BRPI0708144A2 - disposição e método para resfriamento de uma solução - Google Patents
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Abstract
DISPOSIçAO E METODO PARA RESFRIAMENTO DE UMA SOLUçAO A presente invenção se refere a um equipamento de resfriamento para resfriamento de líquido, compreendendo uma torre de resfriamento que é principalmente cilíndrica na direção vertical, em cujo caso o equipamento de alimentação de ar de resfriamento e o equipamento de descarga de ar de exaustão são dispostos com relação à torre de resfriamento, de modo que a direção da circulação do ar de resfriamento proveniente da abertura de admissão para o espaço de resfriamento e a direção da circulação do ar de exaustão do equipamento de descarga sejam horizontais e paralelas à tangente à superfície externa da torre de resfriamento. A invenção também se refere a um método para resfriamento de líquido.
Description
"DISPOSIÇÃO E MÉTODO PARA RESFRIAMENTO DE UMA SOLUÇÃO"
A presente invenção se refere a uma disposição emétodo, conforme definido nas reivindicações independentes,para resfriamento de uma solução em uma torre deresfriamento.
Quando se separa zinco de uma soluçãoeletrolítica contendo íons de zinco e ácido sulfúrico, atemperatura do eletrólito, geralmente, se eleva. De modotípico, para o resfriamento de soluções, como oseletrólitos, ou uma solução acídica contendo lamas oumetais, são usadas torres de resfriamento em que o processode resfriamento é baseado na evaporação de gotas de líquidono ar que circula ascendentemente, a partir das gotas delíquido a serem resfriadas. Geralmente, o fluxo de ar émais frio que o fluxo de líquido, em cujo caso o líquidoque circula descendentemente é resfriado devido àtransferência de calor. Conseqüentemente, a convecçãoocorre no processo de resfriamento e as gotículas que semovimentam contra o fluxo de ar são evaporadas. O calor éemitido, na medida em que o líquido é resfriado na torre deresfriamento. Em seção transversal, as torres deresfriamento são, tipicamente, cilindros hexagonais ouquadrangulares. A solução a ser resfriada é conduzida paraa torre de uma maneira conhecida, através da parte superiorda mesma, e o ar de resfriamento é alimentado pelo lado datorre de resfriamento. Durante o processo de resfriamento,as gotículas contendo o material particulado são separadasda solução. As ditas gotículas são separadas do gás contidopelo material particulado prejudicial em dispositivosseparadores de gotículas separados, antes de deixar o gássair.O líquido separado é conduzido de volta à torre deresfriamento. Durante o processo de resfriamento, asimpurezas são acumuladas nas paredes e piso da torre, assimcomo, nos elementos separadores de gotículas, o que criauma necessidade de freqüentes procedimentos de manutenção.
Quando da alimentação do ar de resfriamento àtorre de resfriamento horizontalmente, em um ponto providona parede da torre, surgem problemas principalmente devidoa uma distribuição não uniforme do gás. Quando o gás éconduzido horizontalmente para a torre, o mesmo deve girarde 90 graus, a fim de se movimentar na direção vertical natorre de resfriamento. Tanto esse fato, quanto o grandetamanho do ventilador de alimentação de ar com relação àsdimensões da torre, podem resultar em uma distribuição nãouniforme do gás no espaço de resfriamento da torre deresfriamento. Além disso, outro problema surgido foi comode garantir uma eficiente recuperação das gotículas.
Convencionalmente, as gotículas separadas são coletadaspelos dispositivos separadores, os quais são dispostoshorizon-talmente contra o fluxo. Nos ditos dispositivos, asgotículas são captadas na superfície de estruturas tipotiras e o líquido circulado pela gravidade é dirigidocontra o fluxo de gás, de volta para a torre deresfriamento. Quanto maior for a velocidade do gás, maiorserá a eficácia da separação das gotículas. Entretanto, uminconveniente com os dispositivos dispostos horizontalmentepara a coleta e separação das gotículas é que a velocidadedo gás deve ser restringida, o que reduz a eficiência datorre de resfriamento. No planejamento de torres deresfriamento, deve ser dada atenção às emissõesdescarregadas das mesmas, pelo fato de que as torres deresfriamento são, normalmente, fontes acentuadas deemissões em um processo, por exemplo, em instalações dezinco. Do mesmo modo, quando da avaliação da funcionalidadedas torres de resfriamento, deve ser dada atenção aosprocedimentos de manutenção das ditas torres. Normalmente,as torres requerem diversas operações de manutenção dentrode um curto período de tempo, pelo que é importante que amanutenção seja realizada rápida e facilmente.
A eficiência de uma torre de resfriamento podeser melhorada mediante aumento de uma distribuição uniformedo ar de resfriamento. Convencionalmente, a distribuição dear de resfriamento na torre de resfriamento foi tentada sermelhorada mediante colocação de um obstáculo na frente daabertura da alimentação do ar de resfriamento, na direçãovertical, em cujo caso a direção do fluxo de ar pode sergirada de modo mais ascendente.
A publicação de Patente CA 2271424 Al divulga umatorre de resfriamento para resfriamento de líquidos. Nadisposição de acordo com a dita publicação, se descreve umadisposição de parede de múltiplas camadas para uma torre deresfriamento, onde a parede consiste de uma parede externae uma parede interna flexível, permeável ao ar, em cujocaso parte do ar é injetada através de poros dispostos naparede interna para o espaço de resfriamento, onde encontrao liquido a ser resfriado. 0 objeto da presente disposiçãoé remover os depósitos acumulados sobre a parede interna.
Entretanto, uma ótima solução de resfriamento não é obtidapor essa disposição, devido à perda de pressão causada pelaparede interna.
0 objetivo da presente invenção é de eliminaralguns dos inconvenientes do estado da técnica e executarum novo modo de resfriamento de liquido. Um particularobjeto da invenção é introduzir um novo equipamento emétodo de resfriamento, em que a eficiência de resfriamentoé aumentada mediante alimentação de ar de resfriamento aoespaço de resfriamento e mediante condução do ar quecircula externamente à torre de resfriamento, de modohorizontal e tangencial com relação à torre deresfriamento. As novas características essenciais dainvenção se tornam evidentes das reivindicações anexas.
Vantagens acentuadas são correlacionadas àinvenção. A invenção se refere a um equipamento deresfriamento para resfriamento de líquido, compreendendo:uma torre de resfriamento que é principalmente cilíndricana direção vertical, dita torre de resfriamento incluindouma superfície externa, uma parte de torre de resfriamentoe uma parte de base, que juntas definem o espaço deresfriamento; o equipamento de alimentação de ar deresfriamento compreendendo, pelo menos, uma abertura deadmissão na superfície externa da torre de resfriamento,;meios para alimentação de ar de resfriamento na abertura deadmissão e posteriormente ao espaço de resfriamento datorre de resfriamento; equipamento de alimentação delíquido compreendendo meios, tais como, bocais de líquido,para alimentação do líquido a ser resfriado ao espaço deresfriamento, equipamento de descarga para o ar deexaustão, assim como, meios para remover o líquidoresfriado, em cujo caso o equipamento de alimentação de arde resfriamento e o equipamento de descarga do ar deexaustão são dispostos com relação à torre de resfriamento,de modo que a direção de circulação do ar de resfriamentoproveniente da abertura de admissão para o espaço deresfriamento e a direção de circulação do ar de exaustão doequipamento de descarga sejam horizontais e paralelas com atangente à superfície externa da torre de resfriamento.Mediante o equipamento de resfriamento de acordo com ainvenção, é vantajosamente obtida uma distribuição uniformedo ar de resfriamento na zona de resfriamento, pelo que oprocesso de resfriamento é intensificado. Ao alimentar o arde resfriamento horizontalmente ao espaço de resfriamento,preferivelmente, na vizinhança da parte de base da torre deresfriamento e em paralelo com a tangente à superfícieexterna da torre de resfriamento, o componente davelocidade de rotação horizontal do fluxo de ar ésimultaneamente elevado. Assim, o tempo de retardamento doar de resfriamento no espaço de resfriamento é aumentado e,conseqüentemente, a eficiência do resfriamento dasgotículas de líquido que circulam na torre é melhorada.De acordo com a invenção, o equipamento dedescarga do ar de exaustão compreende um elemento decarcaça, incluindo, pelo menos, quatro, preferivelmente,oito, aberturas de admissão dispostas verticalmente comrelação à seção transversal horizontal da torre deresfriamento.
De acordo com uma modalidade da invenção, asaberturas de admissão são colocadas de modo eqüidistante noelemento de carcaça, em cujo caso cada plano paralelo àsuperfície da abertura de admissão forma um ânguloigualmente amplo com a tangente à superfície externa datorre de resfriamento.
De acordo com uma modalidade da invenção, em cadaabertura de saída, existe verticalmente instalado, pelomenos, um elemento separador de gotícuias, para separaçãodas gotículas de líquido do ar de exaustão.
De acordo com uma modalidade da invenção, oelemento separador de gotículas é formado, pelo menos, deduas placas verticais permeáveis a ar, adjacentementeposicionadas, que apresentam um perfil corrugado. Quando oar é também conduzido através da parte superior da torre deresfriamento, horizontalmente e tangencialmente, é possívelse usar dispositivos separadores instalados verticalmentepara separação do ar e das gotículas contidas no mesmo, emcujos dispositivos a circulação de retorno dos fluxos delíquidos é perpendicular ao fluxo de ar de exaustão, o queaumenta a velocidade do gás e melhora a eficiência doresfriamento. Os dispositivos separadores de gotículas quesão dispostos verticalmente com relação à torre deresfriamento são mais eficazes que os dispositivosseparadores dispostos horizontalmente. Ao utilizar umequipamento de resfriamento de acordo com a invenção, otamanho da torre de resfriamento é acentuadamente reduzido,enquanto que a eficiência do resfriamento é aumentada. Issoproporciona vantajosas economias nos custos de material datorre de resfriamento. Além disso, a disposição deresfriamento de acordo com a invenção torna as operações demanutenção do equipamento de alimentação de líquido e doequipamento de descarga do ar de exaustão mais fáceis,devido às posições práticas dos mesmos.
De acordo com uma vantajosa modalidade dainvenção, a proporção entre a altura da abertura deadmissão e a altura da torre de resfriamento na direçãovertical é de 1:5, em cujo caso, é obtida uma ótimaeficiência de resfriamento.
A invenção será agora descrita em maioresdetalhes com relação aos desenhos anexos, nos quais:
- a figura 1 ilustra um equipamento de resfriamento deacordo com a invenção;
- a figura 2 mostra um equipamento de resfriamento deacordo com a invenção, visto em uma seção transversal damodalidade ilustrada na figura 1; e
- a figura 3 ilustra também um equipamento de resfriamentode acordo com a invenção.
A figura 1 ilustra um equipamento de resfriamento(1), de acordo com a invenção, para resfriamento delíquido, tal como, um eletrólito. A figura 2 mostra umaseção transversal da modalidade da figura 1, vista a partirda direção A. A figura 3 ilustra um equipamento deresfriamento, de acordo com a invenção, visto na formatridimensional. 0 equipamento de resfriamento (1)compreende uma torre de resfriamento (2), com uma seçãotransversal principalmente cilíndrica na direção vertical,provido de uma superfície externa, isto é, uma parede (3),uma parte superior (4) e uma parte de base (5) da torre deresfriamento, que, juntas, definem o espaço de resfriamento(6). Um formato mais vantajoso da torre de resfriamento (2)é o de um cilindro na direção vertical, mas, pode tambémapresentar um formato em que a seção transversal se tornamais larga na parte superior (4) , em cujo caso uma área deaceleração mais ampla é obtida para o fluxo de ar, antes domesmo ser descarregado pela exaustão da torre deresfriamento. A parte superior e a parte de base sãofechadas enquanto o resfriamento está em operação. Asuperfície externa (3) da torre de resfriamento étipicamente feita de fibra de vidro ou materialcorrespondente. O ar de resfriamento (7) é alimentado noespaço de resfriamento (6) da torre de resfriamento (2)horizontalmente, com relação à torre de resfriamento e emparalelo com a tangente (15) à superfície externa da torrede resfriamento, por meio do equipamento de alimentação dear de resfriamento (8), compreendendo, pelo menos, umaabertura de admissão (9) disposta na superfície externa (3)da torre de resfriamento e meios, tais como, um ventiladorpara alimentação posterior de ar de resfriamento ao espaçode resfriamento (6) da torre de resfriamento. Podem tambémexistir diversas aberturas de admissão dispostas emdiferentes pontos da superfície externa (3). 0 líquido (10)a ser resfriado é alimentado através de um equipamento dealimentação de líquido (11), compreendendo meios, taiscomo, por exemplo, bocais de líquido (24), para injeção dolíquido (10) a ser resfriado dentro do espaço deresfriamento (6). As gotas de líquido a serem resfriadas,tais como, gotas de eletrólito, se movimentam na torre deresfriamento contra o fluxo de ar (20) precedente, verticale ascendente, em cujo caso a água é evaporada do mesmo. Noespaço de resfriamento da torre de resfriamento, o fluxo dear se torna turbulento e sua velocidade aumenta na direçãohorizontal. Gotículas menores são separadas das gotasresfriadas que circulam descendentemente, Cujas gotículassão conduzidas para o equipamento de descarga do gás deexaustão (12), o qual se encontra em comunicação com oespaço de resfriamento (6) . No equipamento de descarga dogás de exaustão (12), as gotículas de líquido são separadasdo ar e podem ser recirculadas na torre de resfriamento(2) . 0 líquido resfriado é removido, por exemplo, atravésde um furo (13) provido na parte de base (5) da torre deresfriamento ou através de uma abertura de fluxo detransbordamento (25), depois, enviado para posteriorprocessamento.
0 equipamento de descarga do gás de exaustão(12), de acordo com a invenção, compreende um elemento decarcaça (19), pelo menos, parcialmente vazado, provido deacordo com o exemplo, de oito aberturas de saída (16)dispostas verticalmente com relação à seção transversalhorizontal da torre de resfriamento (2). Quando asaberturas de saída são dispostas na direção vertical emrelação ao fluxo de ar de exaustão (14) , o fluxo de ar deexaustão (14) é permitido de ser descarregadohorizontalmente e em paralelo com a tangente (15) àsuperfície externa (3) da torre de resfriamento. Asaberturas de saída (16) são posicionadas de modoeqüidistante no elemento de carcaça (19), em cujo caso cadaplano (17) paralelo à superfície da abertura de saída formaum ângulo (B) igualmente grande com a tangente (15) àsuperfície externa da torre de resfriamento (2). Aproporção entre a altura vertical (22) da abertura de saída(16) e a altura vertical (23) da torre de resfriamento é,preferivelmente, de 1:5. Naturalmente, o número, altura,posição e ângulo (B) das aberturas de saída (16) podemvariar, dependendo da quantidade de líquido a ser resfriadae do ar de resfriamento alimentado, assim como, da demandade resfriamento. Cada abertura de saída (16) é dotada de umelemento separador de gotículas (18), dispostoverticalmente em paralelo com a superfície da abertura desaída, cujo elemento separador (18) separa as gotículas delíquido do ar de exaustão (14) e as gotículas podem serrecirculadas de volta à torre de resfriamento. De acordocom um exemplo, o elemento separador de gotículas (18) éformado de, pelo menos, duas placas verticais permeáveis aar, dispostas adjacentemente, com um perfil corrugado. Umnível de manutenção (21) pode ser instalado para envolver atorre de resfriamento (2), na vizinhança da parte superior(4) da mesma, a partir de qual nível de manutenção (21) , oprocedimento de manutenção do equipamento de resfriamento éfacilmente realizado.
Para um especialista versado na técnica, é óbvioque diversas e diferentes modalidades da invenção não serestringem aos exemplos descritos acima, podendo variardentro do escopo das reivindicações anexas.
Claims (9)
1. Equipamento de resfriamento (1), pararesfriamento de líquido, compreendendo:- uma torre de resfriamento (2) que é principalmentecilíndrica na direção vertical, tendo uma superfícieexterna (3), uma parte superior (4) e uma parte de base (5)da torre de resfriamento que definem o espaço deresfriamento (6) ;- um equipamento de alimentação de ar de resfriamento (8),compreendendo, pelo menos, uma abertura de admissão (9)disposta na superfície externa (3) da torre deresfriamento, meios para alimentação de ar de resfriamentopara a abertura de admissão e posteriormente para o espaçode resfriamento da torre de resfriamento;um equipamento de alimentação de líquido (11) ,compreendendo meios para alimentação de líquido (10) a serresfriado ao espaço de resfriamento (6);- um equipamento de descarga de ar de exaustão (12);- assim como, meios (13) para remoção do líquido resfriado,caracterizado pelo fato de que o equipamento de alimentaçãode ar de resfriamento (8) e o equipamento de descarga degás de exaustão (12) são dispostos com relação à torre deresfriamento (2), de modo que a direção da circulação do arde resfriamento (7) proveniente da abertura de admissão (9)para o espaço de resfriamento (6) e a direção da circulaçãodo ar de exaustão (14) do equipamento de descarga (12)sejam horizontais e paralelas à tangente (15) da superfícieexterna (3) da torre de resfriamento e que o equipamento dedescarga do ar de exaustão (12) inclua um elemento decarcaça (19) provido de, pelo menos, quatro aberturas desaída (16), dispostas verticalmente com relação à seçãotransversal horizontal da torre de resfriamento (2).
2. Equipamento de resfriamento, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elementode carcaça (19) do equipamento de descarga de ar deexaustão (12) é provido de oito aberturas de saída (16),dispostas de modo eqüidistante no elemento de carcaça, demodo que cada plano (17) paralelo à superfície da aberturade saída forma um ângulo (B) igualmente grande com atangente (15) à superfície externa da torre de resfriamento (2).
3. Equipamento de resfriamento, de acordo com asreivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que emcada abertura de saída (16) é instalado na direçãovertical, pelo menos, um elemento separador de gotículas(18), para separação de gotículas de líquido do ar deexaustão.
4. Equipamento de resfriamento, de acordo com areivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o elementoseparador de gotículas (18) é formado de, pelo menos, duasplacas verticais permeáveis a gás, instaladasadjacentemente, com um perfil corrugado.
5. Equipamento de resfriamento, de acordo comquaisquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelofato de que o equipamento de descarga de ar de exaustão(12) é disposto na parte superior (4) da torre deresfriamento (2) e o equipamento de alimentação de ar deresfriamento (8) é disposto na vizinhança da parte de base(5) .
6. Equipamento de resfriamento, de acordo com asreivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que aproporção entre a altura (22) da abertura de saída (16) e aaltura (23) da torre de resfriamento na direção vertical,vantajosamente, é de 1:5.
7. Equipamento de resfriamento, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que oequipamento de alimentação de líquido (11) compreende, pelomenos, um bocal de líquido (24), instalado na partesuperior (4) da torre de resfriamento, subjacente aoequipamento de descarga de ar de exaustão (12).
8.
Método para resfriamento de líquido em umequipamento de resfriamento (1), compreendendo:- uma torre de resfriamento (2) que é principalmentecilíndrica na direção vertical, tendo uma superfícieexterna (3), uma parte superior (4) e uma parte de base (5)da torre de resfriamento que definem o espaço deresfriamento (6);- xim equipamento de alimentação de ar de resfriamento (8) ,compreendendo, pelo menos, uma abertura de admissão (9)disposta na superfície externa (3) da torre deresfriamento, meios para alimentação de ar de resfriamentopara a abertura de admissão e posteriormente para o espaçode resfriamento da torre de resfriamento;um equipamento de alimentação de líquido (11) ,compreendendo meios para alimentação de líquido (10) a serresfriado ao espaço de resfriamento (6);- um equipamento de descarga de ar de exaustão (12);- assim como, meios (13) para remoção do líquido resfriado,caracterizado pelo fato de que o ar de resfriamento (7) éalimentado horizontalmente e em paralelo com a tangente(15) à superfície da torre de resfriamento ao espaço deresfriamento (6), onde o ar de resfriamento encontra olíquido (10) alimentado contra a corrente, cujo ar deexaustão (14) circula fora do espaço de resfriamento, demodo que sua direção de circulação é horizontal e paralelaà tangente (15) da superfície externa (3) da torre deresfriamento e o ar de exaustão (14) é conduzido para oequipamento de descarga (12), onde é trazido para descargaatravés de, pelo menos, quatro aberturas de saída (16),dotadas de um elemento separador de gotícuias (18) dispostona direção vertical, em cujo caso é separado líquido do ar,o qual é depois recirculado de volta para a torre deresfriamento (2).
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