BRPI0809444B1

BRPI0809444B1 - Método para destilação de um material inicial e instalação para realizar o referido método

Info

Publication number: BRPI0809444B1
Application number: BRPI0809444-6A
Authority: BR
Inventors: Markus Braendli
Original assignee: Markus Lehmann
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2019-04-24
Also published as: AU2008235231A1; JP2010523303A; WO2008122136A8; RU2459651C2; BRPI0809444A2; CN101663075A; HK1141751A1; CY1113952T1; ES2393286T3; RU2009140746A; EP2139571A1; JP5589834B2; EP2361659A1; IL200843A; WO2008122136A1; MA31357B1; EP2361659B1; IL200843A0; US20100163398A1; MY148581A

Abstract

meto do para destilação de um material inicial e instalação para realizar o referido método a invenção diz respeito a um método para destilação de um material inicial ( 4) que compreende um líquido f d a ser destilado, usando um sistema de recipientes estanque a gás (1) que é resistente à pressão excessiva e/ou negativa. o referido sistema de recipientes compreende um condensador (3) para condensar o líquido fd, que se transformou em vapor e cuja temperatura pode ser ajustada, para obter o produto de condensação ( 5), e uma câmara de vapor ( 6), conectando o evaporador (2) e o condensador (3). o objetivo da invenção é assegurar-se de que o vapor na câmara de vapor ( 6) esteja livre de gás externo, com a exceção de um resíduo tolerável. para tanto, a pressão na câmara de vapor ( 6) é monitorada e controlada de tal maneira que a destilação seja sempre realizada em uma faixa próxima à pressão de vapor saturado do líquido f d a ser destilado. para esse fim, a pressão e a temperatura na câmara de vapor ( 6) precisam ser determinadas de maneira contínua. se a pressão for muito alta, ela é reduzida de tal maneira que principalmente o gás externo seja removido. a invenção também se relaciona a uma instalação para destilação de acordo com um método, a instalação sendo acomodada em um recipiente.

Description

“MÉTODO PARA DESTILAÇÃO DE UM MATERIAL INICIAL E INSTALAÇÃO PARA REALIZAR O REFERIDO MÉTODO”.

Campo técnico [001] A invenção se refere a um método para destilação de um material inicial, que compreende um líquido a ser destilado, usando um sistema de recipiente estanque a gás que é resistente à pressão excessiva e/ou negativa, o referido sistema de recipiente compreendendo um evaporador com o material inicial, cuja temperatura pode ser ajustada, um condensador para condensar o líquido que se transformou em vapor e cuja temperatura pode ser ajustada para fornecer o condensado, bem como uma câmara de vapor conectando o evaporador e o condensador. Além disso, a invenção diz respeito a uma instalação para realização do referido método.

Técnica Anterior [002] Os métodos de destilação que fazem uso de tais instalações são adequados para a separação dos líquidos, que são misturados com líquidos adicionais e/ou sólidos, por exemplo, para se obter dispersões ou emulsões, que são mutuamente solúveis. Uma aplicação conhecida é a destilação de álcool. Neste caso, o líquido a ser destilado é o álcool, em diversas outras aplicações, o líquido é água.

[003] Grande parte dos métodos conhecidos utilizam dispositivos, como condensadores, compreendendo sistemas de tubulação tais como os já existentes utilizados na destilação do álcool. De um lado, tais sistemas apresentam a desvantagem de a montagem dos aparelhos ser complexa, e do outro, a necessidade de uma elevada diferença de temperatura entre o material inicial e o condensador, que é necessária para obter um rendimento suficiente do método. A obtenção de tal diferença de temperatura elevada é extremamente custosa.

[004] Foi demonstrado que a eficiência do método de destilação pode ser aprimorada se a câmara de vapor estiver livre de gases externos o máximo possível. Na WO 02/09837, é descrita uma instalação de

Petição 870190003878, de 14/01/2019, pág. 11/26

2/16 destilação, na qual o gás externo tem de ser removido da câmara de vapor. Isso é obtido por meio de uma bomba a vácuo com alto desempenho e longos tempos de operação, a qual suga o meio do banho. Infelizmente, usando esse método, uma grande quantidade de vapor é aspirada junto com o condensado. Além de afetar desnecessariamente a bomba, uma quantidade muito grande de condensado é extraída pela referida sucção permanente, o qual fica então indisponível para a recuperação de energia.

[005] Na EP 0563628, outra instalação de destilação é apresentada, a qual gera uma ação de sucção por meio de uma bomba a vácuo de operação contínua no condensador, para sugar os vapores do evaporador para o condensador. Porém, esse método, além de demandar grande quantidade de energia para sua operação, também está sujeito ao problema de que o condensado também é sugado da câmara de vapor, por meio do que é perdida energia adicional na forma de calor.

Descrição da presente invenção [006] O objetivo da presente invenção é oferecer um método de destilação de baixo consumo de energia que obtenha um grande rendimento a uma diferença de temperatura pequena. Além disso, propõe-se uma instalação transportável de baixo custo, adequada para a realização do referido método.

[007] O objetivo é alcançado por um método e também por uma instalação descrita ao longo da presente invenção.

[008] A ideia por trás da presente invenção se baseia no fato de que o método é realizado em uma faixa de temperatura de pressão ideal, em que o processo de destilação é realizado da maneira ideal, e em que nenhuma energia é desperdiçada devido à sucção do vapor útil da câmara de vapor.

[009] Para esse fim, a pressão na câmara de vapor tem de ser monitorada continuamente e comparada com a pressão de vapor saturado determinada na câmara de vapor na temperatura real. Sob condições

Petição 870190003878, de 14/01/2019, pág. 12/26

3/16 ideais, a pressão está numa faixa próxima, logo acima da pressão de vapor saturado. Assim que o gás externo penetra, a pressão aumenta e o processo continua, mas não da maneira ideal. Portanto, o gás precisa ser aspirado de modo que o processo possa continuar na faixa de pressão ideal, e, além disso, o gás externo precisa ser aspirado de forma direcionada. Isso se torna possível na medida em que a sucção é realizada no final da trajetória de condensação, uma vez que é lá que o gás externo se acumula. Durante a sucção, a pressão precisa ser adicionalmente monitorada. Não se pode permitir que ela diminua abaixo da pressão de vapor saturado, pois, caso contrário, as condições ideais novamente não seriam satisfeitas. Para tanto, a sucção deve ser interrompida com antecedência, enquanto a pressão está logo acima da pressão de vapor saturado. Neste estado, uma pequena quantidade residual tolerável de gás externo se encontra na câmara de vapor, e o processo pode continuar da maneira ideal. Uma vez que nenhum gás externo penetra na câmara de vapor e a temperatura no condensador é inferior à temperatura no evaporador, o processo continua com muita eficiência, sem precisar de correções, principalmente sem bombeamento.

[0010] Portanto, o alto grau de estanqueidade da instalação constitui um importante requisito. De modo a evitar o penoso trabalho de procurar pequenas infiltrações, todos os locais críticos, em particular, as regiões dos flanges, bombas, etc., podem ser inundadas com o condensado por precaução. No caso de uma infiltração, uma parte do condensado consequentemente invade o recipiente, o que não afeta de forma alguma o processo.

[0011] O desempenho da instalação de destilação com o referido processo da presente invenção é ideal, com baixo gasto de energia. Além do mais, a diferença de temperatura entre o evaporador e o condensador pode ser mantida baixa, o que poderia ser outra vantagem econômica para diversas aplicações, em que o calor residual de usinas de energia pode ser utilizado.

Petição 870190003878, de 14/01/2019, pág. 13/26

4/16 [0012] Outra ideia da presente invenção se baseia no fato de que a instalação de destilação está acomodada em um recipiente, de preferência um recipiente ISO da presente invenção.

[0013] Tais recipientes são viáveis economicamente, são também extremamente adequados para transporte e encontram-se disponíveis em versões estanques (livres de infiltrações).

Breve descrição dos desenhos [0014] A seguir, a invenção é ilustrada em mais detalhes em relação aos desenhos.

[0015] A Fig. 1 mostra uma ilustração esquemática de uma instalação de destilação da presente invenção;

[0016] A Fig. 2 mostra um gráfico de pressão vs. temperatura com a pressão de vapor saturado do líquido a ser destilado;

[0017] A Fig. 3 mostra uma ilustração esquemática de uma disposição de várias instalações de destilação da presente invenção;

[0018] A Fig. 4 mostra uma ilustração esquemática em uma vista superior de uma instalação de destilação da presente invenção em um recipiente.

Formas de se realizar a invenção.

[0019] A Fig. 1 mostra uma concretização simples de uma instalação de destilação da presente invenção; que compreende um sistema de recipiente 1, que é dividido nas seguintes regiões do evaporador 2, condensador 3 e câmara de vapor 6, sendo que o sistema de recipiente 1 precisa ser resistente à pressão excessiva e/ou negativa. No evaporador 2 está o material inicial 4, que compreende o líquido a ser destilado Fd e cuja temperatura pode ser ajustada. O condensador 3 acomoda o condensado 5, cuja temperatura também pode ser ajustada e que é gerado por destilação após a condensação. A temperatura do material inicial 4, bem como do condensado 5, também pode ser ajustada fora do sistema de recipiente 1.

[0020] A câmara de vapor 6 conecta o evaporador 2

Petição 870190003878, de 14/01/2019, pág. 14/26

5/16 ao eondensador 3. Referida câmara é preenchida com o vapor a ser condensado Dk. O referido vapor Dk é gerado pela evaporação do líquido Fd a ser destilado a partir do evaporador 2. A câmara de vapor 6 é provida de um sensor de pressão 7 para medir a pressão mista pm ajustada na câmara de vapor 6, de um sensor de temperatura 8 para medir a temperatura mista Tm ajustada na câmara de vapor 6, bem como de um regulador de pressão 9 para ajustar, em particular reduzir, a pressão misturada pm na câmara de vapor 6.

[0021] Para realizar a destilação, o evaporador 2 com o material inicial 4 é primeiramente levado a uma primeira temperatura T1 e o condensador 3 a uma segunda temperatura inferior a T2. Subsequentemente, a pressão mista pm e a temperatura mista Tm é medida. A partir da temperatura mista Tm medida, a pressão de vapor saturado ps do líquido Fd com a temperatura Tm pode ser determinada.

[0022] A pressão de vapor saturado é uma característica de um líquido. Referida pressão descreve a pressão de vapor, que atinge seu máximo a uma temperatura específica, e é geralmente abreviada como pressão de vapor. Por exemplo, a partir de líquidos puros, átomos/moléculas escapam para a fase gasosa até ser estabelecida uma pressão, que depende do tipo de material e da temperatura de equilíbrio. A referida pressão é a pressão de vapor saturado. Essa pressão prevalece quando o gás está em equilíbrio termodinâmico com o líquido. Neste estado, a evaporação do líquido se iguala quantitativamente à condensação do gás. Na linha final, nenhuma das fases cresce à custa da outra, graças a que ambas podem existir simultaneamente de maneira estável. Isso também é chamado de equilíbrio dinâmico.

[0023] Na Fig. 2, um exemplo de uma curva de pressão de saturação 10 de um material é apresentada em função de uma pressão vs. a temperatura, em que a fase líquida do material está presente na região superior esquerda e a fase gasosa na região inferior direita da curva. A mudança de fase ocorre na região da curva de pressão de vapor saturado 10.

Petição 870190003878, de 14/01/2019, pág. 15/26

6/16

As curvas de pressão de vapor saturado dos materiais comuns são conhecidas, podendo ser consultadas em manuais ou interpoladas por meio de fórmulas.

[0024] Após a determinação da pressão de vapor saturado ps, uma faixa de pressão predefinida 11 é determinada. De preferência, a pressão mista pm na câmara de vapor 6 deve estar, nesta faixa de pressão predefinida 11, na temperatura mista correspondente Tm, de modo que a destilação seja realizada da maneira ideal, isto é, com o mínimo de energia possível e da maneira mais eficiente possível.

[0025] A faixa de pressão predefinida 11 está logo acima da curva de pressão de vapor saturado, uma vez que ela inclui a quantidade de gás externo de aumento de pressão. A referida faixa de pressão predefinida é limitada por um limite de pressão inferior p1 e por um limite de pressão superior p2, tal como ilustrado na Fig. 2. O limite de pressão inferior p1 teoricamente corresponde à pressão de vapor saturado ps; entretanto, por razões práticas para controle, ele é ajustado a pelo menos 0,1% acima da pressão de vapor saturado ps. O limite de pressão superior p2 está no máximo 6% acima da pressão de vapor saturado ps.

[0026] Inicialmente, a pressão mista pm é comparada com a faixa de pressão predefinida 11. No começo do processo, a pressão mista está bem acima da faixa de pressão predefinida 11. Neste caso, a pressão na câmara de vapor 6 é reduzida exatamente até a pressão mista pm ter alcançado o limite de pressão inferior p1. De preferência, isso é realizado com o regulador de pressão 9, que pode ser uma bomba. Assim que o limite de pressão p1 tiver sido alcançado, o regulador de pressão 9 é interrompido.

[0027] Agora, a destilação continua de forma autônoma, contanto que o material inicial 4 no condensador tenha uma temperatura T1 superior à temperatura mista Tm. Uma vez que o gás tende a estar em equilíbrio termodinâmico com o líquido, a evaporação do líquido a ser

Petição 870190003878, de 14/01/2019, pág. 16/26

7/16 destilado Fd é promovida. Dado que, mais uma vez, um equilíbrio termodinâmico é aspirado, a condensação é promovida enquanto a temperatura T2 do condensador é menor do que a temperatura mista Tm.

[0028] Contanto que a pressão mista pm não exceda o limite de pressão p2, a pressão mista almejada, que é ideal para o processo, é estabelecida automaticamente sem intervenção do regulador de pressão 9, também com modificações da temperatura do meio a ser evaporado ou condensado.

[0029] Durante a operação da destilação, a temperatura mista Tm e a pressão mista pm são monitoradas continuamente até a pressão mista pm ter atingido o limite de pressão superior p2. A pressão pode aumentar, uma vez que, por exemplo, o sistema de recipiente 1 ou outro componente da instalação apresenta uma pequena infiltração, por meio da qual o gás externo pode ser introduzido na câmara de vapor 6, ou uma vez que gases externos podem ter sido liberados de outros materiais da instalação ou do material inicial 4. Assim que a pressão mista pm tiver atingido ou excedido o limite de pressão superior p2, a pressão na câmara de vapor 6 é novamente reduzida iniciando o regulador de pressão ou a bomba 9, respectivamente. Assim que a pressão mista pm tiver alcançado o limite de pressão inferior p1, o regulador de pressão 9 pode ser interrompido novamente. Agora, a destilação mais uma vez é realizada com parâmetros ideais. Os referidos procedimentos podem ser continuados, contanto que a mistura a ser destilada possa ser alimentada e o condensado possa ser descarregado.

[0030] A qualidade da condensação depende significativamente da proporção de gás externo. Uma proporção de gás externo na câmara de vapor de um pouco por milésimos de polegada já pode reduzir a condensação em 20 a 50%. Portanto, a pressão mista é monitorada continuamente e comparada com a faixa de pressão predefinida 11.

[0031] Foi descoberto que o gás externo se acumula no final da trajetória de condensação, uma vez que é jorrado pelo fluxo de gás

Petição 870190003878, de 14/01/2019, pág. 17/26

8/16 que flui a partir do material inicial 4, passa através da câmara de vapor 6, até o condensado 5, mas finalmente não pode se condensar. Portanto, é vantajoso aspirar o vapor no final da trajetória de condensação no condensador 3 diretamente no condensado 5. Sendo assim, no decorrer da redução da pressão mista pm, a maior concentração do gás externo pode ser removida do sistema de recipiente 1. Por outro lado, é necessário assegurar-se de que o condensado gotejando não penetre diretamente no fluxo de admissão do regulador de pressão ou na bomba 9, respectivamente. Isso pode ser obtido por meio de um painel de proteção 19.

[0032] A faixa de pressão predefinida 11 não deve estar muito próxima da curva de pressão de vapor saturado 10, pois caso contrário, durante a redução da pressão mista pm, um excesso do vapor a ser condensado Dk é sugado pela bomba 9. Foi demonstrado ser vantajoso selecionar o limite de pressão inferior p1 de preferência pelo menos 0,2% e o limite de pressão superior p2 preferencialmente no máximo 4% acima da pressão de vapor saturado ps. Ao contrário dos métodos de destilação convencional, o método de acordo com a presente invenção monitora continuamente a pressão mista prevalecente pm na câmara de vapor 6 e a compara com a faixa de pressão predefinida 11 para controlar apropriadamente a pressão mista pm, caso seja necessário. A maioria dos métodos convencionais suga continuamente o gás da câmara de vapor, e, portanto, trabalham em uma faixa de pressão situada abaixo da pressão de vapor saturado ps, por meio do que uma grande quantidade de energia precisa ser despendida, e uma grande quantidade do condensado energeticamente útil é removida desnecessariamente da câmara de vapor. Em contrapartida, o presente método funciona na maior parte do tempo sem nenhuma bomba a vácuo, pois só precisa ser ligado temporariamente e apenas por pouco tempo.

[0033] A diferença de temperatura T1-T2 entre o evaporador 2 e o condensador 3 pode ser selecionada de forma a ser particularmente pequena com este método de acordo com a invenção, e, de

Petição 870190003878, de 14/01/2019, pág. 18/26

9/16 preferência, está entre 1K e 10K, e numa situação ideal, entre 1K e 3K. Essa é uma enorme vantagem energética, pois, dessa forma, apenas pouca energia precisa ser despendida para gerar a diferença de temperatura.

[0034] A evaporação e/ou a condensação podem ser promovidas aumentando as superfícies do material inicial 4 no evaporador 2 e/ou a superfície do condensado 5 no condensador 3. Por exemplo, um aumento de superfície pode ser obtido pela pulverização fina do material inicial 4 ou do condensado 5, respectivamente. Uma matriz fina configurada para esse fim de uma unidade de pulverização 15 no evaporador 2 e/ou no condensador 3 pode gerar uma superfície de vários metros quadrados a cada segundo, superfície esta em que o vapor é gerado ou o vapor a ser condensado Dk pode se condensar, respectivamente. Mais preferencialmente, a pulverização é configurada em uma direção particular, de modo a obter a mistura ideal do vapor na câmara de vapor 6. Isso é fundamental para se obter a transferência térmica mais elevada possível entre o material inicial 4 e o vapor na câmara de vapor 6. Com isso, promove-se a eficiência e a temperatura mista Tm pode ser determinada de forma confiável. Senão, ou adicionalmente, um ventilador 16 pode ser disposto na câmara de vapor 6 para obter a mistura desejada do vapor. Um aquecedor 13 na região das linhas de alimentação 12 para a unidade de pulverização 15 no lado do evaporador 2 e um resfriador 14 na região das linhas de alimentação 12 da unidade de pulverização 15 no lado do condensador 3 permitem atingir as temperaturas predefinidas T1 e T2 no evaporador 2 e no condensador 3. Sem dúvidas, as unidades de regulagem de temperatura 13 e 14 também podem ser dispostas diretamente no material inicial 4 e no condensado 5.

[0035] O aumento de superfície também pode ser obtido mediante a introdução de um pacote de enchimento poroso de aumento de superfície no evaporador 2 e/ou no condensador 3. Isso permite uma equalização máxima de temperatura entre o vapor misto e o condensado no condensador.

Petição 870190003878, de 14/01/2019, pág. 19/26

10/16 [0036] Outra concretização preferida compreende um ou mais painéis 17 ou um preenchimento separador de gotas, que impede que as gotas do material inicial borrifadas 4 venham a entrar diretamente no condensador 3. Em contrapartida, nenhuma gota do condensado 5 deve entrar no evaporador 2. Além do mais, misturadores 18 podem misturar o material inicial 4 e/ou o condensado 5 para manter suas temperaturas de superfície constantes.

[0037] Na Fig. 3, uma instalação é ilustrada com um aprimoramento adicional da eficiência. O aprimoramento é obtido pela realização gradual do método em 2 ou mais dos sistemas de recipiente 1, 1', 1. Cada sistema de recipiente 1, 1', 1 opera em outra faixa de temperatura (T1, T2), (T1', T2'), (T1, T2). As faixas de temperatura dos sistemas de recipiente individuais 1, 1', 1 divergem uma das outras, de preferência, são adjacentes uma à outra. Em um primeiro sistema de recipiente 1, o método é realizado, por exemplo, com temperaturas T1 = 90°C e T2 = 80°C, em que uma temperatura mista na câmara de vapor de, por exemplo, 85^oC, é estabelecida. No segundo sistema de recipiente 1', as temperaturas t1' = 80^oC e t2' = 70^oC são então ajustadas, no terceiro sistema de recipiente 1, as temperaturas T1 = 70^oC e T2 = 60^oC, etc., e no último sistema de recipiente 1''', as temperaturas T1''' = 40^oC e T2''' = 30^oC, por exemplo.

[0038] De preferência, a energia para ajustar a temperatura de um evaporador 2 ou condensador 3 é obtida pelo menos em parte direta ou indiretamente via trocadores de calor a partir da energia de outro evaporador 2 ou condensador 3, cuja temperatura será alterada.

[0039] De modo a economizar energia, a liberação do gás externo pode ser realizada por meio de uma bomba de jato a vácuo, que é operada com o condensado 5 a ser pulverizado a partir do mesmo ou de um estágio resfriador, com vapor de outro estágio ou com ar ambiente.

[0040] Com tal configuração, isso pode ser obtido pela simples disposição, por exemplo, de um trocador de calor 20 entre um

Petição 870190003878, de 14/01/2019, pág. 20/26

11/16 condensado 5 e um material inicial 4 de um sistema de recipiente subsequente 1 ou uma série de estágios anteriores, se todos eles tiverem as mesmas temperaturas. Para esse fim, utilizam-se preferencialmente trocadores de calor de placas.

[0041] O evaporador 2 e/ou o condensador 3 dos diferentes sistemas de recipiente 1, 1', ..., podem em particular ser dispostos um em cima do outro. Particularmente adequada é uma disposição horizontal dos condensadores e uma disposição vertical dos evaporadores. As conexões necessárias entre os componentes individuais do recipiente são, em cada caso, obtidas com tubos de vapor. A vantagem reside particularmente no método de destilação de baixo consumo de energia, uma vez que a energia pode ser usada da maneira ideal. Os trocadores de calor utilizados podem ser dispostos dentro ou fora do sistema de recipiente 1. Sobretudo, as razões para a disposição externa são a melhor acessibilidade para limpeza dos trocadores de calor. Como o trocador de calor, particularmente adequados são os trocadores de calor de placas ou dutos agrupados.

[0042] De modo a manter não apenas os custos operacionais, mas também os custos de compra baixos, os sistemas de recipiente 1 e/ou outros componentes da instalação, por exemplo, a tubulação, são preferencialmente preparados inteiramente ou essencialmente a partir de plástico de baixo custo.

[0043] De preferência, o sistema de recipiente 1 precisa ser resistente à pressão excessiva ou pressão negativa, não a ambas. Isso possibilita uma montagem barata do sistema de recipiente 1. Por exemplo, ele pode consistir de um filme plástico técnico, que é suportado em uma estrutura sólida disposta dentro ou fora do filme. Não é necessário que as pressões negativas sejam intensas. Para água, a pressão de vapor saturado absoluta é ainda de 123 mbar (-877 mbar relativo) a 50^oC. Portanto, o requisito de resistência à ruptura do filme ainda está em uma faixa, em que os materiais encontram-se disponíveis a custos razoáveis.

Petição 870190003878, de 14/01/2019, pág. 21/26

12/16 [0044] Caso sejam empregadas temperaturas superiores a 100^oC, uma pressão excessiva no sistema de recipiente 1 tem de ser gerada, para dar início à destilação de acordo com a presente invenção. Neste caso, a estrutura precisa ser disposta fora do filme. Neste caso, o regulador de pressão 9 é uma válvula que pode liberar gás da câmara de vapor para o ambiente, quando a pressão precisa ser diminuída. A pressão excessiva pode ser gerada por uma bomba ou por aquecimento.

[0045] O sistema de recipiente precisa ser simultaneamente resistente à pressão excessiva e negativa apenas se a operação ocorrer em uma faixa em torno da pressão normal, isto é, no caso de água na faixa de 100^o.

[0046] O método pode ser realizado em lotes ou continuamente. A Fig. 1 ilustra esquematicamente o fluxo de entrada e saída para preencher e descarregar a instalação.

[0047] O importante, para o método descrito, é o encontro exato das relações de temperatura-pressão necessárias. Na condição ideal, isto é, quando a instalação não apresenta nenhuma infiltração e há apenas uma pequena quantidade permitida de gás externo na câmara de vapor, o regulador de pressão 9 não precisa ser ligado em nenhum momento após o início do processo. Uma vez estabelecido, o processo de destilação opera de maneira autônoma contanto que os parâmetros de processo permaneçam na região predeterminada, isto é, contanto que haja um gradiente de temperatura entre T1 e T2. No caso de a instalação praticamente não possuir infiltrações, o regulador de pressão 9 no máximo precisa operar por 15% de todo o período de destilação. Com pequenas infiltrações menores, os períodos de operação do regulador de pressão 9 entre 3% e 50% do período de operação precisam ser antecipados.

[0048] Um problema grave da infiltração é a invasão do gás externo. A estanqueidade da instalação é de extrema importância, pois mesmo uma proporção ligeiramente aumentada de gás externo é responsável

Petição 870190003878, de 14/01/2019, pág. 22/26

13/16 por uma grande redução da eficiência da instalação. Foi descoberto que a qualidade das bombas, juntas das tubulações, flanges e outros componentes comercialmente disponíveis não é suficiente para operar de forma livre de infiltrações, como é exigido aqui. Mesmo os componentes de alta qualidade ainda são insuficientes nesse aspecto, para atender às exigências. Além do mais, pode ser demorado e caro encontrar uma infiltração. A fim de prevenir infiltrações, todos os componentes que possuem conexões e juntas relevantes à pressão podem ser inundados. Os referidos componentes compreendem partes das paredes do evaporador 2 e do condensador 3, em que os flanges são dispostos, bem como todos os componentes, tais como bombas, sensores, válvulas, fluxos de entrada e saída, e outros flanges. Até mesmo toda a instalação pode ser inundada.

[0049] De preferência, a inundação é realizada com o meio que corresponde ao condensado 5. A inundação assegura que nenhum gás externo possa entrar em qualquer um dos locais com infiltração, apenas o condensado. Isso não afeta o processo de maneira alguma, e nem sequer é determinável. Graças à referida inundação, o controle contínuo da instalação quanto à estanqueidade se torna desnecessário, poupando um enorme trabalho.

[0050] A única energia que precisa ser necessariamente despendida para o processo é a energia para gerar as diferentes temperaturas T1 e T2, bem como para manter uma diferença de temperatura, e se o rendimento precisar ser aumentado, a energia para transporte dos líquidos para as unidades de pulverização com o objetivo de aumentar as superfícies.

[0051] Uma diferença significativa entre o método de acordo com a presente invenção e o estado da técnica é a sucção controlada do gás externo. A redução de pressão descrita é realizada no final da trajetória de condensação, não apenas para reduzir a pressão, mas também para remover o gás externo. Ao contrário dos métodos conhecidos, a sucção é realizada apenas até que a proporção de gases externos seja diminuída sob

Petição 870190003878, de 14/01/2019, pág. 23/26

14/16 um certo valor limite. Isso é monitorado pela comparação da pressão mista prevalecente pm com a pressão do vapor saturado ps determinada na temperatura mista prevalecente Tm. Se a pressão mista pm tiver atingido um valor limite específico, por exemplo, 0,1% acima da pressão de vapor saturado ps, a sucção é interrompida, de modo a impedir que o processo opere de maneira pior. De um lado, a eficiência do processo não irá melhorar com uma pressão inferior, e do outro, a sucção desnecessariamente requer energia e ainda mais se o vapor for removido do sistema, cuja energia não pode mais ser usada em um estágio posterior. Portanto, o processo é ideal apenas em uma faixa de temperatura estreita que precisa sempre ser mantida para realizar o método de forma eficaz em termos de energia.

[0052] De preferência, o processo descrito é realizado em um recipiente, em particular, em um recipiente ISO (recipientes padrão com 20 ou 40 pés), em que a instalação é acomodada e o qual pode fazer parte da instalação. Sendo assim, o transporte a partir do local de produção para o local de operação da instalação pode ser obtido de forma simples e barata por um navio ou caminhão de transporte de recipientes. Além disso, isso simplifica a manutenção, pois se a destilação for realizada em um local remoto da população civil, o recipiente pode novamente ser levado facilmente a um local de manutenção em um caminhão.

[0053] A instalação de destilação descrita na Fig. 4 compreende um sistema de recipientes 1, cada um tendo um condensador 3, um evaporador 2 e uma câmara de vapor 6 conectando o referido evaporador 2 ao referido condensador 3 para destilar um material inicial 4 de acordo com um dos métodos descritos acima. A referida instalação de destilação é colocada em um recipiente 21, em particular, em um recipiente ISO 21. De preferência, as partes do recipiente 21, por exemplo, paredes, funcionam ao mesmo tempo como partes do sistema de recipientes 1. Dessa forma, a instalação de destilação é acomodada no recipiente 21. Tais recipientes 21 podem ser encontrados a baixo custo e são altamente padronizados. Além disso, os

Petição 870190003878, de 14/01/2019, pág. 24/26

15/16 recipientes livres de infiltrações 21 encontram-se disponíveis, atendendo à demanda descrita aqui anteriormente. O evaporador 2 e o condensador 3 podem ser colocados separadamente em diferentes recipientes 21, conectados por uma câmara de vapor 6 que é conectada aos mesmos por meio de uma conexão, ou podem compartilhar um recipiente 21, tal como ilustrado na Fig. 4. Em um recipiente 21, vários evaporadores 2 e/ou condensadores 3 independentes para diferentes estágios de pressão e temperatura podem ser colocados e conectados uns aos outros de maneira adequada ao processo.

[0054] Na configuração da Fig. 4, o recipiente 21 tem uma região do reator 22 na qual o evaporador (2) e o condensador (3) estão localizadas, uma região inundada 23, na qual componentes relevantes à pressão, tais como bombas, válvulas, sensores e flanges estão localizados, bem como uma região de serviço 24 para componentes eletrônicos 25, que não são inundados. A referida região de serviço 24 encontra-se acessível para operação e manutenção da instalação.

[0055] As disposições dentro do recipiente 21 também podem ser estabelecidas de outra forma. Em particular, a câmara de vapor 6 pode ser formada diretamente em uma parede de separação entre o evaporador 2 e o condensador 3 por aberturas ou dutos. A região inundada 23 com as conexões também pode ser disposta na região superior do recipiente. Como outra alternativa, o evaporador 2 e o condensador 3 também podem ser posicionados um sobre o outro.

[0056] De acordo com a presente invenção, para instalações de destilação com capacidades superiores, vários recipientes também podem ser dispostos um sobre os outros ou lado a lado, sendo conectados uns aos outros.

Lista de símbolos de referência 1 sistema de recipientes evaporador condensador material inicial

Petição 870190003878, de 14/01/2019, pág. 25/26

16/16 condensado câmara de vapor 7 sensor de pressão sensor de temperatura regulador (bomba e/ou válvula) 10 curva de pressão de vapor faixa de pressão predefinida 12 tubulação aquecedor resfriador unidade de pulverização 16 ventilador painéis misturador painel protetor 20 trocador de calor 21 recipiente região do reator 23 região inundada 24 região de serviço componentes eletrônicos pm pressão mista na câmara de vapor ps pressão de vapor saturado

Tm temperatura mista na câmara de vapor T1 temperatura no evaporador

T2 temperatura no condensador Fd líquido a ser destilado Dk vapor a ser condensado V bomba e/ou válvula para regulagem da pressão

Petição 870190003878, de 14/01/2019, pág. 26/26

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. - Método para destilação de um material inicial (4), compreendendo um líquido a ser destilado Fd, usando um sistema de recipientes estanque a gás (1) resistente à pressão excessiva e/ou negativa, o referido sistema de recipientes compreendendo um evaporador (2) com o material inicial (4), cuja temperatura pode ser ajustada, um condensador (3) para condensar o líquido Fd que se transformou em vapor e cuja temperatura pode ser ajustada para obter o condensado (5), bem como uma câmara de vapor (6) conectando o evaporador (2) e o condensador (3), sendo que a câmara de vapor (6) é provida de um sensor de temperatura (7) para medir a pressão mista pm estabelecida na corrente misturada na câmara de vapor (6), um sensor de temperatura (8) para medir a temperatura mista Tm no vapor misturado e na câmara de vapor (6) e um regulador de pressão (9), a ser implementado pelas etapas do processo que

a) o evaporador (2) com o material inicial (4) é levado a uma primeira temperatura T1 e o condensador (3) a uma segunda temperatura

inferior T2, b) a pressão mista pm e a temperatura mista Tm são medidas c) a pressão do vapor de saturação ps do líquido Fd na

temperatura mista medida Tm é determinada;

d) a faixa de pressão predefinida (11) é determinada, a qual é limitada por um limite de pressão inferior p1, que está pelo menos 0,1% acima da pressão de vapor saturado ps e um limite de pressão superior p2, que está no máximo 6% acima da pressão de vapor saturado ps;

e) a pressão mista pm é comparada com a faixa de pressão predefinida (11);

f) a pressão mista pm é reduzida pelo regulador de pressão (9) exatamente até ter atingido o limite de pressão inferior p1;

Petição 870190003878, de 14/01/2019, pág. 7/26
2/4

g) as etapas a) a e) são repetidas, até a pressão mista pm ter atingido o limite de pressão superior p2;

h) as etapas f) e g) são repetidas até a destilação precisar ser interrompida; caracterizado pelo fato de que, com a redução de pressão na etapa f), os gases no final da trajetória de condensação no condensador (3) são removidos por sucção para remover o gás externo do sistema de recipientes (1) o máximo possível.

2. - Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a diferença de temperatura T1-T2 entre o evaporador (2) e o condensador (3) está entre 1 e 10K, de preferência, entre 1 e 3K.
3. - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as superfícies do material inicial (4) no evaporador (2) e/ou a superfície do condensado (5) no condensador (3) são aumentadas, por pulverização do material inicial ou condensado (5).
4. - Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o aumento de superfície é obtido pelo fato de que um volume de enchimento poroso de aumento de superfície é introduzido.
5. - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os painéis (17) impedem que as gotas do material inicial pulverizado (4) venham a entrar diretamente no condensador (3).
6. - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a distribuição de vapor na câmara de vapor (6) é misturada, de preferência por um ventilador (16), em que a operação do ventilador é realizada pelo fluxo de massa pulverizado do meio a ser evaporado ou pulverizado no condensado.
7. - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a liberação do gás

Petição 870190003878, de 14/01/2019, pág. 8/26

3/4 externo na etapa f) é feita via uma bomba de jato a vácuo, que é operada com o condensado (5) a ser pulverizado do mesmo ou um estágio resfriador, com vapor de outro estágio, ou com ar ambiente.
8. - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o método é realizado em 2 ou mais dos referidos sistemas de recipientes (1, 1', ...), sendo que as faixas de temperaturas T1, T2 dos sistemas de recipientes individuais (1, 1', ...) são adjacentes uma à outra.
9. - Método, de acordo com a reivindicação 8 caracterizado pelo fato de que a energia para aquecimento de um evaporador (2) ou condensador (3) é obtida pelo menos em parte direta ou indiretamente via trocadores de calor a partir da energia de outro evaporador (2) ou condensador (3), cuja temperatura precisa ser alterada.
10 - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 9, caracterizado pelo fato de que os evaporadores (2) e/ou os condensadores (3) dos diferentes sistemas de recipientes (1, 1', .) são dispostos uns sobre os outros.
11. - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o sistema de recipientes (1) e/ou a tubulação consiste completa ou essencialmente de plásticos.
12. - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a instalação completa ou partes dela, em particular paredes do sistema de recipientes (1) às quais partes de conexão são conectadas, ou bombas, válvulas, sensores, flanges e/ou outros componentes relevantes à pressão, são dispostos de forma inundada.
13. - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o regulador de

Petição 870190003878, de 14/01/2019, pág. 9/26

4/4 pressão (9) na etapa f) opera no máximo em 50%, de preferência no máximo em 3% do período de destilação.
14. - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a destilação é realizada em um recipiente, em particular, um recipiente ISO.
15. - Instalação para destilação, compreendendo um sistema de recipientes (1) com um condensador (3), um evaporador (2), uma câmara de vapor (6) conectando o evaporador (2) e o condensador (3) para destilar um material inicial (4) em que a câmara de vapor (6) está provida de um sensor de pressão (7) para medir a pressão de mistura pm existente no vapor misturado na câmara de vapor (6), um sensor de temperatura (8) para medir a temperatura de mistura Tm existente no vapor misto na câmara de vapor (6) e também um regulador de pressão (9) para destilar um material básico (4) baseado em um método de acordo com uma das reivindicações precedentes em que a instalação é acomodada em um recipiente (21), em particular, um recipiente ISO, a instalação para destilação é integrada ao recipiente (21) de tal forma que as partes do recipiente, em particular as paredes, atuem como partes do sistema de recipientes (1), caracterizada pelo fato de que o recipiente (21) tem uma região do reator (22) em que o evaporador (2) e o condensador (3) são acomodados, uma região inundada (23) na qual componentes relevantes à pressão, tais como bombas (9), válvulas, sensores (7, 8) e flanges estão localizados, e uma região de serviço (24) para componentes eletrônicos (25) que é acessível para operação e manutenção da instalação.
16. - Instalação para destilação, de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que, em um recipiente (21), vários evaporadores (2) e condensadores (3) de diferentes estágios de pressão e temperatura são armazenados em um recipiente (21) dispostos e conectados uns aos outros de maneira adequada ao processo.