BRPI1007246B1 - Aparelho para tratamento de material e método de operação do aparelho - Google Patents

Abstract

tratamento, tal como corte, encharcamento e/ou lavagem de material orgânico. a presente invenção refere-se a um aparelho para tratar material por corte, encharcamento e/ou lavagem do material, em que o aparelho compreende um receptáculo (10), um elemento de descarga (20) com um gerador de vórtice e um meio de bombeamento (22), disposto para bombear fluido e material do receptáculo (10) no sentido do gerador de vórtice, em que o gerador de vórtice e o meio de bombeamento (22) em combinação, são adaptados para gerar um vórtice na forma de hélice cônica no fluido, estendendo-se para o receptáculo.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um aparelho para, e um método de tratamento de material, o tratamento compreendendo, por exemplo, corte, encharcamento e lavagem do material, e, se necessário, processamento com substâncias químicas e calor. O material a ser tratado sendo material orgânico particulado, de preferência, material orgânico compreendendo partes fermentáveis, e o tratamento de acordo com a presente invenção refere-se, entre outros, a pelo menos formação de parte de um processo que torna o material suscetível a processamento posterior em uma instalação de produção de bioetanol - esse processamento adicional pode incluir, tipicamente, decomposição, por exemplo, decomposição de palha, de modo a liberar lignina.

ANTECEDENTES E OBJETOS DA INVENÇÃO

[002] Em um processo de fermentação, adaptado para produzir bioetanol, um processamento inicial de material orgânico é frequentemente necessário, antes da fermentação. Frequentemente, esse processamento tem diferentes finalidades, tais como encharcamento (por exemplo, para remover silicatos, sais, e elementos minerais, tais como pedras, cascalho, areia e argila, e/ou aumentar o teor de água), corte, oxidação, desidratação do material orgânico, e esses são conduzidos sequencialmente. Desse modo, em vista do quadro de referência global, o material orgânico deve ser tornado mais suscetível à fermentação.

[003] Os aspectos importantes particulares relativos a tornar o material orgânico suscetível à fermentação são encharcamento, corte e/ou lavagem do material orgânico. Além do mais, outros aspectos se referem ao tratamento de material orgânico, por tratamento do material química e/ou enzimaticamente. Esse aspecto pode, naturalmente, ser combinado com encharcamento, corte e/ou lavagem.

[004] Encharcamento, no presente contexto, significa, de preferência, que o material orgânico, que é considerado, tipicamente, como sendo seco (com referência a um teor de líquido desejado) precisa se encharcar de fluido, de preferência, água, tal como água de torneira. O encharcamento pode ser também usado para liberar e/ou dissolver matéria contaminante. O material seco pode ser, em alguns casos, referido também como um material não encharcado.

[005] Corte, no presente contexto, significa, de preferência, que o material orgânico é cortado em pedaços, tal como em pedaços menores do que o seu tamanho inicial (antes do corte).

[006] Lavagem, no presente contexto, significa, de preferência, que a matéria contaminante é separada do material orgânico, tipicamente, por ser primeiramente liberada por e/ou dissolvida em líquido, e, em segundo lugar, separada. A matéria contaminante pode ser pedras, cascalho, partículas metálicas, silicates, sais, elementos minerais em geral, areia, argila, ou suas combinações. Frequentemente, a matéria contaminante é matéria particulada, e é, frequentemente, localizada na superfície da matéria.

[007] O pedido de patente US2008/0054108 descreve um desa- gregador, tendo um tanque para recebimento de materiais, que vão ser despedaçados. Um rotor é fixado na saída rotativa de um acionamento, e o rotor compreende um cubo rotativo anular e várias pás, que se projetam geralmente axialmente do cubo. As pás têm uma borda lateral voltada para uma direção axial, e vários dentes são proporcionados na borda lateral para proporcionar um rápido despedaçamento do material, com uma menor necessidade de energia.

[008] A patente US6.234.415 descreve um desagregador, que inclui um rotor montado em um tubo adjacente a uma placa de penei- ramento tendo furos. O rotor inclui pás helicoidais, cujos diâmetros diminuem no sentido da extremidade externa do rotor. As pás do rotor conduzem nas vizinhanças da placa de peneiramento um elemento em forma de ressalto projetando-se radialmente e para fora. O elemento forma um dispositivo gerador de pressão e gerador de subpressão, que exerce um efeito de alternação na polpa na medida em que o rotor gira, com isso, neutralizando o entupimento dos furos nas placas de peneiramento.

[009] Ambos esses dispositivos se baseiam no fato de que o fluxo no tanque compreende a recirculação no tanque do líquido presente nele, o que torna o tempo de retenção do material a ser transformado em polpa incontrolável. O tempo de retenção incontrolável não é a preocupação básica na polpação, em que a distribuição de tamanhos da polpa despedaçada é o parâmetro crucial. Portanto, os documentos mencionados acima também descrevem desagregadores, cuja recirculação é utilizada para garantir que toda a polpa, que sai da câmara de desagregação, é de um tamanho menor, definido por filtração, e cuja recirculação é usada para evitar o entupimento do filtro.

[0010] A patente US3.990.643 descreve um receptáculo, que acomoda uma suspensão de papel de resíduos e um rotor, localizado adjacente a uma parte da parede do receptáculo. Uma primeira descarga é proporcionada na parede na região do rotor, de modo que a polpa produzida por despedaçamento de papel de descarte, pelo rotor, pode ser descarregada do receptáculo. Um filtro é interposto na primeira descarga, e uma segunda descarga é proporcionada em uma parte oposta da parede e disposta para descarregar matéria tendo baixa gravidade específica do receptáculo.

[0011] Os desagregadores descritos podem ser operacionais para fins de desagregação, o modelo de fluxo incluindo recirculação interna, de modo que o material pode ou não entrar em contato com o rotor por muitas vezes, com o que o material contido em um líquido no desa- gregador consiste em um material tendo uma distribuição de tamanho diversificada, que pode resultar na deposição, o que, por sua vez, pode resultar, por exemplo, em entupimento. Além do mais, o tempo de retenção do material no líquido é considerado incontrolável, pelo menos com o intuito de recirculação.

[0012] Um outro aspecto relativo a essa recirculação é que o tempo de retenção do material no líquido pode ficar desconhecido e incontrolável. Isso pode se tornar um problema, se, por exemplo, o encharcamento a um certo nível (teor de água no material) for intencionado, pois um dos parâmetros governando o processo de encharcamento é o tempo de retenção. Isso pode se tornar particularmente uma consequência quando a dissolução de minerais, tais como sais, é objetivada.

[0013] Um aspecto particular diz respeito à necessidade de que o material seja tratado absorvido em um líquido. Frequentemente, o material a ser tratado tem uma densidade consideravelmente mais baixa do que aquela do líquido, e, nesses casos, esse material tende a flutuar, como uma "cobertura" em uma superfície superior de líquido, dificultando o encharcamento do material. Especialmente quando do tratamento com materiais muito hidrofóbicos, tais como palha de cereal, materiais de refugo de milho, pó de serra, materiais de refugo de arroz, aparas de madeira, cana de engenho, sorgo, grama miscanthus, painço, etc.

[0014] Mais um outro aspecto se refere à natureza destrutiva de partículas contaminantes, tais como pedras e metais em pedaços, que podem ter uma borda cortante.

[0015] Desse modo, um objetivo da presente invenção é proporcionar um aparelho e um método, para pelo menos atenuar alguns dos problemas relativos aos aparelhos e aos métodos conhecidos.

[0016] Um outro e, em muitos casos, importante objetivo da inven- ção é tornar, inicialmente, o material seco passível de ser transformado em polpa, com o que o material pode ser bombeado para, e usado como um agente hidráulico selante em um sistema de processamento a jusante.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0017] Desse modo, o objeto descrito acima e vários outros objetivos são intencionados para serem atingidos em um primeiro aspecto da invenção, no qual se proporciona um aparelho para tratamento de material, o tratamento compreendendo - mas não sendo limitado a - corte, encharcamento e/ou lavagem do material, o aparelho compreendendo: - um receptáculo compreendendo elementos de parede definindo um recipiente, adaptado para conter fluido e material a ser testado - um elemento de descarga em comunicação fluida a montante com a parte interna do receptáculo e em comunicação fluida a jusante com uma conexão de fluido, o elemento de descarga compreendendo - um gerador de vórtice, - um meio de bombeamento disposto para bombear fluido com material do receptáculo no sentido do gerador de vórtice e para a conexão de fluido a jusante, em que - o gerador de vórtice e o meio de bombeamento são adaptados conjuntamente para gerar um vórtice, na forma de uma hélice cônica no fluido, o vórtice estendendo-se para o receptáculo.

[0018] Desse modo, por meio da presente invenção um aparelho foi proporcionado, no qual um vórtice é usado para controle de absorção de material em um fluido, que é, de preferência, líquido, tal como água, com o que pelo menos o tempo de retenção do material no re-ceptáculo pode ser controlado com facilidade.

[0019] O material que sai do aparelho pode ser dito como estando fluidizado no sentido de que o material é absorvido em um líquido. Na medida em que o material é fluidizado, pode ser pressurizado e bombeado, por exemplo, pelo meio de bombeamento e/ou um outro meio de pressurização, no sentido, por exemplo, de um sistema de processamento a jusante. Além do mais, a fluidização faz com que o material com líquido seja capaz de proporcionar um selo líquido, no sentido de que o fluido gasoso ou líquido não passe facilmente (ou nem passe) pelo líquido com material, como seria possível se o material estivesse na sua forma inicial mais seca.

[0020] Uma característica específica obtenível, em conjunto com a presente invenção, é a geração de um vórtice na forma de uma hélice cônica. Hélice cônica, no presente contexto, significa, de preferência, um vórtice no qual a trajetória de elemento fluido segue a superposição de uma espiral e uma hélice arquimedianas. Deve-se mencionar que embora a matemática da espiral e hélice arquimedianas estipule estritamente a evolução de uma hélice cônica, a hélice cônica pode, na presente invenção, se desviar dessa descrição matemática, embora esse modelo de escoamento seja pretendido. No entanto, "hélice cônica" tem sido usada para congregar um caminho de escoamento, sendo polimerização como uma hélice cônica, no qual os elementos fluidos seguem um caminho no sentido de um eixo central em um movimento espiralado, bem como em um movimento ao longo do eixo central.

[0021] O vórtice gerado compreende, tipicamente, velocidades angulares variáveis na direção axial e na direção radial, em relação a um eixo rotativo do vórtice. Isso é tipicamente obtido, entre outros, com base no acoplamento e no amortecimento viscoso internamente no fluido, nas condições limites e no gerador de vórtice.

[0022] Além do mais, vórtices secundários, isto é, de preferência, vórtices diferentes das hélices cônicas principal, ocupam a maior parte do espaço no receptáculo, e que são gerados, em combinação, pelos gerador de vórtice e meio de bombeamento, são frequentemente evitados.

[0023] Os componentes de escoamento axial do vórtice são controlados vantajosamente por controle do meio de bombeamento. Em muitos casos práticos, o meio de bombeamento pode ser considerado com um meio "de arrasto no vórtice" em uma direção no sentido do gerador de vórtice.

[0024] No presente contexto, são usados vários termos técnicos. Embora esses termos sejam usados como um significado comum para aqueles versados na técnica, breves explicações são apresentadas abaixo em alguns desses termos.

[0025] "Gerador de vórtice" é usado, de preferência, para indicar um elemento que cria um vórtice em um fluido. Os exemplos típicos de geradores de vórtice considerados no presente contexto são os elementos rotativos, compreendendo braços de rotor estendendo-se em uma direção radial.

[0026] "Contrafluxo" é usado, de preferência, para indicar um regime de escoamento, no qual há um fluxo que caminha em uma direção oposta a uma direção de escoamento principal, sendo definido, de preferência, de uma entrada a uma saída. O contrafluxo pode ser, nesse contexto, ser considerado, de preferência, como modelos de escoamentos secundários, tais como vórtices secundários, em que o modelo de escoamento primário é a hélice cônica.

[0027] No aparelho, o material não encharcado pode ser de preferência, disposto por meios adaptados no vórtice, tal como descarregado de um tubo submerso no fluido no receptáculo.

[0028] Esses meios adaptados para dispor o material não enchar- cado no vórtice vão ser referidos abaixo em mais detalhes, quando da consideração, por exemplo, das modalidades específicas da invenção. Por exemplo, os meios adaptados para dispor o material não encharcado podem compreender, por exemplo, uma alimentação de fluido, que proporciona um jato de fluido como descrito abaixo.

[0029] O meio de bombeamento pode ser posicionado, de preferência, a jusante do gerador de vórtice.

[0030] Em muitas modalidades preferidas, o elemento de descarga compreende, de preferência, um canal de escoamento estendendo-se do receptáculo. Nessas modalidades, o gerador de vórtice é, de preferência, posicionado a jusante no canal de escoamento, como visto de uma entrada do canal de escoamento. O canal de escoamento do elemento de descarga pode, vantajosa e preferivelmente, ser em for-ma de funil estreitando-se no sentido do gerador de vórtice. Alternativamente, o canal de escoamento do elemento de descarga pode ter, de preferência, uma área de seção transversal constante.

[0031] O aparelho pode compreender, de preferência, um separador, para separar uma corrente de fluido contendo material, que tenha passado pelo elemento de descarga, e uma corrente residual de fluido não contendo substancialmente qualquer material tratado. O separador pode ser de preferência, posicionado a jusante do elemento de descarga, e, de preferência, a jusante do meio de bombeamento.

[0032] O separador pode compreender, de preferência, meios de desidratação, tal como uma ou mais centrífugas ou meios para sedimentação do material tratado.

[0033] As modalidades preferidas do aparelho podem compreender uma linha de escoamento de recirculação alimentando o fluido extraído do receptáculo para o receptáculo. Essa linha de escoamento de recirculação de fluido pode ser conectada, de preferência, ao separador, de tal modo que o fluido residual seja recirculado para o receptáculo.

[0034] Pelo menos o elemento de parede, que constitui o fundo do receptáculo, pode ter, de preferência, um contorno interno arredondado, tal como sendo em forma de um corte longitudinal em um cilindro. Além do mais, os elementos de parede, que constituem a parte lateral do receptáculo, podem ser elementos planos. No entanto, outras formas dos elementos de parede podem ser usadas, por exemplo, arredondadas, de modo que possam auxiliar na manutenção do vórtice no receptáculo.

[0035] O receptáculo pode, preferível e vantajosamente, compreender internamente um ou mais elementos rotativos, e/ou um ou mais elementos de parede, que definem a contenção, é / são rotativos. Desse modo, as condições limites para o escoamento no receptáculo podem ser controladas, por exemplo, para reforçar o vórtice.

[0036] As modalidades preferidas do aparelho podem compreender um único elemento de descarga. Alternativamente, o aparelho pode compreender, de preferência, mais de um elemento de descarga. Nas modalidades compreendendo mais de um elemento de descarga, os elementos de descarga podem ser, de preferência, posicionados adjacentes entre si, nos mesmos elementos de parede. Alternativamente ou em combinação com elas, os elementos de descarga podem ser, de preferência, os elementos de descarga podem ser, de preferência, posicionados opostos entre si, em elementos de parede opostos.

[0037] O aparelho pode, preferível e vantajosamente, ser adaptado para proporcionar uma corrente pressurizada de material tratado.

[0038] De preferência, o gerador de vórtice pode compreender um elemento de corte rotativo, e o elemento de corte pode compreender, de preferência, uma pluralidade de braços estendendo-se radialmente, com bordas cortantes apontando na direção rotativa.

[0039] Como descrito acima, as modalidades preferidas da invenção podem compreender meios adaptados para dispor o material não encharcado no vórtice. Consequentemente, as modalidades preferidas do aparelho podem compreender uma alimentação de fluido, adaptada para produzir um escoamento de fluido, de preferência, sendo um jato, emergindo no fluido contido no recipiente, durante operação do aparelho. A descarga da alimentação de fluido pode ser, de preferência, disposta abaixo de parte da linha de escoamento de recirculação. A ali-mentação de fluido pode ser, de preferência, adaptada para transferir o fluido em uma direção que é substancialmente paralela à velocidade do vórtice no receptáculo, no ponto de transferência do fluido.

[0040] O elemento de parede, que constitui o fundo do receptáculo, se inclina, de preferência, relativamente à direção horizontal, e uma descarga de matéria pode ser, adicional e preferivelmente, proporcionada na posição na qual o fundo tem a sua seção posicionada mais internamente.

[0041] O aparelho pode compreender, de preferência, um dispositivo de alimentação, para alimentação do material a ser tratado no fluido contido no receptáculo. De preferência, o dispositivo de alimentação pode compreender um meio transportador, para o transporte de material a ser tratado no fluido contido no receptáculo, de preferência, em uma posição abaixo da superfície do fluido. Esse meio transportador pode compreender uma correia transportadora ou um transporta-dor de rosca.

[0042] O dispositivo de alimentação pode ser, de preferência, adaptado para transferir o material a ser tratado em uma direção, que é substancialmente paralela à velocidade do vórtice no receptáculo, no ponto de transferência. Além do mais, o dispositivo de alimentação pode ser, de preferência, adaptado para transferir o material a uma velocidade, que é pelo menos 50% preferivelmente substancialmente da mesma velocidade do fluido, na posição de transferência no receptáculo do material.

[0043] De preferência, o dispositivo de alimentação pode ser adaptado ou adicionalmente adaptado para transferir material, sob a superfície do fluido, quando o fluido está presente no receptáculo. Típica e preferivelmente, o dispositivo de alimentação pode ser adaptado ou adicionalmente adaptado para transferir o material pelo menos 100 mm sob a superfície do fluido, quando o fluido está presente no receptáculo.

[0044] O aparelho pode compreender ainda, de preferência, um dispositivo de medida, para medir, de preferência, continuamente, a massa do material e/ou o teor de água no material sendo alimentado ao receptáculo. De preferência, o dispositivo de medida pode ser disposto no dispositivo de alimentação.

[0045] O aparelho de acordo com a presente invenção pode, vantajosa e preferivelmente, ser adaptado para tratar material selecionado do grupo consistindo em palha, grama, espigas de milho, madeira, etc., ou suas combinações. De preferência, o tratamento do material pode ser um tratamento, ou uma combinação de tratamentos, auxiliando, pelo menos, a tornar o material suscetível à fermentação.

[0046] Em um segundo aspecto, a presente invenção refere-se a um método de operação do aparelho de acordo com um primeiro aspecto da invenção. Esses métodos compreendem, de preferência, o controle da bomba e do gerador de vórtice, de modo a estabelecer um vórtice no receptáculo, na forma de uma hélice cônica.

[0047] O método pode compreender, de preferência, a adição de fluido ao receptáculo, de preferência, abaixo da superfície do fluido presente no receptáculo. De preferência, a adição de fluido ao receptáculo pode ser na forma de um jato, estendendo-se abaixo da superfície do fluido presente no receptáculo.

[0048] Preferível e vantajosamente, o método pode compreender o ajuste do nível de fluido no receptáculo, de modo que o fluido seja adicionado abaixo da superfície, ou de modo que um jato de fluido, sendo, de preferência, o fluido adicionado ao receptáculo, se estenda abaixo da superfície do fluido presente no receptáculo.

[0049] O método pode compreender, de preferência, pelo menos uma fração de fluido extraída do receptáculo pelo elemento de descarga. A fração de fluido que é recirculada pode ser, de preferência, isenta do material presente no fluido, quando o fluido estava no receptáculo.

[0050] Adicionalmente, o método pode compreender, de preferência, a determinação do teor de água do material saindo do receptáculo, com base, pelo menos, em uma detecção do nível de água no receptáculo, água alimentada ao receptáculo, massa do material alimentado ao receptáculo e teor de água do material.

[0051] Os primeiro e segundo aspectos da presente invenção podem ser ambos combinados com quaisquer outros aspectos. Esses e outros aspectos da invenção vão ser evidentes das, e elucidados com as, modalidades descritas a seguir.

[0052] As modalidades preferidas particulares da presente invenção referem-se ao encharcamento do material em água contendo ácido.

[0053] Embora a presente invenção tenha sido elaborada para que seja útil em conjunto com o processamento de material em outras situações que aquelas de auxiliar a tornar o material orgânico suscetível à fermentação, a presente descrição aqui, foca neste propósito. Isso não deve limitar o âmbito da presente invenção apenas a aparelhos e métodos para a produção de bioetanol.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0054] A presente invenção e, em particular, as suas modalidades preferidas, vão ser descritas a seguir em conjunto com as figuras em anexo, em que

[0055] a figura 1 mostra uma primeira modalidade de acordo com a presente invenção;

[0056] a figura 2 mostra uma vista em seção transversal do elemento de descarga de acordo com a presente invenção;

[0057] a figura 3 mostra uma modalidade de um gerador de vórtice;

[0058] a figura 4 mostra uma modalidade do aparelho de acordo com a presente invenção, no qual um dispositivo de alimentação é aplicado;

[0059] a figura 5a mostra uma modalidade do aparelho de acordo com a presente invenção, no qual um dispositivo de alimentação alternativo é aplicado; e

[0060] a figura 5b mostra a modalidade do aparelho de acordo com a presente invenção, mostrado na figura 5b, no qual um dispositivo de alimentação alternativo é aplicado.

[0061] As figuras mostram modos de implementação da presente invenção e não devem ser considerados como sendo limitantes de outras possíveis modalidades, que se encaixem dentro do âmbito do conjunto de reivindicação em anexo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA MODALIDADE

[0062] A figura 1 mostra uma primeira modalidade de um aparelho para tratamento de material, de acordo com a presente invenção. A figura 1a mostra o aparelho em uma vista em projeção pela extremidade, 1b em uma vista em projeção lateral, na figura 1c em uma vista em projeção pelo topo. O aparelho compreendendo um receptáculo 10, que é moldado como um recipiente tendo uma extremidade superior aberta e um fundo curvo 14. As paredes laterais 16, bem como as paredes terminais 18 do receptáculo são elementos planos, e as várias paredes e o fundo são unidos conjuntamente para formar um recipiente de extremidade superior aberta hermético a fluido.

[0063] O material a ser tratado é, de preferência, um ou mais dos materiais selecionados do grupo consistindo em palha, grama, espigas de milho, madeira e similares, mas, pelo menos em princípio, todo material orgânico particulado pode ser considerado. As combinações de materiais também podem ser consideradas. O material é, tipicamente, material particulado, que deve ser, desejavelmente, cortado em pedaços menores. O fluido utilizado no presente contexto é, de preferência, água, embora outro fluido possa ser usado e selecionado de acordo com um uso particular do aparelho.

[0064] Em uma das paredes terminais 18 (aquela mostrada à direita na figura 1), um elemento de descarga 20 é disposto. Esse elemento de descarga 20 é adaptado para gerar um modelo de escoamento de vórtice no receptáculo, como indicado na figura 1, e, ao mesmo tempo, cortar o material que escoa no sentido do elemento de descar-ga 20 em pedaços menores. Em uma configuração alternativa, que vai ser descrita abaixo, nenhum corte ocorre e o elemento de descarga proporciona uma descarga, sem envolvimento de qualquer ação de corte. Como vai ser descrito em mais detalhes abaixo, o corte pode ser, por exemplo, proporcionado por um elemento cortante rotativo, que compreende braços estendendo-se radialmente tendo bordas cortantes. Por rotação desse elemento cortante, o material vai ser cortado e um vórtice no fluido gerado. Desse modo, as características de ação cortante e geração de vórtice são combinadas em um único elemento, embora isso não tenha que ser necessariamente como dois meios separados, por exemplo, um cortador e um gerador de vórtice podem ser aplicados.

[0065] Como é evidente da figura 1a, o fundo 14 é curvo e, na modalidade mostrada, curvo de modo a ser moldado como um corte lon- gitudinal em um cilindro. Esse contorno é vantajoso no sentido de que reflete e auxilia no escoamento rotativo no vórtice, de modo que apenas possibilidades limitadas para que o escoamento crie vórtices são disponíveis. Embora os elementos laterais 16 possam ser benéficos, como visto de uma perspectiva do escoamento, caso sejam curvos, para evitar ainda mais a criação de vórtices secundários, eles podem ser feitos como um elemento plano, para facilitar a introdução no receptáculo do material a ser tratado.

[0066] A jusante do elemento de descarga 20, uma bomba 22 é disposta, que bombeia o fluido com o material cortado pelo elemento de descarga 20, no sentido de um separador 24, que separa uma corrente de fluido, compreendendo substancialmente todo o material cortado do fluido. A bomba proporciona ademais sucção, por meio do elemento de descarga 20, no receptáculo 10. O fluido não contendo substancialmente qualquer material cortado, referido como uma corrente residual, separada similarmente no separador 24, é realimentado ao receptáculo por uma linha de escoamento de recirculação 26. Em um processo de separação ótimo, a corrente residual não contém qualquer material. No entanto, a separação pode, em muitas modalidades práticas, ser abaixo da ideal, e a proporção de material na corrente residual depende da eficiência do separador. Desse modo, subs-tancialmente, é, nesse contexto, usado, de preferência, para significar uma situação refletindo a eficiência do separador.

[0067] A bomba 22 possibilita a transferência e também pressuriza os meios como um fluido, no qual o material tenha sido absorvido, para posterior processamento 24. O processamento posterior pode ser, por exemplo, um processo de separação no qual o material é separado do fluido, e o fluido é, por exemplo, retornado para o recipiente.

[0068] Se o processamento posterior for uma separação, pode ser, por exemplo, representado na forma de uma prensa de parafuso, um filtro ou uma centrífuga, ou um meio para sedimentação do material a ser tratado.

[0069] Desse modo, a separação no separador 24 proporciona uma corrente de fluido, com material cortado, no qual o teor deste por quantidade total de volume é aumentada. Essa corrente de material cortado mais concentrado é alimentada a um outro tratamento, para prepará-la para a fermentação.

[0070] O modelo de escoamento de vórtice no receptáculo 10 deve ser, de preferência, caracterizado pelo fato de que nenhuma recir- culação interna no receptáculo é gerada. Desse modo, um elemento fluido pode fazer por si só seu caminho, a partir da saída da linha de escoamento de recirculação 26, para seguir constantemente um movimento espiralado em torno de um eixo horizontal - sem qualquer recirculação - avançando o elemento fluido no sentido e pelo elemento de descarga 20. Esse modelo de escoamento é considerado como uma hélice cônica. Por meio desse modelo de escoamento, o material que é "apreendido" pelo vórtice vai inevitavelmente terminal no elemento de descarga apenas uma vez, e não medida em que o elemento de descarga promove o corte do material, o material vai ser cortado apenas uma vez.

[0071] A hélice cônica é, consequentemente, um vórtice tridimensional, no qual a velocidade na direção do eixo horizontal (ou, em geral, no sentido do elemento de descarga) é controlável por meio de controle da bomba. Um fluxo de grande passagem pela bomba vai gerar uma velocidade relativamente alta no sentido do elemento de descarga, em relação a um fluxo de baixa passagem pela bomba. Deve- se mencionar que as velocidades próximas às partes de paredes se encaminham para zero, quando as partes de paredes são estacionárias.

[0072] Isso propicia um processo de corte de alto controle, no qual o tamanho no qual o material vai ser cortado é controlável, pois a velocidade de avanço do material, no sentido do elemento de descarga 20, pode ser controlada por controle da bomba e da velocidade de corte (por ajuste da velocidade da borda cortante) do elemento de corte do elemento de descarga 20.

[0073] Em uma modalidade específica, o material a ser processado é cortado antes de ser introduzido no receptáculo, e o material é extraído alternativamente do centro do vórtice.

[0074] A figura 2 mostra esquematicamente uma vista em seção transversal do elemento de descarga 20 da modalidade mostrada na figura 1. O elemento de descarga, compreendendo um canal de escoamento na forma de um funil 30, estendendo-se do receptáculo 10, e sendo preso na sua extremidade larga 32 na extremidade de parede 18, com o que o elemento de descarga 20 fica em comunicação fluida com a parte interna do receptáculo 10. O funil 30 é estreitado no sentido do elemento de corte 36, de modo que a extremidade estreita 34 do funil 30 é disposta retraída do receptáculo a uma distância δ, como mostrado na figura 2. Na extremidade estreita 34, o elemento de corte 36 é disposto em um eixo 38, que é conectado a um motor elétrico (não mostrado).

[0075] O elemento de corte 36 é disposto em frente de uma conexão de fluido 40, estendendo-se no sentido da bomba 22. A conexão de fluido 40 é, tipicamente, na forma de um tubo. O elemento de corte 36 é moldado como braços estendendo-se radialmente de uma parte central coincidente com o eixo geométrico rotativo do eixo mecânico 38, e tendo bordas cortantes apontando na direção de rotação.

[0076] Por rotação do elemento de corte, um vórtice vai ser gerado estendendo-se para o receptáculo e para a conexão de fluido 40. Desse modo, o elemento de corte também representa o gerador de vórtice. A bomba gera um escoamento de fluido, do receptáculo no sentido do elemento de corte 36. Desse modo, um modelo de escoamento, que pode ser visto como constituído por superposicionamento de um escoamento não rotativo, no sentido do elemento de corte, gerado pela bomba 22 e pelo vórtice gerado pelo elemento de corte rotativo 36. Desse modo, o material contido no fluido no receptáculo vai ser transportado para o elemento de corte 36, sendo cortado pelo elemento de corte, pelo canal 40 no sentido do elemento separador 24.

[0077] Por uso do funil 30, o contrafluxo no elemento de corte - e no receptáculo em geral - é minimizado e, tipicamente, evitado completamente. Desse modo, pode-se garantir que uma grande parte desse material a ser cortado passa pelo elemento de corte apenas uma vez, pois desse modo o material cortado não é realimentado ao receptáculo. Em caso contrário, isso pode tipicamente resultar na deposição de material cortado no receptáculo, e/ou do material sendo cortado em tamanhos descontroláveis.

[0078] A figura 3 mostra, entre outros, o elemento de corte, que corta o material e gera o vórtice. O funil 30 vai ser aparafusado no flange 58. O fluido e o material cortado passam pela abertura, no sentido da bomba 22 (não mostrada), como descrito em conjunto com a figura 1. O elemento de corte é disposto em um eixo, estendendo-se de um motor elétrico 62.

[0079] Voltando então à figura 1, a separação de matéria contami- nante, conduzida no aparelho, vai ser descrita a seguir. A matéria con- taminante é considerada, tipicamente, como uma matéria que pode interferir, negativamente, no tratamento posterior do material orgânico e/ou da fermentação, e inclui, por exemplo, pedras, cascalho, partículas metálicas, etc. Como mostrado na figura 1, e, em particular, na figura 1b, o fundo 14 do receptáculo se inclina para baixo (em relação à direção horizontal) para longe do elemento de descarga 20.

[0080] O material contaminante é caracterizado, tipicamente, pelo fato de que a densidade das partículas é substancialmente diferente da densidade de ambos o fluido e o material a ser cortado. Consequentemente, e como um vórtice está presente no receptáculo com matéria contaminante, por exemplo, na forma de partículas, o material contaminante vai cair diretamente no fundo 14, devido à gravidade, ou vai ser forçado no sentido do fundo, por uma combinação de uma for-ça centrífuga, originária da partícula seguindo pelo menos, de algum modo, o movimento espiralado do vórtice, em combinação com a ação da gravidade. Uma descarga de matéria 42 é disposta na seção posicionada mais baixa do fundo inclinado; na modalidade mostrada na figura 1, essa é o canto esquerdo do receptáculo, como mostrado na figura 1b.

[0081] Uma vez que a matéria contaminante esteja localizada na superfície do fundo inclinado, a gravidade vai forçá-lo, ou pelo menos auxiliar a forçá-lo, para baixo no sentido da descarga de matéria 42. Dependendo de como a matéria é extraída do receptáculo, algum fluido pode deixar o receptáculo com a matéria. No entanto, a quantidade de fluido retirada do receptáculo, juntamente com a matéria, é selecionada, tipicamente, de modo a não destruir o modelo de escoamento de vórtice, dentro do receptáculo.

[0082] É evidente do que foi mencionado acima que ambos o corte e o encharcamento do material ocorrem no aparelho de acordo com a presente invenção. Em um outro aspecto, o aparelho é adaptado para conduzir um encharcamento, enquanto que a característica de corte é deixada de lado. Esse aspecto é representado por inclusão dos mesmos elementos como descrito acima, embora o elemento de corte rotativo seja substituído com um rotor, que compreende braços do rotor com bordas cegas, de modo que um contato entre os braços do rotor e o material não gera corte do material. Deve-se mencionar que algum tipo de retalhamento, rasgamento ou ação similar pode ser conduzido no material pelos braços de rotor rotativos. No entanto, essa ação deve ser minimizada e desconsiderada como uma ação de corte, pois essa ação requer algum tipo de borda cortante.

[0083] O vórtice dentro do receptáculo, gerado pelo rotor ou pelo elemento de corte rotativo, pode ser reforçado por vários diferentes meios. Por exemplo, a parede terminal 18, ou um elemento de parede separado posicionado adjacente à parede terminal 18, oposta ao elemento de descarga 20, pode ser feita rotativa, na mesma direção que àquela da rotação do vórtice. Isso vai alterar as condições limites para o vórtice na parede terminal, de velocidade zero a uma velocidade sendo diferente de zero, com o que o vórtice é reforçado. De modo similar ou em combinação com ele, a parede terminal (ou um elemento de parede separado) no elemento de descarga 20 pode ser feita rotativa.

[0084] Outro exemplo de reforço do vórtice é o de aplicar mais de um elemento de descarga, tais como dois, três, quatro ou mais elementos de descarga. Por exemplo, dois elementos de descarga, posicionados adjacentes entre si no mesmo elemento de parede, vão criar um vórtice nos funis estendendo-se para o receptáculo. Os vórtices dos funis vão se juntar em um único vórtice no receptáculo. Se os elementos de descarga forem dispostos opostos entre si, em uma parede terminal oposta do receptáculo, resultados similares são alcançados, embora essa configuração requeira que os elementos de corte, nos braços do rotor, girem na mesma direção (quando vistos de uma direção), de modo que os vórtices criados giram na mesma direção; se não, os vórtices tendem a se destruírem entre si. Desse modo, as configurações preferidas compreendem elementos de descarga nas duas paredes terminais opostas 18, ou nos elementos de descarga posicionados em apenas uma das paredes terminais 18. Deve-se enfatizar que essas configurações são combináveis e são aplicáveis nas modalidades relativas a, por exemplo, lavagem, encharcamento, corte, etc., ou suas combinações.

[0085] Uma das características da presente invenção diz respeito ao encharcamento de material. Tipicamente, o material a ser encharcado tem, inicialmente, uma densidade que faz com que escoe na superfície do fluido no receptáculo. Verificou-se em conjunto com a presente invenção que uma vez que esse material é apreendido pelo vórtice, o escoamento do vórtice vai transportar o material no sentido do núcleo do vórtice. A proporção de fluido encharcado no material se re-fere, entre outras coisas, ao tempo de retenção do material no fluido, e como o material se desloca no sentido do núcleo do vórtice e a vazão na direção no sentido do meio de descarga é controlável pela bomba 22, o tempo de retenção do material pode ser controlado.

[0086] A alimentação do material, que vai, frequentemente, escoar na superfície do líquido se nenhuma outra medida for tomada, pode ser vantajosa e preferivelmente proporcionada por aceleração do material e transferência do material acelerado, desse modo, no vórtice, que a flutuação é desequilibrada pelas forças viscosas agindo no material pelo vórtice. A aceleração do material é feita frequentemente de modo que a introdução do material não retarda a velocidade do vórtice. Isso resulta pelo fato de que o material é arrastado juntamente com o movimento do vórtice, em muitos casos na mesma posição radial. Durante esse movimento, o material vai, gradualmente, encharcar esse líquido, resultando em uma variação nas propriedades de flutuação do material, o que, por sua vez, resulta em que o material escoa no sentido do centro do vórtice. Em muitas modalidades práticas, o vórtice compreende um componente de velocidade radial, na direção no sentido do centro do vórtice, e que o componente de velocidade radial vai, pelo menos, auxiliar em forçar o material no sentido do centro do vórtice.

[0087] A alimentação do material no vórtice é, vantajosa e preferivelmente, conduzida por utilização do escoamento do fluido recircula- do, adicionado ao receptáculo por uma alimentação de fluido 52 (figura 4a). A alimentação de fluido 52 é posicionada, de preferência, de modo que o fluido recirculado seja introduzido sob a superfície livre do fluido presente no receptáculo, de preferência, na forma de um jato, como descrito acima. Na modalidade mostrada na figura 1, a alimentação de fluido 52 é o fim da linha de escoamento de recirculação 26, estendendo-se para o fluido no receptáculo. A posição e a direção nas quais o fluido é introduzido são selecionadas de modo que a direção seja substancialmente paralela à velocidade do movimento rotativo do vórtice, retido no receptáculo no ponto de transferência, como descrito acima. Isto está na modalidade mostrada na figura 1, abaixo da super-fície na região de canto do receptáculo. O material a ser encharcado, cortado e/ou lavado é introduzido abaixo da superfície livre de tal modo que o jato de fluido recirculado pelo menos auxilie na introdução do material no vórtice.

[0088] A introdução do material no jato de fluido recirculado é feita, de preferência, por uma entrada de material, que compreende meios transportadores adequados, tais como correias transportadoras, roscas transportadores ou similares. Com referência à figura 4, uma modalidade de um dispositivo de alimentação é descrita. A alimentação compreende um transportador, e a velocidade do transportador é, de preferência, ajustada de modo a igualar a velocidade rotativa do vórtice, de modo que o material seja introduzido no vórtice, sem substancialmente qualquer diferença em velocidade.

[0089] Além do mais, como a proporção de fluido alimentada ao receptáculo, a proporção de fluido descarregada do receptáculo e a proporção de material introduzido no receptáculo podem ser determinadas pelo menos estimativamente, o teor de fluido no material, após o encharcamento, pode ser estabelecido. A estimativa pode ser baseada no princípio de continuidade, indicando as medidas de várias proporções introduzidas e deixando o receptáculo 10. Consequentemente, o nível do líquido no receptáculo pode ser ajustado por controle da proporção de líquido, alimentada ao receptáculo pela alimentação de fluido 52.

[0090] Em uma outra modalidade, o aparelho de acordo com a presente invenção é usado para lavagem do material sem condução de qualquer corte. Nesse aspecto, a lavagem significa, de preferência, que a matéria contaminada é separada, ou pelo menos liberada do material. Nesses casos, a característica de encharcamento pode ser considerada como irrelevante, e o tempo de retenção não é ajustado para satisfazer um determinado teor de fluido. O tempo de retenção é, nesses casos, ajustado para propiciar tempo suficiente para, por exemplo, soltura, emaranhamento, etc., da matéria contaminada. Em vez disso, o escoamento pelo aparelho e as características do vórtice são controlados, de modo a proporcionar o tratamento de lavagem necessário.

[0091] Desse modo, a presente invenção é adequada tanto para encharcar o material, que tenha sido cortado, quanto para encharcar e cortar material, bem como o material de lavagem, ou como uma ação separada ou em combinação com encharcamento e/ou corte.

[0092] A presente invenção é também adequada para combinação com encharcamento, lavagem e/ou corte, para propiciar a deposição de substâncias químicas no material, tal como a deposição homogênea de um teor de ácido em toda a profundidade do material, para facilitar a hidrólise térmica.

[0093] Como mostrado acima, o elemento de descarga 20 compreende, de preferência, um canal de escoamento 30. No entanto, considera-se que o canal de escoamento pode ser deixado de lado, e que o gerador de vórtice seja disposto dentro do receptáculo.

[0094] A figura 4 mostra uma modalidade de um aparelho de acordo com a presente invenção. As partes na figura 4 correspondem àquelas das figuras 1 e 2, e receberam a mesma numeração. Vários elementos foram deixados de lado (por exemplo, o separador 24 e a linha de escoamento de recirculação 26) apenas por razões de clareza. A figura 4a mostra a modalidade como vista no sentido da parede terminal 18, similar à figura 1b, e a figura 4b mostra a modalidade em uma vista lateral, similar à figura 1 b.

[0095] A modalidade mostrada na figura 4 compreende um dispositivo de alimentação 62, pelo qual o material 48 é alimentado no fluido contido no receptáculo. O dispositivo de alimentação compreende as correias transportadoras 44 e 46. A velocidade da correia transportadora é igual substancialmente à velocidade do vórtice, em uma posição 100 mm abaixo da superfície do líquido. Além do mais, o dispositivo de alimentação é disposto de modo que o material seja transferido quando a velocidade do vórtice é dirigida para baixo.

[0096] O aparelho também compreende, de preferência, um dispositivo de medida, de preferência, colocado no dispositivo de alimentação. O dispositivo de medida mede, de preferência, continuamente, a massa do material e/ou o teor de água no material. Com base nessa medida e detecção do nível de água no receptáculo e na água alimentada ao receptáculo, o teor de água no material deixando o receptáculo pode ser estabelecido (do princípio de continuidade, que estipula que de modo algum há ocorrência de acúmulo de massa no receptáculo, a massa entrando e saindo do receptáculo devem ser iguais).

[0097] O dispositivo de alimentação 62, e, em particular, a correia transportadora 44, para transporte do material a ser tratado, introduz o material no fluido, em uma posição abaixo da superfície 50 do fluido. O fluido recirculado 52 é introduzido no receptáculo 10, na mesma posição do material (como descrito acima), em uma direção que é substancialmente paralela à velocidade do vórtice 54, no ponto de transferência. Por introdução do fluido recirculado dessa maneira, a introdução pode estimular o escoamento do vórtice. De modo similar, o dispositivo de alimentação 62 transfere o material em uma direção que é substancialmente paralela à velocidade do vórtice 54, no ponto de transferência. Desse modo, a combinação do vórtice 54, da correia transportadora 44 e do fluido recirculado 52 vai reter o material no escoamento do vórtice, de modo que o material segue o escoamento do vórtice no sentido do elemento de descarga, indicado esquematicamente pela linha pontilhada 56. Deve-se mencionar que o fluido recirculado pode ser substituído com fluido novo nas modalidades mencionadas acima.

[0098] A figura 5a mostra uma modalidade do aparelho de acordo com a presente invenção, no qual um dispositivo de alimentação 62 alternativo é aplicado a um receptáculo 10. O dispositivo de alimentação é adaptado para dispor o material no vórtice, e o dispositivo de alimentação é adaptado para transferir o material em uma direção, que é substancialmente paralela à velocidade do vórtice, no ponto de transferência. Nessa modalidade, o dispositivo de alimentação 62 é um transportador de rosca, que é especialmente vantajoso para o transporte de matéria seca. Por uso de um transportador de rosca, para introduzir o material não encharcado 48 no vórtice 54, uma velocidade e uma direção adequada do material não encharcado pode ser obtida, independentemente do material a ser introduzido não ser bom- beante.

[0099] A figura 5b mostra a modalidade do aparelho da figura 5a, de acordo com a presente invenção, na qual um dispositivo de alimentação 62 alternativo é aplicado. A figura 5b mostra uma vista em seção transversal pelo dispositivo de alimentação 62, perpendicular à direção longitudinal do aparelho.

[00100] Deve-se notar que o dispositivo de acordo com a figura 5 pode ser usado, ou com a superfície do fluido dentro do receptáculo 10, ou como indicado na figura 5b, na qual é cheio com fluido, de modo que a superfície do fluido 50 vai ficar acima da superfície superior do receptáculo 10.

[00101] Nas modalidades descritas acima, o receptáculo é, em muitos casos, descrito como um recipiente no qual existe uma superfície livre, embora, a invenção possa ser representada, por exemplo, em um recipiente circular, por exemplo, em um cilindro, como mostrado na figura 5.

[00102] Como indicado acima, a presente invenção pode incluir o encharcamento e/ou outros tratamentos sendo diferentes de corte. Por exemplo, o material pode ser tratado por uma ou mais reações enzi- máticas e/ou uma ou mais reações químicas, tais como reações envolvendo um ou mais ácidos. Esse tratamento pode ser conduzido por adição de enzimas e/ou substâncias químicas ao fluido presente no receptáculo. Os exemplos de enzimas são feruloil estearase, dextranase, amilase, glucoamilase, betaglucanase, xilanase, etc. Os exemplos de substâncias químicas são os ácidos sulfúricos ou hidróxido de sódio.

[00103] O encharcamento como referido nesse documento, e particularmente, na seção de antecedentes da invenção, é de preferência referida como o efeito de absorção de um fluido completamente em um material ou pelos poros ou interstícios no material. O encharcamento é, portanto, o processo que ocorre entre o tempo, no qual o material não encharcado é posto em contato com um fluido, e o tempo, no qual o material não encharcado fica completamente encharcado com o fluido, isto é, saturado com o fluido. O encharcamento, portanto, muda dinamicamente as propriedades hidrostáticas de um material não en- charcado em função do tempo. As taxas de encharcamento podem ser aumentadas por adição de energia, tal como trabalho mecânico, por exemplo, rotação em uma máquina de lavagem ou transferência térmica, por exemplo, aquecimento em uma caldeira. Deve-se notar que a presente invenção não é limitada ao encharcamento completo do material.

[00104] Um parâmetro de controle importante quando há intenção de encharcar material hidrofóbico, do modo mais eficiente, é o tempo de retenção, isto é, o tempo a partir do qual o material não encharcado entra no receptáculo ao tempo no qual o material deixa o receptáculo. Por meio do aparelho de acordo com a presente invenção, o tempo de retenção pode ser controlado com alta precisão, uma vez que substancialmente nenhuma recirculação ocorre no receptáculo. Portanto, um escoamento quase que constante pelo receptáculo garante que todo o material não encharcado vai experimentar o mesmo tempo de retenção. Em comparação com os desagregadores convencionais, nestes grandes pedaços de polpa experimentam longos tempos de retenção, enquanto que pequenos pedaços de polpa experimentam pequenos tempos de retenção. Em aplicações tais como degradação de biomassa, o tempo de retenção é um parâmetro crucial, uma vez que controla a profundidade de penetração da fermentação, em combinação com as enzimas e/ou substâncias químicas, controlando o mecanismo de degradação. Se o tempo de retenção não puder ser controlado, diferentes partes do material vão ter profundidades de penetração muito diferentes.

[00105] Para otimizar as condições para o escoamento de vórtice no receptáculo, diferentes admissões de energia podem ser promovidas, para buscar estabilizar o escoamento de vórtice, por minimização de perdas para as superfícies circundantes. Nas modalidades preferidas, isso pode ser feito por rotação da parede oposta ao gerador de vórtice, podendo-se minimizar a perda por atrito. Além disso, ou usado sozinho, o canal de escoamento estendendo-se do receptáculo, no qual o gerador de vórtice pode ser colocado, pode ser girado de modo que o canal de escoamento gira conjuntamente com o gerador de vórtice, em torno de um eixo comum, minimizando, desse modo, o atrito de fluido na camada limite próxima à superfície interna do canal de escoamento.

[00106] Além do mais, admissões de energia no vórtice, no receptáculo, por outros meios introduzidos no receptáculo, tal como um cilindro rotativo no vórtice helicoidal central, podem ser usadas para incorporar energia ao vórtice.

[00107] Também, admissões de energia ao vórtice no receptáculo podem ser feitas pelo material não encharcado, como descrito acima, por introdução do material no receptáculo, em uma determinada posição, com determinadas posição e velocidade e direção. Os outros meios, adaptados para dispor material não encharcado no vórtice, também podem ser colocados nele mesmo, para que se tenha a capacidade de introduzir mais energia ao vórtice, por exemplo, uma correia transportadora, com ou sem polias, que adiciona energia ao vórtice (refere-se, por exemplo, à figura 4 para uma correia transportadora). A otimização das condições para o vórtice por introdução de material não encharcado, ou por meios adaptados para dispor material não encharcado no vórtice é feita, de preferência, substancialmente em uma região substancialmente paralela à velocidade do vórtice, no ponto de transferência.

[00108] Quando o gerador de vórtice é colocado fora do receptáculo, tal como no canal de escoamento, o fluido no receptáculo é forçado a escoar em um vórtice pelo acoplamento de fluido, entre o fluido no receptáculo e o fluido no canal de escoamento, quando da definição desses dois volumes de fluido, ligados por um acoplamento de fluido, isto é, a superfície entre os volumes, a conexão de fluido pode ser definida como o gerador de vórtice no receptáculo.

[00109] Embora a presente invenção tenha sido descrita em conjunto com as modalidades específicas, não deve ser considerada como sendo, de algum modo, limitada aos exemplos apresentados. O âmbito da presente invenção é apresentado pelo conjunto de reivindicações independentes. No contexto das reivindicações, os termos "compreendendo" ou "compreende" não excluem outros possíveis elementos ou etapas. Também, a menção de referências, tal como "um" ou "uma", etc., não deve ser considerada como excluindo vários. O uso de sinais de referência nas reivindicações, com relação aos elementos indicados nas figuras, também não deve ser considerado como limitando o âmbito da invenção. Além do mais, as características individuais mencionadas nas diferentes modalidades, podem ser possivelmente combinadas, vantajosa e preferivelmente, e a menção dessas características em diferentes reivindicações não exclui que uma combinação de características não seja possível e vantajosa.

Claims (31)

1. Aparelho para tratamento de material, o tratamento compreendendo corte, encharcamento e/ou lavagem do material, o aparelho compreendendo: - um receptáculo (10) compreendendo elementos de parede definindo um recipiente, adaptado para conter fluido e material a ser testado, - um dispositivo de alimentação (62) para alimentar material a ser tratado ao fluido contido no receptáculo (10), - um elemento de descarga (20) em comunicação fluida a montante com a parte interna do receptáculo (10) e em comunicação fluida a jusante com uma conexão de fluido (40), o elemento de descarga (20) compreendendo um gerador de vórtice (36), caracterizado pelo fato de que - uma bomba (22) é disposta a jusante do gerador de vórtice, para bombear fluido com material do receptáculo (10), no sentido do gerador de vórtice (36) e para a conexão de fluido (40) a jusante, de modo que o dito material é retido no dito receptáculo para um tempo de retenção; - o gerador de vórtice (36) e a bomba (22), em combinação, são adaptados para gerar um vórtice, na forma de uma hélice cônica no fluido em uso, de modo que o vórtice se estenda para o receptáculo (10), e - um controlador de bomba operável pelo usuário operacio-nalmente conectado à dita bomba para controlar uma taxa de bombeamento do dito fluido pela dita bomba, - em que a taxa de vazão do dito fluido na direção no sentido do elemento de descarga (20) é controlável pela bomba (22) na operação de usuário do dito recipiente da bomba de modo que o tempo de retenção do material no receptáculo (10) é controlado.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento de descarga (20) compreende um canal de escoamento (30), estendendo-se do receptáculo (10), o gerador de vórtice (36) sendo posicionado a jusante no canal de escoamento (30), como visto de uma entrada do canal de escoamento.

3. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o canal de escoamento (30) do elemento de descarga (20) é em forma de funil, afuni- lando-se no sentido do gerador de vórtice (36).

4. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende um separador (24), para separar uma corrente de fluido contendo material, que tenha passado pelo elemento de descarga (20), e uma corrente residual de fluido contendo substancialmente material não tratado (24), que é posicionado a jusante do elemento de descarga (20), de preferência, a jusante da bomba (22).

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o separador (24) compreende um meio de desidratação, tal como uma ou mais centrífugas ou meios para sedimentação do material tratado.

6. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende uma linha de escoamento de recirculação (26), alimentando o fluido extraído do receptáculo (10) de volta ao receptáculo (10).

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a linha de escoamento de recirculação (26) é conectada ao separador, de uma maneira tal que o fluido residual é recirculado para o receptáculo (10).

8. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o receptáculo (10) compreende internamente um ou mais elementos rotativos e/ou um ou mais dos elementos de paredes, definindo o recipiente, é/são rotativos.

9. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende mais de um elemento de descarga (20).

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os elementos de descarga (20) são posicionados adjacentes entre si, nos mesmos elementos de parede.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os elementos de descarga são posicionados opostos entre si, em elementos de parede opostos.

12. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o gerador de vórtice (36) compreende um elemento de corte rotativo, o elemento de corte sendo adaptado para cortar material escoando em um fluido no sentido do elemento de corte.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o elemento de corte compreende uma pluralidade de braços estendendo-se radialmente, com bordas cortantes apontando na direção rotativa.

14. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma alimentação de fluido, adaptada para produzir um escoamento de fluido, sendo, de preferência, um jato, emergindo no fluido contido no recipiente, durante operação do aparelho.

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a descarga de alimentação de fluido é disposta abaixo da superfície do fluido.

16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende uma linha de fluido recirculação que alimenta o fluido extraído do receptáculo de volta para o receptáculo e a alimentação de fluido é transportada pela linha de escoamento de recirculação.

17. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 16, caracterizado pelo fato de que a alimentação de fluido é adaptada para transferir o fluido em uma direção, que é paralela à velocidade do vórtice, no receptáculo (10), no ponto de transferência.

18. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que um elemento de parede, que constitui o fundo do receptáculo (10), é inclinado relativamente à direção horizontal.

19. Aparelho, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que uma descarga de matéria é proporcionada na posição na qual o fundo tem a sua seção posicionada mais internamente.

20. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de alimentação (62) compreende um meio transportador, para transportar material a ser tratado ao fluido contido no receptáculo (10), de preferência, em uma posição abaixo da superfície do fluido.

21. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de alimentação (62) é adaptado para transferir o material a ser tratado em uma direção sendo paralela à velocidade do vórtice, no receptáculo (10), no ponto de transferência.

22. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de alimentação (62) é adaptado para transferir o material, a uma velocidade que é pelo menos 50% preferencialmente da mesma velocidade do fluido, na posição de transferência, no receptáculo (10) do material.

23. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende um dispositivo de medida, para medir, de preferência, continuamente, a massa do material e/ou o teor de água no material que é alimentado ao receptáculo (10).

24. Aparelho, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de medida é disposto no dispositivo de alimentação (62).

25. Método de operação do aparelho como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, o método caracterizado pelo fato de que compreende: - alimentar material a ser tratado ao fluido contido no receptáculo (10); - controlar a bomba (22) e o gerador de vórtice (36), de modo a estabelecer um vórtice no receptáculo (10), na forma de uma hélice cônica, e de modo que nenhuma recirculação interna seja gerada no receptáculo (10), - controlar a bomba (22), de modo que o fluido com material seja bombeado do receptáculo (10) no sentido do gerador de vórtice (36) e para a conexão de fluido (40) a jusante de modo que o dito material é retido no dito receptáculo para um tempo de retenção.

26. Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionar fluido ao receptáculo (10), abaixo da superfície do fluido presente no receptáculo (10).

27. Método, de acordo com a reivindicação 25 ou 26, caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionar fluido ao receptáculo (10) em um jato, que se estende abaixo da superfície do fluido presente no receptáculo (10).

28. Método, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 25 a 27, caracterizado pelo fato de que o método compreende o ajuste do nível de fluido no receptáculo (10), de modo que o fluido seja adicionado abaixo da superfície, ou de modo que um jato de fluido, sendo o fluido adicionado ao receptáculo (10), se estenda abaixo da superfície do fluido presente no receptáculo (10).

29. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 25 a 28, caracterizado pelo fato de que o método compreende a recirculação de pelo menos uma fração de fluido extraída do receptáculo (10), pelo elemento de descarga (20).

30. Método, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que a fração de fluido sendo recirculada é separada do material presente no fluido, quando o fluido estiver no receptáculo (10).

31. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 25 a 30, caracterizado pelo fato de que compreende determinar o teor de água do material saindo do receptáculo (10), com base em pelo menos a detecção do nível de água no receptáculo (10), da água alimentada ao receptáculo (10), da massa de material alimentada ao receptáculo (10) e do teor de água do material.

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