BR112020026206A2 - trocador de calor e métodos de troca de calor e de concentração de líquido - Google Patents

Abstract

TROCADOR DE CALOR E MÉTODOS DE TROCA DE CALOR E DE CONCENTRAÇÃO DE LÍQUIDO. A presente invenção refere-se a um trocador de calor e a um método de troca de calor.

Description

“TROCADOR DE CALOR E MÉTODOS DE TROCA DE CALOR E DE CONCENTRAÇÃO DE LÍQUIDO” CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo de troca de calor e a um método de troca de calor.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A transferência de calor é uma parte importante de muitos processos em diversas indústrias. De forma geral, a transferência de calor envolve pelo menos um fluxo em alta temperatura e pelo menos um outro fluxo em baixa temperatura, colocados em contato entre si de forma direta ou de forma indireta para aquecimento ou resfriamento, por meio de transferência de calor.

[003] Os trocadores de calor são equipamentos tipicamente utilizados para troca de calor indireta entre pelo menos dois fluxos. A seleção de um tipo específico de trocador de calor depende da diferença de temperatura entre os dois fluxos, natureza química dos fluxos e espaço de instalação disponível. Os trocadores de calor mais amplamente utilizados, entretanto, são geralmente descritos como trocadores de calor de canos duplos, trocadores de calor de tubos e coberturas e/ou trocadores de calor de placas. Destes, trocadores de calor de tubos e coberturas encontram ampla aplicação em quase todas as indústrias. Um trocador de calor de tubo e cobertura compreende principalmente uma cobertura que contém uma série de tubos dispostos sobre o lado interno da cobertura, em que pelo menos um dos fluxos flui em volta dos tubos, enquanto os diversos tubos são reunidos na forma de feixes de tubos e pelo menos um dos outros fluxos flui através dos tubos. Os fluxos, no lado da cobertura, bem como no lado do tubo, podem fluir em direção paralela, contracorrente ou de fluxo cruzado entre si.

[004] JP 11013551 descreve um refrigerador EGR (recirculação de gases de exaustão) para resfriar o gás de exaustão utilizando um refrigerador de motor. A Fig. 10 ilustra o refrigerador EGR. A câmara 21 no refrigerador EGR possui uma entrada 25 e uma saída 26 para o fluxo contínuo de refrigerador, a fim de suprimir a ebulição do fluido de entrada. Um processo de troca de calor contínuo, portanto, é envolvido entre o fluxo contínuo de refrigerador na câmara 21 e o fluido de entrada. JP 11013551 descreve ainda que a câmara 21 pode ser utilizada para introduzir um líquido de ebulição superior, tal como óleo lubrificante ou óleo leve etc., que possui ponto de ebulição superior, a fim de aumentar a eficiência da refrigeração.

[005] US 2013/112381 A1 descreve um dispositivo de troca de calor que compreende uma série de tubos dispostos paralelamente entre si para formar um ou mais feixes de tubos inseridos axialmente em uma cobertura cilíndrica. Primeiro fluido fornecido através de um ou mais primeiros orifícios de entrada em primeira extremidade da cobertura cilíndrica e orientados axialmente flui no interior dos tubos e um segundo fluido, fornecido através de segundo orifício de entrada, flui para o interior da cobertura cilíndrica para realizar transferência de calor com o primeiro fluido através das paredes de tubo. Uma extremidade dos tubos é conectada a uma placa de tubo em primeiro(s) orifício(s) de entrada, que separa o segundo fluido do primeiro fluido. Pelo menos duas placas de incidência, cada qual com diversos orifícios, são colocadas sucessivamente entre cada primeiro orifício de entrada e a placa de tubo. As placas de incidência são paralelas entre si e ortogonais ao eixo central da cobertura cilíndrica para distribuir o primeiro fluido no interior dos tubos.

[006] GB 2.126.116 A descreve um evaporador que inclui uma série de tubos de transferência de calor verticais, um coletor de entrada de líquidos que engloba as extremidades inferiores dos tubos, uma placa distribuidora localizada no interior do coletor de entrada e possui uma série de orifícios através dela, em que a mencionada placa distribuidora é espaçada das extremidades de entrada dos tubos para definir um condutor, que interconecta as mencionadas entradas para permitir o fluxo cruzado.

[007] EP 1.586.370 A2 descreve uma disposição de reator para conduzir reações de fase de gás catalítico que compreendem um reator de tubo encamisado (2), um feixe de tubos e um refrigerador posterior separado (3) conectado diretamente à saída lateral, em que a área transversal no refrigerador posterior é essencialmente congruente à área transversal na cobertura e as duas áreas transversais são emparelhadas de forma oposta em grandes números.

[008] Embora quase todos os tipos de fluxos, independentemente da sua temperatura, possam ser resfriados ou aquecidos no trocador de calor de tubo e cobertura, existem algumas condições em que esses trocadores de calor não resultam em troca de calor eficiente entre os fluxos. Uma dessas condições surge quando o fluxo sobre um lado do trocador, por exemplo, no lado do tubo, estiver próximo do seu ponto de ebulição.

Nessas condições, o fluxo sobre o outro lado do trocador, neste ponto o fluxo lateral da cobertura, pode aquecer excessivamente o fluxo lateral do tubo até o seu ponto de ebulição, de forma a causar violenta ebulição prejudicial do fluxo lateral do tubo. Isso causa distribuição não uniforme do fluxo lateral do tubo no interior do tubo, de forma a resultar em troca de calor ineficiente entre o lado da cobertura e os fluxos laterais do tubo. Além disso, isso também resulta em perda do fluxo lateral do tubo devido à formação de vapor, de forma a aumentar o custo operacional do trocador.

[009] É, portanto, objetivo da presente invenção fornecer um trocador de calor que não resulte em ebulição prejudicial violenta do fluxo lateral do tubo, de forma a resultar em distribuição uniforme do fluxo lateral do tubo com perda mínima ou nenhuma.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

[0010] Surpreendentemente, descobriu-se que o objeto definido acima é atingido por meio da inserção de uma folha de tubo de isolamento entre o conjunto de distribuição e a saída lateral da cobertura de um trocador de calor. A inserção da folha de tubo de isolamento cria um espaço de isolamento de entrada entre o conjunto de distribuição e a folha de tubo de isolamento. A criação do espaço de isolamento de entrada não apenas soluciona os problemas associados ao aquecimento excessivo do fluxo lateral do tubo no conjunto de distribuição, mas também reduz a quantidade do fluxo lateral da cobertura necessário para troca de calor entre o fluxo lateral do tubo e o fluxo lateral da cobertura, de forma a resultar em economia de custo adicional, tornando econômico o processo de troca de calor.

[0011] Consequentemente, em um aspecto, a presente invenção refere-se a um trocador de calor (100) que compreende: - cobertura (101); - uma entrada lateral do tubo (106) e uma saída lateral do tubo (107); - uma entrada lateral da cobertura (105) e uma saída lateral da cobertura (104); - uma série de tubos (102); - um conjunto de distribuição (108); - uma folha de tubo de entrada (114) e uma folha de tubo de saída (112); e - uma folha de tubo de isolamento (103); em que: - a folha de tubo de isolamento (103) é disposta entre o conjunto de distribuição (108) e a saída lateral da cobertura (104) para criar um espaço de isolamento (109) entre eles; e

- os tubos (102) são encaixados no interior da cobertura (101) entre o conjunto de distribuição (108) e a folha de tubo de saída (112) e encontram-se em comunicação com a entrada lateral do tubo (106) através do conjunto de distribuição (108) e a saída lateral do tubo (107).

[0012] Em outro aspecto, a presente invenção refere-se a um método de troca de calor utilizando o trocador de calor acima, que compreende as etapas de: i. alimentação de um fluxo lateral do tubo através da mencionada entrada lateral de tubo (106) para o mencionado conjunto de distribuição (108); ii. passagem do fluxo lateral do tubo através da mencionada série de tubos (102); iii. alimentação de fluxo lateral da cobertura através da mencionada entrada lateral da cobertura (105); e iv. troca do calor entre o fluxo lateral do tubo na série de tubos (102) com o fluxo lateral da cobertura; em que a temperatura de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo que entra através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é próxima do seu ponto de ebulição; e a temperatura do fluxo lateral da cobertura que entra através da entrada lateral da cobertura (105) é mais alta que pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo no conjunto de distribuição (108).

[0013] Em outro aspecto, a presente invenção refere-se a um método de concentração de líquido utilizando um trocador de calor de filme em queda, conforme descrito no presente, que compreende as etapas de: i. alimentação de um fluxo lateral do tubo através da mencionada entrada lateral do tubo (106) para o mencionado conjunto de distribuição (108);

ii. passagem do fluxo lateral do tubo através da mencionada série de tubos (102) que possuem uma parede interna e formam um filme do fluxo lateral do tubo ao longo da parede interna; iii. alimentação de fluxo lateral da cobertura através da mencionada entrada lateral da cobertura (105); iv. troca do calor entre o fluxo lateral do tubo na série de tubos (102) com o fluxo lateral da cobertura; e v. obtenção de fluxo concentrado através da mencionada saída lateral do tubo (107) da cobertura; em que a temperatura do fluxo lateral do tubo que entra através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é próxima do seu ponto de ebulição; e a temperatura do fluxo lateral da cobertura que entra através da entrada lateral da cobertura (105) é mais alta que o fluxo lateral do tubo no conjunto de distribuição (108).

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0014] A presente invenção é descrita em conjunto com as figuras anexas: - a Fig. 1 é um diagrama esquemático que exibe um trocador de calor de acordo com a presente invenção; e - a Fig. 2 é uma vista superior ampliada de uma placa distribuidora que exibe uma série de aberturas de tubos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0015] O presente relatório descritivo fornece apenas exemplos de realizações e não se destina a limitar o escopo, aplicabilidade ou configuração da presente invenção. Ao contrário, a descrição dos exemplos de realização a seguir fornecerá aos técnicos no assunto uma descrição capacitadora para implementação de um ou mais exemplos de realizações. Compreende-se que diversas alterações podem ser realizadas na função e disposição de elementos sem abandonar o espírito e escopo da presente invenção conforme descrito nas reivindicações anexas. Deve-se também compreender que a terminologia utilizada no presente e a figura descrita no presente não se destinam a ser limitadoras, pois o escopo da presente invenção será limitado apenas pelas reivindicações anexas.

[0016] Caso um grupo seja definido a seguir como compreendendo pelo menos um certo número de realizações, isso se destina a também englobar um grupo que preferencialmente consiste apenas dessas realizações. Além disso, os termos “primeiro”, “segundo”, “terceiro” ou “a”, “b”, “c”, “d” etc. e similares no relatório descritivo e nas reivindicações são utilizados para diferenciar entre elementos similares e não necessariamente para descrever ordem sequencial ou cronológica. Deve-se compreender que os termos utilizados desta forma são intercambiáveis sob circunstâncias apropriadas e que as realizações da presente invenção descritas no presente são capazes de operação em sequências diferentes das descritas ou ilustradas no presente. Caso os termos “primeiro”, “segundo”, “terceiro”, “A”, “B”, “C”, “a”, “b”, “c”, “d”, “i”, “ii” etc. refiram-se a etapas de um método, uso ou teste, não há coerência de tempo ou intervalo de tempo entre as etapas, ou seja, as etapas podem ser conduzidas simultaneamente ou pode haver intervalos de tempo de segundos, minutos, horas, dias, semanas, meses ou mesmo anos entre essas etapas, a menos que indicado em contrário na aplicação descrita acima ou abaixo.

[0017] Além disso, as faixas definidas ao longo do presente relatório descritivo incluem também os valores limite, ou seja, faixa de 1 a 10 indica que 1 e 10 são ambos incluídos na faixa. Para evitar dúvidas, o depositante deverá ter direito a todos os equivalentes de acordo com a legislação aplicável.

[0018] Referência ao longo de todo o presente relatório descritivo a “uma realização” ou “realização” indica que uma característica, estrutura ou função específica descrita com relação à realização é incluída em pelo menos uma realização da presente invenção. Desta forma, inclusões das expressões “em uma realização” ou “na realização” em vários pontos ao longo do presente relatório descritivo não se referem necessariamente todas à mesma realização, mas podem referir-se. Além disso, as características, estruturas ou funções específicas podem ser combinadas de qualquer forma adequada, como será evidente para os técnicos no assunto a partir do presente relatório descritivo, em uma ou mais realizações. Além disso, embora algumas realizações descritas no presente incluam algumas, mas não outras características incluídas em outras realizações, combinações de características de diferentes realizações destinam-se a encontrar-se dentro do escopo da presente invenção e formam diferentes realizações, como seria compreendido pelos técnicos no assunto. Nas reivindicações anexas, por exemplo, qualquer uma das realizações reivindicadas pode ser utilizada em qualquer combinação.

[0019] Detalhes específicos são fornecidos na descrição a seguir para oferecer compreensão completa das realizações. Os técnicos comuns no assunto compreenderão, entretanto, que as realizações podem ser praticadas sem esses detalhes específicos. Sistemas, processos e outros elementos de acordo com a presente invenção podem ser exibidos, por exemplos, como componentes na forma de diagrama de blocos, a fim de não obscurecer as realizações com detalhes desnecessários. Em outros casos, processos, estruturas e métodos bem conhecidos podem ser exibidos sem detalhes desnecessários, a fim de evitar obscurecer as realizações.

[0020] Também se observa que as realizações individuais podem ser descritas na forma de processo ilustrado como fluxograma, diagrama de fluxo, diagrama de fluxo de dados, diagrama estrutural ou diagrama de blocos.

Embora o fluxograma possa descrever as operações na forma de processo sequencial, muitas das operações podem ser realizadas paralela ou simultaneamente. Além disso, a ordem das operações pode ser redisposta. O processo pode ser encerrado quando suas operações forem completadas, mas poderá ter etapas adicionais não discutidas ou incluídas nas figuras. Além disso, nem todas as operações de qualquer processo particularmente descrito podem ocorrer em todas as realizações. O processo pode corresponder a um método, função, procedimento etc.

[0021] Adicionalmente, realizações da presente invenção podem ser implementadas, ao menos em parte, de forma manual ou automática.

Implementações manuais ou automáticas podem ser executadas ou pelo menos assistidas, utilizando-se máquinas, hardware, software, firmware, middleware, microcódigo, linguagens de descrição de hardware ou qualquer de suas combinações.

[0022] Diversos números de referência são descritos abaixo: Número de referência Descrição 100 Trocador de calor 101 Cobertura 102 Série de tubos 103 Placa de folha de tubo de isolamento 104 Saída lateral da cobertura 105 Entrada lateral da cobertura 106 Entrada lateral do tubo 107 Saída lateral do tubo 108 Conjunto de distribuição 109 Espaço de isolamento da entrada 110 Bocal 111 Entrada auxiliar de fluxo 112 Placa de folha de tubo de saída 113 Placa de membrana 114 Placa de folha de tubo de entrada 1081 Placa de distribuição com diversos orifícios

[0023] Um aspecto da presente invenção fornece um trocador de calor, conforme exibido na Fig. 1. O trocador de calor (100) compreende: - cobertura (101); - uma entrada lateral do tubo (106) e uma saída lateral do tubo (107);

- uma entrada lateral da cobertura (105) e uma saída lateral de cobertura (104); - uma série de tubos (102); - um conjunto de distribuição (108); - uma folha de tubo de entrada (114) e uma folha de tubo de saída (112); e - uma folha de tubo de isolamento (103); em que: - a folha de tubo de isolamento (103) é disposta entre o conjunto de distribuição (108) e a saída lateral da cobertura (104) para criar um espaço de isolamento (109) entre eles; e - os tubos (102) são encaixados no interior da cobertura (101) entre o conjunto de distribuição (108) e a folha de tubo de saída (112) e encontram-se em comunicação com a entrada lateral do tubo (106) através do conjunto de distribuição (108) e a saída lateral do tubo (107).

[0024] Em uma realização, o trocador de calor de acordo com a presente invenção é um evaporador e, em ainda outra realização, um evaporador de filme em queda.

[0025] A cobertura (101) é um recipiente ou veículo para o fluxo lateral da cobertura no trocador de calor, conforme descrito acima, que possui qualquer tamanho e formato previamente definido. A cobertura (101) pode ter orientação horizontal ou vertical e possui material de construção conhecido para os técnicos no assunto. Ele pode ser feito, por exemplo, de folha metálica.

A presente invenção não é limitada pelo formato, tamanho, orientação e material de construção da cobertura (101). Em uma realização, entretanto, o trocador de calor é disposto verticalmente.

[0026] A cobertura (101) pode ser especificamente projetada para operação em qualquer capacidade e condições, tal como de alto vácuo até pressão ultra-alta (mais de 10 MPa) e de temperaturas criogênicas até altas (1100 °C) e qualquer diferença de temperatura e pressão entre os fluxos do lado da cobertura e do lado do tubo. Vapor sob pressão de cerca de 1,3 MPa a cerca de 260 °C, pressão de cerca de 0,4 MPa a cerca de 150 °C e pressão de cerca de 0,6 MPa a cerca de 35 °C, por exemplo, pode ser empregado como fluxo do lado da cobertura.

[0027] Em uma realização, a forma da cobertura (101) é cilíndrica ou retangular e, em outra realização, a forma da cobertura (101) é cilíndrica. A cobertura (101) pode ser, por exemplo mas sem limitações, cobertura de uma passagem, cobertura de duas passagens com membrana longitudinal, fluxo repartido, fluxo repartido duplo, fluxo dividido, tipo de chaleira, fluxo transversal que possui as indicações designadas E, F, G, H, J, K e X, respectivamente, conforme prescrito pela Associação de Fabricantes de Trocadores Tubulares (também denominada TEMA).

[0028] Conforme prescrito pela TEMA, o trocador de calor possui cabeça frontal e cabeça traseira. Os tipos de cabeça frontal são selecionados a partir de um canal e tampa removível (A), capô (B), canal integral com folha de tubo e tampa removível (C e N) e fechamento especial sob alta pressão (D). As cabeças traseiras são selecionadas a partir de folha de tubo fixo como cabeça estacionária “A” (L), folha de tubo fixa como cabeça estacionária “B” (M), folha de tubo fixo como cabeça estacionária “C” (N), cabeça flutuante embalada externa (P), cabeça flutuante com dispositivo de repouso (S) e cabeça flutuante de recuperação (T), feixe de tubos em U (U) e folha de tubo flutuante embalada com anel de lanterna (W).

[0029] A entrada lateral do tubo (106) permite o ingresso e a saída lateral do tubo (107) permite a saída do fluxo lateral do tubo. A entrada lateral do tubo (106) e a saída lateral do tubo (107) poderão estar no lado oposto ou no mesmo lado, dependendo do tipo de trocador de calor que estiver sendo utilizado. Caso seja utilizado um trocador de tubo e cobertura simples, por exemplo, a entrada lateral do tubo (106) encontra-se sobre um lado da cobertura e a saída lateral do tubo (107) encontra-se no lado oposto. Caso o trocador de calor seja um trocador de cobertura e tubo com uma passagem de cobertura e duas passagens de tubo, a entrada lateral do tubo (106) e a saída lateral do tubo (107) encontram-se no mesmo lado. Em uma realização, a entrada lateral do tubo (6) encontra-se sobre um lado e a saída lateral do tubo (107) encontra-se no lado oposto da cobertura (101).

[0030] Em outra realização, os diversos tubos (102) são encaixados sobre a folha de tubo ou placa de tubo para obter o feixe de tubos.

O feixe de tubos é abrigado na cobertura (101), estabelecendo um espaço entre a sua parede interna da cobertura e o lado externo dos tubos do feixe de tubos onde circula o fluxo lateral da cobertura. Embora apenas um único tubo seja ilustrado na Fig. 1, deve-se compreender que, na prática, o trocador de calor pode possuir uma série desses tubos. Todos os tubos são dispostos paralelamente entre si e abertos nas duas extremidades. A parede interna dos tubos é suave, de forma que o fluxo lateral do tubo na forma de filme fino ao longo da parede interna não seja obstruído, desacelerado ou enfrente resistência. A presente invenção não é limitada pela seleção do tubo, seu material de construção, número de tubos, nem pelo próprio feixe de tubos.

Estes são bem conhecidos pelos técnicos no assunto e podem variar dependendo, por exemplo mas sem limitações, do fluxo lateral da cobertura e tubo e da diferença de temperatura entre ambos.

[0031] A parede externa dos tubos (102) do trocador de calor, descrita acima, é lisa ou possui barbatanas e, em algumas realizações, a parede dos tubos possui barbatanas. Os tubos de acordo com a presente invenção são feitos, por exemplo mas sem limitações, de aço carbono, cobre, latão de almirantado, latão, níquel-cobre, aço inoxidável, metal muntz, alumínio,

alumínio bronze, Hastelloy, inconel e titânio. O feixe de tubos possui qualquer formato, tal como, mas sem limitações, reto ou forma de U e, em algumas realizações, é reto. Os diversos tubos são encaixados sobre a folha de tubo para obter o feixe de tubos. A folha de tubo pode ser encaixada em qualquer lado da cobertura (101) para sustentar o feixe de tubos. As folhas de tubos fecham eficientemente o espaço interno nas extremidades do feixe de tubos. O número de tubos no interior da cobertura (101) pode encontrar-se na faixa de várias dezenas a várias centenas até mais de mil. É costume que os técnicos no assunto determinem o número e a dimensão dos tubos, dependendo da capacidade desejada, condições e outros parâmetros do material e do aparelho.

[0032] Em outra realização, a entrada lateral da cobertura (105) permite o ingresso e a extremidade lateral da cobertura (104) permite a saída do fluxo lateral da cobertura.

[0033] Em outra realização, o fluxo lateral do tubo é um líquido que possui temperatura perto do seu ponto de ebulição. O fluxo lateral do tubo pode ser uma mistura de componentes líquidos que possuem pelo menos um dos componentes perto do seu ponto de ebulição. Além disso, a mistura de componentes líquidos pode formar uma mistura azeotrópica e, neste caso, a temperatura do fluxo lateral do tubo é próxima ao ponto de ebulição da mistura azeotrópica, enquanto o fluxo lateral da cobertura pode ser um único fluido ou uma mistura de fluidos, tal como, mas sem limitações, vapor, água quente, óleo e ar.

[0034] Em outra realização, o trocador de calor de acordo com a presente invenção contém um conjunto de distribuição (108) abaixo da entrada lateral do tubo, conforme exibido na Fig. 2, que auxilia na distribuição do fluxo lateral do tubo antes de entrar na série de tubos (102) e possibilita a formação de filme fino ao longo da parede interna dos tubos (102). No conjunto de distribuição, uma ou mais bandejas de distribuição podem ser utilizadas. A bandeja de distribuição pode possuir qualquer formato, mas, em algumas realizações, a bandeja de distribuição compreende um disco redondo. A bandeja de distribuição do conjunto de distribuição (108) possui diversos orifícios (1081) através dos quais o fluxo lateral do tubo flui e é distribuído. O diâmetro dos orifícios (1081) sobre a bandeja de distribuição encontra-se na faixa de cerca de 1 a 100 mm, em algumas realizações 5 a 50 mm e, em ainda outras realizações, 8 a 25 mm. O diâmetro de todo e qualquer tubo no feixe de tubos pode ser idêntico ou pode variar. Os diversos orifícios (1081) sobre o conjunto de distribuição (108) são depositados em inclinação quadrada, inclinação triangular e inclinação hexagonal.

[0035] Em outra realização, o trocador de calor, conforme descrito acima, compreende uma folha de tubo de isolamento (103), que é disposto entre o conjunto de distribuição (108) e a saída lateral da cobertura (104) para criar um espaço de isolamento (109) entre o conjunto de distribuição (108) e a folha de tubo de isolamento (103). O espaço de isolamento (109) criado entre o conjunto de distribuição (108) e a folha de tubo de isolamento (103) protege o fluxo lateral do tubo no conjunto de distribuição que entra em contato com o fluxo lateral da cobertura. O espaço de isolamento criado protege, portanto, o fluxo lateral do tubo contra a violenta ebulição prejudicial no conjunto de distribuição e gera distribuição uniforme do fluxo lateral do tubo ao longo das paredes internas dos tubos e troca de calor eficiente entre os fluxos lateral da cobertura e lateral do tubo. Além disso, ele também protege o fluxo lateral do tubo contra perda devido à formação de vapor.

[0036] A posição da folha de tubo de isolamento (103) com relação ao conjunto de distribuição (108) é baseada na temperatura e no ponto de ebulição do fluxo lateral do tubo e na temperatura do fluxo lateral da cobertura. A folha de tubo de isolamento (103), por exemplo, é colocada perto da saída lateral da cobertura caso a diferença entre o ponto de ebulição e a temperatura do fluxo lateral do tubo seja de menos de 15 °C ou 10 °C. Quando a diferença de temperatura for maior, a folha de tubo de isolamento (103) pode ser colocada longe da saída lateral da cobertura.

[0037] Em outra realização, o espaço de isolamento (109) é encaixado com um bocal de ventilação (110), a fim de garantir que não esteja presente líquido no espaço. A espessura da folha de tubo de isolamento de entrada encontra-se na faixa de 5 mm a 100 mm e, em algumas realizações, 10 mm a 50 mm. A forma da folha de tubo de isolamento (103) depende da forma da cobertura, mas, em algumas realizações, encontra-se na forma de disco circular.

[0038] Em outra realização, o espaço de isolamento (109) é cheio de ar.

[0039] Em outra realização, a folha de tubo de isolamento (103) é feita de metal ou material resistente ao calor. Em algumas realizações, o material resistente ao calor é Teflon. Em um trocador de calor regular, a folha de tubo de entrada (114) encontra-se em contato com o fluxo lateral do tubo e o fluxo lateral da cobertura, enquanto, no trocador de calor de acordo com a presente invenção, a folha de tubo de entrada (114) encontra-se apenas em contato com o fluxo lateral do tubo, pois a folha do tubo de isolamento (103) protegerá a folha de tubo de entrada (114) para que não entre em contato com o fluxo lateral da cobertura.

[0040] Em uma realização, o trocador de calor, conforme descrito acima, compreende segundo espaço de isolamento na saída lateral do tubo.

Em outra realização, entretanto, o trocador de calor, conforme descrito acima, não compreende um espaço de isolamento na saída lateral do tubo e contém apenas um espaço de isolamento na entrada lateral do tubo.

[0041] Em outra realização, o trocador de calor é um trocador de calor de um estágio ou múltiplos estágios que possui os estágios de cada um dos trocadores de calor conectados em série. Caso o trocador de calor seja um trocador de calor com múltiplos estágios, a folha de tubo de isolamento (103) é disposta entre o conjunto de distribuição (108) e a saída lateral da cobertura (104) para cada trocador de calor.

[0042] Em outra realização, o trocador de calor compreende pelo menos uma membrana (113). As membranas atendem duas funções importantes. Em primeiro lugar, elas sustentam os tubos (102) durante a montagem e a operação e ajudam a evitar vibrações de turbilhões induzidos pelo fluxo. Em segundo lugar, elas dirigem o fluxo do lado da cobertura para a frente e para trás ao longo do feixe de tubos, a fim de fornecer taxas de transferência de calor e velocidade eficazes. As membranas no aparelho de acordo com a presente invenção podem ser membranas longitudinais ou membranas transversais para dirigir o fluido do lado da cobertura para a frente e para trás ao longo da cobertura. As membranas podem ser do tipo de segmento único, segmento duplo, orifício, disco, rosca etc. A presente invenção não é limitada pela escolha dessas membranas.

[0043] Opcionalmente, uma ou mais entradas auxiliares de fluxo (111), tais como entradas de vapor, são instaladas no trocador de calor. Em algumas realizações, são instaladas quatro a seis entradas auxiliares de fluxo (111), que podem ser entradas de vapor. No trocador de calor, um auxiliar de fluxo, tal como vapor, entra nos tubos (102) através das entradas auxiliares de fluxo (111), enquanto o fluxo lateral do tubo a ter calor trocado entra no tubo (102) a partir da entrada (106). O auxiliar de fluxo em movimento move-se em conjunto com o fluxo lateral do tubo, de forma a auxiliar o fluxo lateral do tubo a fluir ao longo da parede interna do tubo em velocidade acelerada.

[0044] Em outro aspecto, a presente invenção refere-se a um método de troca de calor utilizando o trocador de calor conforme descrito acima, que compreende as etapas de: i. alimentação de um fluxo lateral do tubo através da mencionada entrada lateral do tubo (106) para o mencionado conjunto de distribuição (108); ii. passagem do fluxo lateral do tubo através da mencionada série de tubos (102); iii. alimentação de fluxo lateral da cobertura através da mencionada entrada lateral da cobertura (105); e iv. troca do calor entre o fluxo lateral do tubo na série de tubos (102) com o fluxo lateral da cobertura; v. em que a temperatura de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo que entram através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é próxima do seu ponto de ebulição; e vi. a temperatura do fluxo lateral da cobertura que entra através da entrada lateral da cobertura (105) é mais alta que pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo no conjunto de distribuição (108).

[0045] O fluxo lateral do tubo é introduzido no trocador de calor por meio da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108).

O fluxo lateral do tubo é distribuído em quantidades iguais em cada tubo, para formar fluxos de contracorrente que trocam calor com o fluxo lateral da cobertura através da superfície dos próprios tubos. O fluxo lateral da cobertura converge, portanto, na saída dos tubos. A saída lateral do tubo (107) coleta o fluxo lateral do tubo com calor trocado e a saída lateral da cobertura (104) permite a saída do fluxo lateral da cobertura do trocador de calor.

[0046] Em outra realização, o fluxo lateral do tubo compreende um ou mais componentes líquidos, em que a temperatura de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo que entra através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é de menos de Tb-15 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo próximo ao seu ponto de ebulição ou ao ponto de ebulição da mencionada mistura azeotrópica. Em algumas realizações, a temperatura de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo que entra através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é de menos de Tb-10 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo próximo ao seu ponto de ebulição ou ao ponto de ebulição da mencionada mistura azeotrópica. Em outras realizações e a temperatura de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo que entra através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é de menos de Tb-5 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo próximo ao seu ponto de ebulição ou ao ponto de ebulição da mencionada mistura azeotrópica.

[0047] O fluxo lateral do tubo, por exemplo, é uma mistura de dois ou mais líquidos e cada componente entra em ebulição independentemente e Tb é o ponto de ebulição do componente que entra em ebulição em primeiro lugar. Outro caso ocorre quando o fluxo de tubo é uma mistura de dois ou mais líquidos que formam uma mistura azeotrópica, em que T b é o ponto de ebulição da mistura azeotrópica.

[0048] Em outra realização, a temperatura do fluxo lateral da cobertura é de mais de Tb+5 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo próximo ao seu ponto de ebulição ou ao ponto de ebulição da mencionada mistura azeotrópica formada por meio da mistura dos componentes do fluxo lateral do tubo. Em algumas realizações, a temperatura do fluxo lateral da cobertura é de mais de

Tb+10 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo próximo ao seu ponto de ebulição ou ao ponto de ebulição da mencionada mistura azeotrópica formada por meio da mistura dos componentes do fluxo lateral do tubo. Em ainda outras realizações, a temperatura do fluxo lateral da cobertura é de mais de T b+15 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo próximo ao seu ponto de ebulição ou ao ponto de ebulição da mencionada mistura azeotrópica formada por meio da mistura dos componentes do fluxo lateral do tubo.

[0049] Em outra realização, o método de troca de calor compreende a alimentação de gás através da entrada auxiliar de fluxo (111) e fluxo do gás na mesma direção do fluxo lateral do tubo, em que a velocidade do fluxo lateral do tubo é acelerada pelo gás auxiliar de fluxo ao longo da parede interna da série de tubos (102).

[0050] Em outro aspecto, a presente invenção refere-se a um método de concentração de líquido utilizando um trocador de calor de filme em queda, conforme descrito acima, que compreende as etapas de: i. alimentação de um fluxo lateral do tubo através da mencionada entrada lateral do tubo (106) para o mencionado conjunto de distribuição (108); ii. passagem do fluxo lateral do tubo através da mencionada série de tubos (102) formando um filme do fluxo lateral do tubo ao longo da parede interna da mencionada série de tubos; iii. alimentação de fluxo lateral da cobertura através da mencionada entrada lateral da cobertura (105); iv. troca do calor entre o fluxo lateral do tubo na série de tubos (102) com o fluxo lateral de cobertura; e v. obtenção de fluxo concentrado através da mencionada saída lateral do tubo (107) da cobertura; em que a temperatura do fluxo lateral do tubo que entra através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é próxima do seu ponto de ebulição; e a temperatura do fluxo lateral da cobertura que entra através da entrada lateral da cobertura (105) é mais alta que o fluxo lateral do tubo no conjunto de distribuição (108).

[0051] Em outra realização, o fluxo lateral da cobertura é selecionado a partir de vapor, água, óleo, ar o fluxo secundário de um trocador de calor de etapa anterior ou uma de suas combinações.

[0052] Em outra realização, o fluxo lateral do tubo compreende um ou mais componentes líquidos, em que a temperatura de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo que entra através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é de menos de Tb-15 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo próximo ao seu ponto de ebulição ou ao ponto de ebulição da mistura azeotrópica formada por meio da mistura de componentes do fluxo lateral do tubo. Em algumas realizações, a temperatura de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo que entra através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é de menos de Tb-10 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo próximo ao seu ponto de ebulição ou ao ponto de ebulição da mistura azeotrópica formada por meio da mistura de componentes no fluxo lateral do tubo. Em ainda outras realizações, a temperatura de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo que entra através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é de menos de Tb-5 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo próximo ao seu ponto de ebulição ou ao ponto de ebulição da mistura azeotrópica formada por meio da mistura de componentes no fluxo lateral do tubo.

[0053] Em outra realização, a temperatura do fluxo lateral da cobertura é de mais de Tb+5 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo próximo ao seu ponto de ebulição ou ao ponto de ebulição da mistura azeotrópica formada por meio da mistura dos componentes do fluxo lateral do tubo. Em algumas realizações, a temperatura do fluxo lateral da cobertura é de mais de T b+10 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo próximo ao seu ponto de ebulição ou ao ponto de ebulição da mistura azeotrópica formada por meio da mistura dos componentes do fluxo lateral do tubo. Em outras realizações, a temperatura do fluxo lateral da cobertura é de mais de Tb+15 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo próximo ao seu ponto de ebulição ou ao ponto de ebulição da mistura azeotrópica formada por meio da mistura dos componentes do fluxo lateral do tubo.

[0054] A presente invenção exibe pelo menos uma das vantagens e aprimoramentos a seguir.

[0055] O espaço de isolamento (109) criado entre o conjunto de distribuição (108) e a folha de tubo de isolamento (103) protege o fluxo lateral do tubo no conjunto de distribuição para que não entre em contato com as temperaturas mais altas do fluxo lateral da cobertura antes da passagem do fluxo lateral do tubo através do conjunto de distribuição e para o interior dos tubos. O espaço de isolamento criado protege, portanto, o fluxo lateral do tubo contra a violenta ebulição prejudicial no conjunto de distribuição que pode gerar distribuição menos uniforme do fluxo lateral do tubo ao longo das paredes internas dos tubos e, portanto, troca de calor menos eficiente entre os fluxos lateral da cobertura e lateral do tubo. Além disso, ele também protege o fluxo lateral do tubo contra perdas devido à formação de vapor. É também evidente a partir dos exemplos que a necessidade do fluxo lateral da cobertura é consideravelmente reduzida devido à introdução da placa de isolamento de entrada, o que gera economia adicional de custos e energia.

[0056] A presente invenção é ilustrada com mais detalhes pelas realizações a seguir e combinações de realizações resultantes das referências e ligações de dependência correspondentes.

[0057] 1. Trocador de calor (100), que compreende: - cobertura (101); - uma entrada lateral do tubo (106) e uma saída lateral do tubo (107); - uma entrada lateral da cobertura (105) e uma saída lateral da cobertura (104); - uma série de tubos (102); - um conjunto de distribuição (108); - uma folha de tubo de entrada (114) e uma folha de tubo de saída (112); e - uma folha de tubo de isolamento (103); em que: - a folha de tubo de isolamento (103) é disposta entre o conjunto de distribuição (108) e a saída lateral da cobertura (104) para criar um espaço de isolamento (109) entre eles; e - os tubos (102) são encaixados no interior da cobertura (101) entre o conjunto de distribuição (108) e a folha de tubo de saída (112) e encontram-se em comunicação com a entrada lateral do tubo (106) através do conjunto de distribuição (108) e a saída lateral do tubo (107).

[0058] 2. Trocador de calor de acordo com a realização 1, em que o espaço de isolamento (109) isola a mencionada entrada lateral do tubo

(106) e o mencionado conjunto de distribuição (108) da mencionada cobertura (101).

[0059] 3. Trocador de calor de acordo com qualquer das realizações 1 ou 2, em que a entrada lateral da cobertura (105) permite o ingresso e a saída lateral da cobertura (104) permite a saída do fluxo lateral da cobertura; e a entrada lateral do tubo (106) permite o ingresso e a saída lateral do tubo (107) permite a saída do fluxo lateral do tubo.

[0060] 4. Trocador de calor de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que a posição da folha de tubo de isolamento (103) com relação ao conjunto de distribuição (108) é baseada na temperatura e no ponto de ebulição de pelo menos um componente do fluxo lateral do tubo perto do seu ponto de ebulição e na temperatura do mencionado fluxo lateral da cobertura.

[0061] 5. Trocador de calor de acordo com a realização 4, em que o fluxo lateral do tubo é fluxo líquido na entrada lateral do tubo (106).

[0062] 6. Trocador de calor de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que os tubos (102) são dispostos paralelamente no interior do trocador de calor.

[0063] 7. Trocador de calor de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que o espaço de isolamento (109) é encaixado com um bocal de ventilação (110).

[0064] 8. Trocador de calor de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que o espaço de isolamento (109) é preenchido com ar.

[0065] 9. Trocador de calor de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que a entrada lateral do tubo (106) da cobertura é encaixada com uma ou mais entradas auxiliares de fluxo (111).

[0066] 10. Trocador de calor de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que o trocador de calor é um trocador de calor de um estágio ou múltiplos estágios que possui os estágios de cada um dos trocadores de calor conectados em série.

[0067] 11. Trocador de calor de acordo com a realização 10, em que o trocador de calor é um trocador de calor com múltiplos estágios, em que a folha de tubo de isolamento (103) é disposta entre o conjunto de distribuição (108) e a saída lateral da cobertura (104) para cada trocador de calor.

[0068] 12. Trocador de calor de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que a folha de tubo de isolamento (103) é feita de material resistente ao calor.

[0069] 13. Trocador de calor de acordo com a realização 12, em que o material resistente ao calor é Teflon.

[0070] 14. Trocador de calor de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que o trocador de calor compreende uma folha de tubo de entrada (114) no lado da cobertura.

[0071] 15. Trocador de calor de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que o trocador de calor compreende uma ou mais membranas (113) no lado da cobertura.

[0072] 16. Trocador de calor de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que o conjunto de distribuição (108) é uma placa de distribuição com diversos orifícios (1081).

[0073] 17. Trocador de calor de acordo com a realização 16, em que os diversos orifícios sobre a placa de distribuição possuem diâmetro na faixa de 1 mm a 100 mm.

[0074] 18. Trocador de calor de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que os diversos tubos (102) são depositados em passo quadrado.

[0075] 19. Trocador de calor de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que os diversos tubos (102) são depositados em passo triangular.

[0076] 20. Trocador de calor de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que os diversos tubos (102) são depositados em passo hexagonal.

[0077] 21. Trocador de calor de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que o trocador de calor não compreende um espaço de isolamento na saída lateral do tubo (107) da cobertura.

[0078] 22. Trocador de calor de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que o trocador de calor é um evaporador.

[0079] 23. Trocador de calor de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que o evaporador é um evaporador de filme em queda.

[0080] 24. Método de troca de calor utilizando um trocador de calor conforme definido em qualquer das realizações anteriores, que compreende as etapas de: i. alimentação de um fluxo lateral do tubo através da mencionada entrada lateral do tubo (106) para o mencionado conjunto de distribuição (108); ii. passagem do fluxo lateral do tubo através da mencionada série de tubos (102); iii. alimentação de fluxo lateral da cobertura através da mencionada entrada lateral da cobertura (105); e iv. troca do calor entre o fluxo lateral do tubo na série de tubos (102) com o fluxo lateral da cobertura; em que a temperatura de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo que entra através da entrada lateral do tubo

(106) para o conjunto de distribuição (108) é próxima do seu ponto de ebulição; e a temperatura do fluxo lateral da cobertura que entra através da entrada lateral da cobertura (105) é mais alta que pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo no conjunto de distribuição (108).

[0081] 25. Método de acordo com a realização 24, em que o fluxo lateral da cobertura é selecionado a partir de ar, gás, líquido ou uma de suas combinações.

[0082] 26. Método de acordo com a realização 24, em que o fluxo lateral do tubo compreende um ou mais componentes líquidos e a temperatura de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo que entra através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é de menos de Tb-15 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo perto do seu ponto de ebulição.

[0083] 27. Método de acordo com a realização 26, em que o fluxo lateral do tubo compreende um ou mais componentes líquidos e a temperatura de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo que entra através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é de menos de Tb-10 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo perto do seu ponto de ebulição.

[0084] 28. Método de troca de calor de acordo com qualquer das realizações 24 a 26, em que a temperatura do fluxo lateral da cobertura é de mais de Tb+5 °C e Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo perto do seu ponto de ebulição.

[0085] 29. Método de acordo com a realização 24, que compreende: v. alimentação de gás através da entrada auxiliar de fluxo

(111) e fluxo do gás na mesma direção do fluxo lateral do tubo, em que a velocidade do fluxo lateral do tubo é acelerada pelo gás auxiliar de fluxo ao longo da parede interna da série de tubos (102).

[0086] 30. Método de concentração de líquido utilizando um trocador de calor de filme em queda conforme definido em qualquer das realizações 1 a 23, que compreende as etapas de: i. alimentação de fluxo lateral do tubo através da mencionada entrada lateral do tubo (106) para o mencionado conjunto de distribuição (108); ii. passagem do fluxo lateral do tubo através da mencionada série de tubos (102) que possuem uma parede interna e formam um filme do fluxo lateral do tubo ao longo da parede interna; iii. alimentação de fluxo lateral da cobertura através da mencionada entrada lateral da cobertura (105); iv. troca do calor entre o fluxo lateral do tubo na série de tubos (102) com o fluxo lateral da cobertura; e v. obtenção de fluxo concentrado através da mencionada saída lateral do tubo (107) da cobertura; em que a temperatura do fluxo lateral do tubo que entra através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é próxima do seu ponto de ebulição; e a temperatura do fluxo lateral da cobertura que entra através da entrada lateral da cobertura (105) é mais alta que o fluxo lateral do tubo no conjunto de distribuição (108).

[0087] 31. Método de acordo com a realização 30, que compreende adicionalmente: vi. alimentação de gás através da entrada auxiliar de fluxo (111) e fluxo do gás na mesma direção do líquido, em que a velocidade do líquido é acelerada pelo gás auxiliar de fluxo ao longo da parede interna da série de tubos (102).

[0088] 32. Método de acordo com a realização 30, em que o fluxo lateral da cobertura é ar, gás, vapor, água, óleo ou vapor secundário de um trocador de calor em etapa anterior.

[0089] 33. Método de acordo com a realização 30, em que o fluxo lateral do tubo compreende um ou mais componentes líquidos e a temperatura de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo que entra através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é de menos de Tb-15 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo perto do seu ponto de ebulição.

[0090] 34. Método de acordo com a realização 33, em que o fluxo lateral do tubo compreende um ou mais componentes líquidos e a temperatura de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo que entra através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é de menos de Tb-5 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo perto do seu ponto de ebulição.

[0091] 35. Método de acordo com qualquer das realizações 30 a 34, em que a temperatura do fluxo lateral da cobertura é de mais de T b+5 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo perto do seu ponto de ebulição.

[0092] A presente invenção é ilustrada por exemplos; o objeto da presente invenção, entretanto, não se limita aos exemplos fornecidos.

EXEMPLO

[0093] A Tabela 1 e a Tabela 2 exibem dois conjuntos de exemplos comparativos e de acordo com a presente invenção em que um trocador de calor em larga escala é operado com e sem a instalação de uma placa de isolamento. É evidente a partir das tabelas que a incorporação de uma folha de tubo de isolamento forneceu benefícios de troca de calor aprimorados entre o fluxo lateral do tubo e o fluxo lateral da cobertura. A folha de tubo de isolamento garantiu livre fluxo do fluido lateral do tubo através de uma série de tubos sem a formação de bolhas e o rompimento do fluxo uniforme.

TABELA 1 Uso médio de Produto gerado Vapor total utilizado Exemplo e duração vapor (kg/h) (kg/h) (kg) Exemplo Comparativo 1 01/07/2014 a 31/12/2014 4.252 20.351 18.776.721 (sem placa de tubo de isolamento) Exemplo Inventivo 1 01/07/2015 a 31/12/2015 (Exemplo Comparativo 1 com a 2.390 19.109 10.556.147 placa de tubo de isolamento instalada) Economia 1.861 8.220.574 TABELA 2 Uso médio de vapor Produto gerado Vapor total utilizado Exemplo e duração (kg/h) (kg/h) (kg) Exemplo Comparativo 2 01/07/2014 a 29/12/2014

4.360 20.351 19.046.155 (sem placa de tubo de isolamento) Exemplo Inventivo 2 01/01/2016 a 30/06/2016 (Exemplo Comparativo 2 com a 3.400 19.597 14.851.761 placa de tubo de isolamento instalada) Economia 960 4.194.394

Claims (35)

REIVINDICAÇÕES

1. TROCADOR DE CALOR (100), caracterizado por compreender: - cobertura (101); - uma entrada lateral do tubo (106) e uma saída lateral do tubo (107); - uma entrada lateral da cobertura (105) e uma saída lateral da cobertura (104); - uma série de tubos (102); - um conjunto de distribuição (108); - uma folha de tubo de entrada (114) e uma folha de tubo de saída (112); e - uma folha de tubo de isolamento (103); em que: - a folha de tubo de isolamento (103) é disposta entre o conjunto de distribuição (108) e a saída lateral da cobertura (104) para criar um espaço de isolamento (109) entre eles; e - os tubos (102) são encaixados no interior da cobertura (101) entre o conjunto de distribuição (108) e a folha de tubo de saída (112) e encontram-se em comunicação com a entrada lateral do tubo (106) através do conjunto de distribuição (108) e a saída lateral do tubo (107).

2. TROCADOR DE CALOR de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo espaço de isolamento (109) isolar a mencionada entrada lateral do tubo (106) e o mencionado conjunto de distribuição (108) da mencionada cobertura (101).

3. TROCADOR DE CALOR de acordo com qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pela entrada lateral da cobertura (105) permitir o ingresso e a saída lateral da cobertura (104) permite a saída do fluxo lateral da cobertura; e a entrada lateral do tubo (106) permitir o ingresso e a saída lateral do tubo (107) permite a saída do fluxo lateral do tubo.

4. TROCADOR DE CALOR de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pela posição da folha de tubo de isolamento (103) com relação ao conjunto de distribuição (108) ser baseada na temperatura e no ponto de ebulição de pelo menos um componente do fluxo lateral do tubo perto do seu ponto de ebulição e na temperatura do mencionado fluxo lateral da cobertura.

5. TROCADOR DE CALOR de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fluxo lateral do tubo ser fluxo líquido na entrada lateral do tubo (106).

6. TROCADOR DE CALOR de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelos tubos (102) serem dispostos paralelamente no interior do trocador de calor.

7. TROCADOR DE CALOR de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo espaço de isolamento (109) ser encaixado com um bocal de ventilação (110).

8. TROCADOR DE CALOR de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo espaço de isolamento (109) ser preenchido com ar.

9. TROCADOR DE CALOR de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pela entrada lateral do tubo (106) da cobertura ser encaixada com uma ou mais entradas auxiliares do fluxo (111).

10. TROCADOR DE CALOR de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo trocador de calor ser um trocador de calor de um estágio ou múltiplos estágios que possui os estágios de cada um dos trocadores de calor conectados em série.

11. TROCADOR DE CALOR de acordo com a reivindicação

10, caracterizado pelo trocador de calor ser um trocador de calor com múltiplos estágios, em que a folha de tubo de isolamento (103) é disposta entre o conjunto de distribuição (108) e a saída lateral da cobertura (104) para cada trocador de calor.

12. TROCADOR DE CALOR de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pela folha de tubo de isolamento (103) ser feita de material resistente ao calor.

13. TROCADOR DE CALOR de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo material resistente ao calor ser Teflon.

14. TROCADOR DE CALOR de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo trocador de calor compreender uma folha de tubo de entrada (114) no lado da cobertura.

15. TROCADOR DE CALOR de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo trocador de calor compreender uma ou mais membranas (113) no lado da cobertura.

16. TROCADOR DE CALOR de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo conjunto de distribuição (108) ser uma placa de distribuição com diversos orifícios (1081).

17. TROCADOR DE CALOR de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelos diversos orifícios sobre a placa de distribuição possuírem diâmetro na faixa de 1 mm a 100 mm.

18. TROCADOR DE CALOR de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelos diversos tubos (102) serem depositados em passo quadrado.

19. TROCADOR DE CALOR de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelos diversos tubos (102) serem depositados em passo triangular.

20. TROCADOR DE CALOR de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelos diversos tubos (102) serem depositados em passo hexagonal.

21. TROCADOR DE CALOR de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo trocador de calor não compreender um espaço de isolamento na saída lateral do tubo (107) da cobertura.

22. TROCADOR DE CALOR de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo trocador de calor ser um evaporador.

23. TROCADOR DE CALOR de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo evaporador ser um evaporador de filme em queda.

24. MÉTODO DE TROCA DE CALOR utilizando um trocador de calor conforme definido em qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender as etapas de: i. alimentação de um fluxo lateral do tubo através da mencionada entrada lateral do tubo (106) para o mencionado conjunto de distribuição (108); ii. passagem do fluxo lateral do tubo através da mencionada série de tubos (102); iii. alimentação de fluxo lateral da cobertura através da mencionada entrada lateral da cobertura (105); e iv. troca do calor entre o fluxo lateral do tubo na série de tubos (102) e o fluxo lateral da cobertura; em que a temperatura de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo que entram através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é próxima do seu ponto de ebulição; e a temperatura do fluxo lateral da cobertura que entra através da entrada lateral da cobertura (105) é mais alta que pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo no conjunto de distribuição (108).

25. MÉTODO de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fluxo lateral da cobertura ser selecionado a partir de ar, gás, líquido ou uma de suas combinações.

26. MÉTODO de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fluxo lateral do tubo compreender um ou mais componentes líquidos e a temperatura de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo que entra através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é de menos de Tb-15 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo perto do seu ponto de ebulição.

27. MÉTODO de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fluxo lateral do tubo compreender um ou mais componentes líquidos e a temperatura de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo que entra através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é de menos de Tb-10 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo perto do seu ponto de ebulição.

28. MÉTODO de acordo com qualquer das reivindicações 24 a 26, caracterizado pela temperatura do fluxo lateral da cobertura ser de mais de Tb+5 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo perto do seu ponto de ebulição.

29. MÉTODO conforme a reivindicação 24, caracterizado por compreender: v. alimentação de gás através da entrada auxiliar de fluxo (111) e fluxo do gás na mesma direção do fluxo lateral do tubo, em que a velocidade do fluxo lateral do tubo é acelerada pelo gás auxiliar de fluxo ao longo da parede interna da série de tubos (102).

30. MÉTODO DE CONCENTRAÇÃO DE LÍQUIDO utilizando um trocador de calor de filme em queda conforme definido em qualquer das reivindicações 1 a 23, caracterizado por compreender as etapas de: i. alimentação de um fluxo lateral do tubo através da mencionada entrada lateral do tubo (106) para o mencionado conjunto de distribuição (108); ii. passagem do fluxo lateral do tubo através da mencionada série de tubos (102) que possuem uma parede interna e formam um filme do fluxo lateral do tubo ao longo da parede interna; iii. alimentação de fluxo lateral da cobertura através da mencionada entrada lateral da cobertura (105); iv. troca do calor entre o fluxo lateral do tubo na série de tubos (102) com o fluxo lateral da cobertura; e v. obtenção de fluxo concentrado através da mencionada saída lateral do tubo (107) da cobertura; em que a temperatura do fluxo lateral do tubo que entra através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é próxima do seu ponto de ebulição; e a temperatura do fluxo lateral da cobertura que entra através da entrada lateral da cobertura (105) é mais alta que o fluxo lateral do tubo no conjunto de distribuição (108).

31. MÉTODO de acordo com a reivindicação 30, caracterizado por compreender adicionalmente: vi. alimentação de gás através da entrada auxiliar de fluxo (111) e fluxo do gás na mesma direção do líquido, em que a velocidade do líquido é acelerada pelo gás auxiliar de fluxo ao longo da parede interna da série de tubos (102).

32. MÉTODO de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fluxo lateral da cobertura ser ar, gás, vapor, água, óleo ou vapor secundário de um trocador de calor em etapa anterior.

33. MÉTODO de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fluxo lateral do tubo compreender um ou mais componentes líquidos e a temperatura de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo que entra através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é de menos de Tb-15 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo perto do seu ponto de ebulição.

34. MÉTODO de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fluxo lateral do tubo compreender um ou mais componentes líquidos e a temperatura de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo que entra através da entrada lateral do tubo (106) para o conjunto de distribuição (108) é de menos de Tb-5 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo perto do seu ponto de ebulição.

35. MÉTODO de acordo com qualquer das reivindicações 30 a 34, caracterizado pela temperatura do fluxo lateral da cobertura ser de mais de Tb+5 °C, em que Tb é o ponto de ebulição de pelo menos um dos componentes líquidos do fluxo lateral do tubo perto do seu ponto de ebulição.