BRPI0811051B1

BRPI0811051B1 - aparelho de destilação para produzir água destilada a partir de um líquido contaminado.

Info

Publication number: BRPI0811051B1
Application number: BRPI0811051A
Authority: BR
Inventors: Edgar James Ward Dudley
Original assignee: Equus Environmental Ltd
Priority date: 2007-04-24
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2019-01-08
Also published as: US8771478B2; AU2008241636A1; WO2008130254A1; WO2008130254A9; US20160130156A1; US20100200388A1; AU2008241636B2; ZA201000526B; BRPI0811051A2; NZ581524A; US9908789B2

Abstract

aparelho de destilação para produzir água destilada a partir de um líquido contaminado um aparelho de destilação modular que inclui um trocador de calor que preaquece líquidos contaminados pelo menos; um aquecedor que aquece o líquido contaminado proveniente do trocador de calor; um condensador de evaporador adaptado para ferver líquido contaminado que sai do aquecedor para produzir vapor de água e concentrado de contaminante, e condensa o vapor de água em água destilada; . uma câmara de vácuo capaz de operar a abaixo de pressão atmosférica, a câmara de vácuo alojando o condensador de evaporador e incluindo pelo menos uma partição para separar a água destilada do concentrado de contaminante; um compressor de vapor operavelmente associado com a câmara de vácuo para receber vapor de água do condensador de evaporador na câmara de vácuo e bombear o vapor de água a pressão de volta através do condensador de evaporador, em que o trocador de calor recupera calor sensível de água destilada condensada que sai e concentrado de contaminante reciclado a partir da câmara de vácuo.

Description

“APARELHO DE DESTILAÇÃO PARA PRODUZIR ÁGUA DESTILADA A PARTIR DE UM LÍQUIDO CONTAMINADO”

DECLARAÇÃO DOS PEDIDOS CORRESPONDENTES [1] Este pedido é baseado no Relatório Descritivo Provisório depositado com referência ao Pedido de Patente dos Estados Unidos N60/913.731, conteúdos os quais são aqui inteiramente incorporados por referência.

CAMPO TÉCNICO [2] A presente invenção diz respeito a um dispositivo de destilação. Em particular, a presente invenção diz respeito a um dispositivo de destilação capaz de produzir água destilada a partir dos líquidos contaminados usando destilação por calor sob vácuo e incluindo a reciclagem do calor latente e sensível dentro do dispositivo para melhorar a eficiência energética.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA [3] Tradicionalmente o sistema de destilação de líquidos, tais como aqueles usados nas instalações de dessalinização, limpeza da água do solo ou reciclagem de líquidos, têm uma alta necessidade energética que pode responder por entre 50 % e 70 % dos custos operacionais totais de uma tal instalação. Esses altos custos operacionais podem tomar tais instalações proibitivamente dispendiosas e impraticáveis, particularmente para aplicações em países em desenvolvimento e em locais sem um fornecimento de energia seguro.

[4] Além disso, os métodos conhecidos de tratamento de líquidos tal como osmose reversa, utilizando filtração de carbono ativado e opcionalmente exposição a ultravioleta ou ozônio, tipicamente não tem a capacidade de tratamento eficaz dos líquidos altamente contaminados tais como água do mar ou água salobra e usualmente requerem pré tratamento tais como pré filtração e/ou tratamento químico. Tais métodos de tratamento conhecidos produzem líquidos que possuem concentrações de sólidos

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2/10 dissolvidos totais (TDS) de 500 a 1000 ppm que podem resultar em água tratada com cheiro e/ou gosto residual desagradável e muito salina para o uso na irrigação em agricultura. Adicionalmente, a filtração pode levar aos problemas operacionais tais como entupimento do filtro e a necessidade de esterilização do dispositivo de filtração em uma base regular para prevenir acúmulo de mofo, alga e contaminantes bacterianos.

[5] Outra desvantagem com sistemas de tratamento de líquidos conhecido é a falta de portabilidade a um local e escalabilidade no local em situações onde uma capacidade aumentada é rapidamente requerida tal como em situações de liberação de emergência.

[6] É um objetivo da presente invenção se dedicar aos problemas precedentes ou pelo menos fornecer ao público uma escolha útil.

[7] Outros aspectos e vantagens da presente invenção se tomaram evidentes a partir da seguinte descrição que é dada somente por via de exemplo.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [8] De acordo com um aspecto da presente invenção é fornecido um dispositivo de destilação para produzir água destilada a partir de um líquido contaminado incluindo:

• pelo menos um trocador de calor que pré-aquece o líquido contaminado;

• um aquecedor que aquece o líquido contaminado a partir do trocador de calor;

• um removedor de gases para remover os gases não condensáveis do líquido contaminado aquecido do aquecedor;

• um condensador de evaporação adaptado para:

- ebulir o líquido contaminado a partir do aquecedor para produzir vapor de água e o concentrado contaminante, e

- condensar o vapor de água na água destilada;

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3/10 • uma câmara de vácuo capaz de operar abaixo da pressão atmosférica, a câmara de vácuo armazenando o condensador de evaporação e incluindo pelo menos uma divisão para separar a água destilada do concentrado contaminante;

• um compressor a vapor associado de maneira operável com a câmara de vácuo para receber vapor de água do condensador de evaporação na câmara de vácuo e bombear o vapor de água sob pressão de volta através do condensador de evaporação em que • pelo menos um trocador de calor recupera o calor sensível da água destilada condensada de saída e o concentrado contaminante reciclado a partir da câmara de vácuo;

• o condensador de evaporação transfere o calor latente do vapor de água condensado para ebulir o líquido contaminado, e • o dispositivo de destilação opera como uma unidade autônoma.

[9] Preferivelmente, o dispositivo de destilação inclui uma bomba a vácuo operavelmente associada com a câmara de vácuo.

[10] Preferivelmente, o condensador de evaporação ebule o líquido contaminado na faixa de temperatura de 40° C a 100° C.

[11] Preferivelmente, o condensador de evaporação inclui uma pluralidade de placas não porosas, cada uma das placas tendo uma superfície que no contato ebule o líquido contaminado para produzir vapor de água e uma superfície que no contato condensa o vapor de água em água destilada.

[12] Preferivelmente, a pluralidade de placas não porosas têm uma superfície externa hidrofílica.

[13] Preferivelmente, as placas hidrofílicas têm uma espessura entre 0,1 mm a 0,25 mm.

[14] Preferivelmente, a câmara de vácuo também inclui pelo menos

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4/10 uma chicana para acelerar a velocidade do vapor para separar gotículas de resíduos líquidos em ebulição a partir do vapor.

[15] Preferivelmente, a câmara de vácuo inclui pelo menos um painel transparente e removível.

[16] Preferivelmente, o condensador de evaporação é um trocador de calor do tipo de película ascendente ou de película descendente.

[17] Preferivelmente, o condensador de evaporação opera no vácuo dentro da câmara de vácuo.

[18] Preferivelmente, a câmara de vácuo também inclui um meio para circular o vapor de água para acelerar a condensação do vapor.

[19] Preferivelmente, o dispositivo de destilação também inclui uma bomba de líquido contaminado para bombear o líquido contaminado no pelo menos um trocador de calor.

[20] Preferivelmente, o dispositivo de destilação também inclui uma bomba para destilar para bombear a água destilada da câmara de vácuo através do pelo menos um trocador de calor.

[21] Preferivelmente, o dispositivo de destilação também inclui uma bomba de líquido contaminado concentrado para bombear o líquido contaminado concentrado através do pelo menos um trocador de calor.

[22] Preferivelmente, o dispositivo de destilação pode ser armazenado e transportado dentro de um recipiente de envio ISO com um dispositivo de destilação semelhantes.

[23] Preferivelmente, o dispositivo de destilação pode operar por um período contínuo sem interrupção.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DAS FIGURAS [24] A figura 1 apresenta uma visão esquemática do processo seguido pelo dispositivo de destilação da presente invenção;

[25] A figura 2 apresenta uma visão esquemática secional do dispositivo de destilação da presente invenção; e

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5/10 [26] A figura 3 apresenta visões em perspectiva A e B do dispositivo de destilação da figura 2;

[27] A figura 4 apresenta visões esquemáticas em perspectiva A e B do dispositivo de destilação da figura 2;

[28] A figura 5 apresenta uma visão esquemática em perspectiva de quatro dispositivos da presente invenção em um recipiente de envio ISO.

MELHOR MANEIRA DE REALIZAR A INVENÇÃO [29] A figura 1 apresenta uma visão esquemática do dispositivo de destilação geralmente indicado pela seta 1. O líquido contaminado 100 é bombeado pela bomba de alimentação 2 e pré aquecido na passagem através de um trocador de calor 3, que recupera o calor das duas correntes líquidas de saída: a água destilada pura 200 bombeada da bomba de destilados 4 e os resíduos concentrados 300 bombeados em na bomba de contaminante 5. Aquecido até dentro de poucos graus da temperatura de ebulição, o líquido 100 em seguida passa através de um aquecedor de partida 6, em seguida entra na câmara de vácuo 7 contendo a unidade do evaporador/condensador 8 que compreende uma pluralidade de placas térmicas de película dinâmica (não mostradas). Uma bomba a vácuo 9 ligada a uma câmara de vácuo 7 produz um vácuo a ser ligado dentro da câmara 7. O líquido 100 ebule quando passa através de uma unidade de condensador de evaporação 8, e o vapor de água é removido em 10 por um compressor a vapor 11. O líquido contaminante concentrado restante 300 flui para fora da câmara 7 no ponto 12, carregando todos os contaminantes.

[30] O vapor de água pura 400 extraído pelo compressor a vapor 11 é pressurizado elevando sua temperatura 400A e injetado no condensador em 13, onde seu calor latente é liberado através das placas ao passo que este condensa na pura água destilada, por meio disso fazendo que o líquido contaminado 100 entre em ebulição. Devido à maioria do calor do processo ser recuperado e reciclado dentro do trocador de calor 3 e da unidade de

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6/10 evaporador/condensador 8, as necessidades energéticas específicas são significantemente reduzidas em comparação com os sistemas de destilação convencionais. Após o período de partida, pouca ou nenhuma energia é necessária para aquecer diretamente a água. A única entrada de energia necessária para operar o sistema é usada pelo compressor a vapor 11, quatro bombas 2, 4, 5, 9 e os controles (não mostrados). A pureza do produto da água destilada de saída é menor que 10 ppm de sólidos dissolvidos totais (TDS).

[31] A figura 2 apresenta uma visão esquemática secional do dispositivo de destilação 1. A câmara de vácuo 7 que armazena as unidades do condensador de evaporação 8 é conectada à unidade de compressor a vapor 11 contida em uma estrutura do vapor compressor 11 A.

[32] As placas do condensador de evaporação têm uma superfície de ebulição que facilita a evaporação do líquido de alimentação contaminado 100 no vapor de água 400 e uma superfície de condensação que facilita a condensação do vapor de água 400A na água destilada 200.

[33] O calor latente liberado na condensação do vapor de água 400A na água destilada 200 é conduzido através das placas que facilitam a ebulição e a evaporação do líquido contaminado de alimentação 100 no vapor de água 400. As placas são ligadas ou soldadas para prevenir a contaminação do líquido contaminado de alimentação 100 e da água destilada 200.

[34] As placas podem ser feitas a partir metais de retenção de alimentos tais como titânio, aço inoxidável ou alumínio. As placas têm uma morfologia de superfície para produzir um efeito hidrofílico que aumentam a transferência de calor latente das placas e preferivelmente têm uma espessura de entre 0,1 mm a 0,25 mm. O condensador de evaporação 8 pode ser um tipo de evaporador de película ascendente ou de película descendente e pode operar sob pressão de vácuo ou na pressão atmosférica.

[35] A alimentação de líquido aquecido 100 entra na câmara de

Petição 870180067702, de 03/08/2018, pág. 16/30 /10 vácuo 7 sob pressão e ebule no contato com a superfície de ebulição da placa do condensador de evaporação. O vapor de água resultante 400 é extraído pelo compressor a vapor 11 e novamente injetado sob pressão (400A) na câmara 7 por intermédio de um tudo de vapor de água submetido à compressão 14. O calor latente do vapor de água submetido à compressão 400A é liberado através das placas de condensador de evaporação ao passo que o vapor de água 400A condensa na água destilada pura 200 e deste modo fazendo com que o líquido contaminado 100 entre em ebulição. O ponto de ebulição do líquido contaminado sob vácuo na câmara de vácuo é preferivelmente entre 40° C e 100° C. As duas saídas do dispositivo de destilação I são o concentrado residual 300 e a água destilada 200 que saem do dispositivo 1.

[36] As figuras 3 e 4 mostram as visões frontais secionais em perspectiva 3A, 4A e as visões posteriores 3B, 4B do dispositivo de destilação

1.

[37] A câmara de vácuo 7 do dispositivo de destilação 1 tem um painel frontal transparente e removível (não mostrado) através do qual os processos de condensação de evaporação podem ser visualizados para permitir o acesso da assistência às unidades do condensador de evaporação 8 para manutenção. O painel removível é lacrado com lacres de silicone em forma de “P” ou “D” para assegurar a integridade do vácuo do painel. O dispositivo de destilação 1 é opcionalmente contido em uma estrutura 15 incluindo uma base de empilhadeira 16 para uma portabilidade adequada. O compressor de vapor 11 tem um motor elétrico de compressor associado 11A e uma correia de condução contida em uma estrutura 11B. As comportas 17 e 17A fornecem o acesso interno à câmara 7 para o serviço e manutenção. As bombas 18A-C bombeiam a água destilada, líquido contaminante de alimentação e o concentrado residual para o trocador de calor 3. Um removedor de gases 19 separa gases não condensáveis do líquido

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8/10 contaminante aquecido 100, tal como oxigênio do ar, na entrada para a câmara de vácuo 7 do trocador de calor. A remoção do acúmulo de tais gases não condensáveis na câmara de vácuo 7 previne o revestimento do condensador de evaporação 8 e a redução da eficiência do mesmo.

[38] O controle do ciclo de operação do dispositivo de destilação 1 é completamente automático, por intermédio de um painel de controle 20, de aquecimento inicial através da destilação e desligamento bem como um processo de auto limpeza. Em intervalos determinados pela qualidade do líquido 100, o dispositivo de destilação 1 termina o ciclo de destilação e inicia o processo de auto-limpeza que terminam em aproximadamente 100 minutos. Os arranjos de válvulas automáticas de prevenção que asseguram que o destilado de água residual 300 contendo impurezas contaminantes não pode ser misturado com o produto de saída de água destilada 200.

[39] O serviço 21 e o acesso de energia 22 fornecem outros pontos de manutenção na base do dispositivo 1.

[40] O compressor a vapor 11 é separado da câmara de vácuo 7 por um separador 23. A câmara de vácuo 7 inclui pelo menos uma chicana 24 para acelerar a condensação do vapor dentro da câmara de vácuo 7. A câmara de vácuo 7 também inclui uma forma de reciclar vapor 25, tal como uma ventoinha para re-circular uma porção do vapor de água dentro da câmara de vácuo 7, para acelerar a condensação do vapor de água nas placas do condensador de evaporação 8. Pelo menos uma divisão 29 é posicionada dentro da câmara de vácuo 7 para separar a água destilada do concentrado contaminante.

[41] O condensador de evaporação 8 mantém uma pressão mais alta na superfície de condensação das placas para assegurar que, no evento de ocorrer vazamento dentro ou ao redor do condensador de evaporação, o vazamento será de água destilada no líquido contaminado deste modo assegurando que a qualidade do produto de saída da água destilada não seja

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9/10 comprometida. O desempenho e a condição do dispositivo de destilação I podem ser monitorados de um local remoto para minimizar as inspeções de manutenção e o tempo de supervisão pessoal no local.

[42] A figura 5 apresenta uma vista esquemática em perspectiva de dois conjuntos de quatro módulos do dispositivo de destilação 1 transportado dentro de um recipiente de envio de alimentos ISO 20 26 modificado com um teto operado hidraulicamente 27 e parede 28 para fornecer o serviço de acesso para o dispositivo de destilação 1. O fácil transporte do dispositivo de destilação 1 permite uma produção eficiente mais sofisticada da água destilada em um local particular.

[43] As aplicações do dispositivo de destilação 1 incluem aquelas situações onde um fornecimento seguro de água para beber é necessário tal que em condições de liberação de emergência ou na indústria de fabricação que requer uma água destilada de pureza ultra alta tais como engarrafamento de água, fábrica de laticínios, acabamento, recuperação de glicol, limpeza da água do solo, dessalinização e reciclagem de água residual em indústrias de concentração, as indústrias de alimentos e bebidas, indústrias de microelectrônicos e farmacêuticas bem como tratamento de água de recuperação residual tóxica e nociva bem como fornecer água pura para beber de liberação de emergência da de água que foi contaminada naturalmente ou pelo homem.

[44] Deste modo, as formas de realização preferidas da presente invenção podem ter várias vantagens sobre a técnica anterior, que podem incluir:

• produção de água destilada de alta pureza;

• produção de água destilada de alta pureza favorável ao ambiente;

• operação de prevenção, sem restrição da qualidade do contaminante;

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10/10 • capacidade de processar líquidos altamente sólidos com prétratamento mínimo;

• baixa temperatura de ebulição induzida a vácuo que minimiza o acúmulo em escala e a manutenção;

• sistema de controle completamente automatizado fácil de operar com monitoramento e diagnóstico remoto;

• capaz de operar continuamente por período entendido sem interrupção;

• auto-limpeza e esterilização embutidas com manutenção mínima no local;

• projeto compacto com pouca área física ocupada permite fácil portabilidade e escalabilidade;

• construção modular permite a fácil manutenção;

• eficiência energética melhorada resultando em um custo de operação reduzido, e • prontamente portátil aos locais diferentes.

[45] Os aspectos da presente invenção foram descritos somente por via exemplo e deve ser apreciado que as modificações e adições podem ser feitas sem romper com o escopo destes como definido reivindicações em anexo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho de destilação para produzir água destilada a partir de um líquido contaminado compreendendo:

uma câmara de vácuo e uma bomba de vácuo associada para criação de vácuo;

pelo menos uma divisão posicionada dentro de dita câmara de vácuo para separar a água destilada do concentrado contaminante;

um compressor de vapor para receber vapor de dita câmara de vácuo a uma primeira temperatura e bombear o vapor comprimido de volta para a câmara de vácuo a uma temperatura mais elevada;

pelo menos um trocador de calor que recupera calor sensível a partir de pelo menos uma de água destilada e um concentrado bombeado da câmara de vácuo e pré aquece o líquido contaminado de entrada usando o calor recuperado;

um aquecedor de partida para aquecer o líquido contaminado proveniente do pelo menos um trocador de calor antes de o líquido contaminado pré aquecido entrar em dita câmara de vácuo;

dito aparelho caracterizado por compreender:

um condensador de evaporador posicionado em dita câmara de vácuo, dito condensador de evaporador tendo uma pluralidade de pratos, cada uma de ditas pluralidades de pratos tendo uma primeira superfície para facilitar a evaporação do líquido contaminado em vapor, e uma segunda superfície para facilitar a condensação de um vapor comprimido em água destilada;

em que a condensação do vapor comprimido em água destilada por dita segunda superfície de dita pluralidade de pratos libera calor latente do vapor comprimido em dito condensador de evaporador, evaporando o líquido contaminado pré aquecido.
2. Aparelho de destilação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a câmara de vácuo inclui pelo menos um painel

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2/2 transparente e removível.
3. Aparelho de destilação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada uma de dita pluralidade de pratos é não porosa.
4. Aparelho de destilação de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que os pratos não porosos têm uma superfície exterior hidrófila.
5. Aparelho de destilação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a câmara de vácuo inclui ainda pelo menos uma chicana para acelerar a velocidade de vapor em dita câmara de vácuo e separar gotículas de resíduos líquidos em ebulição a partir do vapor.
6. Aparelho de destilação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada uma de dita pluralidade de pratos tem uma espessura entre 0,1 mm e 0,25 mm.
7. Aparelho de destilação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda bombas para bombear o líquido contaminado através de dito pelo menos um trocador de calor e em dita câmara de vácuo, e a água destilada e concentrado de dita câmara de vácuo através de dito pelo menos um trocador de calor.
8. Aparelho de destilação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aparelho de destilação opera como uma unidade autônoma.
9. Aparelho de destilação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aparelho de destilação pode ser transportado dentro de recipientes de transporte ISO com um ou mais dispositivo de destilação semelhantes.
10. Aparelho de destilação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o compressor de vapor é integral à dita câmara de vácuo.