BRPI0719274B1 - Processo para controlar o teor de umidade de um gás de alimentação, e, sistema desumidificador - Google Patents

Abstract

processo para controlar o teor de umidade de um gás de alimentação, sistema desumidificador, processo para secar um produto, produto, e, gás desumificado o processo compreende as etapas de: (a) prover gás de alimentação; (b) opcionalmente aquecer o gás de alimentação; (c) determinar a temperatura e o teor de umidade do gás de alimentação; ( d) contactar o gás de alimentação com a roda dessecante giratória, pela qual a velocidade de rotação da roda dessecante é controlada por meio dos dados na temperatura e o teor de umidade como obtido na etapa (c) em combinação com a isoterma de sorção correspondente do dessecante; e (e) recuperar o gás de alimentação desumidificado como obtido na etapa ( d). a invenção adicionalmente fornece um gás desumidificado obtenível pelo dito processo, um sistema desumificador, um processo para secar um produto compreendendo trazer o produto em contato com um gás desumidificado como obtido de acordo com a invenção, e produto obtenível pelo dito processo de secagem.

Description

“PROCESSO PARA CONTROLAR O TEOR DE UMIDADE DE UM GAS DE ALIMENTAÇÃO, E, SISTEMA DESUMIDIFICADOR” [001] A presente invenção se refere a um processo para controlar o teor de umidade de um gás de alimentação para uso na secagem de um produto, um sistema de desumidificador, um gás desumidificado obtenível pelo referido processo, um processo para a secagem de um produto, e um produto secado obtenível pelo referido processo de secagem.

[002] A secagem é um dos processos de conservação mais comuns para produtos alimentícios e produtos químicos. Foi desenvolvida uma larga faixa de máquinas para se adequarem a produtos diferentes a serem secos. Na maioria dos casos, o calor para evaporar a umidade é fornecido por intermédio de ar quente, que tem a vantagem de o produto ser aquecido até a assim chamada temperatura de bulbo úmido, que é muito menor do que a temperatura do ar. Desta forma os produtos sensíveis ao calor podem ser secados sem perda de qualidade. O uso de ar quente fresco, todavia, tem as desvantagens de o teor de umidade do ar ser variável, e que o ar contém oxigênio.

[003] Com relação ao teor variável de umidade do ar, observa-se que o teor de umidade do ar na saída de um secador é limitado pela atividade da água do produto secado. Assim sendo, se o teor de água do ar de entrada é alto, pode ser retirada pouca água do produto por kg do ar de entrada. Além disso, no caso de condições variáveis do tempo, as variações rápidas do teor de água do ar de entrada são levadas em consideração utilizando-se grandes margens no estabelecimento do processo. Estas margens são baseadas no teor máximo de umidade durante o ano. Na prática, isto leva à secagem do produto até uma atividade menor da água do que o requerido, o que por seu lado, leva à perda de rendimento, perda de aspectos de qualidade, tais como a densidade aparente e à redução da capacidade de secagem.

[004] Com relação ao teor de oxigênio no ar, nota-se que a mistura intensa de oxigênio com o produto induz a riscos de incêndio e de explosão, e em alguns casos, também à degradação de produtos devido à oxidação.

[005] Submetendo-se o ar de entrada a uma etapa de pré-secagem, as variações no teor de umidade podem ser reduzidas. Para este fim, tipicamente é feito o uso de resfriadores do ponto de orvalho, e secadores com base em sílica gel ou zeólito. Com referência ao uso de secadores, pode ser feita referência, por exemplo, à US 2005/0050906. Os resfriadores de ponto de orvalho, todavia, requerem quantidades consideráveis de energia elétrica, o uso de líquidos de resfriamento e também induzem a um risco microbiano de crescimento da superfície úmida do trocador de calor, enquanto que o consumo elevado da energia utilizada da regeneração do secador é uma desvantagem importante. Além disso, os sistemas de secadores standard não são controlados com relação ao teor final de umidade do ar tratado. A este respeito, é observado que o secador altera a variação do teor de umidade até um certo ponto, mas o problema com relação ao rendimento e qualidade do produto permanece.

[006] O objetivo da presente invenção é a abordagem dos problemas acima.

[007] Com surpresa, foi verificado que os problemas acima podem ser resolvidos quando são utilizados de uma forma especial rotores secadores de zeólito.

[008] Assim sendo, a presente invenção se refere a um processo para o controle do teor de umidade de um gás de alimentação para uso na secagem de um produto, cujo processo é composto das etapas de: (a) produção do gás de alimentação; (b) opcionalmente, aquecimento do gás de alimentação; (c) a determinação da temperatura e do teor de umidade do gás de alimentação; d) o contato do gás de alimentação com uma roda dessecante rotativa, através do que a velocidade de rotação da roda dessecante é controlada por intermédio dos dados sobre a temperatura e o teor de umidade, conforme obtido na etapa (c), em combinação com a isoterma de sorção correspondente do secador; e (e) a recuperação do gás de abmentação desumidificado obtido na etapa (d).

[009] Em uma reabzação preferida da presente invenção, na etapa (d) o gás de abmentação é passado através de uma roda dessecante rotativa de zeóbto que é composta pelo menos de uma seção de adsorção através da qual passa o gás de abmentação e onde a umidade é adsorvida do gás de abmentação, uma seção de regeneração através da qual é passado vapor superaquecido para remover pelo menos parte da umidade adsorvida do secador de zeóbto, através do que é obtido vapor que é composto pelo menos em parte da umidade que foi adsorvida na seção de adsorção, e uma seção de arraste através da qual um gás de arraste é passado para resfriar o secador de zeóbto e onde acontece a regeneração posterior do zeóbto.

[0010] O processo, de acordo com a presente invenção, no qual a velocidade rotativa da roda dessecante é controlada por intermédio dos dados sobre a temperatura e o teor de umidade conforme obtido na etapa (c) em combinação com a isoterma de sorção correspondente do secador, permite que seja adsorvida a quantidade máxima de umidade pelo secador, o que é altamente vantajoso, visto pela perspectiva de energia, na etapa de regeneração.

[0011] Adequadamente, o excesso de vapor superaquecido é recuperado do vapor que é constituído pelo menos em parte pela umidade que foi adsorvida na seção de adsorção, cujo excesso de vapor superaquecido é utibzado para fins de energia, e pelo menos parte do vapor superaquecido restante é passada para a seção de regeneração.

[0012] Adequadamente, o vapor superaquecido restante que é passado para o vapor de regeneração irá passar através de um aquecedor antes de entrar na seção de regeneração, para manter a temperatura do vapor superaquecido no nível requerido. De preferência, o fluxo de vapor superaquecido será suficiente para permitir uma operação estável do aquecedor. De preferência, pelo menos parte do vapor superaquecido do aquecedor passará por fora da roda dessecante e será pelo menos parcialmente reciclado para o aquecedor.

[0013] De acordo com a presente invenção, o alto consumo de energia de regeneração do zeólito pode ser reduzido pelo uso de vapor superaquecido de um circuito fechado como o meio de regeneração. O vapor superaquecido libera a água aderida no zeólito, produzindo um vapor saturado ou ligeiramente insaturado, que poderia ser aplicado para aquecer o ar de secagem de entrada. O calor latente de condensação é capturado, produzindo uma redução significativa do consumo de energia do secador como um todo. O uso alternado de ar e de vapor superaquecido, respectivamente, para a adsorção e regeneração, leva inevitavelmente à mistura dos dois gases nas bordas entre as seções. Para evitar a umidificação do ar de secagem devem ser tomadas várias precauções. É introduzida uma seção especial de arraste no rotor secador para a remoção do vapor superaquecido nos espaços vazios do rotor, na interface entre a seção de regeneração e a seção de adsorção. Nesta seção de lavagem, uma rápida queda na pressão de vapor provoca a liberação adicional da água adsorvida e o resfriamento do secador quente. Outras etapas executadas são selos especiais entre as seções para minimizar os vazamentos de uma seção para a seguinte e a introdução de um equilíbrio apropriado de pressão. Como o fluxo de gás é sempre da alta para a baixa pressão, o equilíbrio de pressão foi estabelecido para se assegurar a evitar o vazamento de qualquer umidade do ar secado ou a deterioração da regeneração do zeólito.

[0014] Assim sendo, no processo de acordo com a presente invenção, de preferência, é mantido um equilíbrio de pressão que evita o vazamento de umidade da seção de regeneração ou seção de arraste para a seção de adsorção, através do que são atendidas as seguintes condições, com relação às pressões nas seções adjacentes: (i) a pressão do gás de alimentação no lado frontal da seção de adsorção é maior do que a pressão do gás de lavagem no lado da frente da seção de lavagem; (ii) a pressão do gás de alimentação no lado frontal da seção de adsorção é maior do que a pressão do vapor superaquecido no lado frontal da seção de regeneração; (iii) a pressão do gás de arraste no lado frontal da seção de arraste é maior do que a pressão do vapor superaquecido no lado frontal da seção de regeneração; (iv) a pressão do gás de alimentação no lado traseiro da seção de adsorção é maior do que a pressão do gás de arraste no lado traseiro da seção de lavagem; e (v) a pressão do gás de arraste no lado traseiro da seção de adsorção é maior do que a pressão do vapor superaquecido no lado traseiro da seção de regeneração.

[0015] Outro aspecto adicional do sistema é o controle em tempo real do teor de umidade do ar. Medindo-se a temperatura e o teor de umidade do ar antes da entrada do rotor secador e combinando-se isto com a isoterma de sorção do zeólito, a velocidade do rotor pode ser ajustada para obter-se um teor constante de umidade do ar para o secador do produto.

[0016] O secador de zeólito também pode ser utilizado para secar e regenerar o ar de saída de um secador. Desta forma, pode ser obtido um secador de circuito fechado. Desta forma, a perda do calor de condensação pode ser evitada, levando a uma tremenda economia de energia. Além disso, a reutilização do gás de secagem também permite o uso de outros gases diferentes de ar como um meio de secagem. Enquanto nos sistemas de uma só passagem o uso de outros meios de secagem diferentes de ar não é viável economicamente, em um circuito fechado ele pode ser uma opção realística. [0017] No processo de acordo com a invenção, o gás de alimentação é aquecido na etapa (b). Adequadamente, o gás de abmentação é aquecido na etapa (b) até uma temperatura na faixa de 5 a 60°C, de preferência, na faixa de30a50°C.

[0018] De preferência, o vapor que compõe pelo menos parte da umidade que foi adsorvida na seção de adsorção é posteriormente condensado e o calor gerado durante a condensação do referido vapor é utibzado para aquecer o gás de abmentação na etapa (b).

[0019] Adequadamente, pelo menos parte do gás de alimentação presente no vapor superaquecido a ser condensado é removida do vapor superaquecido durante a condensação.

[0020] O vapor que é composto pelo menos em parte pela umidade que foi adsorvida na seção de adsorção, de preferência, tem uma temperatura na faixa de 110 e a 250°C.

[0021] Em uma reabzação atraente da presente invenção, o gás de abmentação, o vapor superaquecido e o gás de arraste, cada um deles é passado através do segmento respectivo por intermédio de um ventilador ou um compressor.

[0022] De preferência, o zeóbto contido na roda dessecante rotativa é do tipo 3A, 4A e/ou 5A. Mais de preferência, o zeóbto contido na roda dessecante rotativa é do tipo 4A.

[0023] A seção de regeneração a ser utibzada de acordo com a presente invenção, de preferência, é composta de dois ou mais segmentos. [0024] Além disso, a presente invenção se refere a um gás desumidificado obtenível pelo processo atual para o controle do teor de umidade de um gás de abmentação para uso na secagem de um produto. Tal gás desumidificado é único em termos de teor de umidade ajustável e constante.

[0025] A presente invenção também se refere a um sistema de desumidificador que é composto de uma roda dessecante rotativa de zeólito que constitui um primeiro meio para o suprimento de um gás de alimentação para uma seção de adsorção da roda dessecante, um segundo meio para fornecer vapor superaquecido para uma seção de regeneração da roda dessecante, e um terceiro meio para fornecer um gás de lavagem para uma seção de lavagem, através do que cada um dos primeiro, segundo e terceiro meios são compostos de um ventilador ou compressor.

[0026] De preferência, a seção de regeneração do sistema de desumidificação de acordo com a presente invenção, é composto de dois ou mais segmentos.

[0027] A presente invenção se refere ainda a um processo para secagem de um produto composto da colocação do produto em contato com um gás desumidificado, conforme obtido no processo, para controlar o teor de umidade de um gás de alimentação para uso na secagem de produto de acordo com a presente invenção.

[0028] De preferência, o produto a ser secado é um produto alimentício.

[0029] De preferência, em tal processo de secagem é utilizado o sistema de desumidificação de acordo com a presente invenção.

[0030] No processo atual para secagem do produto (de preferência, um produto alimentício), o gás desumidificado a ser utilizado para secar o produto, de preferência, é aplicado em uma realização de circuito fechado, i.e., após ser utilizado o gás desumidificado que contém agora um teor mais elevado de umidade, é submetido ao processo conforme definido na reivindicação 1.

[0031] De preferência, de acordo com a presente invenção, o gás de alimentação é nitrogênio ou dióxido de carbono ou qualquer outro gás.

[0032] De preferência, o gás de arraste é o mesmo gás que o gás de alimentação.

[0033] A presente invenção também se refere a um produto obtenível pelo processo para a secagem de um produto de acordo com a presente invenção. Tal produto é único em termos de qualidade, devido ao controle de processo melhorado, que resulta da eliminação de variáveis de processo, como o teor de umidade do gás de entrada, e a opção de se utilizar outros gases diferentes do ar.

[0034] Os vários aspectos da presente invenção serão agora discutidos com base na figura 1, cuja figura serve para ilustrar a invenção, sem limitar a mesma a uma realização especifica.

[0035] Na figura 1, o gás de alimentação (1) é succionado através de uma seção de filtro duplo (2) por intermédio de um ventilador (3) (ventilador 1). O teor de umidade do ar é monitorado por intermédio de um sensor de umidade relativa e de temperatura (4). O ar é aquecido em um trocador de calor (5). A temperatura do ar é monitorada por um transmissor de temperatura (6) e o ar passa através da roda dessecante rotativa de zeólito (7), onde a sua umidade é adsorvida pelo zeólito. O transmissor de pressão Pl (8) garante um fluxo constante pelo ventilador (3). Um transmissor especial (9) mede o teor de umidade do gás de alimentação. A velocidade do rotor da roda dessecante rotativa de zeólito (7) é constantemente ajustada por intermédio de um circuito de controle de alimentação direta (10) com base no teor de umidade do gás de alimentação e da temperatura na frente do trocador de calor (5), combinado com a isoterma de sorção do zeólito. Podem ser feitos pequenos ajustes na velocidade do rotor, utilizando-se um circuito de controle de resposta (11) baseado na medição do teor de umidade do gás de alimentação desumidificado (12).

[0036] Posteriormente, o zeólito é regenerado por intermédio de um vapor superaquecido (13) que é alimentado em um circuito em contra-corrente. A temperatura do vapor derivado do superaquecedor (14) é mantida constante por intermédio de um circuito de controle controlado pelo transmissor de temperatura (15). A alocação de calor é limitada pelo ajuste do fluxo do ventilador (16) (ventilador 2) através da roda dessecante, por intermédio de um circuito de controle controlado por intermédio de um transmissor de temperatura (17). O excesso de vapor, devido à umidade liberada do zeóbto é condensado no trocador de calor (5). A pequena quantidade de gás de abmentação vazada no vapor é removida por intermédio de do ventilador (18) (ventilador 4). Um filtro (19) separa o condensado e o gás. A pressão no filtro é controlada por um circuito de controle que é controlado por intermédio de um transmissor de pressão (20).

[0037] O zeóbto regenerado quente na roda dessecante é resfriado por intermédio de um gás de arraste (21). O fluxo de gás de arraste é mantido por intermédio de um ventilador (22) (ventilador 3), que é controlado por intermédio do transmissor de temperatura (23) (T2) da roda dessecante de zeóbto. O gás de resfriamento é filtrado pelo filtro (24) antes da passagem através da roda dessecante.

REIVINDICAÇÕES

Claims (15)

1. Processo para controlar o teor de umidade de um gás de alimentação para uso na secagem de um produto, compreendendo as etapas de: (a) fornecer o gás de alimentação (1); (b) opcionalmente aquecer o gás de alimentação (1); (c) determinar a temperatura e o teor de unidade do gás de alimentação (1); (d) contactar o gás de alimentação (1) com uma roda dessecante giratória (7); e (e) recuperar o gás de alimentação desumidificado (12) como obtido na etapa (d) caracterizado pelo fato de que a velocidade de rotação da roda dessecante (7) é controlada por meio dos dados na temperatura e o teor de umidade como obtido na etapa (c) em combinação com a isoterma de sorção correspondente do dessecante.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na etapa (d), o gás de alimentação (1) é passado através de uma roda dessecante (7) giratória de zeólito que compreende pelo menos uma seção de adsorção através da qual o gás de alimentação (1) passa e em que umidade é adsorvida do gás de alimentação (1), a seção de regeneração através da qual vapor superaquecido (13) é passado para remover pelo menos parte da umidade adsorvida do dessecante de zeólito de modo que vapor seja obtido que compreende pelo menos parte da umidade que foi adsorvida na seção de adsorção, e uma seção de lavagem através do qual um gás de lavagem (21) é passado para resfriar o dessecante de zeólito e em que adicionalmente regeneração do zeólito ocorre.

3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o gás de lavagem (21) usado para resfriar o dessecante de zeólito é passado através da roda dessecante (7) para pré-aquecer a roda (7) antes de passar o vapor superaquecido (13) através da seção de regeneração.

4. Processo de acoido com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que vapor superaquecido (13) em excesso é recuperado do vapor que compreende pelo menos parte da umidade que foi adsorvida na seção de adsorção, cujo vapor superaquecido (13) em excesso é usado para propósitos de energia, e pelo menos parte do vapor superaquecido (13) remanescente é passado para a seção de regeneração.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizado pelo fato de que o equilíbrio de pressão é mantido, o qual previne vazamento de umidade da seção de regeneração ou seção de lavagem para a seção de adsorção, de modo que as seguintes condições com relação às pressões sejam satisfeitas nas seções adjacentes: (i) a pressão do gás de alimentação (1) no lado frontal da seção de adsorção é maior do que a pressão do gás de lavagem (21) no lado frontal da seção de lavagem; (ii) a pressão do gás de alimentação (1) no lado frontal da seção de adsorção é maior do que a pressão do vapor superaquecido (13) no lado frontal da seção de regeneração; (iii) a pressão do gás de lavagem (21) no lado frontal da seção de lavagem é maior que a pressão do vapor superaquecido (13) no lado frontal da seção de regeneração; (iv) a pressão do gás de alimentação (1) no lado traseiro da seção de absorção é maior que a pressão do gás de lavagem (21) no lado traseiro da seção de lavagem; e (v) a pressão do gás de alimentação (1) no lado traseiro da seção de absorção é maior que a pressão do vapor superaquecido (13) no lado traseiro da seção de regeneração.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o gás de alimentação (1) é aquecido no estágio (b).

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, caracterizado pelo fato de que o vapor que compreende pelo menos parte da umidade que foi absorvido na seção de adsorção é subseqüentemente condensado e o calor gerado durante a condensação de dito vapor é usado para aquecer o gás de alimentação (1) na etapa (b).

8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte do gás de abmentação (1) presente no vapor superaquecido (13) a ser condensado é removido do vapor superaquecido (13) durante condensação.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 8, caracterizado pelo fato de que o gás de alimentação (1), o vapor superaquecido (13) e o gás de lavagem (21) são cada um passado através do segmento por meio de um ventilador e um compressor.

10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 9, caracterizado pelo fato de que o zeóbto contido na roda dessecante (7) giratória é do tipo 3A, 4A e/ou 5A.

11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 10, caracterizado pelo fato de que a seção de regeneração compreende dois ou mais segmentos.

12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o gás de alimentação (1) é aquecido na etapa (b) a uma temperatura na faixa de 30 a 100°C.

13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o vapor que compreende pelo menos parte da umidade que foi adsorvida na seção de adsorção tem uma temperatura na faixa de 90a250°C.

14. Sistema desumidificador, compreendendo uma roda dessecante giratória (7) que compreende um primeiro meio para fornecer um gás de abmentação (1) para uma seção de adsorção da roda dessecante (7), um segundo meio para fornecer vapor superaquecido a uma seção de regeneração da roda dessecante, e uma terceiro meio para fornecer um gás de lavagem (21) para uma seção de lavagem, o sistema caracterizado pelo fato de que a roda dessecante giratória (7) é uma roda dessecante giratória (7), e em que cada um dos primeiro, segundo e terceiro meios compreende um ventilador ou compressor.

15. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a seção de regeneração compreende dois ou mais segmentos.