidade do aparelho e do processo, o elemento de misturador estático contém biocida apenas em uma região que abrange a superfície de contato com a superfície do fluido. O fornecimento de biocida apenas a uma região de superfície reduz beneficamente a quantidade de biocida necessária. Além disso, o biocida localizado abaixo da região de superfície na região de volume não entrará em contato com o fluido e será, assim, ineficaz para a redução do germe. No presente pedido, a profundidade da região da superfície é definida como sendo de 80% ou menos da espessura total do elemento de misturador estático medido no seu ponto mais fino. Essa modalidade, muitas vezes, será alcançada através do uso de tecnologias de revestimento que, em geral, implicam em processos de custo relativamente baixo e no consumo de quantidades limitadas de matérias-primas. Além disso, alguém pode, de maneira vantajosa, revestir um elemento de misturador estático convencional, tal como um feito de metal ou material plástico. Um versado na técnica compreenderá que, por exemplo, os suportes de metal muito finos podem ser utilizados para proporcionar estabilidade mecânica ao revestimento que contém biocida. Em tais modalidades, o revestimento será relativamente espesso com relação ao suporte de metal fino. Em outras modalidades, o elemento de misturador estático pode ser formado por meio de métodos de coextrusão para se obter uma camada superficial que contém biocida sobre uma camada de suporte subjacente.

[00019] O processo da invenção tem muitas vantagens na medida em que funciona bem com uma ampla variedade de fluidos. Além dis- so, pode, portanto, substituir os processos de neutralização e esterilização de uma maneira relativamente de baixo custo e benéfica ao meio ambiente. Além disso, quando o fluido a ser tratado é um produto alimentar ou bebida, as perdas nutricionais com o processo da invenção serão menores do que aquelas com fotoquímica rígida convencional, processos de esterilização térmicos ou químicos. Muito importante, os custos de matéria-prima e riscos potenciais à saúde e as preocupações dos consumidores relacionadas com o uso de conservantes podem ser limitados ou evitados.

[00020] De acordo com uma modalidade do processo, o tempo de residência no aparelho é inferior a 600, de preferência, 180, mais de preferência, 60, ainda mais de preferência, 10, ainda mais de preferência, 5, e ainda mais de preferência, de 1 s. Um versado na técnica compreenderá que as aplicações diferentes e/ou diferentes fluidos podem requerer a utilização de diferentes tempos de residência para a redução eficaz do germe. O tempo de residência é, de maneira eficaz, a duração média de tempo em que uma parte do fluido irá permanecer no aparelho. No presente pedido, o tempo de residência é definido como a quantidade de fluido no compartimento do aparelho, dividido pela taxa de fluxo do fluido fora da saída. Se houver várias saídas, em seguida, se usa a soma dos fluxos de saída para determinar o tempo de residência. O aparelho da invenção tem a vantagem de permitir a residência relativamente curta e, assim, os tempos de processamento devido à sua utilização muito eficaz do biocida. A redução do tempo de processamento de fluidos minimiza de maneira benéfica o investimento e os custos operacionais, bem como o tamanho e "área de cobertura" do aparelho.

[00021] De acordo com uma outra modalidade do processo, a temperatura do fluido no aparelho é entre 0 e 200, de preferência 10 a 100, mais de preferência, 10 a 60, mais de preferência, 20 a 30 °C. No presente pedido, a temperatura do fluido no aparelho é definida como a temperatura do fluido medida na entrada. O uso altamente eficaz do biocida na presente invenção permite uma elevada redução de germe em temperaturas relativamente baixas. Isso, então, reduz beneficamente o investimento e custos operacionais para os dispositivos de aquecimento.

[00022] De acordo com uma outra modalidade do processo, o teor de germes do fluido é reduzido no processo de registo por 0,5 a 7, de preferência, 2 a 6, mais de preferência, de 3 a 5. O uso altamente eficaz do biocida na presente invenção torna possível tais altas reduções germina- tivas no processo. No presente pedido, o conteúdo do germe é definido como o teor de germes medido de acordo com o método ISO aplicável, tais como ISO, 9308-1, 7899-1, 16266, 19250, 6222, 38411, 38412 e para a análise microbiológica da água potável ou águas residuais.

[00023] Em ainda uma outra modalidade do processo, a pressão do fluido no processo é menor do que ou igual a 100, de preferência, de 32, mais de preferência, 16, ainda mais de preferência, 10, mais de preferência, de (6 bar). Essas pressões são mais adequadas para a construção pronta do aparelho e/ou suas aplicações típicas, por exemplo, no tratamento de água potável. No presente pedido, a pressão do fluido é definida como a pressão medida na saída do aparelho.

[00024] Em ainda outra modalidade do processo, a razão entre a área de superfície ativa e o volume do aparelho é mais do que 50, de preferência, 150, com maior preferência, 300, com maior preferência, cerca de 600 m2/m3. Tais proporções mínimas permitem uma elevada eficiência benéfica e o tamanho compacto do aparelho, e por causa da estrutura relativamente aberta e alta fração de vácuo dos elementos de misturador estático de acordo com a invenção, esses benefícios podem ser alcançados sem perdas significativas de pressão. No pre-sente pedido de patente, a razão entre a área de superfície ativa e vo- lume é definido como todo o exterior da superfície disponível do elemento de misturador estático dentro do volume de trabalho do aparelho englobando o elemento de misturador estático.

[00025] Em ainda outra modalidade do processo, a viscosidade do fluido é inferior a 1.000, de preferência 10, mais de preferência, 0,1 Pas. Tais viscosidades ajudam a minimizar as perdas de pressão indesejáveis e facilitam o contato entre a superfície de contato com o fluido do elemento de mistura estática e o fluido a ser tratado. No presente pedido, a viscosidade é definida como aquela medida de acordo com o método ISO adequado, tal como a norma ISO 3104:1994 para a medição da viscosidade de líquidos transparentes e opacos. As informações adicionais sobre medidas de viscosidade são apresentadas em "Rheology: Concepts, Methods, And Applications" por A. Y. Malkin e A. I. Isayev, publicado por Chem Tec Publishing, Canadá em 2005 (ISBN-13: 978-1895198331).

[00026] Em ainda uma modalidade adicional do processo, a perda de pressão do fluido for inferior a 1, de preferência, 0,3, mais de preferência, de 0,1 bar. A diminuição das perdas de pressão reduz beneficamente a complexidade e os custos do aparelho através da minimi- zação da energia diferentes, bombeamento, resistência mecânica, e os requisitos de segurança. No presente pedido, a perda de pressão é definida como a diferença estática entre a saída e a entrada medida em uma orientação horizontal com o uso de água sob condições ambientais. Os métodos de medição de pressão adequados incluem aqueles divulgados em "Instrumentation and Control for the Chemical, Mineral, and Metallurgical Processes" por V. R. Radhakrishnan, Allied Publishers, índia, 1997 (ISBN: 81-7023-723-8).

[00027] Uma modalidade do processo e uma utilização do aparelho é para a redução do germe de óleo combustível, de produtos alimentares, ou a descontaminação de água, de preferência, de descontamina- ção de água residual, água de processo industrial, ou tratamento de água potável. A invenção provou ser particularmente útil na redução de germe de tais fluidos.

[00028] Um versado na técnica compreenderá que a combinação das matérias das reivindicações e várias modalidades da invenção é possível, sem limitação, na medida em que tais combinações são tecnicamente viáveis. Nessa combinação, o assunto de qualquer reivindicação pode ser combinado com assunto de uma ou mais das outras reivindicações. Nessa combinação de assuntos, o assunto de qualquer processo reivindicação pode ser combinado com o assunto de uma ou mais outras reivindicações de processo ou assunto de uma ou mais reivindicações de aparelho ou o assunto de uma mistura de um ou mais reivindicações de processo e reivindicações de aparelhos. Por analogia, o assunto de qualquer uma das reivindicações de aparelho pode ser combinado com o assunto de uma ou mais outras reivindicações de aparelho ou assunto de uma ou mais reivindicações de processo ou o assunto de uma mistura de uma ou mais reivindicações de processo e reivindicações de aparelho.

[00029] Um versado na técnica compreenderá que a combinação dos assuntos das várias modalidades da invenção é possível, sem limitação na invenção. Por exemplo, o assunto de uma das modalidades do aparelho acima mencionadas pode ser combinado com o assunto de uma ou mais das outras modalidades do processo mencionadas acima ou vice-versa, sem limitação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00030] A invenção será explicada em mais detalhes a seguir com referência a várias modalidades da invenção, bem como aos desenhos. Os desenhos esquemáticos mostram: a figura 1 mostra uma vista esquemática de uma modalidade de um aparelho para a redução do germe de um fluido de acordo com a invenção; a figura 2 mostra uma vista esquemática de uma modalidade do aparelho da invenção sob a forma de um aparelho de vários tubos; a figura 3 mostra uma vista esquemática de uma modalidade mais específica do aparelho da figura 2, na qual os elementos de mistura estática são elementos de mistura estática helicoidais; a figura 4 mostra uma vista esquemática de uma outra modalidade mais específica do aparelho da figura 2, na qual os elementos de mistura estática são elementos de mistura estática cruzados; a figura 5 mostra uma modalidade alternativa do aparelho da invenção sob a forma de uma coluna preenchida com elementos embalados; a figura 6 mostra uma modalidade de uma fórmula geral (A) para guanidinas poliméricas adequadas para a utilização na presente invenção; a figura 7 mostra os dados de exemplo para a redução na contagem de germes obtida por uma modalidade do aparelho da invenção em um processo que tem um tempo de residência de 5 segundos; a figura 8 mostra os dados de exemplo para a redução na contagem de germes obtida por outras modalidades do aparelho da invenção em um processo que tem um tempo de residência de 10 s; a figura 9 mostra a estabilidade favorável contra a migração do biocida para fora de uma modalidade de um elemento de mistura estática revestido com um composto à base de fluoropolímero do biocida.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[00031] A figura 1 mostra uma vista esquemática de uma modalidade de um aparelho para a redução do germe de um fluido 2 de acordo com a invenção, que como um todo é indicado com o número de refe rência 1. 0 aparelho 1 não é especificamente limitado quanto à forma, formato, construção e composição, a menos que especificamente indicado de outra forma. O aparelho 1 compreende: - um compartimento 10; - uma entrada 12; - uma saída 14; - uma superfície de contato com o fluido 20 que compreende um biocida 22 incorporado para reduzir a contagem de germe do fluido 2; - m que a superfície de contato com o fluido 20 é uma superfície de contato com o fluido 20 de um elemento de mistura estática 30.

[00032] O fluido 2 a ser tratado não é especificamente limitado e pode ser de fase líquida ou gasosa, de preferência, fase líquida. O exemplo de fluidos 2 inclui ar, água, soluções aquosas, óleo combustível, os produtos alimentares líquidos e bebidas.

[00033] Os elementos de mistura estática 30 e misturadores estáticos e a sua construção e funcionamento são bem conhecidos na técnica, por exemplo, tal como descrito em "Handbook of Industrial Mixing: Science and Practice", editado por E. L. Paul, V. A. Atiemo- Obeng, S. A. Kresta, publicado por John Wiley and Sons, em 2004 (ISBN 0-471-26919-0). A menos que especificamente indicado de outra forma, os materiais convencionais de construção e os meios, bem como os componentes e auxiliares, podem ser utilizados para o aparelho 1, e o aparelho 1 pode ser utilizado em um processo de mistura estática de uma forma convencional, com o uso dos parâmetros de processo convencionais, tais como as temperaturas operacionais, pressões de operação e tempos de residência, tal como é conhecido na técnica. Por exemplo, esses livros de referência citados divulgam uma variedade de preaquecedores convencionais, distribuidores, tubu lações, internos, bombas e válvulas para o uso com elementos de mistura estática 30 em misturadores estáticos e outros equipamentos.

[00034] O elemento de mistura estática 30 não é especificamente limitado e, em geral, é um deflector, tipicamente em forma helicoidal, contido no compartimento 10 tipicamente cilíndrico (tubo) ou quadrado. Os elementos de misturador estático 30 adequados irão desempenhar a função de proporcionar uma superfície de contato com o fluido 20 para permitir um contato entre o biocida e 22 o fluido a ser tratado. Para cumprir essa função, o elemento de misturador estático 30 terá uma fração de vácuo maior do que 50, de preferência, 65, mais de preferência, 70%. A fração de vácuo na presente aplicação é definida como a razão entre o volume livre disponível para o fluido e o volume de trabalho do aparelho que engloba o elemento de misturador estático.

[00035] Em uma modalidade, os elementos são helicoidais ou pseudo-helicoidais e são dispostos em uma série alternada de torções de 180 graus de esquerda e direita. Os elementos dividem os fluidos que entram em duas correntes e os gira em 180 graus. Em outra modalidade, o elemento de misturador estático consiste em chapas onduladas e canais que se cruzam que encontram a mistura rápida em combinação com a progressão de fluxo de tampão.

[00036] Os tipos de design de misturador estático adequados incluem a placa ondulada, palhetas montadas em parede, barra cruzada, e os tipos de torção helicoidal. Os misturadores estáticos adequados específicos para a utilização com a invenção incluem os misturadores estáticos Sulzer Chemtech SMX® e SMX® Plus, SMV®.

[00037] Os elementos de misturador estático 30 adequados incluem aqueles descritos na GB1373142 (A), US3918688 (A) e GB2061746 (A). Em uma modalidade, o elemento de misturador estático 30 compreende uma pluralidade de camadas em contato uma com a outro, cada camada delimita os canais de fluxo para o fluido, os eixos dos quais são substancialmente paralelos às camadas correspondentes, os eixos longitudinais de pelo menos dois canais de fluxo de cada camada sendo paralelos e inclinados em relação aos eixos longitudinais de pelo menos alguns dos canais de fluxo de uma camada ou camadas adjacentes, e pelo menos alguns dos canais de fluxo de cada camada sendo dispostos de modo a se comunicar com os canais de fluxo de uma camada adjacente.

[00038] Em uma outra modalidade, o elemento de misturador estático 30 compreende um elemento de mistura sob a forma de redes cruzadas posicionadas em um ângulo com um eixo do tubo, as redes dispostas em pelo menos dois grupos, as redes de qualquer um do grupo de elementos que se estendem substancialmente paralelos ao um ao outro e as redes de um grupo que cruza as redes de outro grupo, em que a largura máxima da rede (b) é de 0,1 a 0,167 vezes o diâmetro do tubo (d), a distância normal entre as redes (m) em cada grupo é de 0,2 a 0,4 vezes o diâmetro do tubo (d) e o comprimento (L) do elemento de misturador é de 0,75 a 1,5 vezes o diâmetro do tubo (D).

[00039] Em geral, vários elementos de mistura estática 30 serão localizados em série no compartimento 10. O número necessário de elementos de mistura 30 para uma aplicação específica dependerá da homogeneidade requerida e do contato entre o fluido 2 e a superfície de contato com o fluido 20 que compreende um biocida 22 . Um versado na técnica compreenderá que fatores tais como o aumento do teor de germes do fluido 2, redução de germe mais extensa requerida, ou teor de biocida reduzido 22 na superfície de contato com o fluido 20 podem requerer que um número maior de elementos de mistura estática 30 seja utilizado. O elemento de misturador estático 30 em outras modalidades pode também estar na forma de um elemento embalado aleatório ou estruturado. As embalagens aleatórias adequadas incluem anéis Pall, anéis Nutter, e outras estruturas tipicamente fabricadas a partir de chapas finas de metal e tipicamente utilizadas em aplicações de transferência de massa. As embalagens estruturadas adequadas incluem aqueles com os nomes comerciais de embalagem estruturada Sulzer Mellapak® ou MellapakPlus®, e tais embalagens estruturadas são normalmente fabricadas a partir de folhas de metal onduladas ou malha de arame ou gaze e tipicamente utilizadas em aplicações de transferência de massa.

[00040] A figura 2 mostra uma modalidade de um aparelho que compreende um compartimento 10, uma entrada 12, uma saída 14, e elementos de mistura estática 30 contidos dentro de uma série de tubos paralelos, em construção análoga a um permutador de calor de vários tubos. As figuras 3 e 4 mostram as modalidades específicas em que os elementos de misturador estático 30 estão sob a forma de elementos de mistura estática helicoidais (figura 3) ou sob a forma de redes cruzadas (figura 4).

[00041] A figura 5 mostra uma outra modalidade do aparelho 1 que compreende um compartimento 10, uma entrada 12, uma saída 14, e elementos de mistura estática 30, análoga em construção a uma coluna preenchida com elementos embalados. Na modalidade específica mostrada na figura 5, os elementos embalados são os elementos da embalagem estruturada. Em outras modalidades, os elementos embalados podem ser elementos de embalagem aleatória.

[00042] Os materiais de construção adequados para o aparelho 1 e seus componentes, tais como o elemento de mistura estática 30 podem incluir plásticos, de preferência, termoplástico, tal como PE, PP, PA, PU ou PVDF; ou metais tais como alumínio, aço ou cobre; ou cerâmica.

[00043] O biocida 22 para o uso na invenção não é especificamente limitado. No presente pedido, um biocida é definido como uma subs- tância química que pode travar o crescimento, tornar inofensivo, ou exercer um efeito controlar qualquer organismo prejudicial. Os biocidas industriais são conhecidos na técnica, por exemplo, conforme divulgado em "Industrial Biocides: Selection And Application", editado por D. R. Karsa e D. Ashworth, e publicado pela Royal Society of Chemistry em 2002 (ISBN 0-85404-805-7). Os biocidas 22 adequados incluem guanidinas poliméricas, compostos de amónio quaternário, fenóis, cre- sóis, alcoóis, aldeídos, glutar aldeídos, óxido de etileno, ácidos orgâni-cos, sais metálicos/íons, isotiazolinonas, peróxidos, compostos de cloro, átomos de halogéneo, agentes aniônicos, amfotéricos e catiônicos, iodoforos, derivados de dibromo, pentamidinas, propamidinas e/ou subgrupos do acima e/ou misturas de dois ou mais dos anteriores e/ou seus subgrupos. Outros biocidas e misturas de dois ou mais dentre eles e/ou que contêm um ou mais desses podem ser adequados também.

[00044] Em algumas modalidades selecionadas, o biocida 22 está sob a forma de um polímero que contém biocida, tal como um material de superfície ativa (SAM) que inclui guanidinas poliméricas. A figura 6 mostra a fórmula geral de guanidinas poliméricas adequadas, em que R1 e R2 = independentemente um do outro H, [-C(=NH)-NHR3], ou um grupo alifático, grupo orgânico cicloalifático, aralifático ou arila, ou um grupo acila que compreende tal grupo orgânico; R3 = H ou um grupo alifático, grupo orgânico cicloalifático, aralifático ou arila, ou um grupo acila que compreende tal grupo orgânico; I- = ânion e N > 2. As guanidinas poliméricas adequadas incluem aquelas descritas em "Biocide guanidine containing polymers, Synthesis, structure and properties", por N. A. Sivov, em New Concepts In polimer Science, VSP Publicações Leiden 2006 (ISBN-13: 978-9067644471).

[00045] Os copolimeros adequados que contêm biocidas para a utilização na invenção incluem poliuretanos e/ou policarbamidas com guanidinas poliméricas como um comonômero (como apresentado no documento EP 2338342A1 e/ou EP2338923A1) e/ou poliuretanos qua- ternizados.

[00046] Em certas modalidades mais específicas selecionadas, o biocida 22 está contido em um composto de polímero. Os polímeros adequados para a produção desses compostos de biocidas não são especificamente limitados. Em uma modalidade preferencial, os polímeros incluem poliuretano, polietileno, polipropileno, poliamida, fluore- to de polivinilideno, poliéster, poliéter, poli-tetrafluoretileno, silicone, cloreto de polivinila, e policarbamida. Outros polímeros adequados incluem tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutiloeno, poliestirol, polifenilenosulfeto, poliacrilnitrila, poli-imida, silano, epóxido, borracha, acrilnitril-butadieno-estireno, resina termoendurecisa, aminoplastos, melamina, aramida, poliamidimida, poliacrilonitrilas, polimetacrilnitrila, poliacrilamidas, poli-imidas, polifenileno, polissilanos, polissiloxanos; polibenzimidazol; polibenzotiazol; polioxazol; polissulfetos; vinileno po- liarileno; polietercetonajpolieteretercetona; polissulfonas, polímeros híbridos inorgânicos e orgânicos; copoliésteres totalmente aromáticos, poli(acrilatos de alquila), poli(metacrilatos de alquil); poli- hidroxietilmetacrilatos; acetatos de polivinila, butiratos de polivinila, po- li-isopreno, borrachas sintéticas; homo-e copolímeros de alfa-olefinas modificados e não modificados celulósicos, alcoóis polivinílicos, óxidos de polialquileno, óxidos de polietileno, polietileno imidas, poli-N- vinilpirrolidonas; copoliésteres totalmente aromáticos, poli(acrilatos de alquila), poli(metacrilatos de alquila); poli-hidroxietilmetacrilatos; acetatos de polivinila, butiratos de polivinila, poli-isopreno, borrachas sintéticas; homo- e copolímeros de alfa-olefinas modificados e não modificados celulósicos, os alcoóis polivinílicos, óxidos de polialquileno, óxidos de polietileno, polietileno imidas, poli-N-vinilpirrolidonas; e as misturas de dois ou mais dos anteriores. Outros polímeros e/ou plásticos e mis- turas de dois ou mais dentre eles e/ou que contêm um ou mais desses podem ser adequados também.

[00047] Os biocidas 22 adequados para a composição em polímeros incluem os descritos acima. Os compostos poliméricos adequados para a utilização na presente invenção incluem aqueles apresentados nas EP2338923A1 e EP2338342A1. Os polímeros adequados para a composição incluem os polímeros descritos acima. Os compostos poliméricos preferenciais incluem PE e/ou PP e/ou PA e/ou PVDF e/ou PU e/ou policarbamidas com guanidinas poliméricas e/ou compostos de amónio quaternário e/ou seus sais/íons metálicos e/ou isotiazolino- nas e/ou aldeídos e/ou fenóis. Os compostos poliméricos mais preferenciais incluem PE e/ou PP e/ou PA e/ou PVDF e/ou PU e/ou policarbamidas com guanidinas poliméricas, e os compostos poliméricos mais preferenciais são PA e/ou PU com guanidinas poliméricas.

[00048] Em certas modalidades, tal como a representada de maneira esquemática na figura 1, o elemento de mistura estática 30 contém biocida 22 apenas em uma região da superfície 21 que abrange a superfície de contato com o fluido 20. A preparação de tais elementos de mistura estática 30 pode ser feita por uma variedade de métodos de processamento térmico ou soluções convencionais, tais como a lami- nação, extrusão, revestimento por imersão, revestimento de aspersão ou deposição de vapor. Os processos de revestimento adequados são divulgados, por exemplo, em BASF Handbook on Basics Of Coating Technology, por A. Goldschmidt e H.-J. Streitberger, publicado por Vincentz Network em 2003 (ISBN 3-87870-798-3).

[00049] No caso de revestimentos, o elemento de misturador estático 30, muitas vezes, compreende uma camada de primer por baixo da região de superfície 21 a fim de aumentar a força de ligação e a permanência do revestimento sobre o elemento de misturador estático revestido 30'. Os primers químicos adequados para metais, como alu mínio ou aço, para a utilização na presente invenção incluem fosfato de zinco, fosfato de ferro, resinas alquídicas, epóxi-2K fosfato de zinco, silanos, e resina epóxi 2K. Os revestimentos adequados para utilização na invenção incluem soluções de 1K ou 2K, tais como borrachas cloradas, borrachas, nitrocelulósicas, poliésteres, resinas fenóli- cas, resinas de ureia e de melamina, resinas de epóxi, epóxi-silanos, resinas acrílicas e fluoropolímeros. Os revestimentos preferenciais incluem borrachas cloradas, resinas epóxi, polímeros de flúor e epóxi- silanos, e borrachas. As modalidades específicas de agentes de revestimento incluem fluoropolímeros.

[00050] Para o caso de revestimentos, as espessuras típicas da região de superfície 21 será entre 10 e 150 pm. Um versado na técnica compreenderá que as regiões de superfície mais espessas 21 são melhores se existirem tensões ou um tempo de vida mais longo necessário na aplicação. Um versado na técnica compreenderá que os métodos de revestimento diferentes, normalmente resultam em diferentes espessuras.

[00051] Os equipamentos de apoio para o aparelho 1 são convencionais e bem conhecidos na técnica e podem incluir suprimentos elétricos, suprimentos e distribuições de fluido de aquecimento e refrigeração, controladores de nível, bombas, válvulas, tubulações e linhas, reservatórios, tambores, tanques e sensores para medir tais parâmetros como o fluxo, a temperatura e níveis. O aparelho 1 e o processo da invenção podem ser convenientemente controlados por meio de uma interface de computador equipada com sensores adequados.

[00052] Embora não esteja representado nas figuras esquemáticas para simplicidade, um versado na técnica irá compreender que outros aparelhos internos convencionais podem ser utilizados sem limitação da invenção, tais como os dispositivos de alimentação, como tubos de alimentação e/ou coletores, permutadores de calor, placas de suporte e as grelhas, dispersores, dispersor/placas de suporte, distribuidores de fase contínua, placas de apoio e suporte, chicanas, defletores, separadores de arrastamento, e retentores/distribuidores.

[00053] Outro aspecto da invenção é um processo para reduzir a contagem de germes de um fluido que contém germes 2’ com o uso de um aparelho 1 da invenção. Tal processo é ilustrado de maneira esquemática na figura 1. O fluido que contém germe 2’é alimentado ao aparelho 1 através da entrada 12 e, em seguida, o fluido que contém os germes 2' é tratado em uma superfície de contato com o fluido que compreende um biocida 22, a fim de formar um líquido que tem uma contagem reduzida de germe 2". O fluido que tem uma contagem reduzida de germe 2" é subsequentemente removido a partir do aparelho 1 através da saída 14. Os fluxos de fluidos, 2’e 2", através do aparelho 1 são ilustrados de maneira esquemática pela utilização de setas na figura 1.

[00054] Os processos para a redução do germe nos fluidos são bem conhecidos na técnica, por exemplo, tal como descrito nos livros de referência anteriores citados, bem como na desinfecção, esterilização e preservação, editado por S. S. Block, publicado por Lippincott Williams e Wilkins, como a quinta edição em 2001 (ISBN 0-683-30740- 1). A menos que indicado de outra forma, as várias correntes de alimentação de fluido e os parâmetros de funcionamento e as condições de tais tipos de processos convencionais de redução de germe podem ser, em geral, utilizados aqui no processo de redução de germe de acordo com a invenção e com o uso do aparelho 1. Além disso, em modalidades específicas, o aparelho da invenção pode ser usado sozinho ou em conjunto com aparelhos de redução de germe conhecidos na técnica. Em uma modalidade, o aparelho da invenção será utilizado em conjunto com os dispositivos de redução de germe ultravioletas, tais como lâmpadas de descarga de gás HF excitado.

EXEMPLOS

[00055] Os exemplos a seguir são apresentados para proporcionar aos versados na técnica a descrição detalhada de como o aparelho 1 para a redução do germe de um fluido 2 processa para reduzir a contagem de germes de um fluido que contém germes 2’, e usos aqui reivindicados são avaliados, e que não se destinam a limitar o âmbito do que os inventores consideram como a sua invenção.

[00056] Nesses exemplos, o aparelho 1 e o processo da invenção foram utilizados com sucesso em uma aplicação típica para a redução da contagem de germe de uma amostra de água que contém E. coli com uma contagem de germe que excede muito a contagem de germe comumente encontrado nas áreas de aplicação previstas para o aparelho inventado, ou seja, entre cerca de 7 x 107 a 7 x 108 células por ml.

[00057] Nos exemplos de trabalho Sulzer SMV ™ DN15, os elementos de mistura estática 30 foram revestidos com o polímero que contém o biocida sob a forma de compostos de polímeros a seguir: poliamida (PA), polietileno (PE), fluoropolímero ou poliuretano (PU) compostos com uma guanidina ou um derivado da mesma como um biocida 22. O revestimento foi realizado em um processo de revestimento por imersão no qual os elementos de mistura estática 30 foram inicialmente colocados em um banho de revestimento durante 10 s. Após a sua remoção do banho, o solvente foi evaporado e o revestimento foi endurecido mediante o tratamento dos elementos de mistura estática 30 durante 2 horas à temperatura ambiente, seguido de 2 horas a 65 °C e, em seguida, 8 horas à temperatura ambiente, seguido por 1 hora a 65 °C. Os elementos de mistura estática 30 assim resultantes tinham superfícies de contato com fluido 20 que compreende um biocida 22. O aparelho 1 foi, então, construído com o uso de um compartimento 10 sob a forma de um tubo de silicone que contém um total de 5 dos elementos de mistura estática revestidos por biocida 30.

[00058] Como exemplos comparativos, os granulados que têm diâmetros de 3 ou 5 mm e que compreendem os mesmos polímeros que contêm biocidas foram testados através da construção de um leito compacto de grânulos que contêm biocidas em um compartimento de tubo de silicone. Os leitos compactos foram construídos de modo a ter áreas de superfície ativas semelhantes que contêm biocidas, como nos aparelhos 1 dos exemplos de trabalho acima.

[00059] Os testes comparativos das propriedades de redução da contagem de germe dos aparelhos 1 dos exemplos de trabalho da invenção versus os leitos compactos da técnica anterior foram realizados em ambas as condições estáticas e dinâmicas. Os exemplos de controle "em branco" também foram realizados com o uso de aparelhos construídos com o uso de elementos de mistura estática que não foram revestidos com o polímero que contém biocida. Os fluidos tratados nos exemplos de trabalho e comparativos foram analisados para contagem de germe com o uso de testes de proliferação com base na metodologia de contagem de germe ISO comumente usada.

[00060] A figura 7 mostra os resultados representativos para a redução da contagem de germe em um teste dinâmico de uma modalidade do aparelho da invenção 1 (elementos de mistura estática revestidos) versus um aparelho de controle (elementos de mistura estática não revestidos). Após um tempo de residência de apenas 5 s, a redução na contagem de germe é da ordem de pelo menos 5x105 no caso dos elementos de mistura estática 30 revestidos com polímeros que contêm biocida, e nenhum germe ativo pode ser detectado. No caso do aparelho de controle em branco que tem misturadores estáticos não revestidos, nenhuma redução na contagem de germe pode ser detectada.

[00061] A figura 8 mostra os resultados representativos para a redução da contagem de germe em um teste dinâmico de uma modali- dade do aparelho da invenção 1 (elementos de mistura estática revestidos) versus um aparelho de controle (elementos de mistura estática não revestidos). Os elementos de mistura estática revestidos 30 foram revestidos com compostos de polímero com base ou em PE ou PA e que contêm biocida nos exemplos de trabalho, e 10 s de tempos de residência foram usados nesses testes dinâmicos. Tal como no caso dos exemplos anteriores, a contagem de germe foi essencialmente não detectável após 10 s, no caso dos exemplos de trabalho, ao passo que foi essencialmente inalterada no teste de controle com o uso de elementos de mistura estática não revestidos.

[00062] Nos exemplos comparativos com base nos leitos de granulado, não apenas as perdas de pressão foram significativamente maiores do que as dos exemplos de trabalho acima, com base em modalidades dos aparelhos 1 da invenção, mas também a redução do germe foi, em geral, muito mais pobre no caso do leitos compactos de granulado do que no caso dos exemplos de trabalho que têm áreas de superfície ativas semelhantes que contêm biocida.

[00063] A figura 9 mostra o teste a longo prazo de estabilidade contra a migração do biocida fora dos elementos de mistura de modelo estático 30 com base em alumínio revestido com compostos de fluoro- polímero do biocida. Sob as condições estáticas em água a 37 °C durante 95 dias, não foi detectável biocida na água circundante por meio de análise espectroscópica no caso de ambos os elementos de mistura estática 30 revestido com o composto de fluoropolímero ou as amostras de controle em branco não revestidas.

[00064] Embora várias modalidades tenham sido apresentadas com a finalidade de ilustração, as descrições acima não devem ser consideradas como uma limitação do âmbito aqui. Assim sendo, várias modificações, adaptações e alternativas podem ocorrer aos especialistas na técnica sem se afastar do espírito e do âmbito aqui.

Claims (11)

1. Aparelho (1) para a redução do germe de um fluido (2), compreendendo: - um compartimento (10); - uma entrada (12); - uma saída (14); - uma superfície de contato com o fluido (20) que compreende um biocida (22) incorporado para reduzir a contagem de germe do fluido (2); em que a superfície de contato com o fluido (20) é uma superfície de contato com o fluido (20) de um elemento misturador estático (30), e caracterizado pelo fato de que a superfície de contato com o fluido (20) compreende uma guanidina polimérica, um polímero selecionado a partir de compostos poliméricos incluindo polietileno e/ou polipropileno e/ou poliamida e/ou fluoreto de polivinilideno e/ou poliuretano e/ou policarbamidas com guanidinas poliméricas, ou um composto polimérico selecionado dentre poliamida, polietileno, fluoropolímero ou poliuretano, compostos com guanidina ou um derivado da mesma.

2. Aparelho (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento misturador estático (30) contém biocida (22) apenas em uma região de superfície (21) compreendendo a superfície de contato com o fluido (20).

3. Processo de redução da contagem de germes de um fluido que contém germes (2’), com o uso do aparelho (1), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: - alimentar o fluido que contém germes (2') ao aparelho (1) através da entrada (12); - tratar o fluido que contém os germes (2’) sobre uma su- perfície de contato com o fluido que compreende um biocida (22) a fim de formar um líquido que tem uma contagem reduzida de germe (2"); - remover o fluido que tem uma contagem reduzida de germe (2") a partir do aparelho (1) através da saída (14).

4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o tempo de residência no aparelho (1) é inferior a 600, de preferência, 180, mais de preferência, 60, ainda mais de preferência, 10, ainda mais de preferência, 5, e ainda mais de preferência, de 1 s.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a temperatura do fluido (2’) no aparelho (1) situa-se entre 0 e 200, de preferência, 10 a 100, mais de preferência, 10 a 60, mais de preferência, 20 a 30 °C.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de que o teor de germes do fluido (2’) é reduzido no processo de registo por log 0,5 a 7, de preferência, 2 a 6, mais de preferência, 3 a 5.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 6, caracterizado pelo fato de que a pressão do fluido (2") no processo é menos que ou igual a 100, de preferência, 20, mais de preferência, 16, ainda mais de preferência, 10, mais de preferência, de (6 bar).

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 7, caracterizado pelo fato de que a razão entre a superfície ativa e o volume do aparelho (1) é mais que 50, de preferência, 150, com mais preferência, 300, com mais preferência, cerca de 600 m2/m3.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 8, caracterizado pelo fato de que a viscosidade do fluido (2’) no processo é menos do que 1.000, de preferência, 10, mais de preferência, 0,1 Pa s.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 9, caracterizado pelo fato de que a perda de pressão do fluido (2’) é inferior a 1, de preferência 0,3, com mais preferência, 0,1 bar.

11. Utilização do aparelho (1), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de ser para a redução de germe de óleo combustível, de produtos alimentares, ou a descontaminação de água, de preferência, a descontaminação de água residual, água de processo industrial, ou tratamento de água potável.

Images