PT1456128E - Dispositivo e método para destilação - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

DISPOSITIVO E MÉTODO PARA DESTILAÇÃO A presente invenção refere-se a um dispositivo para destilação, por exemplo extracção de água doce a partir da água do mar, e um método para o mesmo, de acordo com as reivindicações 1 e 5 respectivamente.

Antecedentes da invenção

Em muitas situações pode-se ter pouco acesso à água doce, mas muito acesso à água do mar. Exemplos disto podem ser pequenas comunidades insulares, navios que viajam longas distâncias sem contacto com terra e plataformas ou instalações similares no mar.

Actualmente, existem diversos tipos de instalações de dessalinização para proporcionar água doce a partir da água do mar, tal como, por exemplo, descrito nos documentos US 4391676 e WO 93/10048. Ambas as instalações utilizam um sistema similar aos vulgares permutadores de calor em que a água do mar é evaporada e o vapor de água é comprimido e condensado. A maioria das instalações de dessalinização conhecidas têm uma estrutura relativamente complexa, consequentemente, são caras de fabricar e operar. Partes das instalações também requerem frequentes paragens programadas e manutenção, o que contribui ainda mais para os custos. Muito frequentemente, a 1 água do mar corrói diferentes peças da instalação e, consequentemente, algumas peças devem ser substituídas periodicamente.

Um outro dispositivo para a dessalinização da água do mar é conhecido a partir do documento DE-A-19915818.

Objectivo da invenção 0 objectivo da presente invenção é proporcionar um dispositivo e método de destilação que tenha um funcionamento estável, exija pouca manutenção e seja barato e energeticamente económico. A invenção 0 objectivo é conseguido com um dispositivo e um método de acordo com a parte caracterizante das reivindicações 1 e 5 respectivamente. Características preferidas adicionais serão mostradas nas reivindicações dependentes. A presente invenção é baseada no velho princípio de ferver a água do mar, e na condensação do vapor de água para produzir água doce. De acordo com a presente invenção são utilizados um novo dispositivo e um novo método para proporcionar isto. 0 dispositivo e o método também podem ser utilizados para outras finalidades de destilação, mas esta publicação de patente descreverá apenas a destilação da água do mar. 0 dispositivo de acordo com a presente invenção compreende, 2 substancialmente, dois sistemas de tubagem, em que o primeiro sistema de tubagem compreende uma entrada e uma saída inferior e superior, e o segundo sistema compreende uma entrada e uma saída, estando a saída superior do primeiro sistema ligada à entrada do segundo sistema através de um compressor. No primeiro sistema de tubagem, parte do fluido de destilação é evaporado, e no segundo sistema de tubagem o vapor de água é condensado em destilado, à medida que os fluidos nos sistemas de tubagem permutam calor entre si. 0 segundo sistema de tubagem, em que o vapor de água é condensado em destilado, tem a forma de uma fileira de câmaras verticais. As entradas das câmaras estão ligadas em paralelo, de tal modo que o vapor de água passa apenas através de uma câmara.

Neste contexto, a expressão ligado em paralelo, significa que os objectos ligados em paralelo estão ligados de tal modo que as probabilidades do fluido fluir em cada um dos objectos são iguais. Não se deixa entrar o fluido que flui num objecto nos outros objectos ligados em paralelo. 0 primeiro sistema de tubagem compreende, principalmente, uma entrada para o fluido de destilação, uma saída superior para o vapor de água, estando a saída ligada à entrada do segundo sistema de tubagem, em conjunto com uma segunda saída para o resíduo da destilação, visto que apenas parte do fluido de destilação irá evaporar. 0 primeiro sistema de tubagem confina o segundo sistema de tubagem entre a entrada e as saídas. Na forma de realização mais simples, o primeiro sistema de tubagem é um espaço com uma entrada e uma saída inferior e superior, em que o segundo sistema de tubagem está posicionado no espaço. 3

Obviamente, o espaço deve ter uma forma de modo a que a saída de vapor de água do compartimento seja ligada à entrada do segundo sistema de tubagem, posicionada no interior do espaço, por exemplo, através de uma tubagem que se estende através da parede, no espaço, e até à entrada do segundo sistema de tubagem e, consequentemente, para a saída, a partir do segundo sistema de tubagem. Numa forma de realização preferida da presente invenção, um primeiro sistema de tubagem pode confinar um vários segundos sistemas de tubagem, nos quais as entradas para os segundos sistemas de tubagem estão ligadas em paralelo. A temperatura do fluido de destilação que entra e do destilado que sai deve estar próxima do ponto de ebulição, de modo a que a permuta de calor entre os sistemas de tubagem resulte, essencialmente, em evaporação e condensação.

Exemplo A invenção será a seguir descrita como um processo para produzir água doce a partir da água do mar, com referência aos desenhos anexos, nos quais: A fig. 1 mostra uma vista em corte longitudinal vertical de um segundo sistema de tubagem do dispositivo de acordo com a presente invenção, A fig. 2 mostra uma vista em corte transversal vertical de um segundo sistema de tubagem ao longo da linha I-I na fig-1, A fig. 3 mostra uma vista em corte transversal horizontal 4 do segundo sistema de tubagem de acordo com as figs. 1 e 2, feito ao longo de II-II na fig. 2, A fig. 4 mostra uma forma de realização preferida do dispositivo de acordo com a invenção, visto de lado, e A fig. 5 mostra o dispositivo de acordo com a fig. 4, a partir de cima. A fig. 1 mostra uma vista em corte longitudinal vertical de um segundo sistema 2 de tubagem do dispositivo de acordo com a invenção, em que o vapor de água é condensado em água doce. 0 segundo sistema 2 de tubagem compreende várias câmaras 3 numa fileira, cujo número que deve ser optimizado de acordo com o processo que está a ser realizado, a concepção global da instalação e a quantidade a ser destilada. Devido às limitações do desenho, a fig. 1 mostra um número aleatório de câmaras. Cada câmara 3 da fileira é formada com uma entrada 4 para vapor de água na extremidade superior e uma saida 5 para condensado/água doce na extremidade inferior. As entradas estão ligadas em paralelo, de modo a que o vapor de água entre, em paralelo, em cada câmara 3. As saídas estão ligadas de modo a que a água doce saia, em paralelo, de cada câmara. As câmaras 3 são montadas a uma distância numa fileira, uma vez que a profundidade d de cada câmara, e a distância entre as câmaras perfazem o comprimento 1 do segundo sistema 2 de tubagem.

Na fig. 2 é mostrada uma vista em corte transversal ao longo da linha I-I na fig. 1, e a vista em corte transversal mostra uma parede 6 vertical numa das câmaras. Cada câmara 3 compreende, de um modo preferido, duas paredes 6 verticais idênticas, de material condutor de calor, perfazendo as paredes 5 6 a altura h e a largura b na câmara 3. Cada câmara 3 tem, de um modo preferido, uma extensão vertical, em que a altura h é maior do que a largura b e ambas são substancialmente maiores do que a profundidade d. A parede 6 vertical é formada com uma entrada 4 superior para o vapor de água e uma saída 5 inferior para o condensado. Na forma de realização ilustrada, a parede 6 é dotada com ondulações 7. Isto não é necessário para fazer funcionar o dispositivo, mas proporciona uma forma de realização preferida. Tendo estas ondulações 7, a água do mar entre as câmaras 3, no exterior do segundo sistema 2 de tubagem, pode mover-se entre as câmaras 3, modo a que a permuta de calor através das paredes 6 seja óptima e a água se evapore mais rapidamente. Na forma de realização ilustrada, a parte superior da parede 6 é formada como uma ponta arredondada, em que a entrada 4 para o vapor de água está colocada na ponta. Esta não é uma exigência para o dispositivo funcionar correctamente, mas causará uma melhor separação do vapor de água e, ao mesmo tempo, a água transportada irá desviar-se e cair para trás na superfície da água do mar no primeiro sistema 1 de tubagem.

As paredes 6 verticais, constituindo a altura h e a largura b numa câmara, são, de um modo preferido, presas entre si com duas paredes 8 interiores verticais ao longo das bordas laterais verticais, e uma parede horizontal interior ao longo da borda inferior, formando o fundo da câmara. Igualmente na extremidade superior, as paredes 6 serão presas entre si com paredes interiores. A orientação horizontal ou inclinada da parede interior mencionada por último, será determinada pela forma da borda superior das paredes 6 interiores, visto que, de um modo preferido, a parede interior acompanha esta. Evidentemente que a largura das paredes 8 interiores que dividem as paredes 6 6 deve/tem de ser igual, para que uma câmara 3 atinja a mesma extensão d de profundidade em toda a câmara 3, quer horizontalmente quer verticalmente. As paredes 8 interiores podem, de um modo preferido, ser também de um material condutor de calor.

De um modo preferido, uma parede vertical 6 pode ser perfurada com, pelo menos, uma parede 8 interior e são dobradas para se ajustarem. Desta forma, é requerido para cada câmara um menor número de peças e uniões. As diferentes peças são, de um modo preferido, fixadas permanentemente, tal como por meio de soldadura.

As diferentes câmaras 3 estão, como mencionado, dispostas numa fileira, e quer as entradas 4 quer as saldas 5 estão ligadas em paralelo. As câmaras 3 estão, na forma de realização da fig. 1, fixas entre si de modo a que a entrada 4 de vapor de água e a saida 5 de condensado constituam, cada uma delas, um tubo que atravessa todas as câmaras 3, da primeira à última, uma vez que os tubos estão abertos através de cada câmara. Obviamente, isto pode ser feito de muitas outras formas. A fig. 3 mostra o segundo sistema de tubagem visto a partir de cima, parcialmente em corte horizontal. No lado esquerdo da linha III-III no desenho, o sistema de tubagem está completamente cortado, e no lado direito da linha o sistema de tubagem é visto a partir de cima. Devido às limitações do desenho, apenas estão desenhadas as primeira e última câmaras 3, relativamente à entrada 4 de vapor de água. Do desenho resulta que a entrada 4 está em ligação aberta com todas as outras câmaras 3 e que as câmaras 3 estão fechadas na extremidade 7 superior. De forma correspondente, estão, evidentemente, também fechadas na sua extremidade inferior, excepto a partir da saída para o condensado 5, como descrito acima.

Como mostrado nos desenhos, a entrada 4 para o vapor de água e a saída 5 para o condensado estão colocadas directamente opostas entre si, centradas na direcção da largura das câmaras 3. Isto não é necessário, mas desta forma é conseguida a melhor distribuição do vapor de água na câmara 3, em conjunto com a melhor recolha do condensado. 0 segundo sistema 2 de tubagem, descrito acima, é colocado dentro do primeiro sistema 1 de tubagem, e os fluidos nos sistemas 1, 2 de tubagem permutam calor entre si, porque o vapor de água nas câmaras 3, no segundo sistema 2 de tubagem, aquecerá a água do mar no primeiro sistema 1, até ferver. Na forma de realização mais simples, o primeiro sistema 1 de tubagem compreende um grande espaço 9, com entradas 10 e saídas 11, 12. A água do mar é conduzida para dentro através da entrada 10, e para fora através de uma saída 11 inferior. No espaço 9, a água do mar permutará calor com o vapor de água nas câmaras 3 do segundo sistema 2 de tubagem, através das paredes 6, quando a água do mar se escoar entre as câmaras 3, e uma parte da água do mar evaporará. Consequentemente, o segundo sistema 2 de tubagem será posicionado dentro de água do mar, enquanto a entrada 4 para o vapor de água estará acima da superfície da água, ao mesmo tempo que a saída 5 para o condensado estará abaixo da superfície da água.

Entre a saída 12 superior do primeiro sistema 1 de tubagem e a entrada 4 do segundo sistema de tubagem é colocado um compressor 13 que comprime o vapor de água de modo a que a temperatura aumente e de modo a que a permuta de calor funcione correctamente. Aumentará também a pressão, de modo a que a pressão do segundo sistema 2 de tubagem seja maior do que a pressão do primeiro sistema 1 de tubagem. A água do mar que flui para a entrada 10 do primeiro sistema de tubagem entra em contacto com a parte exterior do segundo sistema 2 de tubagem. A água do mar será aquecida pelo vapor de água das câmaras 3 do segundo sistema 2 de tubagem, e uma parte da água, na água do mar, evaporará e subirá. Frequentemente, o vapor de água transporta gotas de água do mar. Na primeira extremidade do primeiro sistema 1 de tubagem existe uma saida 12 de vapor de água através da qual o vapor de água pode fluir para fora do primeiro sistema 1 de tubagem. As gotas de água do mar transportadas pelo vapor de água cairão na superfície da água do mar. O vapor de água que flui para fora através da saída 12 superior do primeiro sistema de tubagem é guiado para dentro do compressor 13 onde a pressão e a temperatura são aumentadas. O vapor de água comprimido é guiado, em seguida, para dentro da entrada 4 do segundo sistema 2 de tubagem, e será refrigerado pela água do mar situada na parte externa do segundo sistema 2 de tubagem. O vapor de água é condensado e pode ser removido como água doce. O primeiro sistema 1 de tubagem tem também uma saída para a água do mar 11, e a parte da água do mar que não evapora será conduzida para fora através desta. Esta água do mar terá uma concentração de sal mais elevada do que a água do mar que entra, devido à evaporação. Esta diferença deve ser mantida baixa, porque um aumento da concentração de sal aumentará o ponto de ebulição da água e a corrosão dos sistemas de tubagem. 9

Na fig. 4 e 5 são mostradas vistas em alçado lateral e em planta de uma forma de realização preferida da presente invenção. 0 primeiro sistema 1 de tubagem compreende quatro segundos sistemas 2 de tubagem, mostrados com linhas tracejadas, em que as entradas 4 nos quatro segundos sistemas 2 de tubagem estão ligadas em paralelo. 0 primeiro sistema 1 de tubagem tem ainda uma entrada 10 e uma saida 11 para a água do mar, e uma saida superior 12 para o vapor de água. Como mostrado na fig. 4, um colector 14 de gotas é proporcionado na extremidade superior do primeiro sistema 1 de tubagem, antes da saida 12 para o vapor de água. O colector 14 de gotas faz com que as gotas de água do mar no vapor de água se separem do vapor de água, e, consequentemente, a destilação será melhorada. O vapor de água é recolhido e conduzido para um compressor 13, antes de ser distribuído aos quatro segundos sistemas 2 de tubagem, mostrados nas figs. 4 e 5 como caixas a tracejado. Os quatro segundos sistemas 2 de tubagem têm, cada um, uma entrada 4 para o vapor de água, e uma saida 5 para o condensado. As entradas e as saídas estão ligadas em paralelo, e as saídas estão reunidas de modo a que a instalação tenha apenas uma saída.

Nas formas de realização ilustradas, as entradas 4 para o vapor de água e as saídas 5 para o condensado são mostradas na mesma extremidade longitudinal do segundo sistema de tubagem, respectivamente nas extremidades superiores e inferiores. O sistema de tubagem também pode, evidentemente, ser disposto de modo a que as entradas 4 e as saídas 5 estejam posicionadas em extremidades longitudinais opostas. 10 0 primeiro e o segundo sistemas de tubagem deverão, de um modo preferido, ser feitos a partir de um material resistente à água do mar, por exemplo titânio. Se o dispositivo for utilizado para outras finalidades de destilação, os sistemas de tubagem devem ser feitos a partir de um material resistente aos fluidos a destilar. Além disso, o segundo sistema de tubagem, de um modo preferido, deve ser feito de um material condutor de calor, de modo a que a permuta de calor entre o primeiros e segundo sistemas de tubagem seja optimizada. 0 primeiro sistema de tubagem pode, de um modo preferido, ser feito a partir de um material menos condutor do calor, por exemplo, materiais compósitos, de modo a que a perda de calor para as áreas circundantes seja mínima. 0 dispositivo e o método também podem, evidentemente, ser utilizados para outras finalidades de destilação, tais como a destilação do álcool a partir de uma mistura de álcool e de água, o que será óbvio para um especialista na técnica. A presente invenção não estará limitada às formas de realização da invenção ilustradas e descritas acima, como será compreendido por um especialista na técnica. A invenção define também combinações e sub-combinações das características descritas, em conjunto com modificações e variações destas, sendo óbvia para um especialista na técnica, dentro do âmbito das seguintes reivindicações.

Lisboa, 9 de Maio de 2007 11

Claims (5)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo para destilação, por exemplo, extracção de água doce a partir da água do mar, compreendendo várias câmaras (3), pelo menos numa fileira, uma entrada (10) para o fluido de destilação, uma saida (11) para o resíduo da destilação, uma saída (5) para o destilado, e um compressor (13) de gás, em que o dispositivo compreende dois sistemas (1,2) de tubagem, em que - o primeiro sistema (1) de tubagem compreende uma entrada (10) para o fluido de destilação e uma saída (11) para o resíduo da destilação, em conjunto com uma saída (12) para o vapor de água, e - o segundo sistema (2) de tubagem têm várias câmaras (3) numa fileira, tendo cada fileira (3) uma entrada (4) superior para o vapor de água e uma saída (5) inferior para o destilado, em que as entradas (4) estão ligadas em paralelo, e as saídas (5) estão ligadas em paralelo, a saída (12) de vapor de água do primeiro sistema (1) de tubagem está ligada à entrada (4) do segundo sistema (2) de tubagem através do compressor (13), e 1 o primeiro sistema (1) de tubagem confina o segundo sistema (2) de tubagem entre a entrada (10) para o fluido de destilação, a saida (11) para o resíduo da destilação e a saída (12) de vapor de água.
2. 2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o primeiro sistema (1) de tubagem ter dois ou mais segundos sistemas (2) de tubagem, em que as entradas (4) dos segundos sistemas (2) de tubagem estão ligadas em paralelo.
3. 3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por cada câmara (3) do segundo sistema (2) de tubagem ter duas paredes (6) verticais, perfazendo a altura (h) e a largura (b) da câmara (3), e as paredes (6) serem de um material condutor de calor.
4. 4. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a entrada (4) de vapor de água e a saída (5) do destilado do segundo sistema (2) de tubagem estarem centradas na dimensão da largura de cada câmara (3) .
5. 5. Método para destilação, por exemplo, extracção de água doce a partir da água do mar, utilizando um dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que - o fluido de destilação é conduzido para dentro de um primeiro sistema (1) de tubagem, em que o fluido flui entre uma câmara (3) de um segundo sistema (2) 2 de tubagem, o fluido de destilação permuta calor com o vapor de água nas câmaras (3) de modo a que uma parcela do fluido seja evaporada e uma parcela do vapor de água na câmara (3) seja condensada, o vapor de água do fluido é extraído através de uma saída (12) superior no primeiro sistema (1) de tubagem e conduzido para um compressor (13) de gás, o vapor de água é conduzido para fora do compressor (13) de gás e para dentro das câmaras (3) do segundo sistema (2) de tubagem, onde permuta calor com o fluido de destilação e o condensado, e o vapor de água condensado é removido através da saída (5) para o destilado e é removido do dispositivo. Lisboa, 9 de Maio de 2007 3