BR112019027304A2 - aparelho e método para separação de componentes com diferente volatilidade, e, usina para produzir polpa de celulose química ou semiquímica - Google Patents

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Abstract

a invenção se refere a um aparelho (10) para separação de componentes com volatilidade diferente em um fluido misturado, dito aparelho (10) compreendendo: uma primeira unidade de troca de calor (100) provida com primeira e segunda estruturas de trajeto de fluxo (131, 132) formando trajetos de fluxo separados para um primeiro e um segundo fluxo de fluido através da primeira unidade de troca de calor (100); uma entrada (118) para alimentar o fluido misturado ao aparelho (10); uma entrada (119) para alimentar vapor ao aparelho (10); um arranjo para alimentar um meio de resfriamento através do aparelho (10), em que dito arranjo compreende pelo menos uma entrada demeio de resfriamento (105, 106, 107, 108). a invenção é distinguida pelo fato de que o aparelho (10) compreende uma segunda unidade de troca de calor (200) provida com terceira e quarta estruturas de trajeto de fluxo (233, 234) formando trajetos de fluxo separados para um primeiro e um segundo fluxo de fluido através da segunda unidade de troca de calor (200), em que o arranjo de meio de resfriamento compreende pelo menos uma entrada de meio de resfriamento (205, 206, 207, 208) arranjada em comunicação fluida com a quarta estrutura de trajeto de fluxo (234) e em que a primeira e a terceira estruturas de trajeto de fluxo (131, 233) são arranjadas em comunicação fluida entre si.

Description

APARELHO E MÉTODO PARA SEPARAÇÃO DE COMPONENTES COM DIFERENTE VOLATILIDADE, E, USINA PARA PRODUZIR POLPA DE CELULOSE QUÍMICA OU SEMIQUÍMICA CAMPO TÉCNICO
[001] A invenção se refere a um aparelho para separação de componentes com diferente volatilidade em um fluido misturado, tal como um condensado não limpo gerado em uma usina para produzir polpa de celulose química ou semiquímica, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1. A invenção também se refere a uma usina compreendendo um tal aparelho e a um método para realizar uma tal separação.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[002] Polpa de celulose química é produzida a partir de aparas de madeira ou outro material lignocelulósico que é dissolvido usando um processo ácido ou alcalino. Durante cozimento/dissolução a parte principal da lignina da madeira, e especialmente a lignina que forma principalmente a lamela do meio entre as incontáveis fibras de madeira entra em solução no líquido de cozimento de modo que as fibras depois do final da digestão, por exemplo depois da insuflação do cozimento de acordo com o método de cozimento em batelada são separadas uma das outras e formam uma polpa de celulose. Além de uma grande parte de por exemplo o teor de lignina da madeira, uma parte considerável da hemicelulose da madeira se dissolve na solução. O quão grande esta parte chega a ser é determinado pelo grau de polpação, que em geral é representado como um rendimento de cozimento em porcentagem. Também uma pequena parte do teor de celulose da madeira pode entrar em solução.
[003] Um exemplo de um processo de cozimento ácido é o processo de sulfito e um exemplo do processo de cozimento alcalino é o processo de sulfato.
[004] Outros processos de cozimento alcalino conhecidos são o processo de polpação com polissulfeto e o processo do tipo soda (hidróxido de sódio), onde catalisadores tais como compostos de quinona podem ser usados. O termo processo de sulfato inclui diversos métodos tais como o uso de polpação de alta sulfidez, o uso de cozimento em contracorrente onde licor branco (primordialmente uma mistura de hidróxido de sódio e sulfeto de sódio) é adicionada em estágio tardio da fase de cozimento e o uso de um tratamento químico do material de lignocelulose, antes do processo de polpação com sulfato efetivo.
[005] O método ou processo de sulfito pode ser dividido de acordo com a base usada licor de cozimento, tal como cálcio, magnésio amônio ou sódio. Os licores de cozimento com sódio e magnésio são usualmente recuperados e assim se tornam de interesse neste caso.
[006] Depois da dissolução do material de lignocelulose o licor de cozimento é separado das fibras. Este licor de cozimento é frequentemente denotado licor negro ou licor gasto ou, em associação com recuperação química licor fino, e ele contém principalmente água. O teor de sólido seco (lignina, hemicelulose, celulose, substâncias químicas residuais, etc.) neste licor fino fica tipicamente entre 15-20%.
[007] Para permitir combustão do licor negro/fino em, por exemplo, uma caldeira de recuperação com soda, o teor de sólido seco deve tipicamente ser aumentado para pelo menos em torno de 55%. Durante o processo de combustão os compostos orgânicos são transformados principalmente em dióxido de carbono e água enquanto se produz calor. Os compostos inorgânicos formam um resíduo de fusão, que é usado na produção de licor de cozimento novo, fresco. O licor negro com alto teor de sólido seco é usualmente denotado licor espesso. O licor espesso é produzido por evaporação do licor fino, tipicamente em cinco a sete etapas/estágios.
[008] Nas instalações modernas de polpa de celulose química uma ambição é reduzir o consumo de água frasca tanto quanto possível e reduzir a descarga de licor residual para o recipiente. Isto é conseguido fechando, até a extensão possível, todo o sistema líquido. Tipicamente, isto significa que licor gasto proveniente dos estágios de branqueamento é recuperado e misturado com licor gasto de cozimento (licor negro/fino). O licor fino pode, portanto, conter uma mistura de licor gasto de cozimento e licor gasto proveniente de várias etapas de branqueamento.
[009] Evaporação de licor fino gera condensado. Algumas correntes de condensado provenientes do processo de evaporação, e.g. correntes provenientes de alguns dos estágios de evaporação, podem ser relativamente limpas e pode ser possível usar estes condensado em uma ou diversas posições na usina de polpa. Outras correntes geradas no processo de evaporação podem conter condensado não limpo ou extremamente não limpo.
[0010] Esta invenção se refere em particular à purificação de condensados não limpos (sujos, impuros) gerados nas instalações de polpa, tipicamente condensados do tipo descrito acima.
[0011] A produção de polpa de celulose química gera também outros tipos de condensados não limpos. Dissolução de material de lignocelulose é realizada sob uma certa pressão, o que leva a uma liberação de uma mistura gasosa contendo vapor e vários compostos orgânicos e inorgânicos provenientes do vaso de dissolução/cozimento. Tais misturas gasosas são produzidas em processos tanto em batelada quanto contínuos. A mistura gasosa é usualmente feita condensar e misturada com o condensado de evaporação não limpo.
[0012] Além dos processos de polpação químicos, há diversos processos de polpação semiquímicos, tais como o processo semiquimico neutro de sulfito (NSSC). O grau de polpação química é relativamente baixo para este tipo de processo de modo que uma desfibração mecânica subsequente é, portanto, necessária. Em alguns casos o licor de cozimento/tratamento é submetido a evaporação e a presente invenção é apropriada para purificação de condensado não limpo também proveniente de um tal processo de evaporação.
[0013] Convencionalmente, purificação de condensado não limpo inclui uma etapa chamada extração, em que condensado não limpo é submetido a vapor através de sopro de modo que compostos voláteis no condensado não limpo seguem o vapor e daí deixam o condensado. Equipamento extrator separado ou isolado é normalmente usado. O vapor usado é frequentemente vapor de admissão gerado caldeira de recuperação ou vapor proveniente de um estágio evaporador na usina de evaporação. Tal purificação convencional de condensado não limpo é operada a pressão atmosférica ou acima.
[0014] A carta-patente SE 7704352-9 (423915) descreve um método para recuperação de compostos de enxofre, álcoois voláteis, tals como metanol, e subprodutos tais como turpentina e compostos similares provenientes de condensado não limpo. Porém, a técnica descrita nessa patente é não suficientemente efetiva em termos de custo, principalmente devido ao uso de equipamento extrator isolado e ao uso muito amplo de vapor de admissão de alta qualidade.
[0015] WO0O001879 descreve um sistema para solucionar os problemas e inconvenientes mencionados acima. O sistema proposto inclui quatro condensadores arranjados lado a lado em série, em que o primeiro deles forma um extrator-condensador combinado. Condensado não limpo (contaminado) é alimentado às extremidades abertas de tubos na parte de topo do extrator-condensador e vapor é alimentado a extremidades abertas dos mesmos tubos na parte de fundo do extrator-condensador. O fluxo de meio de resfriamento é arranjado para resfriar os tubos dos quatro condensadores. Condensado limpo é gerado principalmente no fundo do extrator condensador. Uma certa porção do vapor, assim como compostos voláteis, deixa o extrator-condensador no seu topo e escoa para o topo do e para baixo através do segundo condensador. Principalmente água e turpentina são condensadas o segundo condensador. Uma certa porção do vapor é guiada a partir do fundo do segundo condensador para o fundo do terceiro condensador, escoa para cima através do terceiro condensador e entra no topo do quarto condensador onde principalmente metanol é condensado. Água não limpa e uma porção do fluxo de metanol condensado são submetidas a recirculação no sistema.
[0016] O sistema descrito em WO0O001879 era na verdade um aperfeiçoamento em relação a técnica conhecida na época. Porém, há uma necessidade para aperfeiçoamentos adicionais para atender as presentes demandas de eficiência em termos de custo (custo da usina, custo operacional) e eficiência do processo (eficiência de separação, pureza, fluxos de massa, etc.).
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0017] Um objeto desta invenção é proporcionar um sistema e método para tratamento de um fluido misturado contendo componentes tendo diferente volatilidade, em particular um condensado não limpo do tipo descrito acima, onde o sistema e método apresentam melhor eficiência em termos de custo e processo em comparação com sistemas conhecidos. Este objeto é conseguido pelos aparelho, usina e método definidos pelas características técnicas contidas nas reivindicações independentes. As reivindicações dependentes contêm modalidades vantajosas, desenvolvimentos adicionais e variantes da invenção.
[0018] A invenção se refere a um aparelho para separação de componentes com diferente volatilidade em um fluido misturado, tal como um condensado não limpo gerado em uma usina para produzir polpa de celulose química ou semiquímica, dito aparelho compreendendo: uma primeira unidade de troca de calor provida com primeira e segunda estruturas de trajeto de fluxo estendendo-se entre uma primeira e uma segunda porção de extremidade da mesma e formando trajetos de fluxo separados para um primeiro e um segundo fluxo de fluido através da primeira unidade de troca de calor, em que a primeira porção de extremidade é destinada a formar uma porção superior e a segunda porção de extremidade é destinada a formar uma porção inferior da primeira unidade de troca de calor durante operação do aparelho, uma entrada para alimentar o fluido misturado ao aparelho, em que o entrada de alimentação de fluido misturado é arranjada em comunicação fluida com a primeira estrutura de trajeto de fluxo na porção de extremidade superior da primeira unidade de troca de calor, uma entrada para alimentar vapor ao aparelho, em que a entrada de alimentação de vapor é arranjada em comunicação fluida com a primeira estrutura de trajeto de fluxo na porção de extremidade inferior da unidade de separação por troca de calor, e um arranjo para alimentar um meio de resfriamento através do aparelho, em que dito arranjo compreende pelo menos uma entrada de meio de resfriamento arranjada em comunicação fluida com a segunda estrutura de trajeto de fluxo na primeira (superior) porção de extremidade da primeira unidade de troca de calor.
[0019] A invenção é distinguida pelo fato de que o aparelho compreende uma segunda unidade de troca de calor arranjada na primeira porção de extremidade da primeira unidade de troca de calor de modo a estar localizada acima da primeira unidade de troca de calor durante operação do aparelho. A segunda unidade de troca de calor é provida com terceira e quarta estruturas de trajeto de fluxo estendendo-se entre uma primeira(superior) e uma segunda porção de extremidade (inferior) da mesma e formando trajetos de fluxo separados para um primeiro e um segundo fluxo de fluido através da segunda unidade de troca de calor, em que a primeira porção é destinada a formar uma porção de extremidade superior e a segunda porção um porção de extremidade inferior da segunda unidade de troca de calor durante operação do aparelho. Além disso, o arranjo de meio de resfriamento compreende pelo menos uma entrada de meio de resfriamento arranjada em comunicação fluida com a quarta estrutura de trajeto de fluxo na primeira (superior) porção de extremidade da segunda unidade de troca de calor, e a primeira e terceira estruturas de trajeto de fluxo são arranjadas em comunicação fluida entre si de modo que um fluxo de fluido evaporado deixando a primeira estrutura de trajeto de fluxo na porção de extremidade superior da primeira unidade de troca de calor pode escoar adicionalmente para cima para a terceira estrutura de trajeto de fluxo da segunda unidade de troca de calor e de modo que um fluxo de fluido condensado deixando a terceira estrutura de trajeto de fluxo na porção de extremidade inferior da segunda unidade de troca de calor pode escoar adicionalmente para baixo para a primeira estrutura de trajeto de fluxo da primeira unidade de troca de calor.
[0020] Esta concepção torna possível alimentar meio de resfriamento, tipicamente água de resfriamento, para a porção superior de tanto a primeira quanto a segunda unidades de troca de calor e deixar o meio de resfriamento forma um segundo fluxo dirigido para baixo através das duas unidades de troca de calor. Por sua vez, isto torna possível reunir um fluxo em contracorrente a 100% entre o fluxo de meio de resfriamento e que parte do primeiro fluxo que está presente em forma evaporada e escoa para cima através das duas unidades de troca de calor.
[0021] Um tal fluxo em contracorrente proporciona uma diferença de temperatura mais alta e separação mais eficiente dos componentes com diferente volatilidade do que um trocador de calor de fluxo paralelo, que é (parcialmente) usado no aparelho descrito em WO0O001879. Consequentemente, um efeito vantajoso da presente invenção é uma melhor eficiência de separação, que pode ser usada para obter uma pureza mais alta dos produtos ou para obter uma pureza similar com um aparelho menor e mais eficiente em termos de custo (ou, naturalmente, algo entre isto, tal como uma pureza um pouco mais alta usando um aparelho um pouco menor). Como um exemplo, a presente invenção dispensa a necessidade de usar três trocadores de calor antes do metanol poder ser condensado como requisitado no dispositivo descrito em WO0001879.
[0022] A vantagem adicional da concepção inventiva é que o refluxo de fluido condensado no primeiro fluxo, que contém uma mistura de líquido que escoa para baixo e fluido evaporado que escoa para cima através da primeira e terceira estruturas de trajeto de fluxo, pode escoar/escorrer para baixo completamente a partir da parte superior da segunda (superior) unidade de troca de calor para a parte inferior da primeira (inferior) unidade de troca de calor sem a necessidade de qualquer bomba. Isto torna o aparelho eficiente em termos de energia. (Pode ser notado que a composição do líquido condensado varia ao longo da altura do aparelho de modo que não é o mesmo líquido que escoa/escorre completamente através do aparelho.)
[0023] O fluxo de meio de resfriamento pode ser arranjado como um único contrafluxo geral por alimentação de meio de resfriamento fresco (frio) para a porção superior da segunda (superior) unidade de troca de calor (isto é para a parte superior da quarta estrutura de trajeto de fluxo) permitir que o meio de resfriamento continue a escoar adicionalmente para baixo através da primeira (inferior) unidade de troca de calor (via a segunda estrutura de trajeto de fluxo) para uma saída no fundo da primeira (inferior) unidade de troca de calor.
[0024] A variante disto, que foi mostrada como sendo vantajosa em algumas aplicações e certos modos de operação, é dispor um fluxo de derivação a jusante da segunda (superior) unidade de troca de calor de modo que uma porção do fluxo de meio de resfriamento deixando a porção inferior da segunda (superior) unidade de troca de calor pode ser impedida de entrar na primeira (inferior) unidade de troca de calor. Deste modo o fluxo de meio de resfriamento através da primeira (inferior) unidade de troca de calor pode ser diminuído de modo a aumentar o fluxo de vapor para a segunda (superior) unidade de troca de calor.
[0025] Em uma outra variante o aparelho pode ser configurado de modo que meio de resfriamento fresco (frio) pode ser alimentado não apenas à porção de topo do aparelho, mas também à porção superior da primeira (inferior) unidade de troca de calor (isto é para a parte superior da segunda estrutura de trajeto de fluxo). A porção do meio de resfriamento parcialmente aquecido deixando a segunda (superior) unidade de troca de calor pode ainda ser permitida entrar na primeira (inferior) unidade de troca de calor junto com o meio de resfriamento de resfriamento meio de resfriamento. Como uma outra alternativa dois sistemas separados de meio de resfriamento podem ser usados, um para a primeira unidade de troca de calor e um outro para a segunda unidade de troca de calor, ambos com entrada no topo e saída no fundo.
[0026] Efeitos gerais do aparelho inventivo são assim melhorias na separação e eficiência energética.
[0027] Em uma modalidade da invenção a segunda e quarta estruturas de trajeto de fluxo são arranjadas em comunicação fluida entre si de modo que um fluxo de meio de resfriamento deixando a quarta estrutura de trajeto de fluxo na porção de extremidade inferior da segunda unidade de troca de calor pode escoar adicionalmente para baixo na segunda estrutura de trajeto de fluxo da primeira unidade de troca de calor. Deste modo meio de resfriamento fresco (frio) pode ser alimentado à porção superior da segunda (superior) unidade de troca de calor (isto é, para a parte superior da quarta estrutura de trajeto de fluxo) e proporcionar o fluxo em contracorrente através de ambas unidades de troca de calor como descrito acima. Como dispor a comunicação fluida, isto é, como conectar a segunda e quarta estruturas de trajeto de fluxo, depende da estrutura particular do aparelho.
[0028] Em uma modalidade da invenção o aparelho é com um duto de derivação de meio de resfriamento arranjado em comunicação fluida com a quarta estrutura de trajeto de fluxo, preferivelmente em conexão com a porção de extremidade inferior da segunda unidade de troca de calor, de modo que pelo menos uma porção do meio de resfriamento escoando para baixo através da segunda unidade de troca de calor para a primeira unidade de troca de calor durante operação do aparelho pode ser alimentada para fora a partir do aparelho antes atingir a primeira unidade de troca de calor. Como mencionado acima, isto torna possível diminuir o fluxo de meio de resfriamento através da primeira (inferior) unidade de troca de calor e aumentar a quantidade de vapor atingindo a segunda (superior) unidade de troca de calor.
[0029] Em uma modalidade da invenção uma entrada de alimentação de meio de resfriamento principal é arranjada na porção de extremidade superior da segunda unidade de troca de calor em comunicação fluida com a quarta estrutura de trajeto de fluxo. O aparelho pode ser equipado com entradas de alimentação de meio de resfriamento complementares.
[0030] Em uma modalidade da invenção a primeira estrutura de trajeto de fluxo compreende um conjunto de canais tendo extremidades abertas nas porções de extremidade inferior e superior da primeira unidade de troca de calor, e em que a segunda estrutura de trajeto de fluxo estende-se ao longo de um exterior dos canais de modo a permitir transferência de calor através de paredes dos canais entre um fluido no interior dos canais e um outro fluido exterior aos canais. Preferivelmente, os canais formam um conjunto de tubos de extremidade aberta separados, em que a segunda estrutura de trajeto de fluxo é formada ao longo dos, exterior aos e entre os tubos (e no interior de um alojamento externo do aparelho).
[0031] A segunda unidade de troca de calor pode ser configurada principalmente do mesmo modo que a primeira unidade de troca de calor, isto é, a terceira estrutura de trajeto de fluxo pode também compreender um conjunto de canais na forma de tubos e a quarta estrutura de trajeto de fluxo pode ser formada entre os tubos. Porém, o tamanho da primeira e segunda unidade de troca de calor pode diferir. Em muitas aplicações os fluxos de massa vão ser maiores na primeira (inferior) unidade de troca de calor do que na segunda (superior) unidade de troca de calor e em tais casos a segunda unidade de troca de calor pode ser feita menor, o que economiza custo de material e simplifica a usina.
[0032] Em uma modalidade da invenção uma primeira placa de vedação é arranjada na porção de extremidade superior da primeira unidade de troca de calor, em que a placa de vedação estende-se através da primeira unidade de troca de calor e forma uma limitação superior para a segunda estrutura de trajeto de fluxo. Preferivelmente, a placa de vedação é provida com furos adaptados para os canais da primeira estrutura de trajeto de fluxo permitindo que os canais se estendam de uma maneira vedada para os ou através dos furos de modo que um fluido na primeira estrutura de trajeto de fluxo pode passar pela placa de vedação, mas não um fluido na segunda estrutura de trajeto de fluxo.
[0033] Como a entrada para alimentar o fluido misturado ao aparelho é arranjada na porção de extremidade superior da primeira unidade de troca de calor, e como o fluido misturado é destinado a escoar na primeira e terceira estruturas de trajeto de fluxo, algum arranjo é necessário nesta região do aparelho para permitir que o fluido misturado seja alimentado às estruturas de trajeto de fluxo pretendidas, para permitir que o meio de resfriamento escoe como as pretendido e para evitar mistura dos dois fluxos. A primeira placa de vedação faz parte deste arranjo. Junto com e.g. uma placa de vedação similar arranjada na porção inferior da segunda (superior) unidade de troca de calor, ela permite que a entrada para o fluido misturado seja ser localizada acima da primeira placa de vedação, entre a primeira e segunda unidades de troca de calor. Uma ou diversas entradas para o meio de resfriamento na porção superior da primeira unidade de troca de calor podem ser previstas na primeira placa de vedação ou em um alojamento externo do aparelho. O tubo é preferivelmente conectado a cada umas das entradas de meio de resfriamento.
[0034] Em uma modalidade da invenção uma segunda placa de vedação é arranjada na porção de extremidade inferior da primeira unidade de troca de calor, em que a placa de vedação estende-se através da primeira unidade de troca de calor e forma uma limitação inferior para a segunda estrutura de trajeto de fluxo. Preferivelmente, também a segunda placa de vedação é provida com furos adaptados aos canais da primeira estrutura de trajeto de fluxo permitindo que os canais se estendam de uma maneira vedada para os ou através dos furos de modo que um fluido na primeira estrutura de trajeto de fluxo pode passar pela segunda placa de vedação, mas não um fluido na segunda estrutura de trajeto de fluxo.
[0035] Junto com um alojamento externo do aparelho, a primeira e segunda placas de vedação definem um espaço formando a segunda estrutura de trajeto de fluxo, em que os canais/tubos do primeiro trajeto de fluxo se estendem entre as duas placas de vedação. Meio de resfriamento pode escoar através deste espaço por estabelecimento de uma entrada na porção superior deste espaço e uma saída na porção inferior, por exemplo no alojamento externo.
[0036] Em uma modalidade da invenção uma primeira placa de distribuição para o meio de resfriamento é arranjada na porção de extremidade superior da primeira unidade de troca de calor, em que a primeira placa de distribuição estende-se através da primeira unidade de troca de calor a uma certa distância abaixo da primeira placa de vedação de modo a formar um espaço de acumulação para meio de resfriamento entre a primeira placa de vedação e a primeira placa de distribuição. Um tal espaço de acumulação é utilizável para distribuir o meio de resfriamento regularmente sobre a área de seção transversal da primeira unidade de troca de calor. Se a entrada de meio de resfriamento é localizada no alojamento sobre o lado do aparelho (entre a primeira placa de distribuição e a primeira placa de vedação) o meio de resfriamento pode ainda ser distribuído lateralmente. A primeira placa de distribuição pode ser provida com uma pluralidade de furos de drenagem relativamente pequenos distribuídos sobre a primeira placa de distribuição.
[0037] Preferivelmente, a primeira placa de distribuição é provida com furos de canal que se ajustam circunferencialmente em torno dos canais, mas que são ligeiramente maiores do que os canais de modo que aberturas de drenagem estreitas são formadas em ou ao longo de uma circunferência das paredes externas dos canais. Isto significa que o meio de resfriamento vai escoar/escorrer para baixo ao longo das paredes do canal (e não cair/tombar entre os canais) o que leva a uma troca de calor altamente eficiente.
[0038] Preferivelmente, elementos espaçadores são arranjados nas aberturas de drenagem entre as paredes externas dos canais e a primeira placa de distribuição de modo a posicionar o canal apropriadamente no furo de canal. Preferivelmente, os elementos espaçadores fazem parte da primeira placa de distribuição. No caso em que os canais formam tubos circulares uma abertura de drenagem pode formar uma abertura anular em torno da parede externa do tubo, em que a abertura anular é interrompida por uma pluralidade de elementos espaçadores distribuídos em torno da abertura.
[0039] Em uma modalidade da invenção a segunda unidade de troca de calor é arranjada principalmente do mesmo modo que a primeira unidade de troca de calor, isto é com uma terceira placa de vedação arranjada na porção superior, uma quarta placa de vedação arranjada na porção inferior, uma segunda placa de distribuição provida com aberturas de drenagem arranjada na porção superior (a uma certa distância abaixo da terceira placa de vedação), uma (primária) entrada de meio de resfriamento arranjada em associação com o segundo espaço de acumulação formado entre a segunda placa de distribuição e a terceira placa de vedação, etc. A estrutura da segunda unidade de troca de calor pode, porém, a segunda espaço parcialmente daquela da primeira unidade de troca de calor.
[0040] Meio de resfriamento pode ser permitido escoar a partir da segunda (superior) unidade de troca de calor para a primeira (inferior) unidade de troca de calor pelo estabelecimento de uma saída na/acima da quarta placa de vedação (no fundo do trocador de calor superior) e estabelecimento de uma entrada em associação com o espaço de acumulação entre a primeira placa de distribuição e a primeira placa de vedação (no topo do trocador de calor inferior) e conectando a entrada e saída via e.g. um tubo.
[0041] A quarta placa de vedação na porção inferior da segunda unidade de troca de calor torna possível dispor um espaço central entre a primeira e quarta placas de vedação que está em comunicação fluida com a primeira e a terceira estruturas de trajeto de fluxo, mas não com a segunda e quarta estruturas de trajeto de fluxo. Preferivelmente, a entrada para alimentar líquido misturado ao aparelho é arranjada em associação com este espaço central.
[0042] Em uma modalidade da invenção uma saída para remover componentes condensados do fluido misturado que chega a partir do aparelho é arranjada na porção inferior da primeira unidade de troca de calor em comunicação fluida com a primeira estrutura de trajeto de fluxo. No uso exemplificado do aparelho onde o fluido misturado a ser tratado é um condensado não limpo gerado em uma usina para produzir polpa de celulose química ou semiquímica, os componentes condensados removidos através desta saída iriam ser um “condensado limpo” (isto é, principalmente água, mas com algum pequeno teor de outras substâncias).
[0043] Em uma modalidade da invenção uma saída para remover componentes evaporados do fluido misturado que chega a partir do aparelho é arranjada na porção superior da segunda unidade de troca de calor em comunicação fluida com a terceira estrutura de trajeto de fluxo. No exemplo de usina de polpa mencionado acima, os componentes evaporados removidos através desta saída iriam ser metanol e gases não -condensáveis. Estes gases podem ser vazados do fluxo de metanol.
[0044] Em uma modalidade da invenção uma entrada para alimentar componentes recirculados ao aparelho, preferivelmente uma fração de componentes previamente removidos em forma evaporada, é arranjada na porção superior da segunda unidade de troca de calor em comunicação fluida com a terceira estrutura de trajeto de fluxo. Tal recirculação, ou retroalimentação, melhora a eficiência de separação e é conhecida como tal.
[0045] Em uma modalidade da invenção a entrada para alimentar os componentes recirculados ao aparelho compreende pelo menos um bocal de pulverização. Preferivelmente uma pluralidade de bocais é arranjada para distribuir o fluxo de componentes recirculados mais ou menos regularmente sobre toda a área de seção transversal do aparelho.
[0046] Em uma modalidade da invenção o aparelho compreende um espaço superior arranjado na porção superior da segunda unidade de troca de calor, em que o espaço superior está em comunicação fluida com a terceira estrutura de trajeto de fluxo, a entrada para alimentar os componentes recirculados ao aparelho e a saída para remover componentes evaporados do fluido misturado que chega a partir do aparelho.
[0047] Em uma modalidade da invenção o aparelho compreende um espaço central entre a primeira e a segunda unidades de troca de calor, em que o espaço central forma uma comunicação fluida entre a primeira e a terceira estrutura de trajeto de fluxo.
[0048] Em uma modalidade da invenção uma saída central é arranjada no espaço central para remover componentes que se acumulam no espaço central. No exemplo de usina de polpa mencionado acima, o componente acumulado removido através desta saída iria ser turpentina.
[0049] Em uma modalidade da invenção a entrada para alimentar o fluido misturado ao aparelho é arranjada no espaço central.
[0050] Em uma modalidade da invenção a entrada para alimentar o fluido misturado ao aparelho compreende pelo menos um bocal de pulverização arranjado sobre um interior do aparelho acima da primeira unidade de troca de calor. Preferivelmente, uma pluralidade de bocais é arranjada para distribuir o líquido misturado mais ou menos regularmente sobre toda a área de seção transversal do aparelho.
[0051] Em uma modalidade da invenção o aparelho compreende um espaço inferior arranjado na porção inferior da primeira unidade de troca de calor, em que o espaço inferior está em comunicação fluida com a primeira estrutura de trajeto de fluxo, a entrada para alimentar vapor ao aparelho e a saída para remover componentes condensados do fluido misturado que chega a partir do aparelho.
[0052] Em uma modalidade da invenção o aparelho compreende um alojamento que forma uma limitação externa para pelo menos a segunda e quarta estruturas de trajeto de fluxo e para um espaço central entre a primeira e segunda unidades de troca de calor.
[0053] Em uma modalidade da invenção em que um fluxo de líquido e vapor misturados é destinado a formar o primeiro fluxo e um fluxo de meio de resfriamento é destinado a formar o segundo fluxo durante operação do aparelho.
[0054] A invenção também se refere a uma usina para produzir polpa de celulose química ou semiquímica, em que a usina compreende um aparelho do tipo acima.
[0055] Em uma modalidade da invenção a usina compreende equipamento que, durante operação da usina, gera um condensado não limpo contendo componentes com diferente volatilidade, em que a usina é configurada para alimentar condensado não limpo à entrada de alimentação de fluido misturado do aparelho.
[0056] A invenção também se refere a um método para separação de componentes com diferente volatilidade em um fluido misturado usando um aparelho do tipo acima. O método compreende as etapas de: alimentar o fluido misturado à entrada de alimentação de fluido misturado; alimentar vapor à entrada de alimentação de vapor; alimentar meio refrigerante à quarta estrutura de trajeto de fluxo na porção de extremidade superior da segunda unidade de troca de calor; remover componentes condensados do fluido misturado que chega a partir do aparelho via uma primeira saída arranjada na porção de extremidade inferior da primeira unidade de troca de calor em comunicação fluida com a primeira estrutura de trajeto de fluxo; remover componentes evaporados do fluido misturado que chega a partir do aparelho via uma segunda saída arranjada na porção superior da segunda unidade de troca de calor em comunicação fluida com a terceira estrutura de trajeto de fluxo; e remover meio refrigerante aquecido a partir da segunda estrutura de trajeto de fluxo na porção de extremidade inferior da primeira unidade de troca de calor.
[0057] Em uma modalidade da invenção o método compreende ainda a etapa de alimentar componentes recirculados ao aparelho, preferivelmente uma fração dos componentes removidos em forma evaporada, via uma entrada arranjada na porção de extremidade superior da segunda unidade de troca de calor em comunicação fluida com a terceira estrutura de trajeto de fluxo. Preferivelmente, o fluido misturado é um condensado não limpo gerado em uma usina para produzir polpa de celulose química ou semiquímica. Preferivelmente, os componentes evaporados incluem metanol.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0058] Na descrição da invenção dada abaixo referência é frita à seguintes figuras, em que: figura 1 mostra, em uma primeira vista em perspectiva, uma modalidade de um aparelho de acordo com a invenção.
[0059] Figura 2 mostra, em uma segunda vista em perspectiva, o aparelho de figura 1.
[0060] Figura 3 mostra uma vista em corte transversal do aparelho da figura 1.
[0061] Figura 4 mostra uma vista ampliada de um parte superior do corte transversal da figura 3.
[0062] Figura 5 mostra uma vista ampliada uma parte central do corte transversal da figura 3, incluindo uma outra vista ampliada de algumas partes.
[0063] Figura 6 mostra um detalhe de uma parte mostrada na figura 5.
[0064] Figura 7 mostra uma vista esquemática de um diagrama de fluxo de processo exemplificado incluído o aparelho da figura 1.
DESCRIÇÃO DE MODALIDADES EXEMPLIFICATIVAS DA INVENÇÃO
[0065] Figuras 1-6 mostram uma modalidade de um aparelho 10 de acordo com a invenção. Figura 7 mostra uma vista esquemática de um diagrama de fluxo de processo, incluindo o aparelho 10, relacionado com a separação de componentes com diferente volatilidade em um fluido misturado na forma de condensado não limpo gerado em uma usina para produzir polpa de celulose química ou semiquímica.
[0066] Como mostrado nas figuras 1-5, o aparelho é verticalmente arranjado e compreende uma primeira unidade de troca de calor 100 que tem uma primeira, porção de extremidade superior 101 e uma segunda, porção de extremidade inferior 102, e o aparelho 10 compreende adicionalmente uma segunda unidade de troca de calor 200 que também tem uma primeira porção de extremidade, superior, 201 e uma segunda porção de extremidade, inferior,
202. A segunda unidade de troca de calor 200 é arranjada no topo da primeira unidade 100. O aparelho 10 é equipado com um alojamento externo 50 que encerra as duas unidades de troca de calor 100, 200. O alojamento 50 inclui uma tampa 50a e um fundo 50b. O aparelho 10 é arranjado sobre pernas 51 previstas no fundo 50b.
[0067] A primeira unidade de troca de calor 100 é equipado com primeira e segunda estruturas de trajeto de fluxo na forma de tubos 131 e um espaço 132 circundando os tubos 131, respectivamente (ver figura 3). Os trajetos de fluxo 131, 132 se estendem entre a primeira e segunda porções de extremidade 101, 102 e formam trajetos de fluxo separadas para um primeiro e um segundo fluxo de fluido através da primeira unidade de troca de calor.
[0068] A segunda unidade de troca de calor 200 é neste exemplo configurada de um modo principalmente similar à unidade primeira 100 e é provida com terceira e quarta estruturas de trajeto de fluxo na forma de tubos 233 e um espaço 234 circundando os tubos 233, respectivamente (ver figura 3). O terceiro e quarto trajetos de fluxo 233, 234 se estendem entre a primeira e segunda porções de extremidade 201, 202 e formam trajetos de fluxo separados para um primeiro e um segundo fluxo de fluido através da segunda unidade de troca de calor 200.
[0069] Como mostrado na figura 3, o aparelho 10 compreende um espaço superior 52 na porção superior da segunda unidade de troca de calor 200 (sob a tampa 50a), um espaço central 53 entre a primeira e segunda unidades 100, 200, e um espaço inferior 54 na porção inferior da primeira unidade de troca de calor 100 (acima do fundo 50b).
[0070] A primeira e terceira estruturas de trajeto de fluxo 131, 233, isto é os tubos da primeira e segunda unidade 100, 200, são arranjadas em comunicação fluida entre si via o espaço central 53 de modo que um fluxo de fluido evaporado deixando os tubos 131 na porção de extremidade superior 101 da primeira unidade de troca de calor 100 pode escoar adicionalmente para cima para os tubos 233 da segunda unidade de troca de calor 200 e de modo que um fluxo de fluido condensado deixando os tubos 233 na porção de extremidade inferior 202 da segunda unidade de troca de calor 200 pode escoar adicionalmente para baixo para os tubos 131 da primeira unidade de troca de calor 100.
[0071] Uma entrada 118 para alimentar o fluido misturado ao aparelho 10 é arranjada no espaço central 53. A entrada de alimentação de fluido misturado 118 é arranjada em comunicação fluida com a primeira e terceira estruturas de trajeto de fluxo 131, 233 na porção de extremidade superior 101 da primeira unidade de troca de calor 100 (e também na porção de extremidade inferior 202 da segunda unidade de troca de calor 200 uma vez que o espaço central 53 é arranjado em associação com ambas porções 101 e 202).
[0072] Como mostrado nas figuras 3 e 5 a entrada 118 para alimentar o fluido misturado ao aparelho 10 compreende uma série de tubos 118a e bocais de pulverização 118b arranjados sobre um interior do aparelho 10 acima da primeira unidade de troca de calor 100 no espaço central 53. Os bocais 118b são arranjados para distribuir o líquido misturado sobre a área de seção transversal do aparelho 10.
[0073] Uma entrada 119 para alimentar vapor ao aparelho 10 é arranjada no espaço inferior 54 em comunicação fluida com a primeira estrutura de trajeto de fluxo 131 na porção de extremidade inferior 102 da primeira unidade de separação por troca de calor 100 (ver figuras 2 e 3).
[0074] O aparelho 10 compreende adicionalmente um arranjo para alimentar um meio de resfriamento (água) através do aparelho 10. Este arranjo compreende (na ordem de fluxo): quatro entradas de água de resfriamento principais 205-208 distribuídas em torno do aparelho 10 na primeira (superior) porção de extremidade 201 da segunda unidade de troca de calor 200 arranjada em comunicação fluida com a quarta estrutura de trajeto de fluxo 234;
a quarta estrutura de trajeto de fluxo 234, isto é, o espaço circundando os tubos 233; quatro saídas de água de resfriamento 209-212 distribuídas em torno do aparelho 10 na segunda (inferior) porção de extremidade 202 da segunda unidade de troca de calor 200 arranjada em comunicação fluida com a quarta estrutura de trajeto de fluxo 234; uma estrutura de tubo de água (não mostrada nas figuras) conectando as quatro saídas de água 209-212 com: quatro entradas de água de resfriamento 105-108 distribuídas em torno do aparelho 10 na primeira (superior) porção de extremidade 101 da primeira unidade de troca de calor 100 arranjada em comunicação fluida com a segunda estrutura de trajeto de fluxo 132; um duto de derivação de água 60 incluindo uma válvula 61 (não mostrada nas figuras do aparelho, ver figura de esquema de processo) permitindo que uma parte da ou toda a água de resfriamento que deixa a segunda unidade de troca de calor 200 seja derivada para se desviar da primeira unidade de troca de calor 100; a segunda estrutura de trajeto de fluxo 132, isto é, o espaço circundando os tubos 131; e quatro saídas de água de resfriamento principais 109-112 distribuídas em torno do aparelho 10 na segunda (inferior) porção de extremidade 102 da primeira unidade de troca de calor 100 arranjada em comunicação fluida com a segunda estrutura de trajeto de fluxo 132.
[0075] O duto de derivação 60 é preferivelmente arranjado em conexão com a estrutura de tubo que conecta as saídas 209-212 com as entradas 105-108 (e assim conecta a quarta e segunda estruturas de trajeto de fluxo 234, 132). A estrutura de tubo pode ser prevista sobre o aparelho 50 no exterior do alojamento 50.
[0076] Se nenhum duto de derivação 60 está presente, ou se o duto de derivação 60 não tem qualquer efeito particular sobre projeto da estrutura de tubo, a estrutura de tubo pode simplesmente consistir de quatro tubos separados, cada um dos quais conecta uma saída de água de resfriamento 209- 212 com uma correspondente entrada de água de resfriamento 105-108 localizadas verticalmente abaixo.
[0077] Água de resfriamento pode assim escoar através do aparelho a partir de uma parte topo do mesmo para uma parte de fundo do mesmo com uma “derivação” em torno do espaço central 53.
[0078] Os canais/tubos formando a primeira e terceira estruturas de trajeto de fluxo 131, 233 têm extremidades abertas nas porções de extremidade inferior e superior da primeira e segunda unidades de troca de calor 100, 200, respectivamente. As extremidades superiores são mostradas nas figuras 4 e 5. As extremidades inferiores de tubo são similares. Como mostrado nas figuras 3-5, a segunda e quarta estruturas de trajeto de fluxo 132, 234 se estendem ao longo de um exterior dos canais/tubos de modo a permitir transferência de calor através de paredes dos canais/tubos entre um fluido no interior dos canais (que no exemplo é uma mistura de vapor e componentes evaporados escoando para cima e E componentes e água condensada escoando/escorrendo para baixo ) e um outro fluido exterior aos canais (que no exemplo é água de resfriamento escoando/escorrendo para baixo).
[0079] A primeira placa de vedação 141 é arranjada na porção de extremidade superior 101 da primeira unidade de troca de calor 100, ver figuras 3 e 5. A primeira placa de vedação 141 estende-se através da primeira unidade de troca de calor 100 e forma uma limitação superior para a segunda estrutura de trajeto de fluxo 132. Além disso, a primeira placa de vedação 141 é provida com furos adaptados aos canais/tubos da primeira estrutura de trajeto de fluxo 131 permitindo que os canais/tubos 131 se estendam de uma maneira vedada para os ou através dos furos de modo que o fluido na primeira estrutura de trajeto de fluxo 131 pode passar a primeira placa de vedação 141, mas não o fluido na segunda estrutura de trajeto de fluxo 132.
[0080] A, segunda placa de vedação 142, similar, é arranjada na porção de extremidade inferior 102 da primeira unidade de troca de calor 100 que forma uma limitação inferior para a segunda estrutura de trajeto de fluxo
132.
[0081] A segunda unidade de troca de calor 200 é provida com correspondentes terceira e quarta placas de vedação 243, 244, ver figuras 3 e
4. A terceira placa de vedação 243 forma uma limitação inferior para o espaço superior 52 como mostrado na figura 4.
[0082] A primeira e quarta placas de vedação 141, 244 formam limitações inferior e superior, respectivamente, para o espaço central 53 como mostrado na figura 5.
[0083] Figura 5 mostra ainda que cada um dos tubos 131 na primeira unidade de troca de calor 100 é equipado com um inserto 135 estendendo-se no interior do tubo 131 e um pouco acima da primeira placa de vedação
141.Os insertos têm neste exemplo uma seção transversal em formato de X ou +. A finalidade dos insertos 135 é aumentar turbulência e transferência de calor. Os insertos 135 podem ter uma seção transversal com um outro formato. Preferivelmente, os insertos 135 são perfurados para melhor regularizar quaisquer diferenças de pressão ou composição radialmente dirigidas no tubo 131.
[0084] Como mostrado nas figuras 3 e 5 os tubos 131 são agrupados em conjunto em, neste exemplo, quatro seções 131a, 131b (apenas duas seções são mostradas nas figuras), em que cada seção 131a, 131b ocupa aproximadamente um quarto da seção transversal circular da primeira unidade de troca de calor 100. As seções são separadas de uma certa distância entre si. Paredes de banheira 137 são arranjadas sobre a primeira placa de vedação 141 no espaço central 53 de modo a encerrar cada uma das seções 131a, 131b (ver figura 5). As paredes de banheira 137 se estendem a uma certa distância verticalmente para cima, para os bocais 118b, mas remotas completamente até os bocais 118b, de modo a formar uma banheira em cada seção de tubo 131a, 131b sobre um lado superior da primeira placa de vedação 141.
[0085] As paredes de banheira 137 são separadas entre si de modo a definir canais de fluxo aberto sobre a primeira placa de vedação 141 entre paredes de banheira 137 voltadas uma para outra. Neste caso os canais de fluxo formam quatro canais de fluxo radialmente dirigidos e circunferencialmente distribuídos regularmente que se estendem a partir de um ponto de centro lateral da placa de vedação 141, onde os canais estão em comunicação fluida entre si, para o alojamento externo 50 do aparelho 10. Saídas centrais 113-116 são arranjadas no alojamento nos pontos de extremidade destes canais de fluxo.
[0086] A finalidade das paredes de banheira 137 e as banheiras e canais de fluxo associados etc., é permitir decantar e separar um componente no líquido misturado que tem propriedades físicas (volatilidade, densidade, solubilidade) tais que ele se acumula no espaço central 53, isto é nas banheiras descritas acima, e em particular que ele se acumula no topo de um líquido mais denso nas banheiras de modo que principalmente o componente em questão escoa sobre as paredes de banheira 137 e pata dentro dos canais de fluxo e ainda para fora através das saídas centrais 113-116. No exemplo focalizado nesta invenção, este componente iria tipicamente ser turpentina (que se acumula no de água nas banheiras). O fluxo descarregado partir das saídas 113-116 é tipicamente ainda tratado usando e.g. um decantador externo para limpar/purificar adicionalmente a turpentina
[0087] O projeto exato das seções de tubo, paredes de banheira, canais de fluxo e saídas centrais etc. pode diferir daquilo que é descrito acima.
[0088] Ademais, uma primeira placa de distribuição água de resfriamento 145 é arranjada na porção de extremidade superior 101 da primeira unidade de troca de calor 100, ver figuras 3 e 5. A primeira placa de distribuição 145 estende-se através da primeira unidade de troca de calor 100 em paralelo com e a uma certa distância abaixo da primeira placa de vedação 141 de modo a formar um espaço de acumulação para meio de resfriamento entre a primeira placa de vedação 141 e a primeira placa de distribuição 145. As quatro entradas de água de resfriamento 105-108 são arranjadas entre a primeira placa de vedação 141 e a primeira placa de distribuição 145 de modo que água de resfriamento é alimentada neste espaço de acumulação.
[0089] A primeira placa de distribuição 145 é provida com furos que se ajustam circunferencialmente em torno dos tubos/canais 131, mas os furos são ligeiramente maiores do que a circunferência externa dos tubos 131 de modo que aberturas de drenagem estreitas 146 são formadas na ou ao longo de uma circunferência das paredes externas dos tubos 131.
[0090] Isto é mostrado mais claramente na figura 6 onde um certo tubo 131º forma um exemplo dos tubos 131. Figura 6 mostra uma seção transversal do tubo circular 131º e o inserto 135 na primeira placa de distribuição 145. Uma abertura de drenagem anular 146 é praticada em torno do tubo 131º, que beste caso é separado em quatro seções anulares por quatro elementos espaçadores 147 circunferencialmente distribuídos em torno do tubo 131º. Os elementos espaçadores 147, que neste caso em forma partes integrantes da primeira placa de distribuição 145, são arranjados entre as paredes externas do tubo 131 e a primeira placa de distribuição 145 de modo a posicionar o tubo 131º apropriadamente no furo de canal (de que uma parte forma a abertura de drenagem 146).
[0091] Água de resfriamento alimentada no espaço de acumulação acima da primeira placa de distribuição 145 vai distribuir regularmente sobre a seção transversal do aparelho 10 e escoar/escorrer através das aberturas de drenagem 146 ao longo das paredes externas de cada um dos tubos 131.
[0092] A segunda placa de distribuição 245 similar é arranjada na porção superior 201 da segunda unidade de troca de calor 200, ver figuras 3 e
4. O arranjo com entradas de água de resfriamento, espaço de acumulação de água de resfriamento, aberturas de drenagem etc. é similar para aquilo que foi descrito acima em relação à primeira unidade de troca de calor 100.
[0093] O aparelho 10 compreende ainda uma saída 117 para remover componentes condensados do fluido misturado que chegam a partir do aparelho 10. Esta saída 117 é arranjada no espaço inferior 54 na porção inferior 102 da primeira unidade de troca de calor 100 em comunicação fluida com a primeira estrutura de trajeto de fluxo 131.
[0094] Uma saída 214 para remover componentes evaporados do fluido misturado que chegam a partir do aparelho 10 é arranjada no espaço superior 52 na porção superior 201 da segunda unidade de troca de calor 200 em comunicação fluida com a terceira estrutura de trajeto de fluxo 233.
[0095] Uma entrada 213 para alimentar componentes recirculados (refluxo) para o aparelho 10, neste caso uma fração (em forma líquida) dos componentes previamente removidos em forma evaporada, é também arranjada no espaço superior 52 na porção superior 201 da segunda unidade de troca de calor 200 em comunicação fluida com a terceira estrutura de trajeto de fluxo 233.
[0096] Em similaridade com a entrada 118 para alimentar líquido misturado para o aparelho, a entrada 213 para alimentar os componentes recirculados para o aparelho compreende uma série de tubos 213a e bocais de pulverização 213b arranjados interior do aparelho 10 acima da segunda unidade de troca de calor 200 no espaço superior 52. Os bocais 213b são arranjados para distribuir líquido posto em refluxo sobre a área de seção transversal do aparelho 10.
[0097] O espaço superior 52 na porção superior 201 da segunda unidade de troca de calor 200 está assim em comunicação fluida com a terceira estrutura de trajeto de fluxo 233, a entrada 213 para componentes recirculados e a saída 214 para remover componentes evaporados.
[0098] O espaço inferior 54 na porção inferior 102 da primeira unidade de troca de calor 100 está em comunicação fluida com a primeira estrutura de trajeto de fluxo 131, a entrada 119 para alimentar vapor para o aparelho 10 e a saída 117 para remover componentes condensados.
[0099] O alojamento externo 50 do aparelho 10, incluindo a tampa 50a e o fundo 50b, forma uma limitação externa para a segunda e quarta estruturas de trajeto de fluxo 132, 234 (incluindo espaços de acumulação da água de resfriamento), para o espaço central 53 entre a primeira e segunda unidades de troca de calor 100, 200, e para os espaços superior e inferior 52,
54.
[00100] Tipicamente, um fluxo de líquido e vapor misturados forma o primeiro fluxo e um fluxo de meio de resfriamento forma o segundo fluxo durante operação do aparelho 10.
[00101] Figura 7 mostra uma vista esquemática de um diagrama de fluxo de processo, incluindo o aparelho 10, relativo à separação de componentes com diferente volatilidade em um fluido misturado na forma de condensado não limpo gerado em uma usina para produzir polpa de celulose química ou semiquímica. Fluxos de entrada 1 figura 7: A- líquido misturado/condensado não limpo B — água de resfriamento fresca (fria) C — vapor Fluxos de saída na figura 7: D —condensado limpo E — outros componentes/turpentina F — componentes evaporados e condensados/metano]l G — água de resfriamento usada (morna)
[00102] A fração dos componentes evaporados e condensados/metanol,
fluxo H, é recirculada para o aparelho 10.
[00103] Linhas tracejadas indicam vapor; linhas cheias indicam líquido.
[00104] Componente 70 é um condensador para componentes evaporados, neste exemplo principalmente metanol. Condensadores utilizáveis para este fim são conhecidos como tais.
[00105] O fluxo J do topo do aparelho 10 para o condensador 70 (linha tracejada) é assim um fluxo de componentes evaporados/metanol.
[00106] Figura 7 mostra um diagrama de fluxo de processo simplificado e não mostra, por exemplo, várias bombas, um fluxo de água de resfriamento para o condensador 70, etc.
[00107] O processo de figura 7 já foi descrito acima. Em suma o processo funciona como se segue: condensado não limpo (fluxo A; gerado em uma usina para produzir polpa de celulose química ou semiquímica) é alimentado para entrada 118 pulverizado para baixo sobre a primeira (inferior) unidade de troca de calor (100); água de resfriamento (fluxo B) é alimentado às entradas 205- 208 no topo da segunda (superior) unidade de troca de calor 200 e escoa para baixo através do aparelho 10 sobre um exterior dos tubos (via saídas 209-212, conectando tubos e entradas 105-108) para saídas principais 109-112 no fundo do aparelho 10 formando fluxo de saída G; por abertura da válvula 61 uma porção do fluxo de água de resfriamento pode se desviar da primeira unidade de troca de calor 100 via duto de derivação 60; e vapor (fluxo C) é alimentado à entrada 119.
[00108] O vapor alimentado à entrada 119 pode ser tomado a partir do último efeito de evaporação em uma linha de evaporação da usina. Este deve ser o efeito que tem a temperatura e a pressão as mais baixas a fim de obter os resultados desejados.
[00109] Vapor e componentes evaporados escoam para cima através dos tubos do aparelho 10, isto é, em contracorrente em relação à água de resfriamento (que proporciona para uma alta diferença de temperatura), e componentes e vapor condensado escoam/escorrem para baixo. A concentração de componentes voláteis aumenta na direção para cima do aparelho 10.
[00110] O condensado limpo é removido no fundo do aparelho 10 via saída 117 e componentes voláteis, principalmente metanol, mas também alguns gases, são removidos via saída 214. O metanol é condensado no condensador 70 e removido no fluxo F. Uma porção do metanol condensado é posta em refluxo via entrada 213 (fluxo H).
[00111] Turpentina e/ou outros produtos que se acumulam no espaço central 53 são removidos via saídas 113-116 (fluxo E).
[00112] Gases de exaustão podem também ser alimentados ao aparelho. Os gases de exaustão provenientes da linha de evaporação da usina podem ser alimentados no espaço central 53. Estes gases vão ser extraídos e ser concentrados na unidade de troca de calor superior 200.
[00113] A temperatura do vapor alimentado ao aparelho é tipicamente em torno de 50-60ºC. O vapor condensa e a temperatura diminui gradualmente na direção para cima do aparelho 10. O metanol ou mistura de componentes evaporados deixando a saída 214 é tipicamente em torno de 20- 25ºC.
[00114] O aparelho 10 é operado sob vácuo parcial. A pressão pode ser regulada dependendo da aplicação particular. A pressão pode ser regulada regulando água de resfriamento (temperatura e/ou fluxo de massa).
[00115] A concentração de metanol na fase gasosa (isto é, na mistura de componentes evaporados) aumenta na direção para cima do aparelho 10. O fluxo J deixando a saída 214 pode conter 80-95% de metanol. Para condensar vapor o mais alto na segunda unidade de troca de calor 200 a uma baixa pressão e com uma alta concentração de metanol em uma mistura de componentes evaporados, uma baixa temperatura da água de resfriamento é necessária e fluxo em contracorrente de água de resfriamento é assim uma grande vantagem.
[00116] A baixa pressão é utilizável em que uma porção maior do metanol vai estar presente na fase vapor, o que dá um condensado limpo mais puro.
[00117] O duto de derivação 60 pode ser usado para aumentar a quantidade de vapor atingindo a segunda unidade de troca de calor 200. Isto tem o efeito de purificar ainda mais o condensado limpo. Sob condições de operação normais a válvula de derivação 61 é tipicamente mantida fechada.
[00118] É uma vantagem particular alimentar o fluido misturado/o condensado não limpo ao meio do aparelho 10, isto é, beste caso ao espaço central 53 entre a primeira e segunda unidades de troca de calor 100, 200. Seria naturalmente muito mais simples alimentar o fluido misturado ao topo do aparelho, em cujo caso o aparelho na prática iria formar uma única unidade de troca de calor. Porém, isto iria levar a uma pobre separação e uma baixa concentração de metanol nos fluxos J e F.
[00119] Como um exemplo de tamanho, o aparelho 10 pode ter uma altura total de em torno de 20-25 m e um diâmetro de 4-5 m. A altura das pernas 51 pode ser em torno de 4 m.
[00120] A invenção não é limitada pelas modalidades descritas acima, mas pode ser modificada de vários modos dentro do escopo das reivindicações.
[00121] O aparelho 10 pode ser arranjado no topo do último efeito de evaporação na linha de evaporação da usina.
[00122] O aparelho 10 pode também ser usado em outras aplicações onde separação de compostos com diferentes pontos de ebulição é desejada. Um exemplo é separação de ácido acético e anidrido acético. Um outro exemplo é separação de água e etanol.
Números de referência aparelho
50 alojamento externo de aparelho
50a tampa do aparelho
50b fundo do aparelho
51 pernas
52 espaço superior
53 espaço central
54 espaço inferior
60 duto de derivação de água de resfriamento
61 válvula de derivação de água de resfriamento
70 condensador para componentes evaporados/metanol
100 primeira (inferior) unidade de troca de calor
101 porção de extremidade superior de primeira unidade de troca de calor
102 porção de extremidade inferior de primeira unidade de troca de calor
105-108 entradas água de resfriamento sobre a primeira unidade de troca de calor
109-112 água de resfriamento saídas sobre primeira unidade de troca de calor
113-116 saídas centrais
117 saída de condensado
118 entrada de líquido misturado
118a tubos
118b bocais de pulverização
119 entrada de vapor
131 primeira estrutura de trajeto de fluxo (tubos)
131a, 131b tubo seções
132 segunda estrutura de trajeto de fluxo (espaço circundando tubos)
135 insertos dos tubo
141 primeira placa de vedação
142 segunda placa de vedação
145 primeira placa de distribuição
146 aberturas de drenagem anulares
147 elementos espaçadores nas aberturas de drenagem
200 segunda (superior) unidade de troca de calor
201 porção de extremidade superior de segunda unidade de troca de calor
202 porção de extremidade inferior de segunda unidade de troca de calor
205-208 entradas de água de resfriamento sobre segunda unidade de troca de calor
209-212 saídas de água de resfriamento sobre segunda unidade de troca de calor
213 entrada para produto recirculado (refluxo/retroalimentação)
214 saída para componentes evaporados
233 terceira estrutura de trajeto de fluxo (tubos)
234 quarta estrutura de trajeto de fluxo (espaço circundando tubos)
243 terceira placa de vedação
244 quarta placa de vedação
245 segunda placa de distribuição Fluxos:
A-— líquido misturado /condensado não limpo
B — água de resfriamento fresca (fria)
C — vapor
D —condensado limpo
E — outros componentes/turpentina
F — componentes evaporados e condensados/metano]l
G — água de resfriamento usado (morna)
H — fluxo em refluxo de fração de componentes evaporados e condensados
J — componentes evaporados

Claims (31)

REIVINDICAÇÕES
1. Aparelho (10) para separação de componentes com diferente volatilidade em um fluido misturado, tal como um condensado não limpo gerado em uma usina para produzir polpa de celulose química ou semiquímica, dito aparelho (10) compreendendo: uma primeira unidade de troca de calor (100) provida com primeira e segunda estruturas de trajeto de fluxo (131, 132) estendendo-se entre uma primeira e uma segunda porção de extremidade (101, 102) da mesma e formando trajetos de fluxo separados para um primeiro e um segundo fluxo de fluido através da primeira unidade de troca de calor (100), em que a primeira porção de extremidade (101) é destinada a formar uma porção superior e segunda porção de extremidade (102) é destinada para formar uma porção inferior da primeira unidade de troca de calor (100) durante operação do aparelho (10), uma entrada (118) para alimentar o fluido misturado ao aparelho (10), em que em que a entrada de alimentação de fluido misturado (118) é arranjada em comunicação fluida com a primeira estrutura de trajeto de fluxo (131) na porção de extremidade superior (101) da primeira unidade de troca de calor (100), uma entrada (119) para alimentar vapor ao aparelho (10), em que a entrada de alimentação de vapor (119) é arranjada em comunicação fluida com a primeira estrutura de trajeto de fluxo (131) na porção de extremidade inferior (102) da unidade de separação por troca de calor (100), um arranjo para alimentar um meio de resfriamento através do aparelho (10), em que dito arranjo compreende pelo menos uma entrada de meio de resfriamento (105, 106, 107, 108) arranjada em comunicação fluida com a segunda estrutura de trajeto de fluxo (132) na a primeira porção de extremidade (superior) (101) da primeira unidade de troca de calor (100),
o aparelho (10) caracterizado pelo fato de que compreende uma segunda unidade de troca de calor (200) arranjada na primeira porção de extremidade (101) da primeira unidade de troca de calor (100) de modo a estar localizada acima da primeira unidade de troca de calor (100) durante operação do aparelho (10),
em que a segunda unidade de troca de calor (200) é provida com terceira e quarta estruturas de trajeto de fluxo (233, 234) estendendo-se entre um primeira (superior) e uma segunda (inferior) porção de extremidade (201, 202) da mesma e formando trajetos de fluxo separados para um primeiro e um segundo fluxo de fluido através da segunda unidade de troca de calor (200), em que a primeira porção (201) é destinada a formar uma porção de extremidade superior e a segunda porção (202) uma porção de extremidade inferior da segunda unidade de troca de calor (200) durante operação do aparelho (10),
em que o arranjo de meio de resfriamento compreende pelo menos uma entrada de meio de resfriamento (205, 206, 207, 208) arranjada em comunicação fluida com a quarta estrutura de trajeto de fluxo (234) na primeira (superior) porção de extremidade (201) da segunda unidade de troca de calor (200), e em que a primeira e terceira estruturas de trajeto de fluxo (131, 233) são arranjadas em comunicação fluida entre si de modo que um fluxo de fluido evaporado deixando a primeira estrutura de trajeto de fluxo (131) na porção de extremidade superior (101) da primeira unidade de troca de calor (100) pode escoar adicionalmente para cima para a terceira estrutura de trajeto de fluxo (233) da segunda unidade de troca de calor (200) e de modo que um fluxo de fluido condensado deixando a estrutura de trajeto de fluxo (233) na porção de extremidade inferior (202) da segunda unidade de troca de calor (200) pode escoar adicionalmente para baixo para a primeira estrutura de trajeto de fluxo (131) da primeira unidade de troca de calor (100).
2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda e quarta estruturas de trajeto de fluxo são arranjadas em comunicação fluida entre si de modo que um fluxo de meio de resfriamento deixando a quarta estrutura de trajeto de fluxo na porção de extremidade inferior da segunda unidade de troca de calor pode escoar adicionalmente para baixo para a segunda estrutura de trajeto de fluxo da primeira unidade de troca de calor.
3. Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o aparelho é equipado com um duto de derivação de meio de resfriamento arranjado em comunicação fluida com a quarta estrutura de trajeto de fluxo, preferivelmente em conexão com a porção de extremidade inferior da segunda unidade de troca de calor, de modo que pelo menos uma porção do meio de resfriamento escoando para baixo através da segunda unidade de troca de calor para a primeira unidade de troca de calor durante operação do aparelho pode ser alimentada a partir do aparelho antes de atingir a primeira unidade de troca de calor.
4. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma entrada de alimentação de meio de resfriamento principal é arranjada na porção de extremidade superior da segunda unidade de troca de calor em comunicação fluida com a quarta estrutura de trajeto de fluxo.
5. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a primeira estrutura de trajeto de fluxo compreende um conjunto de canais tendo extremidades abertas nas porções de extremidade inferior e superior da primeira unidade de troca de calor, e em que a segunda estrutura de trajeto de fluxo estende-se ao longo de um exterior dos canais de modo a permitir transferência de calor através de paredes dos canais entre um fluido no interior dos canais e um outro fluido no exterior dos canais.
6. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma primeira placa de vedação é arranjada na porção de extremidade superior da primeira unidade de troca de calor, em que a placa de vedação estende-se através da primeira unidade de troca de calor e forma uma limitação superior para a segunda estrutura de trajeto de fluxo.
7. Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a primeira placa de vedação é dotada de furos adaptados aos canais da primeira estrutura de trajeto de fluxo permitindo que os canais se estendam de uma maneira vedada para os ou através dos furos de modo que um fluido na primeira estrutura de trajeto de fluxo pode passar a placa de vedação, mas não um fluido na segunda estrutura de trajeto de fluxo.
8. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma segunda placa de vedação é arranjada na porção de extremidade inferior da primeira unidade de troca de calor, em que a placa de vedação estende-se através da primeira unidade de troca de calor e forma uma limitação inferior para a segunda estrutura de trajeto de fluxo.
9. Aparelho de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que uma primeira placa de distribuição para o meio de resfriamento é arranjada na porção de extremidade superior da primeira unidade de troca de calor, em que a primeira placa de distribuição estende-se através da primeira unidade de troca de calor a uma certa distância abaixo da primeira placa de vedação de modo a formar um espaço de acumulação para meio de resfriamento entre a primeira placa de vedação e a primeira placa de distribuição.
10. Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a primeira placa de distribuição é dotada de furos de canal que se se ajustam circunferencialmente em torno dos canais, mas que são ligeiramente maiores do que os canais de modo que aberturas de drenagem estreitas são formadas na ou ao longo de uma circunferência das paredes externas dos canais.
11. Aparelho de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que elementos espaçadores são arranjados nas aberturas de drenagem entre as paredes externas dos canais e a primeira placa de distribuição de modo a posicionar o canal apropriadamente no furo de canal.
12. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que os elementos espaçadores fazem parte da primeira placa de distribuição.
13. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma saída para removendo componentes condensados do fluido misturado que chega do aparelho é arranjada na porção inferior da primeira unidade de troca de calor em comunicação fluida com a primeira estrutura de trajeto de fluxo.
14. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma saída para remover componentes evaporados do fluido misturado que chega do aparelho é arranjada na porção superior da segunda unidade de troca de calor em comunicação fluida com a terceira estrutura de trajeto de fluxo.
15. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma entrada para alimentar componentes recirculados para o aparelho é arranjada na porção superior da segunda unidade de troca de calor em comunicação fluida com a terceira estrutura de trajeto de fluxo.
16. Aparelho de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a entrada para alimentar os componentes recirculados para o aparelho compreende pelo menos um bocal de pulverização.
17. Aparelho de acordo com a reivindicação 14 ou 15,
caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende um espaço superior arranjado na porção superior da segunda unidade de troca de calor em comunicação fluida com a terceira estrutura de trajeto de fluxo, a entrada para alimentar os componentes recirculados para o aparelho e a saída para remover componentes evaporados do fluido misturado que chega do aparelho.
18. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende um espaço central entre a primeira e a segunda unidades de troca de calor, em que o espaço central forma uma comunicação fluida entre a primeira e a terceira estruturas de trajeto de fluxo.
19. Aparelho de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que uma saída central é arranjada no espaço central para componentes que se acumulam no espaço central durante operação do aparelho.
20. Aparelho de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracterizado pelo fato de que a entrada para alimentar o fluido misturado ao aparelho é arranjada no espaço central.
21. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a entrada para alimentar o fluido misturado ao aparelho compreende pelo menos um bocal de pulverização arranjado sobre interior do aparelho acima da primeira unidade de troca de calor.
22. Aparelho de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende um espaço inferior arranjado na porção inferior da primeira unidade de troca de calor em comunicação fluida com a primeira estrutura de trajeto de fluxo, a entrada para alimentar vapor ao aparelho e a saída para remover componentes condensados do fluido misturado que chega do aparelho.
23. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende um alojamento que forma uma limitação externa para a segunda e quarta estruturas de trajeto de fluxo.
24. Aparelho de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o alojamento forma uma limitação externa também para o espaço central entre a primeira e segunda unidades de troca de calor.
25. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que um fluxo de líquido e vapor misturados forma o primeiro fluxo e um fluxo de meio de resfriamento forma o segundo fluxo durante operação do aparelho.
26. Usina para produzir polpa de celulose química ou semiquímica, caracterizada pelo fato de que a usina compreende um aparelho (10) como definido em qualquer uma das reivindicações anteriores.
27. Usina de acordo com a reivindicação 26, caracterizada pelo fato de que a usina compreende equipamento que, durante operação da usina, gera um condensado não limpo contendo componentes com diferente volatilidade, em que a usina é configurada para alimentar o condensado não limpo à entrada de alimentação de fluido misturado (118) do aparelho (10).
28. Método para separação de componentes com diferente volatilidade em um fluido misturado usando um aparelho (10) como definido em qualquer uma das reivindicações | a 25, caracterizado pelo fato de que o método compreende as etapas de: alimentar o fluido misturado à entrada de alimentação de fluido misturado (118); alimentar vapor à entrada de alimentação de vapor (119); alimentar meio refrigerante à quarta estrutura de trajeto de fluxo (234) na porção de extremidade superior (201) da segunda unidade de troca de calor (200); remover componentes condensados do fluido misturado que chega do aparelho (10) via uma primeira saída (117) arranjada na porção de extremidade inferior (102) da primeira unidade de troca de calor (100) em comunicação fluida com a primeira estrutura de trajeto de fluxo (131); remover componentes evaporados do fluido misturado que chega do aparelho (10) via uma segunda saída (214) arranjada na porção superior (201) da segunda unidade de troca de calor (200) em comunicação fluida com a terceira estrutura de trajeto de fluxo (233); remover meio refrigerante aquecido da segunda estrutura de trajeto de fluxo (132) na porção de extremidade inferior (102) da primeira unidade de troca de calor (100).
29. Método de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionalmente a etapa de: alimentar — componentes — recirculados ao aparelho, preferivelmente uma fração dos componentes removido em forma evaporada, via uma entrada arranjada na porção de extremidade superior da segunda unidade de troca de calor em comunicação fluida com a terceira estrutura de trajeto de fluxo.
30. Método de acordo com a reivindicação 28 ou 29, caracterizado pelo fato de que o fluido misturado é um condensado não limpo gerado em uma usina para produzir polpa de celulose química ou semiquímica.
31. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 30, caracterizado pelo fato de que os componentes evaporados incluem metanol.
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