BR112019016739B1 - Sistemas de leito fluidizado e método - Google Patents

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Charles Ryan Mowery
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Abstract

a presente invenção refere-se a um sistema de leito fluidizado, sistema modular unitário que agrupa um ventilador (11) de circulação, um leito fluidizado (12) e um sistema de coleta de pó (24) dentro de uma mesma estrutura. a estrutura é formada para incluir dutos internos para fornecer comunicação de fluido entre o ventilador (11) de circulação, o leito fluidizado (12) e o sistema de coleta de pó (24). o ventilador (11) fornece um fluxo de ar por meio de um duto de pressão (15) para o leito fluidizado (12). particulado é separado de partículas incluídas no leito fluidizado (12) pelo fluxo de ar sendo distribuído uniformemente para o leito fluidizado (12). particulado separado em uma área de desprendimento e suspenso no fluxo de ar é conduzido através de um espaço de liberação de particulado (4) circundando o sistema de coleta de pó (24). o particulado é capturado pelo sistema de coleta de pó (24) e transportado para uma localização externa ao sistema.

Description

Referência Cruzada para Pedidos Relacionados
[001] O presente pedido reivindica prioridade de acordo com o 35 U.S.C. §119(e) para o Pedido Provisório Estados Unidos No. 62/461.029, depositado em 20 de fevereiro de 2017, cujo conteúdo total está incorporado a este documento pela referência.
Campo Técnico
[002] Esta revelação diz respeito a leitos fluidizados e mais parti cularmente a um sistema de leito fluidizado contínuo.
Antecedentes
[003] Sistemas de leitos fluidizados operam para colocar partícu las sólidas em contato com um meio de fluidização (gás ou líquido). De uma maneira geral, um leito fluidizado opera com o objetivo principal de criar uma mistura de fluido e sólido, a qual por causa de condições de operação tem propriedades que são parecidas com as de um fluido. Assim, características de partículas sólidas introduzidas em um leito fluidizado (12) podem ser modificadas por meio de mudanças em temperatura e ou exposição ao meio de fluidização.
Breve Descrição dos Desenhos
[004] A figura 1 é uma vista de seção transversal de um sistema de leito fluidizado de exemplo operável como um resfriador.
[005] A figura 2 é uma vista de seção transversal de um sistema de leito fluidizado de exemplo operável como um secador.
[006] A figura 3 é uma vista de seção transversal de um sistema de leito fluidizado de exemplo operável como um aquecedor.
[007] A figura 4 é uma vista de seção transversal de um sistema de leito fluidizado de exemplo ilustrando várias dimensões dentro do sistema.
[008] A figura 5 é uma vista de seção transversal de um exemplo do ventilador de exaustão mostrado na figura 4, ilustrando várias di- mensões.
[009] A figura 6 é um fluxograma de um método de exemplo de separar particulado de partículas em um leito fluidizado.
Descrição Detalhada
[0010] O sistema de leito fluidizado contínuo revelado pode ser empregado para aquecimento, secagem, revestimento, granulação, secagem por pulverização, resfriamento e outros processos envolvendo sólidos particulados. Os arranjos de equipamentos usados para executar todos estes processos são amplamente similares, com algumas modificações tais como descritas neste documento. De uma maneira geral, o sistema de leito fluidizado revelado inclui um movimen- tador de ar principal, um leito fluidizado e coleta de pó. Aplicações de aquecimento e secagem exigem uma fonte de calor adicional, frequentemente na forma de um queimador de gás e câmara de combustão associada. Aplicações de resfriamento podem exigir fontes de resfriamento adicionais quando condições de ambiente não podem satisfazer exigências de processo. As aplicações de leito fluidizado contam com dutos para conectar cada parte de equipamento de processo para completar a operação de unidade.
[0011] Uso do sistema em aplicações de aquecimento ou secagem de leito fluidizado inclui um soprador centrífugo com saída canalizada para dentro de um aquecedor de ar, então para dentro do plenum inferior do leito fluidizado, então para dentro de um coletor de pó. O aquecedor de ar pode ser compreendido de aquecedores de ar de queima direta ou indireta onde combustíveis são queimados no fluxo de ar; ou sistemas aquecidos indiretos tais como trocadores de calor de vapor para ar, aquecimento por resistência elétrica ou aquecedores de queima indireta. O sistema também pode incluir dutos que recirculam uma parte do fluxo de gás de volta para a entrada do soprador, recuperando assim uma parte da energia térmica que seria esgotada em um sis- tema de gás de "uma passada".
[0012] As figuras 1-3 são exemplos do sistema de leito fluidizado configurado como um Resfriador, Secador e Aquecedor, respectivamente. Embora não ilustrado, leitos fluidizados para uso como secadores por pulverização, granuladores e outros processos também são possíveis usando o sistema por meio de modificações de um ou mais dos exemplos descritos nas figuras 1-3.
[0013] Usando o sistema, partículas para as quais é desejável res friamento, secagem, aquecimento, granulação, revestimento ou secagem por pulverização são introduzidas para um leito fluidizado 12 para formar um grupo de partículas. As partículas podem ser depositadas uniformemente em um lado de entrada do leito fluidizado 12 e então são deslocadas progressivamente através do leito fluidizado para um lado de saída do leito fluidizado por causa da adição de mais partículas no lado de entrada. É desejável receber partículas no lado de saída do leito fluidizado somente dentro de uma faixa predeterminada de tamanhos, ou de diâmetros. Aquelas partículas, menores do que o tamanhodesejável, são removidas pelo sistema como particulado. O sistema pode operar com tamanhos médios de partículas de 90-100 micros até cerca de 4 milímetros, e os tamanhos médios de particula- dos removíveis pelo sistema estão em uma faixa de um décimo do tamanho de partícula e menores. Tal como usado neste documento, o termo "partícula"se refere ao material desejável fornecido no lado de saída do leito fluidizado, e o termo "particulado" se refere ao material indesejável que é removido do leito fluidizado.
[0014] Referindo-se às figuras 1-3, uma seção transversal de uma largura da unidade está ilustrada. A unidade pode incluir um alojamento tendo uma câmara interna 23, um leito fluidizado 12, um sistema de coleta de pó 24 e um ventilador 11. Em alguns exemplos, o leito fluidi- zado 12, o sistema de coleta de pó 24 e o ventilador 11 podem ser po- sicionados dentro da câmara interna 23. O comprimento da unidade pode variar com base em exigências de sistema particulares. O sistemaé um projeto de conjunto totalmente integrado, compacto e autônomo que permite instalação, operação e manutenção eficientes por causa dos componentes totalmente integrados e comprimentos e perdas de dutos minimizados. O sistema também inclui paredes pré- isoladas (tal como ilustrado pelas linhas grossas nas figuras) para minimizar perda de calor. Isto está em contraste acentuado em relação a outros arranjos onde equipamento e dutos são fabricados e instalados antes de serem isolados para eficiência de energia e proteção de pessoal.Além disso, quando equipamento é fabricado separadamente e instalado, estruturas de suporte e acesso tipicamente também são construídas e montadas para cada parte individual de equipamento. Em muitos casos, tais serviços de dutos, isolamento, estruturas de suporte e acesso e outras exigências de instalação aumentam significati-vamente custo e atrasos.
[0015] O leito fluidizado 12 pode incluir um leito de partículas ou grânulos expostos a um fluxo de gases de tal maneira que as partículas ou grânulos se tornam fluidizados. O leito fluidizado 12 pode ser configurado para processar partículas e remover particulado. Durante operação, gases são recirculados através de passagens integrais do sistema por meio de um ventilador de velocidade variável, tal como um ventilador do tipo de encaixar 11 tal como ilustrado pelas setas. Nas figuras 1-3, as passagens internas são dutos que são integrais à unidade modular. Os dutos incluem: um duto de sucção 5, um duto de pressão 15, uma área de desprendimento 20, um espaço de liberação de particulado 4 e uma câmara de ar filtrado 9. No exemplo ilustrado, o ventilador 11 é um ventilador centrífugo que tem velocidade controlada para manter um fluxo de ar constante e uniforme através do leito fluidi- zado 12. Em outros exemplos, o sistema pode ser modificado de tal maneira que uso de um ventilador de fluxo axial ou de um ventilador de fluxo transversal é possível.
[0016] A unidade também inclui um sistema coletor de pó. O sis tema coletor de pó pode incluir, dentre outras coisas, um coletor de pó integral 1, uma tremonha de pó 2, um dispositivo transportador integral 3, o espaço de liberação de particulado 4 e uma câmara de ar filtrado 9. O coletor de pó integral 1, o qual pode ser, por exemplo, um filtro do tipo saco, um filtro do tipo cartucho, um separador ciclônico ou uma câmara de sedimentação, é montado imediatamente acima do leito em uma câmara de fluidização de tal maneira que o espaço entre a tre- monha de pó 2 e as paredes da câmara de fluidização forma o espaço de liberação de particulado 4, o qual serve como um conduto integral através do qual gases carregados de pó são direcionados para o coletor de pó. Particulado do leito fluidizado 12 pode ser separado do leito fluidizado 12 e transportado no espaço de liberação de particulado 4 para a tremonha de pó 2. Particulado separado do leito fluidizado 12 pode ser recebido pela tremonha de pó 2 e removido da câmara interna 23, por exemplo, pelo dispositivo transportador integral 3, tal como um transportador de parafuso localizado dentro da tremonha de pó 2, por exemplo, no fundo da tremonha de pó 2. As dimensões do espaço de liberação de particulado 4 podem ser ajustadas para visar a separação de particulado específico de um tamanho abaixo de um limiar crítico de acordo com o tamanho de partícula desejado.
[0017] A tremonha de pó 2 pode ser uma unidade de coleta confi gurada para coletar ou capturar particulado recebido de leito fluidizado 12 por meio do espaço de liberação de particulado 4. A tremonha de pó 2 pode ser posicionada acima do leito fluidizado 12. A parede externa 26 da tremonha de pó 2 pode definir pelo menos parcialmente o espaço de liberação de particulado 4. O dispositivo transportador integral 3 pode ser posicionado dentro da tremonha de pó 2. Em alguns exemplos, a tremonha de pó 2 pode ser construída de forma cônica para facilitar direcionamento de particulado para o dispositivo transportador integral3 para transporte para fora da tremonha de pó 2 e/ou da câmara interna 23. A tremonha de pó 2pode ser posicionada na altura de desprendimento do leito fluidizado 12.
[0018] O dispositivo transportador integral 3 pode ser um dispositi vo posicionado dentro da tremonha de pó 2 configurado para transportar particulado do sistema de coleta de pó 24. Em alguns exemplos, um fluxo de reciclagem pode ser incluído. O fluxo de reciclagem pode ser configurado para reintroduzir o particulado removido da tremonha de pó 2 para o leito fluidizado 12. O fluxo de reciclagem pode incluir o dispositivo transportador integral 3 transportar particulado da tremonha de pó 2 para o fluxo de reciclagem. O dispositivo transportador integral 3 pode ser um parafuso transportador ou correia transportadora, por exemplo.
[0019] O espaço de liberação de particulado 4 pode ser uma pas sagem vertical ou angulada posicionada acima da área de desprendimento 20 configurada para canalizar o particulado separado do leito fluidizado 12 para a tremonha de pó 2. Em alguns exemplos o espaço de liberação de particulado 4 pode circundar o sistema de coleta de pó 24. Alternativamente ou em adição, o espaço de liberação de particu- lado 4 pode circundar a tremonha de pó 2. Em alguns exemplos, o espaço de liberação de particulado 4 pode ser definido pelo menos parcialmente por uma parede externa 26 da tremonha de pó 22. Alternativamente ou em adição, o espaço de liberação de particulado 4 pode ser definido pelo menos parcialmente por uma parede do duto de sucção 5. Uma largura do espaço de liberação de particulado 4 pode ser substancialmente menor que uma largura do leito fluidizado, facilitando deslocamento de particulado separado do leito fluidizado 12 para o espaço de liberação de particulado 4.
[0020] Quando o sistema de leito fluidizado está operando como um secador ou aquecedor tal como ilustrado nas figuras 2 e 3, os gases podem ser aquecidos diretamente por gases de combustão fornecidos por um queimador de combustível 13 ou indiretamente por meio de superfície de troca de calor. O duto de sucção 5 compartilha uma parede comum com uma parte das passagens carregadas de pó do espaço de liberação de particulado 4 a fim de criar uma câmara de combustão compacta, o que minimiza perda de calor. Além disso, uma vez que o duto de sucção 5 circunda uniformemente a tremonha de pó 2, gases de exaustão quentes dentro do duto de sucção 5 podem se comunicar termicamente com a tremonha de pó e/ou vantajosamente manter a temperatura da tremonha de pó 2 em um nível para evitar ou reduzir condensação ou quaisquer outras formas de umidade que po-dem causar endurecimento ou sujeira nas proximidades da tremonha de pó 2. Dispositivos de aquecimento de gás tais como queimadores de combustão, aquecedores de resistências elétricas ou trocadores de calor podem ser instalados dentro do espaço de passagem formado pelo duto de sucção 5.
[0021] Para aquecedores de queima direta, a maior parte dos ga ses pode ser recirculada, o que aumenta a eficiência térmica do sistema ao minimizar gases de exaustão. Gases de exaustão podem ser ventilados para controlar níveis de umidade e de produtos de combustão do sistema por meio de um ou mais métodos que incluem: a. Instalar um duto de purga e registro de controle 6 no lado de pressão do ventilador de recirculação 11 em uma localização 7 que fica entre a descarga de ventilador de recirculação e o leito fluidi- zado 12. b. Instalar um ventilador de exaustão 8 em uma localização que fica entre os filtros de coleta de pó 10 e a sucção do ventilador de recirculação 11, tal como em uma câmara de ar filtrado 9.
[0022] O sistema combina um leito fluidizado 12 com serviços de dutos, ventiladores, estruturas de suporte e acesso, isolamento e instalação elétrica de sistema em um sistema modular manufaturado de fábrica. A unidade compactada com tudo incluído não é muito maior que um coletor de pó tradicional dimensionado para o mesmo processo. Dentro do sistema, todos os dutos são passagens de fluxo integrais dentro do alojamento e minimizam comprimentos e restrições. A geometria de plenum do duto de sucção 5, de um alojamento de ventilador 9 e do duto de pressão 15 15 entre o ventilador 11 e o leito fluidi- zado 12 acomoda o(s) ventilador(s) de pressão 11 reduzindo adicionalmente as exigências de espaço assim como eliminando a necessidade de serviços de dutos de interligação exterior. Este projeto tam-bém reduz significativamente a área de superfície exposta externamente do sistema que tem que ser isolada e as paredes compartilhadas das passagens de fluxo integradas limitam significativamente a área de transferência de energia com o ambiente. O ventilador 11 do sistema de leito fluidizado está incluído no plenum.
[0023] O duto de sucção 5 pode ser um canal configurado para direcionar o fluxo de ar para o ventilador 11, para o sistema de coleta de pó 24 ou para o espaço de liberação de particulado 4. O duto de sucção 5 pode ter um único diâmetro seccional transversal ao longo de um comprimento do duto de sucção 5. Alternativamente, o duto de sucção 5 pode ter um diâmetro seccional transversal expandindo ou contraindo ao longo do comprimento do duto de sucção 5 para manter, por exemplo, um fluxo laminar de ar dentro do duto de sucção 5. Em alguns exemplos, ar ou gás no duto de sucção 5 pode se comunicar termicamente com o sistema de coleta de pó 24 ou com uma parte do sistema de coleta de pó 24. Esta comunicação térmica pode manter uma temperatura desejada do sistema de coleta de pó 24 ou de parte do sistema de coleta de pó 24 e evitar ou reduzir condensação dentro do sistema de coleta de pó 24 ou de parte do sistema de coleta de pó 24. Por exemplo, o ar ou gás no duto de sucção 5 pode se comunicar termicamente com a tremonha de pó 2, com o espaço de liberação de particulado 4, com a câmara de ar filtrado 9 ou com o dispositivo transportador integral 3 para manter uma temperatura e evitar ou reduzircondensação nos mesmos.
[0024] O projeto descrito, ao eliminar restrições de comprimento de duto e de fluxo, reduz também a queda de pressão de sistema total uma vez que não existe ventilador externo montado em piso nem trabalho de duto tornado personalizado para direcionar fluxo de ar para dentro da unidade. Esta redução em queda de pressão total permite mais flexibilidade na seleção da placa de suporte do leito fluidizado 12 e reduz custos de operação. Qualquer forma de placa de suporte pode ser usada no sistema. Isto permite que o projeto de placa de apoio seja otimizado para o processo e para distribuição de fluxo de ar sem exigir ventiladores e acionamentos de ventiladores superdimensiona- dos. O projeto do plenum e do ventilador é de tal maneira que a queda de pressão de placa de apoio exigida para entregar distribuição uniforme de fluxo de gás é significativamente menor que aquela de outros projetos. Benefícios desta distribuição de gás uniforme assim como da geometria total do projeto são propícios para classificação por tamanho de partícula dos sólidos fornecidos assim como para reduzir significativamente a altura de desprendimento mostrada na figura 4 que é exigida para minimizar carreamento de partículas.
[0025] A área de desprendimento 20 inclui a altura de desprendi mento na direção vertical. A altura de desprendimento é a altura da área de desprendimento 20 acima do leito fluidizado 12 usada para desprender partículas do fluxo de ar no leito fluidizado 12, permitindo que as partículas assim desprendidas do fluxo de ar caiam de volta para o leito fluidizado 12. Alternativamente, a altura de desprendimen- to é uma altura limiar da área de desprendimento 20 acima do leito flu- idizado 12 em que o particulado se separa das partículas e o particu- lado é carregado para o espaço de liberação de particulado 4. Em alguns exemplos, a altura de desprendimento pode estar em uma faixa de 70% a 200% da largura do leito fluidizado 12. Em outros exemplos, a altura de desprendimento pode estar em uma faixa de 70% a 400% da largura do leito fluidizado. Seleção da altura de desprendimento representando a distância necessária entre o leito fluidizado 12 e o fundo do coletor de pó 1 pode ser feita para remover particulado de um certo tamanho. A altura de desprendimento pode ser predeterminada e pre- definida acima do leito fluidizado 12 de tal maneira que o particulado separado do leito fluidizado 12 pode se deslocar em um fluxo de ar para alcançar uma entrada para o espaço de liberação de particulado 4, o fluxo de ar sendo através do leito fluidizado 12 na direção do sistema de coleta de pó 24. Alternativamente ou em adição, a altura de desprendimento pode ser ajustável dinamicamente. Ajuste da altura de desprendimento pode ser manual ou por meio de controle automático. Tal ajuste pode ser executado para aumentar ou diminuir o comprimento de duto acima do leito fluidizado 12; por exemplo, por meio de uso de um duto telescópico, uma seção do tipo sanfona do duto ou de qualquer outro mecanismo para mudar a distância.
[0026] O desempenho do sistema de leito fluidizado revelado pode ser baseado em razões geométricas predeterminadas, tais como as razões geométricas mostradas nas figuras 4 e 5 e listadas na Tabela 1. Na Tabela 1, as porcentagens para as dimensões A, B, C, D, E & F são uma porcentagem da largura de leito fluidizado 12. As razões geométricas predeterminadas descritas na Tabela 1 foram descobertas para manter fluxo de ar como fluxo de ar laminar durante operação do sistema de leito fluidizado. O fluxo de ar sendo fluxo laminar pode ajudar a fornecer desempenho consistente do sistema de leito fluidizado e reduzir jorro. Tal como usado na Tabela 1, a característica A é um diâmetro do duto de pressão 15 15, a característica B é um diâmetro de uma parte do duto de sucção 5, a característica C é um diâmetro de uma outra parte do duto de sucção 5, a característica D é um diâmetro do espaço de liberação de particulado 4 e a característica E é um diâmetro da câmara de ar filtrado 9. Tal como usado neste documento, "diâmetro" não é proposto para ficar limitado aos recursos tendo uma seção transversal circular, mas inclui qualquer distância através de uma seção transversal de um recurso, tal como um duto, câmara ou ventilador. Além disso, no exemplo de um ventilador centrífugo, tal como ilustrado na vista de seção transversal do ventilador 11 mostrada na figura 5, H pode ser 12,5% ou maior que o diâmetro da roda (DW) do ventilador 11. Adicionalmente, as porcentagens para a dimensão I mostrada na figura 5 são uma porcentagem do diâmetro de roda, DW, do ventilador 11. A dimensão I pode ser uma distância de uma borda do ventilador 11 para uma borda do alojamento de ventilador 9, tal como mostrado na figura 5. Tabela 1
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[0027] es desta revelação tam bém podem incluir o uso de adesivos ou compostos de brasagem na fabricação da placa de apoio perfurada e de sua fixação à grade de suporte e/ou placas de distribuição de ar. Adesivos adequados para este propósito incluem, mas não estão limitados a isto, adesivos epóxis, acrílicos, de uretanos, termoplásticos, de fusão a quente e outros adesivos estruturais adequados. Compostos de brasagem adequados para este propósito podem incluir, mas não estão limitados a isto, chumbo, latão, bronze, solda, solda de prata, estanho, zinco e misturas destes metais e ligas. Este projeto reduz adicionalmente áreas mortas e potenciais pontos de vazamento e jorro que podem ser criados pelo uso de prendedores mecânicos tradicionais.
[0028] O ventilador 11 pode direcionar o fluxo de ar do duto de sucção 5 para o duto de pressão 15 15. Uma saída do duto de sucção 5 pode ser acoplada ao ventilador 11 e uma entrada do duto de pressão 15 15 pode ser acoplada ao ventilador 11. O ventilador 11 pode operar para impulsionar o ar em um fluxo laminar para permitir distribuição controlada e consistente de fluxo de ar para o leito flui- dizado 12. O ventilador 11 é posicionado dentro do alojamento de ventilador 9 e pode ser posicionado dentro da câmara interna 23 para eliminar a necessidade de dutos adicionais e cálculos de queda de pressão. O ventilador 11 pode ser um ventilador de velocidade variável.
[0029] O duto de pressão 15 pode ser um canal direcionando ar do ventilador 11 para o leito fluidizado 12. O duto de pressão 15 inclui diversos recursos além das dimensões A e F para criar um padrão de fluxo de ar desejado no leito fluidizado 12. Em sistemas de exemplo, o duto de pressão 15 pode ser uma passagem de uma maneira geral retangular. Em outros exemplos, o duto de pressão 15 pode incluir palhetas 25 tais como defletores, alinhadores e outros recursos para produzir fluxo de ar uniforme no leito fluidizado 12. As palhetas 25 podem ser fixas ou móveis. Nos exemplos incluindo palhetas móveis 25 as palhetas 25 podem ser automatizadas ou móveis manualmente. As palhetas 25 podem direcionar o fluxo de ar para partes predetermina- das do leito fluidizado 12.
[0030] Tal como ilustrado nas figuras 1 a 4, ar fluindo do ventila dor 11 pode mudar de direção por 180 graus para fluir através do leito fluidizado 12. Por causa das dimensões predeterminadas e da configuração do duto de pressão 15, o leito fluidizado 12 não está sujeito a fluxo de ar desigual ou pressões capazes de criar pontos de jorro.
[0031] As figuras 1 a 4 ilustram um único ventilador 11 e plenum (duto de sucção 5 e o duto de pressão 15), entretanto qualquer número de ventiladores 11 e de plenums correspondentes pode ser colocado em paralelo dentro do sistema. Por causa de o projeto de plenum de pressão revelado permitir movimentadores de ar sem dutos integrais (ventiladores), isto permite facilmente o uso de dois ou mais ventiladores de pressão. As câmaras de fluxos integrais para cada um dos múltiplos ventiladores podem então ser separadas com defletores internos permitindo que múltiplas zonas diminuam o comprimento da placa de apoio de fluidização, cada uma com um ventilador de conectar separado 11. Cada uma destas zonas do leito fluidizado 12 pode agora ser controlada independentemente para operar com velocida-des,pressões, temperaturas diferentes, etc. Assim, à medida que condições operacionais do leito fluidizado 12 mudam, zonas podem ser controladas correspondentemente.
[0032] O detalhe de fabricação com adesivo do leito fluidizado 12 permite variar a porcentagem de área aberta ou outra especificação de placa de apoio ao longo do comprimento do leito fluidizado, aprimorando adicionalmente a flexibilidade e adaptabilidade do sistema. O valor deste projeto pode ser imaginado facilmente ao processar materiais que têm características de manuseio que mudam com variação de temperatura, teor de umidade ou outra variável de processo. Por exemplo, partículas e particulado úmidos que entram no leito fluidizado 12 podem começar a secar à medida que as partículas e particulado deslocam através das zonas, e a velocidade de ventilador correspondente para zonas subsequentes pode ser diminuída de forma correspondente para manter o nível desejado de particulado separado das partículas secando progressivamente. O sistema, em combinação com os controles revelados a seguir, também permite a eliminação de condensação perto de uma entrada de aquecedor ou de secador ao processar materiais higroscópicos com temperaturas de superfície baixas. A zona na entrada pode ser operada em uma temperatura suficiente de tal maneira que o ar deixando o leito mantém capacidade de transporte de umidade suficiente para impedir condensação na superfície de material.
[0033] O sistema de coleta de pó 24 fica localizado verticalmente sobre a placa de leito fluidizado, mas é projetado para não permitir que particulado caia de volta para o leito fluidizado uma vez que separado das partículas. Este arranjo permite que a área de desprendimento 20 dentro da altura de desprendimento acima da placa de apoio minimize tanto transporte de material dentro de especificação para a coleta de pó quanto transporte de material fora de especificação para produto. Acima da área de desprendimento 20 o caminho de fluxo estreita para aumentar velocidade e impedir material que se encontra além da altura de desprendimento de assentar nas superfícies inclinadas. Este caminho de fluxo é criado pela parede externa do leito de fluido e pelas paredes 26 da tremonha de coleta de pó integral 2. O projeto modular da unidade também permite variar a área do espaço de liberação 4. Por exemplo, a área do espaço de liberação 4 pode ser ajustada ao elevar e abaixar a tremonha de pó 2 ou ao usar um inserto no espaço de liberação 4 para ajustar pressão e velocidade do fluxo de ar no espaço de liberação 4 para minimizar adicionalmente qualquer chance de transporte de material. Ademais, o sistema de coleta de pó 24 do sistema de leito fluidizado compreende um coletor de pó 1 posicionado acima de uma tremonha de pó 2, a tremonha de pó 2 posicionada em uma altura de desprendimento e configurada para receber particulado separado das partículas e transportado para o coletor de pó 1 através de um espaço de liberação de particulado 4 entre a tremonha de pó 2 e uma parede da câmara de fluidização.
[0034] Esta geometria e a capacidade para gerar tal distribuição de fluxo de ar uniforme na placa de suporte do leito fluidizado 12 mostram como a unidade pode ser empregada como um classificador a ar. Controle de velocidade e distribuição são de tal maneira que não somente jorro no leito fluidizado é minimizado ou eliminado, mas fluxo de ar pode ser adaptado para tirar particulado e pós abaixo de uma certa especificação de tamanho com um mínimo de transporte de partículas dentro de especificação de tamanhos. Esta geometria e controle exclusivostambém permitem que a altura de desprendimento seja mantida em um mínimo, aprimorando adicionalmente os atributos compactos da unidade compactada. Após o ar carregado de pó atravessar o espaço de liberação 4, ele entra na câmara de volume grande onde os filtros 10 e o interior da tremonha de pó 2 ficam localizados. Aqui o ar carregado de pó tem a velocidade de transporte diminuída e a maior parte do pó e de particulado cai por gravidade para dentro da tremo- nha integral 2 antes de ser capturada nos filtros 10. Este carregamento de filtro diminuído reduz significativamente as exigências de purga de filtro, tais como consumo de ar de pulsos de limpeza. Quando os filtros 10 são submetidos aos pulsos de ar, o particulado e pó extraídos dos filtros 10 também caem dentro da tremonha de pó integral 2, de onde eles são transportados para fora da unidade pelo dispositivo transportador integral 3.
[0035] Em um exemplo alternativo o sistema pode incluir somen te uma parte do sistema de coleta de pó 24 discutido anteriormente. Isto pode ser útil para instalações em localizações que já têm coleta de pó de grande escala ou lavagem úmida que fica externa ao sistema. Nestas situações, os filtros 10, uma chapa de tubos posicionada entre e no topo dos filtros 10 para manter o ar sujo e filtrado separados e purgação de ar pulsado dos filtros podem ser omitidos, mas a tremo- nha de pó 2 e o dispositivo transportador integral 3 permanecem. A chapa de tubos e os filtros 10 podem ser substituídos por defletores projetados para colidir com o pó e particulado maiores e mais pesados e permitir que eles caiam dentro da tremonha 2. Isto pode reduzir significativamente a carga no sistema de coleta ou de lavagem.
[0036] Diversas metodologias de controle também estão incluí das no sistema. Por causa das passagens de fluxo integrais extremamente compactas um método de controle de volume de ar que não exige um medidor de fluxo tal como um fio quente ou tubo de pitot é desejado. Em vez disto, em um exemplo, a velocidade de roda de ventilador,pressão estática de ventilador e carga de potência de ventilador podem todas ser monitoradas rigorosamente. Estas leituras podem ser usadas para controlar a velocidade de ventilador para visar uma velocidade específica na placa de leito fluidizado. Este método de controle pode aumentar significativamente efetividade de troca de calor ao garantir que o leito não é submetido severamente a jorros fazendo com que ar atravesse a placa de leito fluidizado sem contatar o material de processo. Este mesmo algoritmo pode ser empregado para detectar estagnação de leito causada por um aumento repentino em taxa ou coesão de material. A velocidade de ventilador pode então ser aumentada (ou diminuída) dinamicamente para impedir perda de fluidiza- ção e transporte de material. À medida que a condição de estagnação ou de jorro é removida as variáveis monitoradas dinamicamente retornam para condições de operação padrão para manter operação eficiente.Além disso, um ou múltiplos sensores de temperatura 17 podem ser posicionados acima do leito fluidizado 12 para monitorar e contro- lar a saúde do leito fluidizado.
[0037] Para a operação mais eficiente de aquecedores e secado res uma quantidade significativa de energia térmica pode ser recuperada ao reciclar parte do ar aquecido de volta para a entrada de ventilador. Esta recirculação e recuperação de calor também limitam a quantidade de ar e produtos de combustão que são ventilados para a atmosfera através da chaminé de descarga. No caso de aplicações de aquecimento e secagem com combustão direta uma certa quantidade de mudanças de ar pode ser usada para impedir que produtos de combustão e outras fontes de umidade desenvolvam no sistema.
[0038] O uso de registros de entrada de ar puro de área aberta variável (16) e registros de saída de ar de processo 6 em combinação com um sensor de umidade 18 na seção de filtragem pode otimizar ventilação de volumes de ar de tal maneira que uma quantidade mínima de ar de processo é ventilada, mas um certo limiar de umidade nunca é alcançado. Isto maximiza recuperação de calor, minimiza ventilação de ar e impede adicionalmente quaisquer oportunidades de condensação perto da entrada para aplicações de secagem e aquecimento. Este controle de umidade, acoplado a um "modo de aquecimento" durante tempo inativo, elimina oportunidades de condensação ou congelamento de umidade com pós higroscópicos na tremonha de pó 2. O modo de aquecimento usa aquecimento para manter a temperatura interna de unidade no diferencial desejado acima da temperatura ambiente externa. O sistema pode usar operação de ventilador com ventilação limitada para manter esta temperatura, mas outros métodos de aquecimento também podem ser empregados.
[0039] Esta mesma metodologia de controle de recirculação par cial pode ser usada em aplicações de resfriamento, tal como no exemplo da figura 1, em que uma temperatura de ar de entrada mínima deve ser mantida. A capacidade do conjunto modular do sistema para ter registros de desvios internos adaptados pode reduzir ou eliminar signi-ficativamente a necessidade de aquecedores de reposição para ar de entrada nestes tipos de aplicações de resfriamento. Na figura 1, um registro de desvio interno 22 pode ser controlado dinamicamente para fluir ar aquecido da câmara de ar filtrado 9 para o duto de sucção 5.
[0040] Algumas aplicações de resfriamento podem empregar res friamento suplementar para encolher o tamanho de unidade total ou para permitir taxa de processo total por todo o ano independente de estação do ano. Por exemplo, o sistema pode usar umidificação para resfriar o fluxo de ar. Em outros exemplos o resfriamento por umidifi- cação também pode ser usado para limpar o fluxo de ar de entrada tal como em um purificador horizontal ou vertical de queda de pressão baixa.
[0041] Também uma outra vantagem do projeto compacto fecha doé que ele permite o uso de componentes comuns padronizados para sistemas de aquecimento, secagem e de resfriamento. Somente rearranjo de defletores internos, ventilação de entrada/saída e tamanho e presença de um queimador na câmara de combustão diferirão para todas as três aplicações. O projeto modular ainda pode permitir conversão rápida a partir de aplicações de uma passada comuns para secadores e resfriadores, para aplicações de recirculação parcial para aquecimento de queima de gás econômico e resfriamento de substrato sensível à temperatura econômico, para modos de recirculação total. O modo de recirculação total pode ser usado para classificar ar ou para aplicações de aquecimento/resfriamento em que um laço fechado é desejado ou ventilação de umidade não é um problema.
[0042] Os métodos, dispositivos, processamento, conjunto de cir cuitos e lógica descritos anteriormente podem ser implementados em muitos modos diferentes e em muitas combinações diferentes de hardware e software. Por exemplo, todas ou partes das implementa- ções podem ser conjunto de circuitos que inclui um processador de instruções, tal como uma Unidade Central de Processamento (CPU), microcontrolador ou um microprocessador; ou como um Circuito Integrado de Aplicação Específica (ASIC), Dispositivo Lógico Programável (PLD), ou Matriz de Portas Programáveis em Campo (FPGA); ou como conjunto de circuitos que inclui lógica distinta ou outros componentes de circuito, incluindo componentes de circuito analógico, componentes de circuito digital ou ambos; ou qualquer combinação dos mesmos. O conjunto de circuitos pode incluir componentes de hardware interligados distintos ou pode ser combinado em uma matriz de circuito integradoúnico, distribuído dentre matrizes de múltiplos circuitos integrados, ou implementado em um Módulo de Múltiplos Chips (MCM) de matrizes múltiplos de circuitos integrados em um pacote comum, como exemplos.
[0043] Portanto, o conjunto de circuitos pode armazenar ou acessar instruções para execução, ou pode implementar sua funcionalidade em hardware sozinho. As instruções podem ser armazenadas em uma mídia de armazenamento tangível que é uma a não ser um sinal transitório, tal como uma memória flash, uma Memória de Acesso Aleatório (RAM), uma Memória Somente de Leitura (ROM), uma Memória Somente de Leitura Programável e Apagável (EPROM); ou em um disco magnético ou ótico, tal como uma Memória Somente de Leitura de Disco Compacto (CDROM), Unidade de Disco Rígido (HDD), ou outro disco magnético ou ótico; ou em uma outra mídia legível por máquina. Um produto, tal como um produto de programa de computador, pode incluir uma mídia de armazenamento e instruções armazenadas na mídia, e as instruções quando executadas pelo conjunto de circuitos em um dispositivo podem induzir o dispositivo para implementar qualquer processamento descrito anteriormente ou ilustrado nos desenhos.
[0044] As implementações podem ser distribuídas. Por exemplo, o conjunto de circuitos pode incluir múltiplos componentes de sistemas distintos, tais como múltiplos processadores e memórias, e pode abranger múltiplos sistemas de processamento distribuídos. Parâmetros, bases de dados e outras estruturas de dados podem ser armazenados e gerenciados separadamente, podem ser incorporados em uma única memória ou base de dados, podem ser organizados logicamente e fisicamente em muitos modos diferentes, e podem ser implementados em muitos modos diferentes. Implementações de exemplo incluem listas interligadas, variáveis de programa, tabelas de dispersão, matrizes, registros (por exemplo, registros de bases de dados), objetos e mecanismos de armazenamento implícitos. Instruções podem formar partes (por exemplo, sub-rotinas ou outras seções de código) de um único programa, podem formar múltiplos programas se-parados, podem ser distribuídas através de múltiplas memórias e pro-cessadores, e podem ser implementadas em muitos modos diferentes. Implementações de exemplo incluem programas autônomos, e como parte de uma biblioteca, tal como uma biblioteca compartilhada semelhante a uma Biblioteca de Vínculos Dinâmicos (DLL). A biblioteca, por exemplo, pode conter dados compartilhados e um ou mais programas compartilhados que incluem instruções que executam qualquer processamento descrito anteriormente ou ilustrado nos desenhos, quando executadas pelo conjunto de circuitos.
[0045] A figura 6 mostra um fluxograma de um método de exem plo (500) de separar particulado das partículas e do leito fluidizado. O método (500) pode incluir receber (502) partículas no leito fluidizado 12 disposto em uma estrutura de alojamento. A estrutura de alojamento pode ser configurada para incluir o ventilador 11, o leito fluidizado 12 e o sistema de coleta de pó 24. O método 500 pode incluir adicionalmente submeter (504) o leito fluidizado ao fluxo de ar fornecido pelo ventilador 11. O método pode incluir adicionalmente separar 506 parti- culado das partículas incluídas no leito fluidizado 12 dentro da altura de desprendimento. O método pode incluir adicionalmente 508 receber o particulado separado no fluxo de ar na entrada 27 do espaço de liberação de particulado 4. O método pode incluir adicionalmente canalizar o particulado no fluxo de ar verticalmente ou angulado através do espaço de liberação de particulado 4 para a tremonha de pó 2.
[0046] Opcionalmente, o método pode incluir transportar o parti- culado da tremonha de pó 2 com um dispositivo transportador integral 3 tal como um transportador de parafuso. Opcionalmente, o método pode incluir canalizar o particulado através do coletor de pó 1, e o coletor de pó 1 pode ser posicionado acima da tremonha de pó 2.
[0047] Para esclarecer o uso e para com isto fornecer aviso para o público, as frases "pelo menos um de <A>, <B>,... e <N>" ou "pelo menos um de <A>, <B>,... <N>, ou combinações dos mesmos" ou "<A>, <B>,... e/ou <N>"são definidas pelo Requerente no sentido mais amplo, suplantando quaisquer outras definições implicadas anteriormente ou em seguida a não ser que afirmado expressamente pelo Requerente para o contrário, para significar um ou mais elementos selecionados do grupo compreendendo A, B,... e N. Em outras palavras, as frases significam qualquer combinação de um ou mais dos elementos A, B,... ou N incluindo qualquer um elemento sozinho ou o um elemento em combinação com um ou mais dos outros elementos que também podem incluir, em combinação, elementos adicionais não listados.
[0048] Embora várias modalidades tenham sido descritas, estará claro para as pessoas de conhecimento comum na técnica que muito mais modalidades e implementações são possíveis. Portanto, as modalidades descritas neste documento são exemplos, e não as únicas modalidades e implementações possíveis.

Claims (20)

1. Sistema de leito fluidizado caracterizado pelo fato de que compreende: um alojamento (9) tendo uma câmara interna (23); um leito fluidizado (12) posicionado na câmara interna (23) e configurado para processar partículas e remover particulado; um sistema de coleta de pó (24) posicionado na câmara interna (23) acima do leito fluidizado (12) em uma câmara de fluidização, o sistema de coleta de pó (24) compreendendo um coletor de pó (1) posicionado acima de uma tremonha de pó (2), a tremonha de pó (2) posicionada em uma altura de desprendimento e configurada para receber particulado separado das partículas e transportado para o coletor de pó (1) através de um espaço de liberação de particulado (4) entre a tremonha de pó (2) e uma parede da câmara de fluidização; e um ventilador (11) incluído em um plenum, o plenum incluído na câmara interna (23) e compreendendo um duto de sucção (5), e um duto de pressão (15) configurado para fornecer um fluxo laminar de ar para o leito fluidizado (12).
2. Sistema de leito fluidizado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o duto de pressão (15) é configurado para direcionar o fluxo laminar de ar através do leito fluidizado (12) para o sistema de coleta de pó (24) e para o espaço de liberação de particulado (4).
3. Sistema de leito fluidizado, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a tremonha de pó (2) configurada para capturar pelo menos parte do particulado, o espaço de liberação de particulado (4) circundando uma parede externa da tremonha de pó (2).
4. Sistema de leito fluidizado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o espaço de liberação de particulado (4) forma uma passagem não horizontal confi- gurada para canalizar o particulado para longe do leito fluidizado (12) e para dentro do sistema de coleta de pó (24).
5. Sistema de leito fluidizado, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a altura de desprendimento é uma distância predeterminada acima do leito fluidizado (12) de tal maneira que o particulado separado das partículas desloca em um fluxo de ar para alcançar uma entrada para o espaço de liberação de parti- culado (4), o fluxo de ar sendo através do leito fluidizado (12) na direção do sistema de coleta de pó (24).
6. Sistema de leito fluidizado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um sistema de reciclagem configurado para reciclar uma parte do particulado separado das partículas para o leito fluidizado (12).
7. Sistema de leito fluidizado, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o sistema de reciclagem compreende um transportador de parafuso incluído dentro do sistema de coleta de pó (24), o transportador de parafuso configurado para transportar particulado do sistema de coleta de pó (24).
8. Sistema de leito fluidizado de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o duto de pressão (15) compreende palhetas posicionadas para direcionar o fluxo laminar de ar para o leito fluidizado (12).
9. Sistema de leito fluidizado de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a tremonha de pó (2) configurada para capturar pelo menos parte do particulado, em que o duto de sucção (5) e a tremonha de pó (2) são posicionados na câmara interna (23) de tal maneira que um gás no duto de sucção (5) se comunica termicamente com a tremonha de pó (2).
10. Sistema de leito fluidizado caracterizado pelo fato de que compreende: um alojamento (9); um ventilador (11) de velocidade variável disposto no alojamento (9); um duto de sucção (5) formado dentro do alojamento (9) e acoplado a uma entrada do ventilador (11) de velocidade variável; um duto de pressão (15) formado dentro do alojamento (9) e acoplado a uma saída do ventilador (11) de velocidade variável; um leito fluidizado (12) incluído dentro do alojamento (9) e configurado para receber um fluxo de ar do duto de pressão (15); e um sistema de coleta de pó (24) incluído dentro do alojamento (9), o sistema de coleta de pó (24) compreendendo um coletor de pó (1) e uma tremonha de pó (2) posicionados acima do leito fluidi- zado, a tremonha de pó (2) sendo separada verticalmente do leito flui- dizado (12) por uma altura de desprendimento, e posicionada no alojamento (9) para formar um espaço de liberação de particulado (4) entre a tremonha de pó (2) e a parede do alojamento (9), em que o duto de pressão (15) e o espaço de liberação de particulado (4) ficam em lados opostos do leito fluidizado (12).
11. Sistema de leito fluidizado, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o espaço de liberação de par- ticulado (4) inclui uma entrada na altura de desprendimento, a entrada configurada para receber particulado separado de partículas introduzidas para o leito fluidizado (12).
12. Sistema de leito fluidizado, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que o fluxo de ar é um fluxo laminar de ar, e o ventilador (11) de velocidade variável é configurado para fornecer o fluxo laminar de ar.
13. Sistema de leito fluidizado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo fato de que o fluxo de ar é um fluxo laminar de ar, e o duto de pressão (15) inclui pa- lhetas configuradas para manter o fluxo laminar de ar.
14. Sistema de leito fluidizado, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que as palhetas são automatizadas para direcionar o fluxo laminar de ar para uma parte predeterminada do leito fluidizado (12).
15. Sistema de leito fluidizado, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o duto de pressão (15) é configurado para mudar a direção do fluxo de ar por 180 graus do ventilador (11) de velocidade variável para o leito fluidizado (12).
16. Sistema de leito fluidizado, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma câmara de ar filtrado posicionada acima do leito fluidizado (12), em que a câmara de ar filtrado tem um diâmetro de 40% a 120% de uma largura do leito fluidizado (12) e é configurada para receber particulado do espaço de liberação de particulado.
17. Sistema de leito fluidizado, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o fluxo de ar é um fluxo laminar de ar mantido como fluxo laminar por uma primeira parte do duto de pressão (15) tendo um diâmetro de 10% a 110% de uma largura do leito fluidiza- do (12), uma segunda parte do duto de pressão (15) tendo um diâmetro de 50% a 130% da largura do leito fluidizado (12), o duto de sucção (5) tendo um diâmetro de 10% a 110% de uma largura do leito fluidizado (12), o espaço de liberação de particulado (4) tendo um diâmetro de 5% a 50% de uma largura do leito fluidizado (12), e uma distância de uma borda do ventilador (11) de velocidade variável para uma borda de um alojamento de ventilador (9) está entre 12,50% e 110% de um comprimento de um diâmetro do ventilador (11) de velocidade variável.
18. Método caracterizado pelo fato de que compreende: receber partículas em um leito fluidizado (12), o leito fluidi- zado (12) estando disposto em uma estrutura de alojamento, a estrutu- ra de alojamento configurada para incluir um ventilador (11) de circulação, o leito fluidizado (12) e um sistema de filtragem dispostos na estrutura de alojamento em comunicação de fluido por meio de uma série de dutos, os dutos sendo formados integralmente dentro da estrutura de alojamento; submeter o leito fluidizado (12) a um fluxo de ar fornecido pelo ventilador (11) de circulação através dos dutos para um lado inferior do leito fluidizado (12); separar particulado das partículas recebidas no leito fluidi- zado (12) dentro de uma altura de desprendimento formada acima do leito fluidizado (12) formada por uma tremonha de pó (2) incluída no sistema de filtragem; receber o particulado separado no fluxo de ar em uma entrada para um espaço de liberação de particulado (4) formado entre uma parede da estrutura de alojamento e a tremonha de pó (2), a entrada estando acima da altura de desprendimento; e canalizar o particulado no fluxo de ar verticalmente por meio do espaço de liberação de particulado (4) para um coletor de pó (1) incluído no sistema de filtragem, o coletor de pó (1) posicionado acima do leito fluidizado (12) e a tremonha de pó (2) para receber pelo menos parte do particulado.
19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que ainda compreende canalizar o particulado no fluxo de ar por meio do espaço de liberação de particulado (4) para um filtro posicionado acima do coletor de pó (1).
20. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que ainda compreende transportar o particulado da tremonha de pó (2) com um transportador de parafuso posicionado dentro da tremonha de pó (2).
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