PT1165241E - Método e processos para separar materiais sob a forma de partículas e / ou gotas de um fluxo de gás - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO Método θ processos para separar materiais sob a forma de partículas e / ou gotas de um fluxo de gás 0 presente invento refere-se a um processo para separar materiais sob a forma de partículas e / ou gotas de um fluxo de gás, em cujo processo o fluxo de gás é dirigido através de uma câmara de recolha cujas paredes externas estão ligadas à terra; e em cujo processo a alta tensão é dirigida para as extremidades de produção de iões dispostas na câmara de recolha, de modo que um feixe de iões que separa os materiais desejados do fluxo de gás seja gerado em direcção às paredes que funcionam como superfícies de recolha. 0 processo do invento é definido pelas características da reivindicação 1. 0 invento refere-se igualmente a um dispositivo para aplicar o dito processo, o dito processo sendo definido pelas características da reivindicação 5.

Actualmente, os filtros, ciclones ou processos eléctricos, tais como filtros eléctricos ou um processo de jacto de iões são usados em sistemas de purificação de gás e para separar partículas de um fluxo de gás.

Os processos e dispositivos para separar partículas ou gotas de um fluxo de gás são conhecidos a partir da patente DE 1471620 Al e DE 19751984 Al.

Quando se usam filtros, a velocidade do fluxo de gás tem de ser mantida baixa em filtros de tecido ou metálicos, porque o aumento de velocidade gera uma forte resistência ao ar. A resolução dos filtros também diminui com o aumento de velocidade. Por exemplo, com microfiltros, a velocidade de fluxo de gás é principalmente inferior a 0,5 m/s. Além disso, 1 não é possível conseguir bons resultados de limpeza no que diz respeito às partículas de categorias nanométrica (isto é, partículas cujo diâmetro varia entre um nanómetro e algumas dúzias de nanómetros). A operação dos ciclones baseia-se na diminuição na velocidade de fluxo do gás, de modo que as partículas pesadas no fluxo de gás caem no equipamento de recolha. Os ciclones são aplicáveis, assim, na separação de partículas pesadas, porque têm uma velocidade de queda elevada.

Nos filtros eléctricos, a separação de partículas do gás é executada para pratos de recolha ou para superfícies interiores de tubos. A velocidade de fluxo do gás nos filtros eléctricos tem normalmente de ser inferior a 1,0 m/s, sendo as recomendações dos fabricantes de cerca de 0,3 a 0,5 m/s. Os motivos para uma baixa velocidade de fluxo de gás é o facto das velocidades de fluxo superiores libertarem partículas acumuladas nos pratos, provocando a diminuição considerável da resolução. A operação dos filtros eléctricos baseia-se na carga electrostática das partículas. No entanto, não é possível carregar electricamente partículas na escala nanométrica. Para além disso, nem todos os materiais estão carregados electricamente, como por exemplo o aço inoxidável.

Nos filtros eléctricos, a baixa velocidade de fluxo do gás também tem de ser usada devido à fase de limpeza dos pratos de recolha. Quando se limpam os pratos, é dirigido um jacto para os pratos, libertando o material de partículas recolhido. A intenção é que apenas a menor quantidade possível de material de partículas libertado dos pratos durante a fase de purificação retorne ao fluxo de gás. Com uma velocidade de fluxo do gás baixa é possível conseguir partículas toleráveis que passem através dos crivos. 2 A técnica conhecida será descrita de seguida com referência aos desenhos anexos em que A figura 1 ilustra o equipamento usado no processo de jacto de iões de acordo com a técnica conhecida; e A figura 2 ilustra um processo da técnica conhecida para purificar o gás com o processo de jacto de iões. A figura 1 ilustra um equipamento para a purificação de gás de acordo com a técnica conhecida. 0 equipamento ilustrado compreende um orifício de entrada 1 para a purificação do gás que entra, um orifício de saída 2 para o gás purificado, um cabo de tensão 3, um isolador 4, uma câmara de recolha 5 ligada à terra, um tirante de fixação 6 alimentado compreendendo várias extremidades de produção de iões 7, um arranjo de vibração 8, um canal de recuperação 9 para partículas recolhidas, e uma fonte de tensão 10.

Na figura 1, por exemplo, o ar que entra num edifício ou o ar a ser reciclado é dirigido para a câmara de recolha 5, para purificação. O ar a ser purificado entra na câmara de recolha 5 através da entrada 1, sobe e, após a purificação, sai através do orifício de saída 2. A purificação é executada por ionização do gás com extremidades de produção de iões 7 dispostas no tirante de fixação 6 alimentado e ligado à fonte de tensão 10 através do cabo de tensão 3, a fonte de tensão 10 podendo dirigir alta tensão positiva ou negativa (tal como na figura) para o tirante de fixação 6.

Por outras palavras, um jacto de iões é dirigido para o gás quer positivo quer negativo, e os iões e as partículas carregadas, assim como as partículas não carregadas, são transportadas para a superfície de recolha 5 com o jacto de 3 iões. As extremidades de produção de iões 7 são dirigidas para a câmara de recolha 5 ligada à terra, actuando como superfícies de recolha para as partículas. A câmara de recolha 5 é isolada das partes alimentadas 6, 7 pelo isolante 4. Uma tensão de cerca de 70 - 150 kV é alimentada às extremidades de produção de iões 7, e a distância destas da câmara de recolha 5 está definida de modo a gerar um efeito cónico de jacto de iões de modo que as partícula carregadas e não carregadas sejam transportadas para a parede da câmara de recolha 5 e adiram a ela devido à diferença de cargas entre a carga 0 da parede da câmara de recolha 5 e a carga do jacto de iões. A distância entre as extremidades de produção de iões e câmara de recolha 5 é normalmente de 200 - 800 mm. A figura 1 mostra ainda o arranjo de vibração 8 para purificar a câmara de recolha 5 por vibração. O arranjo de vibração é concebido de modo que, à medida que a câmara vibra, as partículas recolhidas caem e saem através do canal de recuperação 9. A substância recolhida pode também ser removida enxaguando com água. O processo de jacto de iões é caracterizado por um efeito de coroa conseguido por alta tensão, de modo que a intensidade de tensão aumenta tanto que é gerado um efeito de jacto de iões das extremidades de produção de iões para a estrutura desejada ligada à terra. É necessário calcular separadamente um número de extremidades de produção de iões para cada aplicação de separação de gás. O processo de feixe de iões foi descrito mais pormenorizadamente, por exemplo, na patente EP - 424 325.

Uma solução para purificar gás numa câmara de recolha com a ajuda de um processo de jacto de iões de acordo com a técnica conhecida foi apresentada na figura 2. A figura mostra um orifício de saída 2 para o gás purificado, uma câmara de 4 recolha 5 ligada à terra, e uma tirante de fixação 6 alimentado, compreendendo várias extremidades de formação de iões 7. Para além disso, a figura mostra o jacto de iões 11, o aumento de partículas 12, 13 e 14 na câmara de recolha 5, e o fluxo de gás 15. As soluções nas figuras 1 e 2 são caracterizadas pela posição das extremidades de formação de iões nos anéis 22, com o auxilio dos quais a distância entre as extremidades de produção de iões e a câmara de recolha é menor.

Em particular na indústria, na qual vários quilogramas de substância têm de ser separados de grandes fluxos de gás num segundo, o equipamento de feixe de iões é relativamente grande, em particular devido à alta tensão usada.

Em várias linhas industriais é difícil encontrar o espaço necessário para o equipamento do processo de jacto de iões. 0 objectivo do presente invento consiste em proporcionar um processo e um dispositivo com os quais os materiais na forma de partículas e / ou gotas possam ser separados do fluxo de gás, e as exigências de potência possam ser radicalmente menores e os processos de separação para o material de partículas acumulado nos pratos de recolha possam ser melhorados.

No processo do invento, as impurezas são separadas do fluxo de gás através de um processo push-pull, que é caracterizado por as superfícies de recolha que conduzem a electricidade serem isoladas electricamente da caixa exterior, e por a alta tensão ser dirigida para as superfícies de recolha, a alta tensão tendo o sinal oposto de tensão contínua da alta tensão dirigida para as extremidades de produção de iões. Comparado com o processo conhecido de jacto de iões descrito acima, a diferença está no facto do processo do invento ter um campo eléctrico entre as extremidades de 5 produção de iões e as paredes da câmara de recolha como potência adicional. Quando se dirige a alta tensão para as superfícies de recolha gera-se um campo eléctrico em frente à superfície de recolha, puxando iões com sinais opostos e partículas carregadas para a carga eléctrica oposta para a superfície de recolha. Com o dito processo push-pull consegue-se uma melhor separação de modo que as extremidades de formação de iões não precisam de ser colocadas nos anéis, mas podem ser ligadas directamente ao tirante de fixação.

Usando o processo do invento, a tensão operacional diminui para 1/3 - 1/4 em relação ao processo da técnica conhecida ilustrada na figura 2. Simultaneamente, os custos para se conseguir a mesma quantidade de ar e o mesmo nível de pureza diminuem consideravelmente, mesmo para 1/3.

Um outro objectivo do invento consiste em proporcionar um dispositivo para executar o processo do invento descrito acima. É característico do dispositivo do invento que as superfícies de recolha que conduzem a electricidade sejam isoladas electricamente das caixas exteriores, e que a alta tensão seja dirigida da fonte de tensão para as superfícies de recolha, a alta tensão tendo o sinal oposto de tensão contínua da tensão dirigida para as extremidades de produção de iões. Numa representação do invento, há um espaço proporcionado entre o isolamento eléctrico e a caixa exterior. 0 invento será agora descrito em mais detalhe, com referência aos desenhos anexos em que: A figura 1 ilustra um equipamento da técnica conhecida usada no processo de jacto de iões; 6 A figura 2 ilustra um processo da técnica conhecida para purificação de gás com o auxilio do processo de jacto de iões; e A figura 3 ilustra a estrutura e o principio de operação de um diapositivo de separação de acordo com o invento.

As figuras 1 e 2 foram descritas acima. A solução do invento será agora descrita com referência à figura 3, que ilustra uma forma de realização do invento. A figura 3 ilustra um dispositivo de separação do invento, a sua estrutura e principio de operação. A figura ilustra um orifício de saída 2 para o gás purificado, uma caixa exterior 5 ligada à terra e um tirante de fixação 6 alimentado, compreendendo várias extremidades de produção de iões 7.

Para além disso, a figura ilustra feixes de iões 11 e um fluxo de gás 15. Além disso, a figura ilustra um espaço de ar 16 existente entre a caixa exterior 5 da câmara de recolha e a camada isolante eléctrica 17, e uma superfície 18 que conduz a electricidade na superfície interior da camada isolante eléctrica 17. A camada isolante eléctrica 17 está fixa à caixa exterior 5 com a ajuda de fixadores 21. A tensão com o sinal oposto da tensão contínua, positiva na figura, como a alta tensão dirigida para as extremidades de produção de iões 7 (negativa na figura), é dirigida para a superfície 18 que conduz electricidade. Assim, as tensões são opostas, isto é, positiva para as extremidades de produção de iões 7 e negativa para a superfície 18 que conduz electricidade, ou negativa para as extremidades de produção de iões e positiva para a superfície que conduz electricidade. A tensão das extremidades de produção de iões 7 é substancialmente igual à da superfície de recolha, isto é a superfície 18 que conduz electricidade, 7 mas é igualmente possível usar tensões com dimensão diferente. A vantagem das tensões iguais é a estrutura mais simples dos centros de alta tensão. Também se têm conseguido melhores resultados de purificação com tensões iguais. A figura 3 mostra ainda um vazio 19 carregado com um campo eléctrico positivo em frente à superfície 18 que conduz a electricidade; o vazio 19 é carregado positivamente, porque a alta tensão positiva é dirigida para a superfície 18. À medida que a carga da superfície 18 que conduz electricidade é invertida, isto é, neste caso negativa, a substância acumulada é solta e cai no canal de recuperação (número de referência 9 na figura 1) no fundo da câmara de recolha, à medida que o campo eléctrico liberta então as partículas acumuladas. Assim, não são necessários arranjos de vibração no dispositivo do invento. No entanto, podem ser usados quando desejado. A purificação mais comum da superfície de recolha é executada automaticamente enxaguando com líquido, sendo então possível programar o intervalo de purificação desejado e o tempo de purificação. No enxaguamento com líquido, o líquido de purificação é alimentado pelo tubo de injecção 20 e, à medida que corre ao longo da superfície de recolha 18, o líquido remove as partículas acumuladas da superfície 18. Quando desejado, é igualmente possível usar, por exemplo, desinfectante no agente purificador.

Tal como está ilustrado acima, alterando a carga das superfícies de recolha condutoras 18, a substância acumulada ou permanece nas superfícies ou separa-se delas. As cargas usadas no dispositivo são de cerca de 10 - 60 kV, de preferência cerca de 30 - 40 kV e cerca de 0,05 - 5,0 mA, de preferência cerca de 0,1 - 3,0 mA. 8 0 isolamento eléctrico 17 disposto na superfície de recolha 18 alimentada e ilustrada na figura 3, pode ser vidro, plástico ou qualquer outra substância semelhante isolante de alta tensão, sendo o isolamento 17, de preferência, acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS). Além disso, a camada plana que conduz electricidade ilustrada na figura 3 e disposta no isolamento eléctrico 17 é feita em metal, tal como uma chapa ou filme metálico fino na camada isolante, ou uma rede metálica disposta parcialmente ou totalmente na camada isolante ou dentro dela. É particularmente preferível que o órgão que conduz a electricidade compreenda uma camada dura em crómio disposta na camada isolante e proporcionada por metalização por evaporação sob vácuo. Também podem ser usados outros processos de metalização, tal como adesão de filme metálico, e outros processos de fixação.

Com o processo de acordo com o invento, mesmo as partículas sólidas muito pequenas, na forma de partículas e gotas líquidas podem ser separadas eficientemente do fluxo de gás. 0 tratamento do gás é feito em câmaras, túneis ou estruturas tubulares, nas quais o gás é dirigido para o feixe de iões. O feixe de iões gera uma força impulsiva para o material recolhido contra a superfície de recolha e, simultaneamente, carrega electricamente as partículas com capacidade. 0 campo eléctrico com o sinal oposto proporcionado na superfície de recolha proporciona as partículas ou materiais na forma de gotas com uma força de tracção na superfície de recolha. Assim, a força impulsiva do feixe de iões e a força de tracção do campo eléctrico estão disponíveis para a remoção de partículas do fluxo de gás. 9

No processo de acordo com o invento, a produção de iões pode ser de um tipo produzindo iões quer negativos que positivos. 0 equipamento de feixe de iões de acordo com o invento pode ser instalado, por exemplo, em laboratórios de pesquisa genética, nos quais partículas com um diâmetro de pelo menos 1 nm podem ser libertadas dos fios de ADN. Nestes laboratórios, os filtros eléctricos tradicionais não trabalham satisfatoriamente, uma vez que as partículas de escala nanométrica não podem ser carregadas electricamente. A purificação de gás de acordo com o invento é aplicada normalmente na purificação do ar, tendo aplicações muito adequadas, por exemplo, em salas de isolamento em hospitais, blocos operatórios, fábricas que produzem micro-chips, e tomadas de ar em salas nas quais as armas biológicas têm de ser eliminadas.

Assim, as aplicações do invento podem compreender todas as divisões, e a purificação de ar de entrada e gás de escape. A purificação de ar com uma dimensão da partícula e gota de 1 nm - 100000 nm é possível com o processo do invento, assim como a purificação contínua do ar também durante o enxaguamento de superfícies de recolha quando a tensão das superfícies de recolha pode ser cortada se o modo de enxaguamento exigir muita água. O processo de acordo com o invento pode ser ainda aplicado em vários equipamentos de purificação de gás e gás de combustão, por exemplo em equipamento de purificação com base em filtros de corrente, ciclones, filtros eléctricos, divisores de material ou no processo de jacto de iões. Os modelos Standard do processo são adequados para a purificação de ar de divisões em casas e escritórios. 10

Com o processo de acordo com o invento, a separação pode ser executada para partículas com um diâmetro entre um a partículas com a dimensão de centenas de micrómetro. Nem as densidades n ou capacidade eléctrica das partículas é um obstáculo à separação. 0 gás pode ser purificado para a parte com dimensões de partícula diferentes até gases puros. É óbvio para os que têm experiência na técnica que o processo e dispositivo para separar materiais sob a forma de partículas e / ou gotas de um fluxo de gás não se limitam ao exemplo descrito acima, mas baseia-se nas reivindicações seguintes.

Lisboa, 28 de Janeiro de 2010. 11

Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Processo para separar materiais sob a forma de partículas e / ou gotas de um fluxo de gás, em particular partículas e / ou gotas com um diâmetro entre um nanómetro e algumas dúzias de nanómetros, em cujo processo o fluxo de gás (15) é dirigido através de uma câmara de recolha na qual a parede externa (5) está ligada à terra, a alta tensão é dirigida para as extremidades de produção de iões (7) dispostas na câmara de recolha de modo que um feixe de iões (11) proveniente das extremidades da produção de iões (7), separando os materiais desejados do fluxo de gás, seja gerado em direcção a uma superfície de recolha 18, a superfície de recolha que conduz a electricidade é isolada electricamente da parede externa (5) da câmara de recolha substancialmente sobre toda a área da dita superfície de recolha (18), e uma alta tensão com o sinal de tensão contínua oposta à da alta tensão dirigida para as extremidades da superfície de recolha (18), caracterizado por a superfície de recolha (18) que conduz a electricidade ser uma camada, tal como uma rede metálica, disposta totalmente ou parcialmente na superfície interior de uma camada de isolamento (17) ou dentro da camada de isolamento (17). 1 ΕΡ 1 165 241 BI
2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma tensão de 10 a 60 kV, de preferência entre 30 a 40 kV ser utilizada no processo, e por uma corrente de 0,05 a 5,0 mA, de preferência entre 0,1 a 3,0 mA, ser utilizada no processo.
3. 3. Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por a carga eléctrica da superfície (18) que conduz a electricidade ser modificada de forma que a substância acumulada nas paredes seja levada a desprender-se das superfícies da parede.
4. 4. Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por a substância acumulada nas paredes ser retirada enxaguando a superfície de recolha (18) com um líquido.
5. 5. Dispositivo para separar materiais sob a forma de partículas e / ou gotas de um fluxo de gás, em particular partículas e / ou gotas cujo diâmetro varia entre um 1 nanómetro a algumas dúzias de nanómetros, o dispositivo compreendendo: um orifício de entrada (1) para o ar que entra no purificador; uma câmara de recolha cuja parede externa (5) está ligada à terra; um orifício de saída (2) para o gás purificado; uma fonte de tensão (10) com actuadores; um elemento de fixação (6) alimentado sobre o qual as extremidades de produção de iões (7) foram dispostas; 2 E em cujo dispositivo - uma alta tensão é dirigida para as extremidades de produção de iões (7) fornecendo um feixe de iões (11) das extremidades de produção de iões (7) em direcção à superfície de recolha (18), a superfície de recolha (18) que conduz a electricidade está isolada electricamente da parede externa (5) da câmara de recolha por um isolamento eléctrico; e uma alta tensão com o sinal de tensão contínua oposto ao da alta tensão dirigida para as extremidades da produção de iões (7) é dirigida da fonte de tensão para a superfície de recolha (18), caracterizado por a superfície de recolha (18) que conduz a electricidade ser uma camada, tal como uma rede metálica, disposta totalmente ou parcialmente sobre a superfície interior de uma camada de isolamento eléctrico (17) ou no interior da camada de isolamento (17).
6. 6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por existir um espaço de ar (16) entre a camada de isolamento eléctrico (17) e a câmara de recolha (5).
7. 7. Dispositivo de acordo com as reivindicações 5 ou 6, caracterizado por a camada de isolamento eléctrico (17) da superfície de recolha consistir em vidro, plástico, ou um material semelhante isolando a alta tensão. 3
8. 8. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado por o dito isolante (17) ser acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS).
9. 9. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado por a dita superfície de recolha (18) que conduz a electricidade ser feita em metal.
10. 10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a superfície de recolha (18) ser uma camada metálica fina que é montada sobre o isolante (17) utilizando uma metalização por evaporação sob vácuo. Lisboa, 28 de Jnaeiro de 2010. 4