BR112020017180A2

BR112020017180A2 - Sistemas e métodos para a preparação de produtos derivados de planta com o uso de técnicas de osmose

Info

Publication number: BR112020017180A2
Application number: BR112020017180-8A
Authority: BR
Inventors: Ambrosios Kambouris
Original assignee: Ambrosios Kambouris
Priority date: 2018-02-22
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2020-12-22
Also published as: AU2021106201B4; MX2020008774A; PH12020551280A1; IL276861A; AU2021106201A4; WO2019161444A1; JP7251816B2; EP3755162A1; AU2019225447B2; US20200383358A1; AU2019225447A1; EP3755162A4; CN111741684A; JP2021514298A

Abstract

método para preparar um produto derivado de planta ou um processo intermediário ou uma entrada de processo, sendo que o método compreende as etapas de fornecer um material de partida derivado de planta, de sujeitar o material de partida a uma etapa de osmose avançada em oposição à solução extraída de modo a produzir um concentrado de material de planta e de sujeitar a solução extraída a uma etapa de remoção de água. a etapa de remoção de água pode incluir adicionalmente osmose avançada em combinação com um sistema evaporador.

Description

“SISTEMAS E MÉTODOS PARA A PREPARAÇÃO DE PRODUTOS DERIVADOS DE PLANTA COM O USO DE TÉCNICAS DE OSMOSE” CAMPO DA INVENÇÃO:

[001] A presente invenção refere-se à produção em nível industrial de produtos derivados de material de planta, e particularmente de fruta, cana e material vegetal. O sistema e os métodos podem ser usados para produzir produtos finais, tais como bebidas e fertilizantes, ou entradas de processo, tais como água de processo. Particularmente, a presente invenção refere-se a um processo e a um aparelho para concentrar soluções líquidas que contém sólidos dissolvidos com o teor de água muito baixo.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Os materiais de planta são utilizados em uma escala industrial para produzir uma ampla gama de produtos, incluindo alimentos, bebidas, álcool, fertilizantes e ração animal, alguns foram citados para fins exemplificativos. Na produção de tais mercadorias, é típico expor o material de planta a um ou mais de uma ampla gama de etapas de purificação de modo a remover os componentes indesejados. Além disso, as etapas de concentração são geralmente realizadas para remover água de um processo intermediário a fim de produzir outros produtos úteis, tais como sucos concentrados.

[003] O processo de concentrar soluções líquidas que contenham sólidos dissolvidos com teor de água muito baixo, tradicionalmente envolve o uso de evaporadores. Devido aos crescentes custos de eletricidade, gás e água, esse método de concentrar está tornando-se proibitivo para a indústria de concentração, embora alcance os níveis de concentração de água finais de cerca de 10 e 30 por cento na solução líquida processada.

[004] Como um exemplo, o material de planta pode ser usado na produção de álcool por meio de fermentação. Um material derivado de planta que contém açúcar é incubado com levedura, com a levedura que metabolicamente converte o açúcar em álcool. Um uso comum de fermentação é pelas destilarias, as quais utilizam açúcares de planta, tal como melaço para a produção de álcool. Primeiro, o melaço é diluído adicionando-se água para ajustar o total de sólidos dissolvidos em cerca de 7 a 8% antes de adicionar levedura, nitrogênio e outros nutrientes necessários para que a fermentação comece. No final desse processo de fermentação, quando glicose é convertida em álcool etílico e em dióxido de carbono, a solução é referida como se fosse uma solução de cerveja. O C0 2 é coletado durante sua produção e o álcool é cultivado por meio de uma coluna de destilação. A representação diagramática do processo pode ser vista na Figura

1.

[005] Os precipitados estáticos ou a água de lavagem desse processo de fermentação são um efluente orgânico complexo que é caracterizado por ser marrom escuro, ácido e com um alto valor de BOD e COD. A solução é rica em carbono orgânico, K, Ca, Mg e S e contém N, P, Mn, Fe, Zn, Cu e vestígios de açúcar. A mesma também contém promotores de cultivo de planta, tais como ácido acético indol e ácido giberélico. A solução não é tóxica, é biodegradável e pode ser usada para as seguintes aplicações:

1. Compostagem por meios tradicionais ou por meio de biometanação.

2. Recuperação de potássio por meio da incineração da água de lavagem de destilaria após a neutralização com lima.

3. Solos fertilizados para culturas, tais como de arroz, trigo, cana de açúcar, amendoim, plantas C3 e C4 e outros. A limitação é tanto o BOD quanto o COD altos, os quais podem ser superados diluindo-se em água de irrigação durante a aplicação. O fertilizante pode ser úmido ou seco.

4. Produção de biogás.

[006] A maioria das 4.000 destilarias de álcool no mundo usa amido e matéria-prima de açúcar até uma concentração de 20% na água para a fermentação de levedura de etanol que é aquecida para ferver em um ainda para evaporar os produtos de fermentação voláteis, principalmente etanol azeotrópico, que condensa em um separador de coluna e os resíduos são descarregados como precipitados estáticos a quente que podem conter de 2 a 10% sólidos orgânicos dissolvidos e suspensos compostos principalmente de células de levedura residuais e partes de célula, metabólitos, subprodutos de fermentação e amido não fermentável e matéria-prima de resíduos de açúcar. Nitrogênio é geralmente adicionado à levedura de cultura antes da fermentação,

e a levedura típica é composta de quase 90% de proteína e carboidratos.

[007] Após a destilação para remover o álcool, essa fração de precipitado estático é geralmente descarregada diretamente em um curso de água, decantada em frações mais pesadas e mais leves ou é evaporada para recuperar os sólidos, tal como ração animal, filtrada para recuperar outra fermentação através de produtos de um concentrado, ou biologicamente tratada pela digestão anaeróbica para recuperar os combustíveis de metano (Figura 3).

[008] A substituição dos evaporadores para a produção de água reciclada dos precipitados estáticos adequados para o uso na propagação de fermentação de álcool é ensinada por Bento et al na Patente nº U.S. 5.250.182.

[009] Peyton et al. na Patente Europeia nº EP 1748835 Bl intitulada de ”Method for producing a beverage from fermentation of still bottoms”, ensinam a recuperação de água potável a partir de precipitados estáticos residuais usando um processo de filtração de membrana pressurizado com o uso de membranas, tais como UF (ultrafiltração), NF (nanofiltração) e RO (osmose inversa) para produzir um permeado puro.

[0010] Peyton et al. enfatizam a necessidade de manter a pasteurização dos precipitados estáticos para a produção de água potável processando-se os precipitados estáticos a uma temperatura de cerca de 35 e 80 ºC. A desidratação dos precipitados estáticos por meio de RO resultou em um refugo com um total de sólidos entre 20% e 50% que foi adequado para a fermentação de metano subsequente para produzir gás combustível.

[0011] A energia térmica também foi recuperada do permeado de RO, reduzindo, assim, sua temperatura alta para 25 ºC com o uso de trocadores de calor. As membranas de RO usadas para esse processo foram as poliamidas para filtrar os precipitados estáticos recém-destilados de alta temperatura.

[0012] Peyton et al. ensinam que o total preferencial de concentração de sólidos dos precipitados estáticos foi inferior a 10% p/p em água, mais tipicamente de 1% a 7%, com uma concentração de COD a partir de 20.000 a

80.000 ppm. Esse líquido de ração é, primeiramente, filtrado por meio de ultrafiltração, um processo que remove as partículas dimensionadas entre 0,1 e 0,005 mícron ou moléculas com um corte de peso molecular de 10.000 dalton.

Isso também pode incluir uma membrana de NF adicional antes de RO a fim de remover as partículas de 0,005 e 0,001 mícron em tamanho ou de 700 dalton de corte em tamanho.

[0013] Essas condições preferenciais dos precipitados estáticos são necessárias para evitar a incrustação muito rápida das membranas de RO ou NF. Uma etapa adicional que Peyton et al. incluem são os requisitos de um decantador centrífugo ou de um dispositivo de separação de líquido grosso, particularmente quando a grande fração de vinhaça dos precipitados estáticos é apresentada para o desaguamento por meio do processo dos mesmos.

[0014] Concentrar os precipitados estáticos por meio da evaporação é o método padrão usado em muitas destilarias pelo mundo para recuperar água e subprodutos (Figura 2). Brevemente, o evaporador de multiefeitos ou outros tipos de evaporadores industriais, necessitam dos precipitados estáticos para serem pré-tratados por meio da decantação ou da centrifugação a fim de remover a maioria dos sólidos. O concentrado produzido pela evaporação é composto de cerca de 30 e 35% de total de sólidos. Os evaporadores mais comuns que são usados para o sumo concentrado ou para a água de lavagem (fermentos com álcool removido) são os evaporadores multiefeitos, nos quais a água é fervida em uma sequência de vasos, cada mantido a uma pressão menor do que a anterior Tais evaporadores, além de serem mais energicamente eficientes do que os evaporadores únicos, são ainda os maiores consumidores de energia (potência, vapor, água, etc.) e são limitados quanto a sua eficiência por um número máximo de sete efeitos em série. Essa limitação, quanto ao número de efeitos, é devido à análise de custo benefício de adicionar efeitos adicionais na prática comercial.

[0015] Os sólidos removidos por meio de decantação podem ser usados como material de ração para animais. O concentrado de precipitados estáticos é, geral e adicionalmente, seco com o uso de secadores industriais ou de métodos de secagem tradicionais a fim de produzir fertilizantes agrícolas ou de solo (Figura 2).

[0016] O problema de usar os evaporadores no processo de recuperar a água dos precipitados estáticos é a necessidade do pré-tratamento com um decantador ou uma centrífuga para remover a maioria dos sólidos e os altos custos de energia e manutenção de equipamentos (Figura 3). Em um típico cenário, um evaporador de multiefeitos consome 90 KWh para processar 12.000 l e para concentrar 3.000 l no volume final.

[0017] A partir da Figura 4, pode-se observar que os custos de FO (a osmose avançada) podem variar com diferentes tipos de membranas de FO usadas, entretanto a tecnologia é bem menos custosa do que os custos de evaporação, quando uma membrana específica e as condições são otimizadas.

[0018] Materiais de planta também são usados como uma base para a produção de uma ampla gama de bebidas e intermediários, tais como produtos tipo sucos de fruta, concentrados de sumo de fruta e água potável. O uso de filtração por exclusão de tamanho para a produção de água para beber a partir da fruta, dos vegetais e do sumo de cana de açúcar foi ensinado por Kambouris na Patente Australiana número: 2010101445, intitulado “Recovering water”. Nessa técnica anterior, o uso de filtração por pressão, osmose inversa (RO) ou nanofiltração (NF), para tratar o condensado removido do sumo durante o processo de concentração evaporativo, seguido por polimento de carbono, produziu água potável, armazenável e limpa que era desprovida de resíduos de açúcar e com moléculas aromáticas de baixo peso molecular.

[0019] O condensado pode ser obtido com o uso de diferentes tipos de evaporadores, tais como o Centritherm, um evaporador de efeito único ou de multiefeitos. O condensado pode ser coletado a partir de todos os efeitos ou a partir de uma combinação de efeitos ou a partir de um evaporador de um efeito ou multiefeito.

[0020] Geralmente, se observa que o condensado recuperado do primeiro efeito de um evaporador de multiefeitos ou de um único evaporador é altamente contaminado com a fonte de sumo. O condensado dos efeitos remanescentes e subsequentes tem um teor muito baixo de material orgânico.

[0021] Se o condensado do efeito 1 é misturado com o condensado de todos os outros efeitos remanescentes do mesmo evaporador, o mesmo tem sua carga orgânica aumentada consideravelmente. Isso tem influência na vida da membrana de RO, a qual Kambouris usa para filtrar o condensado a fim de produzir água potável.

[0022] Condensados derivados dos evaporadores, se tratados em tempo real, são quentes. O use de FO e a remoção de calor do líquido extraído antes da regeneração por meio de RO ou NF, permite a geração em tempo real de água potável. Esse processo elimina a necessidade de membranas de RO especiais resistentes ao calor embora elas possam ser usadas se requisitado ou preferido.

[0023] Além disso, é proposto que as eficiências adicionais do uso do evaporador podem ser alcançadas por meio de opções além da opção de aumentar o número de efeitos em qualquer evaporador.

[0024] Um aspecto da presente invenção é superar ou melhorar um problema da técnica anterior. Um aspecto adicional é fornecer uma alternativa útil para a técnica anterior.

[0025] A discussão quanto a documentos, atos, materiais, dispositivos, artigos e semelhantes é incluída neste relatório descritivo apenas para o propósito de fornecer um contexto para a presente invenção. Não é sugerido ou representado que qualquer uma ou todas essas matérias formem uma parte da base da técnica anterior ou que eram de conhecimento geral comum no campo relevante ao da presente invenção, visto que a mesma existia antes da data de prioridade de cada reivindicação provisória deste pedido.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0026] Em um primeiro aspecto, porém não necessariamente o aspecto mais abrangente, a presente invenção fornece um método para preparar um produto derivado de planta ou um processo intermediário ou uma entrada de processo, sendo que o método compreende as etapas de: fornecer um material de partida de derivado de planta, de sujeitar o material de partida a uma etapa de osmose avançada em oposição à solução extraída de modo a produzir um concentrado de material de planta e de sujeitar a solução extraída a uma etapa de remoção de água.

[0027] Em uma modalidade do método do primeiro aspecto, a etapa de remoção de água é configurada para fornecer uma fração rica em água e uma fração pobre em água.

[0028] Em uma modalidade do primeiro aspecto, o método compreende a etapa de utilizar a fração pobre em água como a solução extraída da etapa de osmose avançada ou um componente da solução extraído da etapa de osmose avançada.

[0029] Em uma modalidade do método do primeiro aspecto, a etapa de osmose avançada é realizada simultaneamente com a etapa de remoção de água, e a fração pobre em água é conduzida até a solução extraída da etapa de osmose avançada.

[0030] Em uma modalidade do primeiro aspecto, o método compreende a etapa de, contínua ou semicontinuamente, conduzir a solução extraída da etapa de osmose avançada até a etapa de remoção de água, e, contínua ou semicontinuamente, conduzir a fração pobre em água da etapa de remoção de água até a solução extraída da etapa de osmose avançada em um arranjo cíclico.

[0031] Em uma modalidade do método do primeiro aspecto, o arranjo cíclico é substancialmente fechado.

[0032] Em uma modalidade do método do primeiro aspecto, a etapa de remoção de água é uma etapa de osmose inversa ou uma etapa de nanofiltração ou uma etapa de ultrafiltração ou uma etapa de condensação ou uma etapa de destilação de membrana.

[0033] Em uma modalidade do primeiro aspecto, o método compreende a etapa de coletar o concentrado de material de planta da etapa de osmose avançada e opcionalmente sujeitar o concentrado a uma ou mais etapas de processo adicionais.

[0034] Em uma modalidade do método do primeiro aspecto, o concentrado de material de planta coletado da etapa de osmose avançada é adicionalmente processado de modo a formar um produto fertilizante.

[0035] Em uma modalidade do método do primeiro aspecto, a etapa de adicionalmente processar compreende um ou mais dentre secagem, moagem, pelotização, mistura com um excipiente botanicamente aceitável e mistura com uma espécie de micróbio funcional.

[0036] Em uma modalidade do método do primeiro aspecto, o concentrado de material de planta coletado da etapa de osmose avançada é adicionalmente processado de modo a formar um produto para consumo animal.

[0037] Em uma modalidade do método do primeiro aspecto, a etapa de adicionalmente processar compreende um ou mais dentre secagem, moagem, pelotização e mistura com um excipiente nutricionalmente aceitável.

[0038] Em uma modalidade do método do primeiro aspecto, o método compreende a etapa de coletar a fração rica em água da etapa de remoção de água e opcionalmente sujeitar o concentrado a uma ou mais etapas de processo adicionais.

[0039] Em uma modalidade do método do primeiro aspecto, a fração rica em água coletada da etapa de remoção de água é utilizada como água de processo no método ou em um segundo método.

[0040] Em uma modalidade do método do primeiro aspecto, a fração rica em água coletada da etapa de remoção de água é adicionalmente processada de modo a formar uma bebida.

[0041] Em uma modalidade do método do primeiro aspecto, a etapa de adicionalmente processar compreende uma ou mais dentre uma etapa de remoção de soluto, uma etapa de remoção de micróbio, uma etapa microbicida, de mistura com um agente suplementar e de engarrafamento.

[0042] Em uma modalidade do método do primeiro aspecto, a etapa de remoção de soluto compreende uma etapa de adsorção.

[0043] Em uma modalidade do método do primeiro aspecto, a etapa de adsorção é uma etapa de carbono ativado ou uma etapa de zeólito.

[0044] Em uma modalidade do método do primeiro aspecto, o material de partida de derivado de planta é um extrato espremido ou liquefeito de um material de planta.

[0045] Em uma modalidade do método do primeiro aspecto, o material de partida de derivado de planta é um subproduto ou processo intermediário de um processo industrial.

[0046] Em uma modalidade do método do primeiro aspecto, o material de partida de derivado de planta é um condensado ou um permeado de um processo de concentração de sumo de planta.

[0047] Em uma modalidade do método do primeiro aspecto, o material de partida de derivado de planta é um precipitado estático de um processo de fermentação que utiliza uma matéria prima de planta.

[0048] Em um segundo aspecto, a presente invenção fornece um produto fertilizante produzido pelo método de acordo com qualquer uma das modalidades do primeiro aspecto.

[0049] Em um terceiro aspecto, a presente invenção fornece um produto para consumo animal produzido pelo método de acordo com qualquer uma das modalidades do primeiro aspecto.

[0050] Em um quarto aspecto, a presente invenção fornece uma bebida potável produzida pelo método de acordo com qualquer uma das modalidades do primeiro aspecto.

[0051] Em um quinto aspecto, a presente invenção fornece um processo intermediário produzido pelo método de acordo com qualquer uma das modalidades do primeiro aspecto.

[0052] Em um sexto aspecto, a presente invenção fornece um sistema para preparar um produto derivado de planta ou um processo intermediário ou uma entrada de processo, sendo que o sistema compreende um aparelho de osmose avançada que compreende uma porção de retenção de solução extraída e um aparelho de remoção de água que compreende uma porção que contpém uma fração pobre em água, em que a porção de retenção de solução extraída está em comunicação fluida com a porção que contém a fração pobre em água.

[0053] Em uma modalidade do sexto aspecto, o sistema é configurado de modo que (i) uma solução extraída da porção de retenção de solução extraída do aparelho de osmose avançada seja conduzida até a porção de retenção de fração pobre em água do aparelho de remoção de água, e (ii) uma porção de retenção de fração pobre em água do aparelho de remoção de água seja conduzida até a porção de retenção de solução extraída do aparelho de osmose avançada.

[0054] Em uma modalidade do sexto aspecto, o sistema é configurado de modo que a solução extraída e a fração pobre em água sejam conduzidas em um arranjo cíclico.

[0055] Em uma modalidade do sexto aspecto, o sistema compreende meios de bombeamento configurados para conduzir a solução extraída e a fração pobre em água que são conduzidas no arranjo cíclico.

[0056] Em uma modalidade do sexto aspecto, o sistema compreende um circuito fechado configurado para (i) uma solução extraída da porção de retenção de solução extraída do aparelho de osmose avançada seja conduzida até a porção de retenção de fração pobre em água do aparelho de remoção de água, e (ii) uma porção de retenção de fração pobre em água do aparelho de remoção de água seja conduzida até a porção de retenção de solução extraída do aparelho de osmose avançada.

[0057] Em uma modalidade do sexto aspecto, o aparelho de remoção de água é um aparelho de osmose inversa ou um aparelho de nanofiltração ou um aparelho de ultrafiltração ou um aparelho de condensação ou um aparelho de destilação de membrana.

[0058] Em uma modalidade do sexto aspecto, o sistema compreende o aparelho de remoção de soluto em comunicação fluida com a fração pobre em água que contém a porção do aparelho de remoção de água

[0059] Em uma modalidade do sexto aspecto, o aparelho de remoção de soluto opera com base na adsorção de soluto.

[0060] Em uma modalidade do sexto aspecto, o aparelho de remoção de soluto compreende um carbono ativado ou um zeólito.

[0061] Em um sétimo aspecto, a invenção compreende um método para concentrar o sumo ou a água de lavagem, sendo que o método inclui as etapas de: (a) fornecer um sumo para a concentração; (b) sujeitar o sumo a uma etapa de osmose avançada para remover a água do sumo e fornecer sumo concentrado; (c) sujeitar o sumo concentrado a um processo de evaporação para remover mais água ainda.

[0062] De preferência, o processo de evaporação inclui evaporadores únicos ou múltiplos em série.

[0063] Em um aspecto adicional da invenção, há uma proposta de sistema para produzir sumo concentrado, sendo que o sistema compreende: um aparelho de osmose avançada para remover uma porcentagem de água do sumo a fim de produzir sumo concentrado; pelo menos um aparelho de evaporação adaptado para receber o sumo concentrado e remover mais água ainda do sumo concentrado.

[0064] De preferência, o sumo é sumo de cana de açúcar ou sumo de açúcar de beterraba ou a água de lavagem de destilaria.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0065] A Figura 1 é um diagrama do processo de produção de álcool por meio da fermentação.

[0066] A Figura 2 é um diagrama da osmose avançada e da recuperação da solução extraída de acordo com uma modalidade preferencial da presente invenção.

[0067] A Figura 3 é um fluxograma de remoção pós processamento de precipitados estáticos residuais de álcool através da destilação.

[0068] A Figura 4 é um gráfico que mostra a comparação de custo de ciclo de vida usando-se a tecnologia de evaporador ou da osmose avançada em 1000L de água produzidos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO INCLUINDO AS MODALIDADES PREFERENCIAIS

[0069] Após considerar esta descrição, será evidente para uma pessoa versada na técnica como a invenção é implementada em várias modalidades alternativas e pedidos alternativos. No entanto, embora várias modalidades da presente invenção sejam descritas no presente documento, deve-se entender que essas modalidades são apresentadas a título de exemplo apenas e sem limitações. Desse modo, a descrição de várias modalidades alternativas não deve ser interpretada como uma limitação do escopo ou da amplitude da presente invenção. Além disso, as declarações de vantagens ou outros aspectos se aplicam a modalidades exemplificativas específicas, e não necessariamente a todas as modalidades abrangidas pelas reivindicações.

[0070] A menos que a intenção contrária esteja expressa, as características apresentadas, como formas preferenciais ou alternativas da invenção, podem estar presentes em qualquer das invenções reveladas sejam sozinhas ou em qualquer combinação entre si.

[0071] Ao longo da descrição e das reivindicações deste relatório específico, a palavra "compreender" e variações da palavra, tais como "que compreende" e "compreende" não se destina a excluir outros aditivos, componentes, números inteiros ou etapas.

[0072] Não é representado que qualquer modalidade da presente invenção tenha todas as vantagens reveladas no presente documento. Algumas modalidades podem fornecer nenhuma vantagem e representar apenas uma alternativa útil à técnica anterior.

[0073] Uma modalidade da presente invenção fornece um método para recuperar água potável e nutrientes sólidos dos precipitados estáticos remanescentes ou da água de lavagem que foram destilados a fim de remover álcool (precipitados residuais) após uma fermentação de açúcar. A presente invenção é aplicável em plantas de destilação de álcool que utilizam açúcares fermentáveis derivados de planta, materiais baseados em celulose e biomassa celulósica com o substrato para a fermentação microbiana a fim de produzir álcool.

[0074] O método pode fornecer água potável recuperada que é adequada para o reuso em novos processos de fermentação ou para ser usada como água de operações de fábrica ou até mesmo como água para beber. Os sólidos altamente nutricionais remanescentes após a remoção de água por meio desse processo podem ser usados como fertilizantes líquidos ou podem ser adicionalmente desidratados por meio de secadores industriais ou através e calor natural ou do clima, a fim de produzir ração animal ou fertilizantes agrícolas.

[0075] Antes da secagem dos precipitados completamente estáticos, há a opção de adicionalmente fermentar para produzir gás metano para o uso de combustível, antes do uso dos resíduos como sólidos liquefeitos como fertilizante para o uso agrícola.

[0076] A presente invenção fornece o uso de osmose avançada na desidratação de precipitados estáticos para produzir a água potável e fração rica em sólido úmida. A solução extraída de osmose avançada (FO) pode ser selecionada a partir de um conjunto de opções em potencial, tais como, porém sem limitações, cloreto de sódio (NaCl), cloreto de magnésio (MgCl2), pequenos sais inorgânicos e termolíticos. A solução extraída preferencial é cloreto de sódio. Esses solutos podem ser usados para começar a operação da RO e podem ser aumentados à medida que o processamento continua pelo desenvolvimento dos solutos que entram no sistema por meio de um material de entrada e que são retidos na fração pobre em água da etapa de remoção de água.

[0077] A etapa de osmose avançada (FO) é um processo osmótico que, como a osmose inversa, usa uma membrana semipermeável para o efeito de separação de água dos solutos dissolvidos. A força de acionamento para a separação de FO é um gradiente de pressão osmótica criado usando-se uma solução "extraída" de alta concentração. Esse gradiente osmótico é usado para induzir uma rede de corrente de água através da membrana para dentro da solução extraída, assim, efetivamente, separando a água de ração de seus solutos.

[0078] O processo esquemático na Figura 2 mostra o líquido de ração (precipitados estáticos) que passa através da unidade de FO. Uma membrana de FO permite a interface entre a solução de ração e a solução extraída. Essa Figura também mostra o líquido extraído sendo regenerado com o uso de RO para remover a água limpa como permeado.

[0079] O permeado de água de RO é a água limpa que pode conter apenas quantidades vestigiais de nutrientes ou de resíduos. Essa água é diretamente adequada para o uso em novos processos de fermentação, como nas operações de água. Se o permeado é necessário para o consumo humano, o mesmo requer contato com carbono ativado (tais como carbono ativado granular; GAC; ou carbono em pó, dentre os quais, um pode ser biologicamente ativado) para remover vestígios de compostos aromático e de baixo peso molecular voláteis que podem passar pelo ponto de corte de peso molecular de RO. Essa água com tratamento adicional, tais como de filtração para remover vestígios de carbono ativado e de esterilização ou desinfecção, serão adequados para o consumo humano ou serão potáveis. A mesma pode ser usada como uma fonte de engarrafamento de água.

[0080] É preferencial usar poucos sólidos e sumo clarificado de pectina processado sobre as condições de uma atmosfera com gás inerte com o pH natural do sumo e em baixa exposição a luz para reduzir oxidação nutricional e degradação. A esterilização é preferencialmente realizada através da esterilização com pressão alta, esterilização UV ou com o uso de Dicarbonato de Dimetila (DMDC) ou outros métodos que preservem a atividade de quaisquer constituintes de nutrientes

[0081] Um zeólito pode ser usado como uma alternativa para o carbono ativado. Os zeólitos são membros aluminossilicatos da família de sólidos microporosos, com os membros mais comum: analcite, chabazita, clinoptilolita, heulandita, natrolita, filipsita e estilbite. Tais zeólitos naturais ou artificiais podem ser usados para capturar e remover as moléculas com base no tamanho de poro maior do que o diâmetro molecular da molécula a ser removido e além do mais, podem ser adequadamente hidrofóbicos ou hidrofílicos. Uma fórmula mineral exemplificativa é: Na2Al2Si3O10*2H20, a fórmula para natrolita.

[0082] Outra etapa de polimento pode incluir o uso de Amberchrom CG-161 para adicionalmente processar o permeado da filtração. A resina de Amberchrom pode ser incorporada com o intuito de reduzir os níveis de açúcar residuais para reduzir o açúcar residual. As observações do pedido detalhado para a resina de Amberchrom CG-161 podem ser obtidas por Rohn e Haas Company, Filadélfia EUA. As resinas funcionalmente equivalentes também são incluídas dentro do escopo dos presentes métodos. AmberChrom CG-161 pode ser usado para remover o aroma e o açúcar para tornar a água mais neutra em aroma e sabor.

[0083] O material de partida baseado em planta para os presentes métodos pode ser um sumo mecanicamente preparado ou espremido de uma planta. De maneira alternativa, o material de partida pode ser um processo intermediário de um processo separado. Por exemplo, a fração de líquido que permanece após os sumos de fruta ou de vegetal ou de cana de açúcar terem sido comercialmente concentrados é referida como um LS J (sumo com pouco açúcar). Os processos que produzem o concentrado e, consequentemente, LSJ são muitos e incluem evaporação, filtração (osmose inversa) e concentração a frio.

[0084] Será possível notar que, em muitas circunstâncias, alguns pré-

tratamentos do material de planta serão necessários. Do contrário, o bloqueio ocorre. Por exemplo, processos, tais como filtração de fluxo cruzado ou ultrafiltração serão úteis. Em conformidade, em algumas modalidades, o método compreende a etapa de pré-tratamento.

[0085] Será possível notar que, com base na presente revelação, a pessoa versada na técnica poderia preparar bebidas a partir de uma (ou de até mesmo uma mistura) dentre as seguintes plantas: frutas incluindo laranja, maçã, tomate, uva, abacaxi, manga, bagas; leite de coco; cana de açúcar e similares; vegetais incluindo cenoura, aipo, beterraba, abóbora, nabo e similares.

[0086] Em um segundo aspecto, a presente invenção adicionalmente fornece uma bebida derivada de planta ou um processo intermediário da mesma produzido de acordo com o método descrito no presente documento.

[0087] Em uma modalidade, o produto dos presentes métodos tem qualquer uma ou mais dentre as seguintes características: • Constituintes de aroma/odor maior do que odor #3A e/ou acima do limite de odor aceitável para a água para beber; • Cor aparente ou absorção maior do que a soma da absorção espectrofotométrica de 420 nm e 520 nm de água de osmose inversa de grade de laboratório quando medida por meio de uma cuvete de quartzo com um percurso óptico de 1 cm; • Mais do que cerca de 0,1 Bx de açúcar, ou mais do que cerca de 0,005 Bx de açúcar; e/ou menos do que a quantidade de açúcar em um sumo não tratado. • Sabor perceptível de e além do sabor comparável para água para beber potável • Mais do que cerca de 50 ppm do total de sólidos dissolvidos (TDS); • Mais do que cerca de 600 ppm do total de carbono orgânico (TOC); e • Turbidez maior do que cerca de 0,5, preferencialmente maior do que cerca de 0,5 NTU.

[0088] Em outra modalidade, o produto dos presentes métodos é bastante similar à água pura e tem qualquer um ou mais dentre as seguintes características: • Constituintes de aroma/odor menores do que o odor #3 A e/ou acima do limite de odor aceitável para a água para beber; • Cor aparente ou absorção maior do que a soma da absorção espectrofotométrica de 420 nm e 520 nm de água de osmose inversa de grade de laboratório quando medida por meio de uma cuvete de quartzo com um percurso óptico de 1 cm; • Menos do que cerca de 0,1 Bx de açúcar, ou menos do que cerca de 0,005 Bx de açúcar; e/ou menos do que a quantidade de açúcar em um sumo não tratado. • Nenhum sabor perceptível de e além do sabor comparável para água para beber potável; • Menos do que cerca de 50 ppm do total de sólidos dissolvidos (TDS); • Menos do que cerca de 600 ppm do total de carbono orgânico (TOC); e • Turbidez menos do que cerca de 0,5, preferencialmente menos do que cerca de 0,5 NTU.

[0089] Preferencialmente, a bebida definida acima é produzida a partir de resíduos de sumo com pouco açúcar do concentrado de filtro. O sumo com pouco açúcar pode ser fornecido evaporando-se, por meio de filtração ou por concentração a frio. Em uma modalidade, o processo usado para produzir essa modalidade compreende as etapas de filtração entre cerca de > 100 e cerca de < 180 Daltons para produzir uma água substancialmente livre de açúcar.

[0090] A solução extraída que passa através da FO necessita ser regenerada e isso pode ocorrer por meio da remoção de água pura e excluindo-se os sais. A remoção de água a partir da solução extraída pode ser alcançada por meio de osmose inversa, de nanofiltração, de destilação ou por meio de quaisquer outros meios que permitem que o mesmo aconteça.

[0091] As vantagens em usar FO em vez de RO é pelo fato de que as membranas de FO não incrustam tão facilmente quanto as membranas de RO quando estão em contato direto com os precipitados estáticos que contém níveis muito altos de material orgânico e sólidos suspensos. Isso é devido ao fato de que as partículas estão propensas a serem empurradas para os poros de membranas de RO devido à alta pressão exercida no líquido durante a filtração.

[0092] Em contraste, as membranas de FO são resistentes à incrustação porque há muito menos pressão física sobre o líquido durante a filtração de FO e sólidos suspensos raramente entram nos poros da membrana. A lavagem inversa com água limpa em uma base diária, geralmente limpa os poros da membrana mais eficazmente do que com RO. Portanto, com o uso de FO irá resultar em corrente de água consistente proveniente dos precipitados estáticos, resultando, assim, em refugo de ração mais seco. O refugo mais seco irá requerer menos energia para desidratar completamente.

[0093] As membranas de FO são funcionais dentro da faixa de temperatura de 1 a 95 ºC e são altamente resistentes a altas concentrações químicas e pH extremo. As temperaturas de precipitados estáticos geralmente visam alcançar cerca de 80 ºC durante a destilação de etanol devido ao ponto de fervura mais baixo de etanol relativo à água.

[0094] A energia térmica dos precipitados estáticos pode ser cultivada a partir da filtração pós FO da solução extraída e antes da regeneração da solução extraída. A energia da redução da temperatura de cerca de 80 ºC a 25 ºC, pode ser cultivada usando-se trocadores de calor, tal como tubo em tipo de tubo ou outros tipos. Isso elimina as necessidades de membranas de RO resistentes ao calor dispendiosas. O calor cultivado pode, então, ser usado quando necessário para compensar o custo de executar o sistema de FO e RO.

[0095] Diferentemente da RO que requer a água de lavagem para ser decantada, ultrafiltrada ou nanofiltrada como um pré-tratamento a fim de evitar a incrustação de membrana, a membrana de FO apenas requer uma peneira grossa ou um filtro de areia para que consiga funcionar sob essas condições de incrustação elevada.

[0096] O uso da destilação de membrana, conforme é evaporado, com o uso de um evaporador, tais como de multiefeitos ou de outro tipo, é adequado para regenerar a solução extraída requisitada para a FO.

[0097] A destilação de membrana é um programa de separação termicamente acionado, no qual se permite a separação devido à mudança de fase. Uma membrana hidrofóbica apresenta uma barreira para a fase líquida, permitindo, assim, que a fase de vapor passe através dos poros da membrana. A força de acionamento do processo é determinada por uma diferença de pressão a vapor parcial comumente engatilhada por uma diferença na temperatura.

[0098] Tanto quanto é do conhecimento da Requerente, a técnica anterior falha em ensinar a aplicação dessa tecnologia de FO que ensina a recuperação de água a partir dos precipitados estáticos residuais após a destilação de álcool. O uso de FO substitui os pré-tratamentos complexos existentes necessários para processar os precipitados estáticos por meio de RO a fim de recuperar a água potável. O precipitado estático remanescente ou a fração de água de lavagem após a desidratação por meio de FO e RO combinada, contém pelo menos e mais do que 50% do total de sólidos, resultando, assim, em mais recuperação de água e em uma fração de refugo que requer menos energia para desidratados adicionais, caso seja necessário, para produzir fertilizante sólido.

[0099] Essa fração de refugo no estado líquido pode ser usada como um fertilizante líquido ou como o substrato para a fermentação de metano. O fertilizante líquido ou sólido pode ser combinado com outros ingredientes ou micróbios funcionais de qualquer tipo, tal como bactéria fixadora de nitrogênio. Esses micróbios podem ser, até mesmo, microencapsulados para preservar a atividade de micróbio dentro do fertilizante. Os micróbios, tal como o exemplo dado, irão converter nitrogênio atmosférico em nitrogênio usável em planta. Otimizar tais fertilizantes com nutrientes conhecidos também faz parte do escopo dessa invenção.

[00100] Tais fertilizantes irão visar o aumento da fertilidade de solo com os nutrientes encontrados nos precipitados estáticos. A fortificação adicional com os microrganismos, juntamente com os precipitados estáticos sólidos, irá permitir a propagação de microrganismos nos solos que são espalhados ou irrigados.

[00101] A presente invenção fornece um processo simplificado para utilizar os precipitados estáticos remanescentes que foram destilados a fim de remover álcool (precipitados residuais). O processo resulta na recuperação da água potável para beber que é adequada para o uso em novos processos de fermentação ou como água de operações de fábrica. Os sólidos remanescentes, após esse processo, podem ser usados como material de ração líquido ou fertilizante líquido, ou podem ser desidratados pelos secadores industriais para produzir ração animal seca ou fertilizantes agrícolas.

[00102] A água e o fertilizante ou o produto de ração animal produzidos a partir do processamento de precipitados residuais com a tecnologia descrita nesta invenção podem reduzir a quantidade de água de operações de fontes externas e podem fornecer à fábrica um produto adicional fertilizante que pode ser vendido.

[00103] A tecnologia reduz a necessidade de decantação e de evaporação com o uso de alta energia e, coletivamente, reduz o consumo de potência imensamente. O calor recuperado a partir dos precipitados estáticos adicionalmente reduz o custo de operações, e, caso seja necessário, os resíduos sólidos úmidos podem ser adicionalmente fermentados para produzir combustível de metano antes de serem secos para produzir os fertilizantes agrícolas.

[00104] As vantagens de usar Osmose Avançada de pouca incrustação (FO), antes da filtração de RO, é manter o alto fluxo de desaguamento e eliminar os pré-tratamentos adicionais, tais como decantação, UF e NF, cujos processos são dispendiosos e complexos e adicionam custo à produção.

[00105] O total de sólidos alcançável pelos precipitados estáticos, após o pré- tratamento de FO para RO ou NF, é de pelo menos 50% e mais.

[00106] A presente invenção fornece, em algumas modalidades, uma bebida adequada para o consumo humano. Propõe-se que, sem o tratamento de GAC adicional proposto no presente documento, removendo as sobras de resíduos orgânicos, a água não será palatável ou não terá sabor apropriado para o consumo humano. Além do mais, a água irá incrustar química e microbiologicamente e não poderá ser armazenada caso não seja tratada com GAC sob as condições de armazenamento de água.

[00107] A presente invenção pode utilizar uma RO ou NF como a etapa de remoção de água. A glicose e a frutose podem ser concentradas removendo-se a maior parte da água, dos minerais, do ácido ascórbico e dos compostos aromáticos voláteis e de sabor com o uso de filtração adicional através da RO. Visto que MWCO de NF e de membranas de RO geralmente se sobrepõe, apenas uma das membranas pode ser usada para essa etapa. A MWCO poderia ser de qualquer tamanho, porém é preferencialmente menor do que aquela da glicose e da frutose (MW de cerca de 180 dalton), para reter esses açúcares que entram no permeado. Referência é feita a “The Filtration Spectrum”, Osmonics, Inc., Minnetonka, MN, copyright 1990, 1984.

[00108] O permeado, embora geralmente seja puro, contém aromáticos de baixo peso molecular provenientes de fonte de sumo e fornece à água um aroma e um sabor, o que faz com que a mesma seja diferente da experiência de beber água pura. Além do mais, não tratada, a carga orgânica de menos de 100 dalton, irá sustentar o cultivo de micróbios e a deterioração de água caso seja armazenada sob as condições usadas para armazenar água para beber. O uso de GAC não foi ensinado em relação ao permeado que é removido dos sumos usando-se a filtração de FO/RO/NF.

[00109] Como propósito desta invenção, ensina-se um processo de produzir água de operações e água potável de vegetais, de fruta ou de cana de açúcar. O processo, primeiramente, envolve produzir o sumo. O sumo é, então, concentrado por qualquer processo, tal como pelo uso de evaporadores ou parte de um evaporador (multiefeitos), para remover a umidade do sumo. Essa umidade é recuperada como condensado e a mesma é, então, adicionalmente processada por meio de osmose avançada (FO), osmose inversa (RO) ou NF e finalmente GAC. A água resultante é limpa e perde seu odor, sabor e é adequada para o consumo humano (potável) e pode ser usada como água de operações ou ser engarrafada ou embalada para vender ou para o uso humano.

[00110] A presente invenção difere do documento da técnica anterior, visto que Bento et al. ensinam o uso de uma pequena fração de vinhaça em vez de precipitados estáticos não processados para a produção de água. Portanto, seu processo requer pré-tratamento anterior ao dos precipitados estáticos para a remoção da maior parte dos sólidos por meio da filtração ou da decantação, da centrifugação ou da gravidade.

[00111] Bento et al. ensinam o uso de uma pluralidade de membranas para recuperar ácido láctico e glicerol a partir do milho usando-se pouca vinhaça proveniente de precipitados estáticos. Essa invenção também ensina a produção de água por meio de filtração pressurizada, que é livre de mineral e adequada para o uso em aquecedores e em fermentações de etanol. Essa patente não ensina o uso dessa água para o consumo humano. Nesta patente, ensina-se que o pré-tratamento de precipitados estáticos é essencial para evitar a incrustação da membrana pressurizada de RO usada. O pré-tratamento de precipitados estáticos brutos antes da filtração de RO inclui a decantação, UF e NF em série. FO não é considerada para substituir esses pré-tratamentos listados antes da RO como um meio para prevenir a incrustação.

[00112] Kambouris não ensina a remoção desse primeiro e mais contaminado efeito antes de tratar o condensado através da filtração de RO ou de tratar o mesmo separadamente para evitar incrustação de RO.

[00113] Faz parte do escopo da presente invenção ensinar o uso de FO como um pré-tratamento para RO ou NF, ou a destilação de membrana ou outra destilação, que é, então, seguido por GAC. Essa modificação dos ensinamentos de Kambouris, efetivamente, permite que o primeiro efeito do evaporador seja tratado separadamente ou, de maneira alternativa, combinada com os efeitos limpadores do mesmo evaporador, enquanto mantém o risco de incrustação da membrana de RO ou NF baixo. Tratar o primeiro efeito sem descarregá-lo, permite a recuperação de uma quantidade de água substancialmente adicional sem causar a incrustação.

[00114] Embora Peyton aborde a derivação de uma água dos precipitados estáticos, não há nenhuma revelação do uso de FO, muito menos no contexto da prevenção de incrustação de outras membranas ou da concentração adicional de precipitados estáticos ou para a produção de uma bebida.

[00115] A presente invenção pode, em algumas modalidades, ser considerada por fornecer um sinergismo, no qual a combinação da FO e da etapa de remoção de água, em combinação, fornece um resultado inesperado que é maior do que os efeitos aditivos de cada componente separadamente. Por exemplo, a combinação fornece os benefícios de (i) um meio para concentrar um precipitado estático ou um concentrado de bebida ou um permeado de bebida (tal como sumo com pouco açúcar); (ii) meios para aprimorar a remoção da água que forma os precipitados estáticos de modo a fornecer um resíduo mais seco; (ii) meios para fornecer tanto uma bebida potável quanto um fertilizante de um precipitado estático e (iii) meios para reduzir a incrustação de membranas, tais como membranas de RO, reduzindo, assim, a necessidade de regeneração ou de substituição.

[00116] Além disso, fazem parte do escopo da presente invenção um processo e um aparelho para a concentração de sumos, particularmente de sumo de açúcar ou de sumo de açúcar de beterraba ou de água de lavagem (fermentos com álcool removido) usando-se osmose avançada como uma etapa de concentração pré-evaporador. A etapa de osmose avançada (FO) é um processo osmótico que, como a osmose reversa, usa uma membrana semipermeável para o efeito de separação de água dos solutos dissolvidos. A força de acionamento para a separação de FO é um gradiente de pressão osmótica criado usando-se uma solução "extraída" de alta concentração. Esse gradiente osmótico é usado para induzir uma rede de fluxo de água através da membrana para dentro da solução extraída, assim, efetivamente, separando a água de ração de seus solutos.

[00117] A tecnologia de FO não foi usada em série com um evaporador, especificamente no açúcar e no açúcar de beterraba e pela indústria de concentração de água de lavagem. A mesma também pode ser usada no processamento de leite e soro.

[00118] A etapa de concentração de FO proposta pode concentrar sumos de seu Brix fisiologicamente adquirido na maturação a um final de 40 ou 50 Brix. Apenas esse processo de concentração de FO não é útil para o processamento de sumo de açúcar e de sumo de beterraba, o qual visa produzir açúcar cristalino bruto ou melaço e requer muito menos água no concentrado para adicionalmente processar a fim de tornar o processo de cristalização economicamente possível. Os evaporadores de multiefeitos, entretanto por si só, podem concentrar tais sumos em níveis altos de Brix desejáveis, isto é, de 70 a 85 Brix.

[00119] A vantagem da concentração de FO inclui menor custo dos equipamentos e dos custos de execução durante a operação. Esses custos foram comparados na literatura por terem o intuito de tornar-se 9 vezes mais barato do que um evaporador (Figura 4). Portanto, é ambientalmente sustentável e econômico incluir uma etapa de pré-concentração que alcançará uma concentração inicial dos sumos ou da água de lavagem com um custo de operação baixo antes do uso de um evaporador ou de um evaporador de multiefeitos que irá, então, aumentar o processo de concentração de modo a alcançar o valor desejado de 70 a 85 Brix.

[00120] Há muitas vantagens em usar a tecnologia de FO antes do uso do evaporador em série com um evaporador. Nelas, estão incluídos: (a) O evaporador tem menos volume para evaporar e poderia ser dimensionado para baixo. (b) O número de efeitos pode ser reduzido conforme menos área de superfície é necessária. (c) A taxa de vazão dos evaporadores existentes pode ser aumentada devido às necessidades mais reduzidas de remoção de água. (d) Necessidades reduzidas de energia, vapor e água gasosa durante o processamento de líquidos de volume fixo.

[00121] O evaporador é uma peça de equipamento que é usada para converter uma substância líquida, tal como água, em sua forma gasosa. A água líquida é evaporada ou vaporizada e adquire um formato gasoso naquele processo. A água vaporizada é, então, condensada e coletada como um líquido novamente.

[00122] Brevemente, os evaporadores são alimentados com uma concentração que requer solução por uma fonte de valor, converte a água da alimentação em vapor. O vapor é removido do resto da solução e é condensado enquanto a solução agora concentrada alimenta um segundo evaporador ou é removida.

[00123] Um evaporador pode consistir em quatro seções. As mesmas são: primeiramente, o meio de aquecimento, que é, geralmente, o vapor que passes através dos tubos condutores paralelos ou pelas placas ou pelas bobinas. Em segundo lugar, uma seção de concentração e de separação que remove o vapor que estão sendo produzidos pela solução de ração. Em terceiro lugar, um condensador que condensa o vapor separado. Finalmente, um sistema ou bomba a vácuo para aumentar a circulação e reduzir a pressão dentro do evaporador e reduzir o ponto de fervura da água.

[00124] Há muitos diferentes tipos de evaporadores em uso. Dentre estes estão incluídos: Evaporadores de circulação natural/forçada, evaporadores de filme descendente, evaporadores de filme crescente (tubo vertical longo), evaporadores de placa de filme ascendente e decrescente, evaporadores de multiefeitos e evaporadores de filme fino agitados e outros não mencionados.

[00125] O tipo de evaporador mais comumente usado na concentração de sumo de cana de açúcar, na concentração de sumo de açúcar de beterraba e na concentração de água de lavagem de destilação de álcool é o evaporador de multiefeitos.

[00126] Esses evaporadores de multiefeitos, diferentemente dos evaporadores de único estágio, podem ser produzidos a partir de sete estágios ou efeitos de evaporador. A razão para usar os múltiplos efeitos durante a evaporação é porque o consumo de energia para os evaporadores de único efeito é muito alto e é a maior parte do custo para um sistema de evaporação.

[00127] Os múltiplos efeitos combinados economizam calor e energia. De fato, um evaporador de duplo efeito poder reduzir o consumo de energia de um único evaporador em 50%. Adicionando ao mesmo um outro efeito, é possível reduzir o consumo de energia em 33% e, assim em diante, até que sete efeitos estejam em paralelo e nenhuma economia adicional possa ser obtida devido ao custo atual de cada efeito. A economia de energia pode ser calculada.

[00128] O líquido, para a alimentação dos evaporadores de múltiplos efeitos, pode ser fornecido por meio de abordagem de alimentação dianteira ou traseira.

[00129] Uma abordagem de alimentação dianteira significa que o líquido de ração entra no sistema por meio do primeiro efeito, que ocorre na temperatura mais alta. Esse líquido de ração é, então, parcialmente concentrado conforme um pouco de água é removido antes de alimentar, na menor temperatura, o segundo efeito e assim em diante. O segundo efeito é aquecido pelo vapor removido do primeiro efeito (consequentemente, a economia nas despesas de energia). Isso continua ao longo dos efeitos em série e da combinação de menores temperaturas e maiores viscosidades em efeitos subsequentes que fornecem um aumento na área de aquecimento da superfície.

[00130] Em contraste, na alimentação regressiva, o último efeito tem a menor das temperaturas e é alimentado com o líquido que está sendo concentrado, e o líquido move os efeitos enquanto a temperatura nesses efeitos aumenta. O concentrado final é coletado no mais quente dos efeitos, o que fornece uma vantagem, na qual o produto é altamente viscoso nos últimos estágios e então a transferência de calor é mais eficiente.

[00131] O processo esquemático na Figura 2 mostra o líquido de ração (precipitados estáticos) que passa através da unidade de FO. Uma membrana de FO permite a interface entre a solução de ração e a solução extraída.

[00132] A solução extraída que passa através da FO necessita ser regenerada e isso pode ocorrer por meio da remoção de água pura e excluindo-se os sais. A remoção de água a partir da solução extraída pode ser alcançada por meio de osmose inversa, de nanofiltração, de membrana de destilação ou por meio de quaisquer outros meios que permitem que o mesmo aconteça.

[00133] As vantagens em usar FO em vez de RO é pelo fato de que as membranas de FO não incrustam tão facilmente quanto as membranas de RO quando estão em contato direto com a água de lavagem ou o sumo que contém níveis muito altos de material orgânico e sólidos suspensos. Isso ocorre porque as partículas estão propensas a serem empurradas para os poros de membranas de RO devido à alta pressão exercida sobre o líquido durante a filtração.

[00134] Em contraste, as membranas de FO são resistentes à incrustação porque há muito menos pressão física sobre o líquido durante a filtração de FO e sólidos suspensos raramente entram nos poros da membrana. A lavagem inversa com água limpa diária, geralmente limpa os poros da membrana mais eficazmente do que com RO. Portanto, com o uso de FO, irá resultar na corrente de água consistente da água de lavagem ou do sumo, resultando, assim, em uma solução mais seca que entra no evaporador. Soluções mais secas irão requerer menos energia para desidratar completamente.

[00135] As membranas de FO são funcionais dentro da faixa de temperatura de 1 a 95 ºC e são altamente resistentes a altas concentrações químicas e pH extremo. As temperaturas de água de lavagem geralmente visam alcançar cerca de 80 ºC durante a destilação de etanol devido ao ponto de fervura mais baixo de etanol relativo à água.

[00136] A energia térmica da água de lavagem pode ser cultivada e adicionada à filtração pós FO da solução extraída e antes da regeneração da solução extraída quando se usa a destilação de membrana. A energia da redução da temperatura de cerca de 80 ºC a 25 ºC, pode ser cultivada usando- se trocadores de calor, tal como tubo em tipo de tubo ou outros tipos. Isso elimina as necessidades de membranas dispendiosas de RO resistentes ao calor ou de NF caso as mesmas sejam necessárias. O calor cultivado pode, então, ser usado quando necessário para compensar o custo de executar o sistema de FO e RO. De maneira alternativa, o calor cultivado a partir do evaporador que condensa pode ser usado para aquecer a solução extraída antes, caso a destilação de membrana fizer parte do processo regenerativo de solução extraída preferencial.

[00137] A destilação de membrana é um programa de separação termicamente acionado, no qual se permite a separação devido à mudança de fase. Uma membrana hidrofóbica apresenta uma barreira para a fase líquida, permitindo, assim, que a fase de vapor passe através dos poros da membrana. A força de acionamento do processo é determinada por uma diferença de pressão a vapor parcial comumente engatilhada por uma diferença na temperatura.

[00138] Diferentemente da RO que requer que a água de lavagem seja decantada, ultrafiltrada ou nanofiltrada como um pré-tratamento a fim de evitar a incrustação de membrana, a membrana de FO apenas requer uma peneira grossa ou um filtro de areia para que consiga funcionar sob essas condições de incrustação elevada.

[00139] A invenção pode ser descrita como uma nova opção além de adicionar os efeitos em um único evaporador existente ou, um evaporador de multiefeitos que já tenha o número máximo de efeitos ou de eficiência e cujo uso de energia seja dispendioso.

[00140] Adicionar FO em série antes dos evaporadores existentes ao pré- concentrado, reduz os custos de processamento totais e os custos capitais de evaporadores de expansão. Isso leva a uma redução no uso de potência, de vapor, de água e de aquecimento para concentrar um dado volume de sumo ou de solução líquida.

[00141] A invenção requer o uso de tecnologia de filtração de osmose avançada para pré-concentrar ou secar o sumo em um nível intermediário de concentração, antes de concentrar o sumo no nível desejado final com o uso de um evaporador.

[00142] O sumo de cana de açúcar comercialmente extraído da cana de açúcar na maturação após a adição de produtos químicos e clarificado é de cerca de 13 Brix. Dentro do evaporador, o sumo é recirculado até que o Brix final sai do evaporador aumente entre 70 a 75 Brix.

[00143] Um processo de concentração de sumo de açúcar foi realizado. A quantidade de sumo de cana de açúcar processado pela evaporação foi de 325 toneladas por hora através de um evaporador de multiefeitos. O sumo continha 87% de água e para cada 5,18 toneladas de água removidas do sumo através do evaporador, 1 tonelada de vapor foi consumida.

[00144] Usando-se FO para reduzir os teores de água do sumo de açúcar em apenas 26% em um moinho de açúcar que mói 7.000 toneladas de cana de açúcar por dia, fez com que se economizasse no uso de 400 toneladas por dia de vapor através de um evaporador de 5 efeitos e de cerca de 175 toneladas/dia de bagaço.

[00145] Os materiais de planta foram utilizados em uma escala industrial para produzir uma ampla gama de produtos, incluindo álcool. Um material derivado de planta que contém açúcar é incubado com levedura, com a levedura que metabolicamente converte o açúcar em álcool. Um uso comum de fermentação é por meio de destilarias que utilizam açúcares de planta, tal como melaço, para produzir álcool. Primeiro, o melaço é diluído adicionando-se água para ajustar o total de sólidos dissolvidos em cerca de 7 a 8% antes de adicionar levedura, nitrogênio e outros nutrientes necessários para que a fermentação comece. No final desse processo de fermentação, quando glicose é convertida em álcool etílico e em dióxido de carbono, a solução é referida como se fosse uma solução de cerveja. O CO2 é coletado durante sua produção e o álcool é cultivado por meio de uma coluna de destilação. A representação diagramática do processo pode ser vista na Figura 2.

[00146] Tal como no caso de concentração de sumo de açúcar e de sumo de açúcar de beterraba, o objetivo de concentrar água de lavagem era com o intuito de reduzir a quantidade de água na água de lavagem de efluente o quanto fosse possível e da maneira menos custosa possível. A água removida da água de lavagem pelo evaporador ou pela unidade de FO deve ser de qualidade para as operações ou até mesmo para os padrões de água potável. Outros já descreveram essa fonte de água para o uso em operações e em água potável adequada para beber e para cozinhar e em solvente e para o uso de torre de resfriamento.

[00147] As vantagens adicionais e os melhoramentos podem ser muito bem feitos à presente invenção, sem que se desvie de seu escopo. Embora a invenção tenha sido mostrada e descrita, no que é concebido para que seja a modalidade mais prática e preferencial, reconhece-se que podem ser feitos desvios a partir da mesma, dentro do escopo da invenção, que não se limitem aos detalhes revelados no presente documento, mas que devem estar de acordo com o escopo inteiro das reivindicações, de modo a abranger quaisquer e todos os dispositivos e aparelhos equivalentes. Nenhuma discussão da técnica anterior, ao longo do relatório descritivo, deve ser considerada, de forma alguma, como uma admissão de que tal técnica anterior é amplamente conhecida ou que faz parte do conhecimento geral comum nesse campo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para preparar um produto derivado de planta ou um processo intermediário ou uma entrada de processo, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: fornecer um material de partida de derivado de planta, sujeitar o material de partida a uma etapa de osmose avançada em oposição a uma solução extraída de modo a produzir um concentrado de material de planta, e sujeitar a solução extraída a uma etapa de remoção de água.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de remoção de água é configurada para fornecer uma fração rica em água e uma fração pobre em água.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de utilizar a fração pobre em água como a solução extraída da etapa de osmose avançada ou um componente da solução extraída da etapa de osmose avançada.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a etapa de osmose avançada é realizada simultaneamente com a etapa de remoção de água, e a fração pobre em água é conduzida até a solução extraída da etapa de osmose avançada.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de, contínua ou semicontinuamente, conduzir a solução extraída da etapa de osmose avançada até a etapa de remoção de água, e, contínua ou semicontinuamente, conduzir a fração pobre em água da etapa de remoção de água até a solução extraída da etapa de osmose avançada em um arranjo cíclico.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o arranjo cíclico é substancialmente fechado.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a etapa de remoção de água é uma etapa de osmose inversa, ou uma etapa de nanofiltração, ou uma etapa de ultrafiltração ou uma etapa de condensação ou uma etapa de destilação de membrana ou uma etapa de evaporação.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de coletar o concentrado de material de planta da etapa de osmose avançada e opcionalmente sujeitar o concentrado a uma ou mais etapas de processo adicionais.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o concentrado de material de planta coletado da etapa de osmose avançada é adicionalmente processado de modo a formar um produto fertilizante.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a etapa de adicionalmente processar compreende um ou mais dentre secagem, moagem, pelotização, mistura com um excipiente botanicamente aceitável e mistura com uma espécie de micróbio funcional.

11. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o concentrado de material de planta coletado da etapa de osmose avançada é adicionalmente processado de modo a formar um produto para consumo animal.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a etapa de adicionalmente processar compreende um ou mais dentre secagem, moagem, pelotização e mistura com um excipiente nutricionalmente aceitável.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de coletar a fração rica em água da etapa de remoção de água e opcionalmente sujeitar o concentrado a uma ou mais etapas de processo adicionais.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a fração rica em água coletada da etapa de remoção de água é utilizada como água de processo no método ou em um segundo método.

15. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a fração rica em água coletada da etapa de remoção de água é adicionalmente processada de modo a formar uma bebida.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a etapa de adicionalmente processar compreende uma ou mais dentre uma etapa de remoção de soluto, uma etapa de remoção de micróbio, uma etapa microbicida, mistura com um agente suplementar e engarrafamento.

17. Sistema para preparar um produto derivado de planta ou um processo intermediário ou uma entrada de processo, sendo que o sistema é caracterizado pelo fato de que compreende um aparelho de osmose avançada que compreende uma porção de retenção de solução extraída, e um aparelho de remoção de água que compreende uma porção contendo uma fração pobre em água, em que a porção de retenção de solução extraída está em comunicação fluida com a porção que contém a fração pobre em água.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que é configurado de modo que (i) uma solução extraída da porção de retenção de solução extraída do aparelho de osmose avançada seja conduzida até a porção de retenção de fração pobre em água do aparelho de remoção de água, e (ii) uma porção de retenção de fração pobre em água do aparelho de remoção de água seja conduzida até a porção de retenção de solução extraída do aparelho de osmose avançada.

19. Método para concentrar sumo ou água de lavagem, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que inclui as etapas de: (a) fornecer um sumo para a concentração; (c) sujeitar o sumo a uma etapa de osmose avançada para remover a água do sumo e fornecer sumo concentrado; (d) sujeitar o sumo concentrado a um processo de evaporação para remover mais água ainda.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o processo de evaporação inclui evaporadores únicos ou múltiplos em série.

21. Sistema para produzir sumo concentrado, sendo que o sistema é caracterizado pelo fato de que compreende: um aparelho de osmose avançada para remover uma porcentagem de água do sumo a fim de produzir sumo concentrado; pelo menos um aparelho de evaporação adaptado para receber o sumo concentrado e remover mais água ainda do sumo concentrado.

22. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o sumo é um sumo de cana de açúcar ou um sumo de açúcar de beterraba ou água de lavagem de destilaria.