BRPI0617176A2

BRPI0617176A2 - método e aparelho para a regeneração de um secador de sorção ou limpador

Info

Publication number: BRPI0617176A2
Application number: BRPI0617176-1A
Authority: BR
Inventors: Willem Meijer
Original assignee: Optimair Holding B V I O
Priority date: 2005-10-10
Filing date: 2006-10-09
Publication date: 2011-07-12
Also published as: WO2007043863A1; NL1030149C1; JP2009511261A; EP1933970A1; US20090314160A1; CN101282777A; KR20080066932A

Abstract

<B>MéTODO E APARELHO PARA A REGENERAçãO DE UM SECADOR DE SORçAO OU LIMPADOR <D>A invenção se refere a um método para a regeneração de um secador ou limpador de absorção ou adsorção pelo aquecimento periódico da superfície de absorção ou adsorçãodo mesmo para uma temperatura na qual as substâncias absorvidas ou adsorvidas são separadas dali, onde a superfície é mantida estacionária e periodicamente exposta à ação de meios de aquecimento. Partes diferentes da superfície podem ser aquecidas sucessivamente aqui, por exemplo, pelo fato de uma parte ativa dos meios de aquecimento ser deslocada ao longo da superfície. A invenção também se refere a um aparelho para a realização deste método, o qual é provido com meios de aquecimento adaptados para exporem periodicamente a superfície a suaação. Os meios de aquecimento podem compreender vários elementos de aquecimento dispostos distribuídos ao longo da superfície, além de um controle para a comutação alternadamente dos elementos de aquecimento para ligados e desligados.

Description

MÉTODO E APARELHO PARA A REGENERAÇÃO DE UM SECADOR DE

SORÇÃO OU LIMPADOR

A invenção se refere a um método e aparelho para a regeneração de um secador de sorção ou limpador, que tem pelo menos uma superfície de sorção, pelo aquecimento periódico da superfície de sorção para uma temperatura na qual as substâncias sorvidas são separadas dali, onde a superfície é mantida estacionaria e periodicamente exposta à ação de meios de aquecimento.

Os secadores ou limpadores de sorção são usados para a secagem ou para a limpeza de meios, em particular gases, por meio de absorção ou adsorção, respectivamente, de umidade presente ali ou de contaminantes presentes ali. A absorção é quando o material o qual extrai a umidade do meio e, desse modo, sofre uma mudança física ou química, por exemplo, é absorvido na umidade. A adsorção é quando a umidade extraída é meramente mantida com firmeza sobre ou na superfície do material. Ambos estes fenômenos são resumidos abaixo se usando os termos "sorção" ou "sorver". As aplicações deste princípio são, por exemplo, na secagem de ar ambiente pela sorção da água presente ali, tal como ocorre, por exemplo, em um controleclimático. Outro exemplo é a limpeza de um gás, tal como metano,transportado através de um sistema de tubo, pela sorção de hidretos de metano presentes ali.

A secagem ou limpeza de fluxos de gás desta forma é, de fato, um processo em dois estágios. Em uma primeira etapa de processo, as substâncias indesejáveis, assim a umidade ou os contaminantes, são sorvidos a partir do fluxo de gás para secagem ou linpeza levando-se o gás ao longo de um material, o qual tem uma afinidade maior com estas substâncias, ou tem uma pressão de vapor mais baixa do que a do gás em si. Em um segundo estágio do processo, as substâncias sorvidas então são mais uma vez cedidas a umoutro meio, por exemplo, um fluxo de gás a ser descarregado. De modo a se liberarem as substâncias do material de sorção, a temperatura deve ser geralmente aumentada consideravelmente, dè modo a se aumentar a pressão de vapor do mesmo para um nível acima daquele do fluxo de gás a ser descarregado.

No exemplo de secagem de ar em um controle climático, a umidade assim é extraída do ar, o qual é aspirado a partir do exterior, e esta umidade é cedida de novo para o ar, o qual é extraído da edificação e, mais uma vez, soprado para o exterior. De modo a se extrair água do ar externo, o ar ê guiado ao longo de superfícies as quais são cobertas com uma camada de um material de forte adsorção de água, tal como sílica gel. De modo a então se ceder a água, o ar, por exemplo, (uma parte do) o ar de descarga, é aquecido para acima do ponto de ebulição da água e guiado ao longo do material adsorvente,. depois do que o vapor de água pode escapar dali e é entranhado no fluxo de ar de saída. O material adsorvente por meio disto é regenerado e mais uma vez é capaz de extrair grandes quantidades de água do ar.

Na prática, usualmente ê feito uso aqui de uma roda rotativa com várias superfícies, as quais se estendem em uma direção radial e as quais são cobertas com o material adsorvente. Esta roda é colocada entre um duto de alimentação e um duto de descarga com seu eixo de rotação paralelo à direção de fluxo do ar nos dutos, de modo que as superfícies cobertas se movam através do duto de alimentação durante parte de uma "rotação e através do duto de descarga para a parte remanescente da rotação. Durante apassagem através do duto de alimentação, as superfícies cobertas extraem água do ar aspirado e, durante a passagem através do duto de descarga, esta água é mais uma vez cedida. De modo a se liberar tanta água quanto possível do material adsorvente no curto tempo em que as superfícies se movem através do duto de descarga, a roda deve ser aquecida bem acima do ponto de ebulição da água, por exemplo, para até 180 °C. Isto requer uma grande quantidade de energia; não apenas para aquecer a água até o ponto de ebulição e além, mas, particularmente, para evaporação da água, uma vez que o calor de evaporação da água é muito maior do que o calor específico da mesma.

De modo a se reduzir drasticamente o consumo de energia de secadores e limpadores de sorção, já foi proposto no pedido de patente dos Países Baixos não pré-publicado 1029822 usar um assim denominado polímero de LCST (Temperatura de Solução Crítica Mais Baixa). Um polímero de LCST é um polímero o qual é solúvel nas substâncias a serem separadas para uma temperatura determinada, a temperatura de solução crítica ou o ponto de transição, mas o qual nãoé mais solúvel acima desta temperatura de solução crítica, de modo que as substâncias absorvidas sejam, de fato, repelidas. A estabilidade do polímero em estado dissolvido é assegurada aqui por formadores de retículo escolhidos adequadamente. O ponto de transição claramente está abaixo do ponto de ebulição das substâncias a serem separadas. Devido ao fato de o ponto de transição de um polímero de LCST ser tão baixo, por exemplo., da ordem de 60 a 70 °C, o polímero requer bem menos aquecimento do que é necessário no caso de materiais de sorção usuais, tal como sílica gel.Mais ainda, a substância sorvida não tem que ser evaporada de modo a ser liberada do polímero de LCST, por meio do que o calor de evaporação, o qual requer bem mais energia, é poupado.

A presente invenção agora tem por seu objeto prover um método para regeneração de um secador ou limpador de sorção, o qual é mais simples de se realizar e requer menos energia do que o método de regeneração convencional descrito acima. A invenção também tem por seu objeto prover um aparelho para a regeneração de um secador ou limpador de sorção, o qual é estruturalmente mais simples e mais barato e tem um consumo de energia mais baixo do que o aparelho de regeneração convencional. Com respeito ao método, este é obtido pela combinação de medidas, conforme descrito na reivindicação 1. Um aparelho de regeneração de acordo com a invenção é caracterizado pelas medidas, conforme declarado na reivindicação 6.

Fazendo-se uso do fato qüe, quando um polímero com baixa temperatura de solução crítica é usado, consideravelmente menos calor precisa ser suprido, de modo a se liberarem, mais uma vez, as substâncias sorvidas, a invenção é baseada na percepção que a necessidade de construções móveis complicadas desse modo é descartada, e a etapa de regeneração pode ser realizada na mesma localização que - e, se desejado, mesmo simultaneamente com - a etapa de sorção. A superfície com o material de sorção para regeneração assim pode ser mantida estacionaria e periodicamente exposta à ação de meios de aquecimento.

Uma parte ativa do meio de aquecimento pode se deslocar aqui ao longo da superfície, de modo que umaporção diferente da superfície em um tempo seja regenerada. Quando a regeneração ocorre durante uma operação normal do secador ou limpador de sorção, substâncias para separação são extraídas do fluxo de gás passando pela maior parte da superfície, enquanto as substâncias estão sendo cedidas a partir da superfície mais uma vez por uma pequena fração da mesma. Uma parte pequena das substâncias é mais uma vez entranhada no fluxo de gás, enquanto a maior parte fluirá para longe ao longo da superfície para um espaço de coleta.

Embora seja verdadeiro que a eficiência total do secador ou limpador de sorção desse modo diminua ligeiramente, isto é mais do que compensado pela simplificação considerável da construção - e, desse modo, por uma redução nos custos -obtida dessa forma.

Preferencialmente, variantes aplicadas do método deacordo com a invenção são descritas nas reivindicações dependentes 2 a 5, enquanto modalidades preferidas do aparelho de regeneração formam o' assunto das reivindicações dependentes 7 a 12.

A invenção agora é elucidada com base em umamodalidade, onde uma referência é feita aos desenhos associados, nos quais:

a Figura 1 é uma vista em perspectiva detalhada com partes explodidas mostrando a estrutura de um secador oulimpador de sorção provido com um aparelho de regeneraçãode acordo com a invenção,

a Figura 2 é uma vista em perspectiva esquemática do secador ou limpador de sorção com o aparelho de regeneração da figura 1 durante a regeneração de uma primeira parte do secador ou limpador, ea Figura 3 é uma vista correspondente à figura 2 do secador ou limpador de sorção durante a regeneração de uma outra parte do mesmo.

Um secador ou limpador de sorção 1 é formado por um substrato tipo de placa 2 no qual uma camada de material (ab ou ad) sorvente 3 é disposta. 0 substrato tipo de placa 2 aqui define uma superfície S, por exemplo, a parede de um duto para suprimento de ar para um espaço. 0 material sorvente 3 é um polímero de temperatura de solução críticabaixa, por exemplo, polioxazolina, poli(dimetialmino etil metacrilato) (pDMAEMa) ou poli(N-isopropilacrilamida) (pNiPAAm). Caso contrário, também é possível divisar o polímero de LCST sendo autônomo, desse modo descartando a necessidade de um substrato em separado.

De modo a se aquecer o polímero para sua temperaturade solução crítica, o secador ou limpador de sorção 1 ainda é provido com meios de aquecimento 4. Estes assumem a forma aqui de vários elementos de aquecimento, por exemplo, os fios de aquecimento 5, conectados a uma rede. Os meios deaquecimento 4 ainda compreendem um controle 6, onde umaparte diferente da rede em um momento é comutada para ligada. Diferentes partes de meios de aquecimento 4 desta forma se tornam periodicamente ativadas, por meio do que a parte ativa dos meios de aquecimento 4 como estiver sedesloca ao longo da superfície S.

Os meios de aquecimento são dispostos em um portador 7, o qual é montado no substrato 2. Na modalidade mostrada, o portador 7 assume mesmo a forma de uma folha sobre a qual os elementos de aquecimento 5 e o controle 6 são impressose a qual é colada entre o substrato 2 e a camada dematerial de sorção 3. Uma construção muito compacta é obtida dessa forma. Isto é possível porque os elementos de aquecimento 5 precisam suprir apenas uma potência baixa, uma vez que o material adsorvente 3 é, afinal de contas, um polímero de LCST.

Durante o uso do secador ou limpador de sorção 1, o ar úmido MA, por exemplo, ar ambiente, é soprado ou aspirado através de um duto por meio de um ventilador, cada parede deste duto sendo formada por um substrato 2 que tem nele uma camada de material de sorção 3. Conforme o fluxo de ar úmido MA passa, a umidade M é extraída dali pelo material de sorção 3 e, então, mantida com firmeza. O fluxo de ar A seco desta maneira deixa o duto e pode ser adicionalmente processado, por exemplo, resfriado, antes de ser suprido para um espaço.

Quando o material de sorção 3 tiver retirado tanta umidade que esteja em risco de se tornar saturado, ele deve ser regenerado, mais uma vez, pela cessão de umidade. Para esta finalidade, o material de sorção é aquecido para acima de uma temperatura de solução crítica na qual o polímero

sai de solução e a umidade é repelida. Quando polímeros de baixa temperatura crítica (polímero de LCST) são usados como o material de sorção, este ponto de transição ocorrerá a uma temperatura claramente mais baixa do que o ponto de ebulição da água, por exemplo, a em torno de 60 a 70 °C.

Os meios de aquecimento 4 de acordo com a invenção são adaptados para aquecerem uma parte do material de sorção 3 em um momento acima da temperatura de solução crítica, enquanto o restante do material é mantido abaixo desta temperatura e, assim, retém sua ação de sorção normal. Soba influência do controle 6, uma seção Si de superfície S próxima do lado de fluxo de entrada do duto, por exemplo, é aquecida primeiramente e regenerada. Uma pequena quantidade de unidade V' então é cedida aqui para a passagem do fluxo de ar úmido MA, o qual, subseqüentemente, quando passando ao longo da parte remanescente de superfície S, cede sua umidade para o material de sorção 3 e, assim, seco deixa o duto. A maior parte da umidade V" cedida pela seção aquecida Si, de outra parte, flui para baixo ao longo da superfície S e, então, é coletada em algum lugar.

O controle 6 então comuta para ligada uma outra parte da rede de fios de aquecimento 5 e uma seção subseqüente S2 é aquecida e regenerada. O fluxo de ar úmido MA assim então é primeiramente seco, conforme passar pela primeira seção Si, então toma alguma umidade V' do material de sorção 3 na segunda seção S2 e é subseqüentemente seco adicionalmente, de novo, pela superfície remanescente S. Aqui, também, a maior parte da umidade repelida V" de novo flui para longe para baixo ao longo da superfície S.

A superfície inteira assim pode ser regenerada em umperíodo de tempo curto pela comutação sucessiva de partes da rede para ligadas e desligadas.

Embora a invenção seja elucidada acima com base em uma modalidade, será evidente que isto não está limitado assim e pode ser variado de muitas formas no escopo das reivindicações a seguir, agora.

Claims

1. Método para a regeneração de um secador ou limpador de sorção (1), que tem pelo menos uma superfície de sorção (S) , pelo aquecimento periódico da superfície de sorção (S) para uma temperatura na qual as substâncias sorvidas são separadas dali, onde a superfície (S) é mantida estacionária e periodicamente exposta à ação de meios de aquecimento (4), caracterizado pelo fato de os meios de aquecimento (4) compreenderem vários elementos de aquecimento (5) dispostos distribuídos ao longo da superfície (S) , conectados em uma rede, a superfície (S) sendo periodicamente exposta à ação dos meios de aquecimento (4) por alternadamente comutar uma parte diferente da rede para ligado e desligado em um tempo demodo a se deslocar pelo menos uma parte ativa dos meios de aquecimento (4) ao longo da superfície (S).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato das partes diferentes da superfície (S) serem aquecidas sucessivamente.

3. Método, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de durante a regeneração de uma parte do secador ou limpador de sorção (1) a parte remanescente do secador ou limpador de sorção (1) continuar a operar normalmente.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato da superfície (S) ser aquecida para uma temperatura a qual é mais baixa do que um ponto de ebulição das substâncias a serem separadas dali.

5. Aparelho para a regeneração de um secador oulimpador de sorção (1) que tem pelo menos uma superfície de sorção (S), compreendendo meios (4) para se aquecer periodicamente a superfície (S) para uma temperatura na qual as substâncias sorvidas são separadas dali, onde a superfície (S) é estacionaria e os meios de aquecimento (4) são adaptados para periodicamente exporem a superfície (S) a sua ação, caracterizado pelo fato de os meios de aquecimento (4) compreenderem pelo menos uma parte ativa deslocável ao longo da superfície, os meios de aquecimento (4) compreendendo vários elementos de aquecimento (5) dispostos distribuídos ao longo da superfície (S) conectados em uma rede, além de um controle (6) para a alternadamente comutar uma parte diferente da rede para ligado e desligado em um tempo.

6. Aparelho para a regeneração de um secador oulimpador de sorção (1), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de os meios de aquecimento (4) serem adaptados para sucessivamente aquecerem partes diferentes da superfície (S).

7. Aparelho para a regeneração de um secador oulimpador de sorção (1), de acordo com as reivindicações 5 ou 6, caracterizado pelo fato de os elementos de aquecimento (5) serem fios de aquecimento conectados em uma rede.

8. Aparelho para a regeneração de um secador oulimpador de sorção (1), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de os elementos de aquecimento (5) e o controle (6) serem acomodados em um portador (7) a ser conectado à superfície (S).

9. Aparelho para a regeneração de um secador oulimpador de sorção (1), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o portador (7) toma a forma de uma lâmina sobre o qual os elementos de aquecimento (5) e o controle (6) são impressos.

10. Aparelho para a regeneração de um secador ou limpador de sorção (1) , de acordo com qualquer uma das reivindicações 5, 6, 7, 8 ou 9 caracterizado pelo fato de os meios de aquecimento (4) serem adaptados para aquecerem a superfície (S) para uma temperatura a qual é mais baixa do que um ponto de ebulição das substâncias a serem separadas dali.