BRPI0619336A2 - método de purificação de água, processo e dispositivo - Google Patents

Abstract

Método de purificação de água, processo e dispositivo. No processo de purificação de água, dispositivo e método, vapor de água contaminada (13) é exposto à solvente liquido (34), o que provoca uma transferência de contaminantes do vapor da água contaminada (13) para o solvente liquido (34). Em uma melhor configuração, este último passo é seguido por uma segunda fase de purificação onde a água descontaminada em fase líquida (36), é exposta ao vapor de água (44) que provoca uma transferência de solvente remanescente na água descontaminada (36) para o vapor de água (44). A energia liberada durante a condensação do vapor pode ser utilizada vantajosamente para a evaporação dos líquidos, opcionalmente pela compressão dos vapores antes da sua condensação nos trocadores de calor.

Description

Método de purificação de água, processo e dispositivo.

As melhorias referem-se geralmente a técnicas para o tratamento de água contaminada, e em alguns melhoramentos, mais específicos para o tratamento de esterco líquido.

Cenário

A suinocultura é reconhecida por produzir uma grande quantidade de chorume, que é difícil se lidar com o ambiente. Por exemplo na província de Quebec, no Canadá, legislação recente foi introduzida para restringir severamente os limites admissíveis de contaminantes em concentração de água, que é devolvida ao ambiente (através de rios ou para irrigar campos por exemplo). A grande preocupação que levou a esta decisão é a de que os contaminantes na água, quando em concentrações suficientemente altas, sabe-se que progressivamente percolam para o solo e contaminam o lençol freático. Embora uma parte do chorume de suínos possa ser tratada pela compostagem, este chorume normalmente inclui uma grande percentagem de água, que deve ser reduzida antes da operação de compostagem. A água é tipicamente removida do chorume por filtração e evaporação, mas muitos contaminantes de forma azeotrópica tendem a se evaporar com a água. Portanto, contaminantes tendem a seguir o vapor de água e a condensação, a água ainda inclui as concentrações de contaminantes que ultrapassam as mais rigorosas normas ambientais impostas pelo governo para liberar a água para o ambiente (em um riacho ou por irrigar um campo, por exemplo). Os produtores de porcos têm o desafio considerável na disposição do chorume gerado por seus suínos.

Assim, há uma necessidade de se buscar melhorias do processo de tratamento de águas contaminadas.

Sumário

Um objetivo da melhoria é atenuar as desvantagens existentes concernentes ao tratamento de água.

De acordo com um aspecto, as melhorias fornecem um método para extração dos contaminantes de água contaminada, o método que inclui: aquecimento da água contaminada para formar um vapor contaminado; transferência de contaminantes do vapor contaminado por um líquido solvente, por expor os vapores contaminados deste, proporcionando um vapor azeotrópico descontaminado contendo ambos vapor de água e vapor solvente; condensação do vapor descontaminado azeotrópico em um condensado líquido heterogêneo incluindo água e condensado solvente; e separando o líquido heterogêneo em um condensado água e um condensado solvente.

De acordo com um aspecto, a melhoria aplicada no processo de purificação da água contaminada inclui: realização de um primeiro passo de purificação incluindo exposição das águas contaminadas em fase vapor de um solvente na fase líquida, assim, significativamente para livrar o vapor de água contaminada dos contaminantes por transferência de contaminantes ao solvente líquido.

De acordo com outro aspecto, as melhorias para o aparelho de purificação de água compreendem: uma primeira caldeira aonde água contaminada é vaporizada, um reservatório de solvente, e uma primeira coluna tendo uma conexão de entrada para a primeira caldeira, uma saída de vapor, uma entrada de líquido conectada ao reservatório de solvente, uma saída de líquido e os meios para reagirem o líquido solvente e o vapor contaminado.

Breve descrição dos desenhos

Outras características e vantagens da atual melhoria tornam-se evidentes a partir da seguinte descrição detalhada, tomando em consideração o desenho anexado, em que:

- Fig. 1 é uma vista esquemática de um processo e aparelho, de acordo com uma personificação da invenção; e

- Fig. 2 é uma vista do esquema do processo e aparelhos da Fig. 1 incluindo um sistema de troca de calor.

Nota-se que os desenhos anexos como as figuras estão identificados por números de identificação e referência.

Descrição detalhada

Em referência à figura 1, como exemplificação de incorporação de um aparelho de purificação de água 10, incorporando os princípios das melhorias está esquematizãdo detalhadamente. Estes podem ser notados neste exemplo, o processo e o aparelho incluem dois estágios de purificação: um primeiro estágio de purificação no qual vapor contaminado fica exposto a um solvente líquido o qual absorve alguns contaminantes do vapor, e um segundo estágio de purificação, aonde a água condensada está exposta ao vapor qual absorve o solvente residual com a água condensada.

A água contaminada 12, assim como o chorume, são mantidos em uma primeira caldeira 14. Pelo menos uma parte da água contaminada é transformada em vapor pela primeira caldeira 14 e torna-se vapor contaminado 13. Embora alguns contaminantes como resíduos sólidos não evaporem, outros serão evaporados, consistindo este fato um fator de vantagem deste aparelho 10. O aparelho 10 poderá funcionar em um estado de equilíbrio, e por isso, durante o modo de funcionamento contínuo as águas contaminadas 12 alimentam continuamente a caldeira 14, gerando vapor contaminado 13, que concentra e remove os contaminantes não removidos na caldeira 14. O vapor contaminado 13 é encaminhado a uma primeira coluna 18, onde estará exposto em um solvente líquido 34 em que estarão se transferindo os contaminantes.

Na incorporação ilustrada, parte do vapor contaminado condensa na primeira coluna 18 e seu condensado é canalizado para uma segunda caldeira 22, com o solvente líquido 34. O solvente e a água contitui-se em uma solução azeotrópica 20, que é vaporizada pela segunda vez na caldeira 22, produz um vapor azeotrópico 24. O vapor azeotrópico 24 alimenta a primeira coluna 18 e mistura-se com o vapor contaminado 13 da primeira caldeira para formar o que será referido como um contaminado vapor azeotrópico 26. O vapor azeotrópico contaminado 26 percorre a primeira coluna 18, contrafluxo do solvente líquido 34, e assim é progressivamente descontaminado na primeira coluna 18, enquanto que os contaminantes são transferidos para o líquido solvente 34 pelo princípio de equilíbrio. Ao mesmo tempo, parte do líquido solvente na coluna evapora e parte do vapor condensa na coluna, tendo sido fornecido energia na evaporação do líquido solvente. Na saída da primeira coluna 18, o vapor pode se formar em um vapor descontaminado azeotrópico 28, enquanto o solvente e a água estão em equilíbrio, e nos quais os contaminantes foram substancialmente reduzidos ou removidos ambos transferidos para o líquido solvente 38. Este primeiro estágio de transferência é referido como o primeiro estágio do processo.

O vapor azeotrópico descontaminado 28 é encaminhado a um condensador 30 no qual se condensa em forma heterogênea, água descontaminada e uma mistura de solvente 32, que são mantidas em um separador 33 e, assim, substancialmente a sua água separada em 36 e solvente líquido 34. Conforme ilustrado na incorporação, que é a separação do solvente líquido constituído 34, que é encaminhado para a primeira coluna 18 que nele se encontra em contrafluxo com o vapor azeotrópico contaminados 26, como foi descrito acima. Alternativas para esta incorporação serão descritas mais adiante. Ao solvente líquido 34, entrada 31 da primeira coluna 18, que corresponde ao escoamento do vapor azeotrópico 28, tanto o solvente líquido 34 e o azeotrópico vapor 28 são substancialmente isentos de contaminantes. Ao solvente líquido 34, saída 29 da primeira coluna 18, que corresponde à entrada de vapor contaminado azeotrópico 26, tanto o solvente líquido 34 e os 26 possuem contaminantes. O vapor contaminado azeotrópico 26 é progressivamente descontaminado conforme passa ao longo da altura da primeira coluna 18, enquanto que o solvente 34 está progressivamente mais concentrado em contaminantes, pois ele progride para baixo na primeira coluna 18. O solvente líquido contaminado 38 sai da primeira coluna 18 e retorna à segunda caldeira 22 com uma percentagem de água condensada contaminada.

Subseqüentemente da separação no separador 33, a água separada constituinte 36 e certamente uma percentagem de solvente que poderia rendê- lo impróprio para a descarga ao meio ambiente. Vantajosamente, este percentual de solvente poderá ser substancialmente removido pela segunda coluna 39. Na segunda coluna 39, a água constituinte separada 36 é exposta ao vapor 44. Solvente residual qual permaneceu contido na água separada 36, assim será removida na segunda coluna 39, enquanto é transferido para o vapor 44 por principio de equilíbrio. Este estágio de remoção do solvente é referido como segundo estágio.

Assim, a substância isenta de solventes e a água liquida descontaminada, que serão aqui referidos como "água purificada" 40, sai à segunda coluna 39. A água purificada 40 pode ser extraída na saída 48. Com vantagem, pelo menos uma parte da água purificada 40 é canalizada para uma terceira caldeira 42, que fornece o vapor d'água 44 na segunda coluna 39. A terceira caldeira 42 vaporiza uma parte da água purificada 40, para produzir aquilo que vai ser mencionado neste documento como "puro vapor" 44, que passa através da segunda coluna 39 contra o fluxo da água líquida constituinte 36. Solvente residual na água líquida constituinte 36 é, portanto, substancialmente transferido para o vapor puro 44 dentro da segunda coluna 39, através de princípios de equilíbrio, assim progressivamente formando um vapor azeotrópico 46 com mistura de água e solvente, mas substancialmente isento de contaminantes. Este puro vapor azeotrópico 46 é posteriormente condensado, e separado em água 36 e solvente 34, componentes que serão usados na segunda coluna 39 e na primeira coluna 18, respectivamente. Vantajosamente, o puro vapor azeotrópico 46 originado da segunda coluna 39 pode ser combinado com o vapor descontaminado azeotrópico 28 da primeira coluna 18 antes de ser condensado conjuntamente 32 no condensador 30. Assim, a mistura heterogênea 32 de solvente e água que sai do condensador 30 e que está separada vem de uma mistura de vapores 28 e 46 da primeira coluna 18 e na segunda coluna 39 no exemplo ilustrado. Os ciclos da água separada constituinte 36 e do solvente constituinte 34 serão descritos a seguir.

O processo acima descrito é útil no tratamento de diversos tipos de água contaminada, e é especialmente útil na extração de contaminantes neutros que não podem ser extraídos por lavagens ácidas ou alcalinas tradicionais. A sua utilização diz respeito ao tratamento do chorume na indústria suinícola, mas ele pode ser facilmente usado com ou sem adaptação para tratar a água contaminada por exemplo, de excrementos de outros animais, ou mesmo no tratamento de águas contaminadas originadas de processos de industriais, como a celulose e papel, alimentação, combustíveis e indústrias no geral.

Em alternativa incorporação, a primeira caldeira 14 e a segunda caldeira 22 podem ser combinadas em uma única caldeira. O uso de duas caldeiras é vantajoso no caso de tratamento de chorume, pelo fato que elas retêm os resíduos de condensado na primeira caldeira 14 para receber o solvente.

Em outra suplementar incorporação, a segunda caldeira pode ser removida ou inutilizada. Por exemplo, um recipiente poderia ser utilizado alternadamente para receber os solventes contaminados 38 da primeira coluna 18 e um sistema de filtração e bomba poderia ser utilizada para enviar solvente líquido 34 na primeira coluna 18. O uso de uma segunda caldeira é vantajoso uma vez que os vapores do solvente também são limpos pela ação do solvente líquido na primeira coluna 18.

Ainda outra alternativa de melhoria suplementar pode usar uma outra fonte de água do que a água pura 40 para fornecer vapor d'água 44 na segunda coluna 39. Outras ainda, a segunda coluna 39 pode ser totalmente substituída por outro sistema adequado à remoção da água solvente ou ser totalmente omitida nos casos em que as concentrações dos separados na água constituinte 36 são encontradas em nível tolerável.

Existem e são conhecidos muitos tipos de colunas utilizadas para reagir um líquido e um gás. Na incorporação ilustrada, um único conjunto de colunas foi utilizado incorporando a primeira coluna 18 e segunda coluna 39. No entanto, outros tipos de colunas podem ser utilizados, como uma torre prato, por exemplo. Outras possíveis adaptações, em especial relacionadas com a utilização das melhorias com outros tipos de contaminantes que chorume, serão descritos mais adiante, para posteriormente detalhar a aplicação das melhorias com chorume como a fonte de água contaminada.

O estrume de porco líquido é altamente contaminado, e normalmente inclui sólidos, que são retirados de preferência, por filtragem, antes da etapa de aquecimento. O chorume filtrado é bastante líquido, podendo incluir cerca de 3% de sólidos e cerca de 97% de líquidos. Como primeiro passo de um processo extração de água, o chorume é submetido ao calor em uma caldeira para evaporar a água nele contida.

A água é evaporada até que o chorume tenha cerca de 30% de sólidos para cerca de 70% líquidos. Esta última vantajosa composição resulta em uma mistura úmida, que pode ser desaguada podendo ser aproveitada em compostagem como adubo. Muitos contaminantes permanecem no líquido, mas alguns contaminantes podem tomar forma gasosa após a evaporação sob fórmulas azeotrópicas com o vapor d'água, ou seja, evaporar e formar uma mistura gasosa com o vapor d'água. Os contaminantes do vapor da água contaminada 13 podem ser classificados em três tipos: contaminantes ácidos, contaminantes alcalinos, e contaminantes neutros. Embora conhecidos, as águas efluentes ácidas e alcalinas podem ser utilizadas para tratar os dois primeiros tipos de contaminantes, eles são tipicamente ineficazes sobre contaminantes neutros. A vantagem do aparelho 10 pode ser combinada com um ácido 50 e uma lavagem alcalina 60 para tratar os dois primeiros tipos de contaminantes. A concentração do contaminante no vapor da água contaminada ao sair é relativamente baixa, mas ainda não pode ser desconsiderada e negligenciada, caso em que ela pode ser tratada com vantagem utilizando o aparelho 10 descrito acima. Uma fonte de contaminante comum presente no vapor de água contaminada de chorume é um elevado nível de amoníaco (NH3), um gás que é solúvel em água, mas que se desassocia no vapor d'água. Gases que não são condensados à temperatura ambiente e que são misturados no vapor contaminados, como NH3, de preferência devem ser removidos antes do início da primeira fase purificação. Se não forem removidos, podem tender a se acumular dentro do condensador 30. Isto é particularmente indesejável quando trocadores de calor são utilizados, como discutido mais adiante, porque esses gases acumulados podem atuar como isoladores e, assim, impedir transferência de calor. NH3 gasosos tende a se dissociar em NH4 + e OH-(ou seja, um ácido e um radical alcalino), na presença de água, sendo, portanto, tratados com vantagem utilizando um lavador ácido 50 (Fig. 1). Chorume também é conhecido por conter sulfureto de hidrogênio (H2S). Sulfureto de hidrogênio pode ser substancialmente removido utilizando uma lavagem alcalina 60. Por estas e outras razões, ao tratar chorume de suínos, tanto uma lavagem ácida 50 e uma lavagem alcalina 60 são recomendadas para serem usadas em combinação com o aparelho 10. Normalmente, a lavagem por ácido 50 e a lavagem alcalina 60 são utilizadas entre a primeira caldeira 12 e na primeira coluna 18, e servem para eliminar substancialmente mais contaminantes ácidos e alcalinos do vapor da água contaminada 13.

Os lavadores ácidos e alcalinos 50, 60 são tipicamente colunas em que o vapor d'água contaminado 13 trafega e está exposto a uma grande área de superfície líquido alcalina 52 ou ácida 62 que trafega em direções opostas. O princípio de colunas é bem conhecido e vários fabricantes apresentam diferentes tipos de colunas para diferentes aplicações.

No lavador ácido 50, um líquido alcalino 52 reage com os ácidos do vapor da água contaminada 13, o que resulta na formação de sais. De preferência, sulfato de amônio é produzido com a vantagem que pode ser usado como um fertilizante em fazendas vizinhas. O vapor contaminado 15 que sai do lavador ácido 50 é, portanto, substancialmente ácido contaminado. Do mesmo modo, um ácido líquido 62 é alimentado na lavagem alcalina 60 que reage com o vapor da água contaminada alcalina 15 e cria sais. O vapor d'água efluente 16 lavado pelos lavadores 50, 60, é conduzido a primeira coluna 18, e segue para as restantes etapas do processo como descrito anteriormente.

É importante fazer notar aqui o que se considera a vantajosa no caso de tratamento de chorume adicionar ácido na água contaminada 12 antes de seu aquecimento na primeira caldeira 14. Isto levou a um aumento da extração de amoníaco. No tratamento do chorume, o ácido sulfúrico tem a vantagem de poder ser utilizado como o ácido adicionado na água contaminada 12 e / ou utilizados na base do lavador 60, uma vez que produz ácido sulfúrico e sulfato de amônio, quando reagiu com amônia, um subproduto que pode ser aproveitado nos adubos.

A partir do exposto, constata-se que um papel de solvente no chorume é de absorver os contaminantes que permaneçam no vapor da água contaminada 16, e subseqüentemente no lavador ácido 50 e no lavador alcalino 60, embora os lavadores não possam ser essenciais para outras incorporações da invenção. Como descrito acima, o processo separa o solvente 34 e os constituintes da água 36 a partir da mistura 32. O solvente, pois, de preferência tem as seguintes características: é adaptado para formar uma mistura azeotrópico 20 com água, tal que uma quantidade suficiente dele vai evaporar com a água na segunda caldeira 22; é relativamente insolúvel em água para formar um líquido heterogêneo com água 32, de modo a ser separável dela, não é venenosa e é, em estado líquido à temperatura ambiente, e em seu estado líquido, tem as propriedades de absorção dos gases contaminantes, que se destina a absorver. Embora hidrocarbonetos, como pentano, heptano e nonano são utilizados como solventes em outras aplicações, álcoois com características de solventes têm sido utilizados com vantagens para tratar os tipos de contaminantes encontrados no chorume.

Álcoois são uma grande família de moléculas tipicamente caracterizadas, na medida em que contêm um ou mais grupos de hidrocarbonetos e um ou mais grupos de hidroxilas (OH-). A família do álcool inclui progressivamente os mais pesados seguintes membros: etanol, butanol, álcool n-amílico, hexílico álcool e octanol. A evaporação por temperaturas dos últimos membros aumenta progressivamente com o seu "peso". Além disso, a capacidade azeotrópica de uma quantidade de membros do grupo que evapora com a respectiva diminuição da quantidade de água diminui progressivamente com o seu "peso". Por exemplo, evaporação do butanol tem uma temperatura de cerca de 118°C, e quando misturado com água, o que constitui uma mistura de vapor azeotrópico de 55% de butanol e 45% de vapor d'água (proporção de 1.22:1). Em contraste, octanol evapora a cerca de 195°C, e constitui uma azeotropia tendo 10% e 90% octanol vapor de água (taxa 0.11:1). Aumentando a quantidade de solvente que é evaporado normalmente resulta em uma melhor lavagem (isto é, menor percentual de contaminantes remanescentes no vapor d'água). No entanto, também resulta em uma maior concentração de solvente remanescente dentro da água separada constituinte 36, que deve ser lavada na segunda coluna 39. Embora ele não seja uma preocupação determinante, deve-se considerar também os custos da energia de evaporação do solvente. Normalmente, quando o veículo ter uma primeira evaporação , é novamente aquecido com temperatura para a água ter uma segunda evaporação, a formação azeotrópica da mistura destes produtos terá uma terceira evaporação pela temperatura adicionada, que, geralmente, é inferior a primeira e segunda temperatura de evaporação. No caso do butanol por exemplo, a temperatura de evaporação da água- butanol azeotrópica é de 92 ° C. Por estas e outras razões, que serão exibidos no que diz respeito à descrição do exemplo ciclo termodinâmico, descrito mais abaixo, hexil- álcool foi encontrado para satisfazer as características de aplicação no chorume .

A evaporação do álcool Hexilico acontece em uma temperatura de cerca de 158°C, e constitui uma azeotropia heterogênea com evaporação da água que tem uma temperatura de cerca de 98°C e uma desempenho de evaporação de cerca de 0.5:1. Solventes diferentes do hexil-Alcool podem ser utilizados para fornecer melhores resultados ou para ser mais bem adaptados para tratar contaminantes de uma outra fonte. Aplicações como utilizações industriais com maiores concentrações de contaminantes, por exemplo, podem exigir um solvente com maior desempenho de evaporação , ou com outras características mais adequadas.

A partir do exposto, não restam dúvidas quanto ao efeito purificador do aparelho 10 sobre as águas contaminadas, mas provavelmente deverá haver uma reflexão acerca dos custos energéticos adicionais que representam, relacionados com a evaporação da água e solvente nas segunda e terceira caldeiras 22, 42. Seria uma maravilha se esse equipamento se demonstrasse economicamente viável. A figura 2 mostra como os custos energéticos do aparelho podem ser reduzidos pela implementação do seguinte conceito termodinâmico.

Passando agora para Fig. 2, um aquecedor 80 pode ser utilizado para aquecer o chorume 12 utilizando a energia da água pura 48, que é quente quando sai da segunda coluna 39. O vapor azeotrópico 28 e 46 da primeira coluna 18 e na segunda coluna 39 podem ser combinados num combinado vapor azeotrópico 70. Um compressor 72 pode ser utilizado vantajosamente antes do condensador 30 e comprimir o combinado vapor azeotrópico 70, aumentando assim a condensação interno da energia e temperatura dele e formando um comprimido vapor azeotrópico 74. A energia liberada pela condensação do vapor comprimido azeotrópico 74 pode então ser usada na geração de pelo menos um dos vapores utilizados no sistema, utilizando trocadores de calor.

Na ilustração da incorporação, o vapor comprimido azeotrópico 74 é condensado dentro de três sucessivos trocadores de calor 76, 78, e 79, respectivamente conectado com a terceira caldeira 42, a segunda caldeira 22 a primeira caldeira 14, respectivamente. Os trocadores de calor 76, 78, e 79, podem ser considerados como uma primeira parte 30, a segunda parte 30-B, e uma terceira parte 30-C do condensador. A etapa de compressão pelo compressor 72 eleva a temperatura de condensação do vapor 74 comprimido azeotrópico acima da temperatura de evaporação da água (100°C). A energia liberada pela condensação do vapor azeotrópico é assim libertado eficientemente dentro das caldeiras e é, assim, recuperada em vapor a água contaminada 12, a 20 e a mistura azeotrópica com água pura 40. Possível alternação de incorporação inclui o uso de energia de condensação de uma ou duas caldeiras ao invés de três. Na incorporação, aonde é tratado o chorume de suínos, o álcool hexilico pode ser utilizado com vantagens. A mistura azeotrópica água-hexil tem uma temperatura de evaporação de cerca de 98° C. Seu vapor tem a vantagem de poder ser comprimido por cerca de 5 psi acima da pressão atmosférica, a cerca de 1,4 atmosfera, o que eleva a energia interna traz a evaporação/condensação para temperaturas de cerca de 108°C. A diferença em temperatura entre o Δ T3 entre a condensação azeotrópica da mistura e a fervura da água pura 40 na terceira caldeira é assim, de 8°C. Na segunda caldeira 22, o Δ T2 é, portanto, de 10° C (desde que o azeotrópico ferve em 98 ° C em uma atmosfera), e na primeira caldeira 14, o Δ T1 é de 8°C.

Para uma determinada taxa de troca desejada de calor, maior o Δ Τ, menor é a troca de calor superfície necessária. Existe, portanto, um interesse em aumentar a temperatura de condensação do azeotrópico aumentando a pressão. No entanto, há um custo em energia no compressor 72 aumentando a pressão e deve ser alcançado então um compromisso entre o aumento da pressão e do tamanho e eficiência alcançável com os trocadores de calor. Para fins de exemplo, o consumo total de energia experimentalmente alcançado com o aparelho 10 com os trocadores de calor, conforme descrito foi apenas cerca de 30% superior ao de ebulição sozinho (hexiyl utilizando o álcool como solvente). Usando um aparelho protótipo sem lavadores ácidos nem alcalinos, utilizando hexil álcool como o solvente, e operando durante quatro dias consecutivos, foi obtida água pura 48 têm menos de 10 ppm de COD, menos de .02 ppm de fósforo, menos de 1 ppm de azoto , e menos de 0,1 ppm de potássio . Uma vez que o sistema opera no estado de equilíbrio, é um objetivo que a entrada de energia seja fornecida exclusivamente para o compressor 72 que compensa todas as perdas do sistema. Assim, no estado de equilíbrio de operação, a energia da água quente pura 48 é utilizada para aquecer o chorume 12, anteriores à entrada da primeira caldeira 14, água contaminada 13 é evaporada na primeira caldeira 14 utilizando a energia da condensação Comprimindo vapores 74, e de energia a partir da condensação dos vapores comprimidos 74 também são utilizados na evaporação do vapor azeotrópico 24, a partir da segunda caldeira 22 usando o calor da segunda 78, e na evaporação do vapor d'água de 44, a terceira caldeira utilizando o primeiro permutador de calor 76. Perante os ensinamentos da atual descrição, acredita-se que as perdas de energias no processo possam ser minimizada com rotinas de otimização do processo.

A importância das diferenças de temperatura quando se utilizam trocadores de calor foi assim ilustrado. Isto se torna ainda um outro fator a ser levado em conta quando houver a escolha do solvente mais adequado. Na verdade, vale dizer que butanol foi utilizado em uma determinada aplicação, que compreende uma diferença de temperatura Δ T na primeira caldeira 14 e na caldeira terceira 42 e para um mesmo aumento na pressão será menor do que quando se usa hexil álcool. A razão é que butanol cria um azeotrópico que a água ferve a 92°C em vez de 98°C para hexil álcool. Portanto, se um aumento de 10°C é atingido, o azeotrópico só condensa a 102° C1 que deixa apenas a 2°C a diferença com a primeira caldeira 14 e a terceira caldeira 42.

Os trocadores de calor, neste caso, teriam necessidade de portanto, serem maiores, compensando o uso do hexil álcool utilizado. O balanço das vantagens da utilização do butanol como solvente ainda pode revelar-se vantajoso em determinadas aplicações, como quando uma lavagem mais profunda é necessária.

Um caminho alternativo ao que foi previsto para recuperar a energia é referida como o princípio "multi-efeitos". No princípio multi-efeitos, uma série de processos de purificação da água são utilizados em paralelo. A pressão nas caldeiras é mantido sucessivamente mais baixas a partir de um processo de purificação do próximo, mantendo assim a temperatura de evaporação em cada caldeira sucessivamente inferior à temperatura de evaporação na caldeira do processo anterior. A energia a partir da condensação de cada processo pode então ser recuperada pelo menos em uma caldeira do próximo processo. Isto pode produzir resultados satisfatórios em determinadas aplicações.

As incorporações das melhorias acima descritas são entendidas como somente exemplos. Outras suplementações de incorporações serão exibidas para esses contemplando a atual divulgação e tais suplentes incorporações se destinam a ser no âmbito de aplicação da invenção. Por exemplo, utilizando diferentes tipos de solventes, utilizando um tipo adequado colunas, caldeiras e trocadores de calor, são sugestões para a escolha dessas competências na arte da realização destas particulares incorporações da invenção. O objetivo das incorporações no âmbito da melhoria destina-se a ser exclusivamente limitada pelo alcance das reivindicações anexadas.

Claims (26)

1. Método para retirar contaminantes de água contaminada, o método caracterizado por compreender: - aquecimento da água contaminada para formar um vapor contaminado; - transferência dos contaminantes do vapor contaminado para um solvente líquido através da exposição do vapor contaminado com ele, desta forma fornecendo um vapor azeotrópico descontaminado contendo tanto vapor de água como vapor de solvente; - condensação do vapor azeotrópico descontaminado em um líquido heterogêneo incluindo água condensada e solvente condensado; e - separação do líquido heterogêneo em um constituinte de água condensada e um constituinte de solvente condensado.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente: - recuperação de uma mistura heterogênea de solvente e água em fase líquida após a referida etapa de transferência; - aquecimento da mistura heterogênea em um vapor azeotrópico; - integração do vapor azeotrópico no vapor contaminado antes da etapa de transferência; e - utilização de pelo menos uma parte do constituinte de solvente condensado separado como o solvente líquido na etapa de transferência.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente: - aquecimento da água líquida em vapor de água; e - transferência do solvente da água condensada para o vapor de água através de exposição da água condensada nele; - integração do vapor de água no vapor azeotrópico descontaminado antes da etapa de condensação e após a etapa de transferência do solvente.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender também a utilização de energia liberada durante a etapa de condensação na fase de aquecimento.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por compreender aumento da pressão do vapor azeotrópico descontaminado.

6. Processo de purificação da água contaminada caracterizado por compreender: - realização de uma primeira etapa de purificação incluindo exposição da água contaminada em fase de vapor a um solvente em fase líquida para, desta forma, substancialmente livrar o vapor de água contaminada dos contaminantes, pela transferência dos contaminantes para o solvente líquido.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo solvente utilizado formar um azeotrópico heterogêneo com água, adicionalmente compreendendo: recuperação da mistura do solvente líquido contaminado e condensação de água líquida durante a primeira etapa de purificação, vaporização dos líquidos recuperados em um vapor azeotrópico contaminado; adicionalmente expondo o vapor azeotrópico contaminado ao solvente em fase líquida para, desta forma, substancialmente livrar o vapor azeotrópico contaminado dos contaminantes, pela transferência dos contaminantes para o solvente líquido no primeiro passo da purificação; condensação da água descontaminada e vapores de solvente da primeira etapa de purificação juntos em um líquido heterogêneo; separação substancial do líquido heterogêneo em um constituinte de água líquida e um constituinte de solvente líquido; e canalização do constituinte de solvente líquido separado para a primeira etapa de purificação.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelos líquidos recuperados serem vaporizados separadamente da água contaminada.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por adicionalmente compreender o uso da energia liberada durante a condensação para vaporizar pelo menos uma água contaminada e um dos líquidos recuperados.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por adicionalmente compreender a compressão da água descontaminada e dos vapores de solventes antes da condensação.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por adicionalmente compreender a realização de uma segunda etapa de purificação, depois da primeira etapa de purificação, incluindo exposição da água descontaminada em fase líquida à água em fase de vapor para, desta forma, substancialmente livrar a água descontaminada líquida do solvente pela transferência do solvente para o vapor de água.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato do solvente utilizado formar um azeotrópico heterogêneo com a água, adicionalmente compreendendo: condensação da água e vapores de solventes do segundo passo de purificação juntos em um líquido heterogêneo; substancial separação do líquido heterogêneo em um constituinte de água liquida e um constituinte de solvente líquido; e canalização do constituinte de solvente líquido separado na primeira etapa de purificação; e canalização do constituinte de água liquida separada na segunda fase de purificação.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por adicionalmente compreender: recuperação da mistura do solvente líquido contaminado e água líquida condensada na primeira etapa de purificação, vaporização dos líquidos recuperados em um vapor azeotrópico contaminado; exposição adicional do vapor azeotrópico contaminado ao solvente em fase líquida para, desta forma, substancialmente livrar o vapor azeotrópico contaminado de contaminantes pela transferência dos contaminantes para o solvente líquido no primeiro passo purificação; e condensação da água descontaminada e vapores de solventes do primeiro passo junto com os vapores de água e de solventes do segundo passo de purificação no líquido heterogêneo.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que os líquidos recuperados são vaporizados separadamente da água contaminada.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por adicionalmente compreender o uso da energia liberada durante a condensação para vaporizar pelo menos um dos vapores utilizados no processo.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por adicionalmente compreender compressão da água descontaminada e vapores de solvente antes da condensação.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por adicionalmente compreender tratamento da água contaminada com pelo menos um lavador ácido e um lavador básico antes da primeira etapa purificação.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela água contaminada ser proveniente de esterco.

19. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo solvente ser álcool hexílico.

20. Dispositivo para purificação de água caracterizado por compreender: uma primeira caldeira onde a água contaminada é vaporizada, um reservatório para solvente líquido, e uma primeira coluna tendo uma entrada de vapor ligada à primeira caldeira, uma saída de vapor, uma entrada de líquido ligada ao reservatório do solvente líquido, uma saída de líquido, e meios para reação do solvente líquido e do vapor de água contaminada.

21. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por adicionalmente compreender uma segunda caldeira com uma entrada de líquido ligada à saída de líquido da primeira coluna, e uma saída de vapor ligada à entrada de vapor da primeira coluna; um condensador ligado à saída de vapor da primeira coluna; e um separador ligado à jusante do condensador e tendo o reservatório de solvente líquido e um reservatório de água descontaminada.

22. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado por adicionalmente compreender: uma segunda coluna tendo uma entrada de líquido conectada ao reservatório de água descontaminada, uma saída de água, uma entrada de vapor, uma saída de vapor ligada ao condensador, e meios para reação da água líquida com vapor de água; e uma terceira caldeira ligada tanto a saída de água quanto à entrada de vapor da segunda coluna.

23. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato do condensador adicionalmente compreender pelo menos um trocador de calor ligado a pelo menos uma caldeira.

24. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por adicionalmente compreender um compressor ligado à montante do condensador.

25. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por adicionalmente compreender pelo menos um lavador ácido e um lavador básico conectado entre a primeira caldeira e a primeira coluna.

26. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por adicionalmente compreender um trocador de calor conectado entre uma saída da terceira caldeira e uma entrada da primeira caldeira.