PT101866B - Gas de processamento enrequicido com ozono - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

GÁS DE PROCESSAMENTO ENRIQUECIDO COM OZONO

ANTECEDENTES DO INVENTO

Âmbito do invento

O invento diz respeito a um método para produzir um gás de processamento ozonífero em que oxigénio ou um gás de carga contendo oxigénio é enriquecido com ozono em um ou mais produtores de ozono, indo o gás de processamento que sai do produtor ou dos produtores de ozono e se encontra enriquecido com ozono, alimentar um compressor ou um grupo de compressores constituído por uma multiplicidade de compressores ligados em paralelo, sendo a sua pressão regulada nos referidos compressor ou grupo de compressores para um valor essencialmente constante, acrescido relativamente ao valor da pressão no lado do compressor onde se opera a sucção, e indo depois alimentar um reactor ou um outro qualquer aparelho consumidor, sendo o fluxo de descarga do gás de processamento regulável e/ou controlável.

A patente nos E.U.A. n° 5 366 703, por exemplo, divulga um método classificável nesta categoria geral.

Discussão dos antecedentes

Em aplicações industriais, na compressão dos gases até pressões finais pré-determinadas, o fluxo de descarga deve ser sempre controlado, caso em que, especialmente em aplicações que são processamentos, nas quais os produtos químicos têm de reagir uns com os outros, a variável a ser controlada será o fluxo de massa e não o fluxo volumétrico. Conforme o tipo de compressor e, em particular, conforme o tipo de compressor actuando volumetricamente (o fluxo volumétrico fornecido é aproximadamente constante e independente da densidade), tal como, por exemplo, no compressores alternativos, êmbolos de compressão, compressores de carretos, compressores helicoidais, compressores rotativos e bombas de anel para líquidos, podendo este controlo ser efectuado de acordo com a técnica anterior por intermédio de um controlo da velocidade, por intermédio de um controlo da válvula reguladora no lado onde se opera a compressão, por intermédio do funcionamento intermitente do compressor associado a um acumulador ou por intermédio do controlo do circuito de derivação do compressor.

Se o fluxo de gás a ser comprimido numa tal operação de processamento for um gás ozonífero, tal como o que é usado para o branqueamento de polpas por meio de ozono, por exemplo, ou em circuitos com uma absorção de ozono em água tão elevada quanto possível, é necessário que, além de o fluxo de descarga de massa ser controlável, se impeça tanto quanto possível a destruição do ozono no compressor, por exemplo, em consequência do aumento da temperatura durante a compressão.

Na compressão do gás ozonífero, a melhor forma de obedecer a estes requisitos é utilizar bombas de anel para líquidos, embora a adequação de compressores helicoidais simples refrigerados com água também seja mencionada na literatura técnica. A compressão destes gases ozoníferos por meio de injectores é igualmente possível, mas está restringida a aplicações com um menor aumento de pressão. No caso das bombas de anel para líquidos principalmente usadas (veja-se, por exemplo, LUEGGER, Lexikon der Energietechnik und Kraftmaschinen, Deutsche Verlagsanstalt, Estugarda, 1967, volume 6, p. 387, palavra-chave: Flussigkeitsring-Verdichter) o controlo do fluxo de descarga

através da adaptação da velocidade de rotação da pá tem uma aplicabilidade muito limitada em virtude da observância do requisito de estabilidade do anel para líquidos, e uma operação intermitente ou um funcionamento variável da válvula no lado da pressão estão excluídos por razões de economia e devido às maiores taxas de aumento de pressão desejadas. Até agora, nas aplicações atrás mencionadas, estas bombas de anel para líquidos foram controladas, no que se refere ao fluxo de massa descarregado, através de uma combinação de um elemento de controlo do fluxo de sucção e de um controlo do circuito de derivação do compressor (controlo da circulação). Neste caso, à entrada do compressor é aplicada a mesma potência e o mesmo fluxo de gás, e o diferencial entre o fluxo de gás do compressor e o fluxo de descarga de gás desejado é expandido até à pressão de sucção por intermédio de uma válvula de controlo do circuito de derivação, indo alimentar de novo o compressor. Neste caso, a variável de controlo do circuito de derivação é a pressão de sucção do compressor regulável (mas de resto mantida constante). Para pressões de compressão positivas compreendidas entre 10 bar e 14 bar, por exemplo, o fluxo de descarga poderia assim ser controlado no âmbito de uma gama de valores apropriada, compreendida entre cerca de 50% e cerca de 100%, sendo a pressão de sucção do compressor regulada para um valor imediatamente abaixo do da pressão do gás de ozono. A pressão do produtor de ozono é sempre mais elevada do que a pressão atmosférica e é mantida constante; situando-se a pressão positiva tipicamente entre 0,4 bar e 2,0 bar, o que significa que a pressão a montante do compressor é também sempre mais elevada do que a pressão atmosférica. Isto constitui um regime especial de funcionamento dos tais compressores de anel para líquidos que até agora apenas têm sido usados associados à produção de ozono (veja-se a patente nos E.U.A. n° 5 366 703).

Nas aplicações de bombas de anel para líquidos com este conceito de controlo, observou-se apesar de tudo uma decomposição do ozono, cuja extensão se verificou ser aproximadamente proporcional ao fluxo estabelecido no circuito de derivação, a qual conduziu, em consequência, a um indesejável consumo adicional de energia e de gás de carga, especialmente com cargas parciais de fluxo de descarga mais reduzidas.

SUMÁRIO DQ INVENTO

Em consequência, um dos objectivos do invento consiste na especificação de um novo método para produzir e comprimir um gás de processamento ozonífero em que o fluxo de descarga possa ser controlado no âmbito de uma mais ampla gama de valores mas que não inclua o risco de destruição do ozono.

Este objectivo é alcançado, de acordo com o invento, quando se coloca a montante do lado do compressor ou do grupo de compressores onde se opera a sucção um elemento de controlo do fluxo de gás, sendo o fluxo de massa variável influenciado essencialmente através de uma densidade variável do gás de sucção a montante do compressor ou do grupo de compressores.

O presente invento baseia-se, neste caso, na ideia de o fluxo de massa variável não ser regulado de modo a ser proporcional ao fluxo volumétrico, tal como se procedia até agora, mas regulado através de uma densidade variável do gás de sucção, isto é, deixando de manter aproximadamente constantes a pressão de sucção do compressor e o fluxo de descarga do compressor, para passar a conceber o(s) compressor(s) e o(s) sistema(s) de circuito de derivação associado(s) de tal modo que, consoante a pressão da compressão final desejada, a qual, no entanto, deverá ser mantida aproximadamente constante em todo o âmbito de valores de controlo de uma dada aplicação, a pressão de sucção do compressor possa ser livremente auto-regulada de uma maneira compatível com o fluxo de descarga sem a intervenção do sistema de controlo do circuito de derivação para um fluxo de descarga cuja gama de valores esteja compreendida entre, por exemplo, entre 60% a 100%, a qual pode ser influenciada pelo elemento de controlo do fluxo de descarga no lado onde se opera a sucção.

Neste contexto, o invento baseia-se de certo modo no conhecido método de controlo dos ventiladores centrífugos, por exemplo, no dos ventiladores para altos fornos em que é introduzida sempre a mesma quantidade de ar independentemente da resistência do alto fomo, tal como nos informa, por exemplo, a obra de Friedrich Kluge, Kreiselgeblâse und Kreiselverdichter radialer Bauarl, Springer-Verlag, Berlim/Gõttingen/Heidelberga, 1953, pp. 208 e 209, em particular a Fig. 249 da pág. 209. Aí, o controlo para um mesmo peso de admissão é efectuado por meio de um orifício na linha de sucção do compressor. Em contrapartida, no caso do presente invento, a ideia é permitir que uma pressão de compressão final, a qual deverá ser sempre a mesma, seja fornecida ao reactor disposto a jusante, não obstante a existência de variação no fluxo de massa descarregado em resultado do requisito de ozono variável imposto pelo processo a jusante . Neste caso, a pressão de admissão do compressor não é controlada directamente mas pode ser livremente adaptada dentro de limites comparativamente afastados, o que é equivalente a uma variação do regime do compressor na gama de valores na qual pode ser controlado o fluxo de massa.

Para uma redução adicional do fluxo de descarga para valores compreendidos entre 30% para 60% do fluxo de descarga estipulado, por exemplo, o controlo do circuito de derivação pode, no sistema de acordo com o presente invento, ser adicionalmente posto em funcionamento uma vez atingida uma pressão de sucção apropriada, regulável e a menor possível.

- 6 A muito maior amplitude de controlo do fluxo de massa descarregado permitida e a eliminação da decomposição do ozono na maior medida possível através da restrição do circuito de derivação do compressor que favorece a decomposição do ozono são vantajosas neste sistema de acordo com o invento. A alargada gama de valores no âmbito da qual pode ser controlado o fluxo de descarga ocasionará geralmente também uma redução no número de compressores a serem ligados em paralelo e ajudará por isso a reduzir o investimento de capital..

A aplicação do controlo do fluxo de sucção de acordo com o invento concebida para uma pressão de sucção livremente auto-regulada, bem como o sistema configurado pelo circuito de derivação, permitem nesta aplicação um funcionamento contínuo dos compressores em todo o âmbito de valores de descarga de gás apropriado e conduzem a uma simplificação do aparelho ou a uma redução do número dos compressores necessários ligados em paralelo.

BREVE DESCRIÇÃO DO DESENHO

Uma mais completa apreciação do invento e das muitas vantagens inerentes ao mesmo será facilmente alcançada com uma melhor compreensão do mesmo após a leitura da descrição pormenorizada que se segue e a observação conjunta do desenho que a acompanha, desenho esse em que a única figura representa um modelo de execução exemplificativo numa instalação para a produção de ozono constituída por um compressor a jusante, a jusante do qual está colocado um reactor em que o gás ozonífero é tratado com uma substância.

DESCRIÇÃO DOS MODELOS DE EXECUÇÃO PREFERIDOS

Referindo-nos agora ao desenho, a instalação representada inclui um produtor de ozono 1. Disposto a jusante deste e ligado a ele por intermédio de um elemento de controlo do fluxo de massa 2 existe um primeiro compressor, uma bomba de anel para líquidos 3. O gás ozonífero comprimido passa para um reactor 4 em que o gás ozonífero actua sobre outra substância, por exemplo, polpa de celulose. O gás consumido pode ser devolvido ao produtor de ozono 1 através de uma instalação de processamento de gás 5 As instalações deste tipo enquadram-se na técnica anterior e encontram-se descritas, por exemplo, com todos os pormenores essenciais na patente dos E.U.A. n° 5 336 703 mencionada no início. Na descrição desta patente, se exceptuarmos os pormenores de processamento, a construção e a função da bomba de anel para líquidos 3 usada no presente invento são descritas em pormenor.

Em seguida, a fnn de estabelecer ou também controlar o fluxo de massa através do reactor 4, um controlador de fluxo FC é ligado ao elemento de controlo do fluxo de massa 2. No controlador de fluxo FC, o valor F do fluxo num determinado instante - detectado num fluxómetro 8 situado entre o produtor de ozono (1) e o elemento de controlo do fluxo de massa 2 - é comparado com o fluxo de massa (VALOR ESTIPULADO M) a ser pré-determinado pelo consumidor em qualquer instante e, por combinação do aumento da secção transversal e da diferença de pressão - a pressão a montante é a pressão constante Po reduzida de Δρ no fluxómetro 8 na saída do produtor de ozono 1 e a pressão a jusante é a pressão de sucção variável livremente auto-regulada, - é controlada de modo a que, em cada um dos casos, se obtenha uma pressão final e uniforme do compressor Py. Para se atingir este fim, o elemento de controlo do fluxo de massa 2 é concebido de modo a, por exemplo, para um fluxo de massa determinado, esta pressão de sucção Ps se situe ainda ligeiramente abaixo da pressão que é obtida a partir da diferença entre a pressão do produtor de ozono Po e a descida da pressão mínima Po - Ps requerida para controlar a estabilidade no fluxómetro 8 e no elemento de controlo do fluxo da massa 2, mas no ponto de

menor carga parcial a sucção de pressão Ps não desça para valores que sejam demasiado baixos, pois de outro modo existiria o risco de destruição do ozono caso ocorresse uma diminuição excessiva da pressão no elemento de controlo do fluxo de massa 2. Existem também limites técnicos inferiores para a pressão de sucção, tais como, por exemplo, os fenómenos de evaporação na bomba de anel para líquidos 3.

Para uma pressão de compressão final especificada, a pressão de sucção Ps do compressor ou do grupo de compressores 3 é livremente regulável, dentro dos limites de pressão de sucção possíveis para o compressor 3, numa gama de valores de controlo o fluxo de descarga compreendida entre o valor na saída estabelecido e a carga parcial mínima, limite inferior este que será pelo menos tão baixo quanto 80% do valor de saída estabelecido,

Para se alargar a gama de valores no âmbito da qual pode ser controlado o fluxo de descarga, a fun de se obter fluxos de descarga ainda mais baixos, são tomadas medidas, de acordo com um outro aperfeiçoamento do método de acordo com o presente invento, no sentido de o gás de processamento comprimido ser passado para o lado do compressor 3 onde se opera a sucção por intermédio de um circuito de derivação e de um outro elemento de controlo do fluxo da massa 6 situado entre o lado do compressor 3 onde se opera a compressão e o lado do compressor 3 onde se opera a sucção. A influência exercida pelo outro elemento de controlo do fluxo da massa 6 é, neste caso, efectuada num controlador de pressão PC, por comparação do valor da pressão Ps nesse instante com um valor estipulado P que pode ser introduzido.

A fim de também se poder seleccionar livremente a carga permanente dentro de certos limites, um outro modelo de execução do invento faz com que pelo menos um outro compressor 7 seja ligado em paralelo com o circuito em série do compressor 3 e do primeiro elemento de controlo do fluxo da massa 2. De preferência, este compressor 7 é igualmente uma bomba de anel para líquidos e produz uma carga permanente do fluxo de descarga.

Contudo, o método de acordo com o invento pode também ser usado para outros processos em que outros gases num fluxo de massa controlável irão ser comprimidos até certas pressões finais uniformes tendo em vista a respectiva aplicação. Assim, por exemplo, para produtores de ozono alimentados a ar, a compressão do ar para valores compreendidos entre 3,5 bar e 4,5 bar é muito económica. Em regra, foram usados até agora compressores alternativos isentos de óleo ou com baixo teor de óleo para este tipo de aplicações, compressores esses que carregam um receptor de gás numa operação intermitente. A mais elevada a pressão de carga requerida para tal, o próprio receptor de gás e a requerida operação intermitente conduzem a um aumento dos custos de funcionamento e do investimento.

Como é óbvio, são possíveis numerosas modificações e variações do presente invento à luz dos ensinamentos atrás referidos. Deve, por isso, ter-se em conta que, no âmbito das reivindicações em anexo, o invento pode ser realizado de modo diverso do que é aqui especificado.

Claims (4)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Método para a produção de um gás de processamento ozonífero caracterizado por oxigénio ou um gás de carga contendo oxigénio ser enriquecido com ozono em um ou mais produtores de ozono (1), indo o gás de processamento que sai do produtor ou dos produtores de ozono (1) e se encontra enriquecido com ozono alimentar um compressor ou um grupo de compressores constituído por uma multiplicidadede compressores ligados em paralelo (3), os quais consistem, de preferência, em bombas de anel para líquidos, sendo regulado nestes últimos para uma pressão (Py) acrescida em relação à pressão (Ps) do lado do compressor ou do grupo de compressores (3) onde se opera a sucção, e indo depois alimentar um reactor ou um outro qualquer consumidor, sendo o fluxo de descarga do gás de processamento regulável e/ou controlável, em que o elemento de controlo do fluxo de gás (2) se encontra disposto a montante do compressor ou do grupo de compressores (3), no lado onde se opera a sucção, e o fluxo de massa variável é influenciado essencialmente por intermédio de uma densidade de gás de sucção variável, a montante do compressor (3) ou do grupo de compressores.
2. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, para uma pressão de compressão final especificada, a pressão de sucção (Ps) do compressor ou do grupo de compressores (3) ser livremente regulável, dentro dos limites de sucção possíveis para o compressor ou compressores, numa gama de valores de controlo do fluxo de descarga compreendida entre o valor de saída estabelecido e pelo menos 80% do seu valor.
3. 3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, por meio de um circuito de derivação de pelo menos um compressor e de um outro elemento de controlo do fluxo de gás entre o lado do compressor onde se opera a compressão e o lado do compressor onde se opera a sucção do mesmo, o gás de processamento comprimido ser devolvido ao lado do compressor onde se opera a sucção a fim de aumentar a gama de valores de controlo do fluxo de descarga no sentido de obter-se fluxos de descarga mais reduzidos.
4. 4. Método de acordo com as reivindicações 1 ou 2, combinado com pelo menos um outro compressor sem possibilidade de controlo, caracterizado por este último produzir uma carga permanente do fluxo de descarga, sendo o outro compressor ou compressores controlados do modo referido.