PT1466131E - Aparelho para secar um produto em partículas com vapor sobreaquecido - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO

"APARELHO PARA SECAR UM PRODUTO EM PARTÍCULAS COM VAPOR SOBREAQUECIDO" 0 presente pedido proporciona um aparelho destinado a evaporar um liquido contido num produto em partículas por intermédio de vapor sobreaquecido enquanto meio para secar, compreendendo uma câmara de secar e um transferidor de calor e um dispositivo destinado a separar as partículas de produto e o vapor de baixa temperatura, ligados de um modo estanque uns aos outros e em comunicação com o meio envolvente através de um dispositivo de carregamento para um produto em partículas e descarregar o dispositivo para o produto em partículas e um dispositivo de saída para o excedente gerado de vapor a baixa temperatura, em que a câmara de secagem apresenta, de um modo aproximado, o formato de um cilindro caracterizado por: - o dispositivo de carregamento para o produto húmido em partículas e o dispositivo de descarregamento para o produto seco em partículas se encontrarem colocados em extremidades opostas da câmara de secagem, e - a entrada de vapor se encontrar na mesma extremidade da entrada de produto, e - o aparelho funcionar quando a câmara de secagem se encontra na posição horizontal ou quando tem um pequeno desvio em relação a esta posição; e 0 rotor no interior da câmara de secagem se encontrar preparado para que, durante o funcionamento do aparelho, as 2 porções elevadas do produto em partículas caminhem da parte inferior para a parte superior da câmara de secagem a partir do ponto em que as porções caem na parte inferior da câmara de secagem, através da corrente de vapor sobreaquecido. 0 liquido mais comum será água, e o vapor sobreaquecido será então vapor sobreaquecido com pequenas quantidades de componentes voláteis provenientes do produto em partículas.

Em alguns casos o líquido não será água mas sim, por exemplo, um solvente orgânico inflamável. Em tais casos, o aparelho de acordo com a presente invenção pode ser usado para evaporar a maior parte do mesmo liquido por intermédio do vapor sobreaquecido do mesmo líquido e, de seguida, evaporar a porção restante do líquido por intermédio do vapor sobreaquecido.

Em outros casos o líquido pode ser constituído por misturas de água e de outros líquidos, como seja o etanol. A secagem com o vapor sobreaquecido é uma tecnologia bem estabelecida com exemplos de aplicações industriais dentro do âmbito da secagem da polpa húmida de beterraba e da polpa de celulose.

As vantagens da secagem com o vapor sobreaquecido são principalmente: 1. Uma eficácia muito elevada de energia nos casos em que a energia no vapor gerado pelo processo de secagem pode ser explorada por intermédio de condensação nos 3 processos de consumo de energia como sejam a evaporaçao ou a destilação. 2. Uma poluição atmosférica muito reduzida quando comparada com a secagem com o ar a desempenhar o papel de meio de secagem. 3. Uma elevada qualidade do produto e nenhuma perda do produto nos casos em que a oxidação do produto em partículas constitui um problema. 4. Uma elevada segurança quando o líquido a ser removido do produto em partículas é inflamável. 5. A esterilização e a secagem em simultâneo são possíveis.

Os aparelhos presentemente existentes e destinados à secagem com vapor sobreaquecido efectuam as seguintes operações do conjunto: 1. 0 carregamento do produto em partículas para o interior da câmara de secagem. 2. 0 transporte do vapor sobreaquecido através da câmara de secagem. 3. 0 transporte do produto em partículas através da câmara de secagem com um contacto eficaz com o vapor sobreaquecido. 4. A separação das partículas do produto e do vapor de baixa temperatura. 4 5. 0 descarregamento do produto em partículas a partir da câmara de secagem. 6. 0 novo aguecimento e a reciclagem do vapor de baixa temperatura. 7. A descarga do excedente gerado de vapor de baixa temperatura.

Os aparelhos existentes na actualidade destinados a secar com vapor sobreaquecido diferem na forma como as operações da unidade acima mencionada são executadas.

As diferenças mais importantes são: 1. A pressão do secador pode ser mais alta ou mais baixa do que a pressão ambiente ou pode ser igual à pressão ambiente. Os secadores com uma pressão mais alta ou mais baixa do que a pressão ambiente exigem fechos de pressão associados com o carregamento e com o descarregamento do produto em partículas. 2. Os fechos de pressão podem ser baseados em princípios diferentes. 3. 0 contacto entre as partículas do produto e o vapor sobreaquecido e o transporte do produto em partículas através da câmara de secagem pode ser efectuado de modos diferentes. 4. A câmara de secagem e o transferidor de calor podem ser unidades separadas ou podem ser integradas numa unidade única. 5 5. A entrada do vapor sobreaquecido no interior da câmara de secagem pode ser pela mesma extremidade que funciona como entrada do produto em partículas (secagem ao mesmo tempo) ou pode ser na extremidade do lado oposto (secagem contracorrente). A Patente n° EP 0 058 651 BI revela um secador no qual o contacto entre as partículas de produto e o vapor sobreaquecido é conseguido efectuando a suspensão do produto em partículas no vapor sobreaquecido e transportando de um modo pneumático o produto em partículas através do secador pressurizado compreendendo uma pluralidade de transferidores térmicos de tubo e de revestimento ligados entre si por intermédio de tubos. Isto significa que a secagem do produto em partículas e que o aquecimento de novo do vapor são integrados completamente e em simultâneo. A quantidade de produto em partículas por m3 da câmara de secagem é muito baixa e, como tal, este tipo de secadores é somente adequado para produtos com pequenas partículas que podem ser secos no decurso de um tempo de retenção inferior a 1 minuto.

Na Patente dos Estados Unidos n° 5 357 686 o contacto entre as partículas de produto e o vapor sobreaquecido é conseguido numa câmara de secagem de cama fluida seccionada em forma de aro vertical. O aquecimento de novo do vapor de baixa temperatura é conseguido por intermédio de um transferidor térmico de tubo e revestimento colocado no centro da câmara de secagem. O vapor sobreaquecido entra através do fundo perfurado da câmara de secagem. A separação das partículas do produto do vapor de baixa temperatura tem lugar no topo da câmara de secagem e após a remoção das partículas finas no interior de um ciclone, uma 6 parte do vapor de baixa temperatura é reciclado através do transferidor térmico, ao mesmo tempo que a porção restante é descarregada para a utilização externa.

Ao ajustar-se o fluxo de vapor sobreaquecido nas secções verticais da câmara de secagem o tempo de retenção para o produto em partículas em cada uma das secções pode ser controlado e até certo ponto proporciona um menor tempo de retenção para pequenas partículas do que as partículas maiores. A Patente n° WO-A-9 951 924, na qual o preâmbulo da reivindicação 1 se baseia, revela um desenho semelhante do secador, mas a entrada de vapor de baixa temperatura do ciclone moveu-se para cima, e a cama fluida em forma de aro tem uma placa inferior de forma curva. Isto é reivindicado de modo a melhorar a secagem das partículas mais grossas sem que as partículas de tamanho pequeno ou médio fiquem demasiado secas, e proporcionando um investimento melhor: a relação de capacidade ao invés do aparelho revelado na Patente dos Estados Unidos n° 5 357 686. A quantidade de produto em partículas por m3 da câmara de secagem é baixa e, deste modo, este tipo de secador tem o seu melhor desempenho em produtos com partículas que podem ser secos com um tempo de retenção inferior a 10 minutos.

Todos os três secadores acima descritos encontram-se a funcionar a uma pressão de entre 2-6 bar de modo a que se consiga obter uma capacidade de evaporação acrescida por m3 de câmara de secagem. 7

Os secadores rotativos que funcionam com ar quente enquanto meio de secagem têm vindo a ser usados há mais de um século de modo a secar uma grande quantidade de produtos em partículas. Os secadores rotativos que funcionam com vapor sobreaquecido como meio de secagem têm sido usados em alguns casos no decurso da década passada, e encontram-se disponíveis comercialmente em companhias como sejam a W. Kunz Drytec AG, CH-5606 Dintikon, ou a Atlas Industries A/S Baltorpvej 160, DK-2750 Ballerup.

Através destes secadores a câmara de secagem (o revestimento rotativo) encontra-se ligada ao transferidor térmico e ao dispositivo de separação por intermédio de vedações que não se encontram estanques à pressão. O contacto entre as partículas do produto e o vapor sobreaquecido no interior do revestimento rotativo é conseguido por intermédio de uma série de quedas do produto em partículas a partir da parte superior do revestimento rotativo através da corrente de vapor sobreaquecido que se move desde a extremidade de entrada até à extremidade de saída do revestimento rotativo. Durante a queda as partículas do produto movem-se uma etapa na direcção da saída, em que o respectivo comprimento depende da velocidade do vapor sobreaquecido e do peso e da forma das partículas individuais. Entre as quedas as partículas do produto ou se encontram assentes na porção inferior do revestimento ou se encontram a ser elevadas até à porção superior do revestimento rotativo através de deflectores que se encontram colocados de um modo horizontal no lado de dentro do revestimento rotativo, a partir dos quais irão cair de novo através do vapor sobreaquecido. 8

Os secadores da W. Kunz Drytec AG e da Atlas Industries A/S são secadores concorrentes, mas um exemplo de um secador concorrente encontra-se descrito em "Unit Operations of Chemical Engineering" McGraw-Hill, International Editions 1987 p. 732 - 733. Este secador trabalha com ar aquecido enquanto meio de secagem, mas poderia, em principio, estar a trabalhar com vapor sobreaquecido. Durante a secagem em contracorrente o meio de secagem irá dar uma contribuição negativa ao transporte do produto em partículas através da câmara de secagem. De modo a que isto seja compensado, o revestimento rotativo está inclinado de modo a que a extremidade de saída destinada ao produto em partículas se encontra mais abaixo do que a extremidade de entrada.

Durante uma queda de uma partícula, a velocidade de transferência para a energia desde o vapor sobreaquecido até às partículas é muito elevada, reduzindo o conteúdo do líquido na camada de superfície para um nível inferior ao do interior da partícula. Quando o produto em partículas se encontra localizado na porção inferior da câmara de secagem, a velocidade de transferência da energia desde o vapor sobreaquecido para o produto em vapor é reduzida, o que dá tempo para que o líquido se mova desde a porção inferior da partícula até à superfície.

Este princípio de secagem caracterizado por períodos alternados com uma velocidade de secagem elevada e reduzida é de seguida designado como secagem de impulsos. A secagem de impulsos proporciona uma secagem uniforme do produto heterogéneo em partículas em que o necessário tempo de retenção para as partículas mais pequenas pode ser de uns poucos segundos enquanto que pode ser de 30 ou mais 9 minutos para as partículas de maiores dimensões. O tempo de retenção muito longo para as partículas de grandes dimensões é possível porque uma grande quantidade de produto em partículas pode ser acumulada na porção inferior do revestimento rotativo. De um modo adicional a secagem por impulsos irá permitir temperaturas de entrada mais elevadas sem a deterioração térmica do produto.

Nenhum dos secadores rotativos existentes a trabalhar com vapor sobreaquecido como meio de secagem pode funcionar a pressões diferentes da pressão atmosférica, devido ao facto de as vedações eficientes entre o revestimento rotativo e o equipamento estacionário ligado à mesma não terem estado disponíveis. Deste modo, estes secadores funcionam à pressão atmosférica ou a uma pressão um pouco mais baixa de modo a evitar as emissões. Isto significa que o vapor gerado pelo processo de secagem tem uma temperatura baixa e se encontra diluído com o ar, o que reduz de um modo substancial o valor de aplicação do vapor. 0 objectivo do aparelho de acordo com a presente invenção é integrar a secagem por impulsos e a secagem com o vapor sobreaquecido num sistema de secagem estanque à pressão completo. Deste modo, todas as vantagens bem conhecidas da secagem com vapor sobreaquecido podem ser exploradas completamente e ser combinadas com as vantagens da secagem por impulsos.

De um modo surpreendente, foi possível estabelecer a secagem por impulsos com vapor sobreaquecido num sistema de secagem estanque à pressão completo sem inovadoras novas vedações eficazes entre o revestimento rotativo e o equipamento estacionário. 0 aparelho de acordo com a 10 presente invenção não aplica vedações de qualquer tipo nesta ligação. Ao invés, a câmara de secagem tem aproximadamente o formato de um cilindro horizontal no interior do qual se encontra colocado um rotor. 0 rotor eleva o produto em partículas a partir da parte inferior da câmara de secagem até à parte superior a partir da qual se dá a queda através da corrente de vapor sobreaquecido de acordo com o necessário para conduzir secagem por impulsos. O rotor e a câmara de secagem podem ser concebidos de modos diferentes dependendo do tipo do produto em partículas. Quando o líquido pode mover-se rapidamente desde o núcleo das partículas até à superfície e as necessidades de tempo de repouso são, deste modo, baixas, uma forma de realização preferencial do rotor compreende um eixo colocado em paralelo em relação ao eixo da câmara de secagem, equipado com uma pluralidade de veios radiais que possuem deflectores na extremidade que se encontra afastada do eixo. 0 eixo do rotor encontra-se colocado de um modo tal que os deflectores irão passar perto do revestimento e recolher uma parte do produto em partículas quando eles passam através da parte inferior da câmara de secagem, passando a alguma distância do revestimento, quando se movem através da parte superior da câmara de secagem, o que faz com que as partículas do produto saiam para o espaço entre os deflectores e o revestimento a partir de onde elas caem através do vapor sobreaquecido. Isto vai ter lugar quando a velocidade de rotação aumenta para um nível em que o impacto sobre o produto em partículas da força centrífuga é mais forte do que a força da gravidade. Quando a força da gravidade é a mais forte, as partículas do produto irão cair directamente a partir dos deflectores. 11

Quando o líquido se move lentamente desde o núcleo da partícula até à superfície e a necessidade de tempo de repouso na porção mais baixa da câmara de secagem é deste modo elevada, uma forma de realização preferencial da presente invenção compreende uma câmara de secagem cilíndrica no interior da qual um revestimento rotativo cilíndrico se encontra colocado no mesmo eixo do que a câmara de secagem. 0 revestimento rotativo pode rodar livremente no interior da câmara de secagem estacionária mas o espaço entre os dois cilindros é muito estreito. 0 suporte e a rotação do revestimento rotativo são conseguidos por intermédio de dispositivos bem conhecidos. 0 carregamento e o descarregamento do aparelho de secar de acordo com a presente invenção pode ser efectuado com dispositivos de um tipo bem conhecido como sejam os fechos rotativos ou os alimentadores de fluxo de encaixe. No entanto para alguns dos produtos em partículas nenhum dos dispositivos conhecidos é adequado. Exemplos são constituídos pelas palhas dos cereais, pelo lixo doméstico, pela hulha castanha, pelas aparas de madeira, pelas cascas de madeira e pelos dejectos dos matadouros.

Em tais casos o aparelho de acordo com a presente invenção pode ser equipado com o sistema de carregamento e de descarregamento descrito. 0 sistema de carregamento/descarregamento é baseado num sistema de comporta de descarga de acordo com o qual o produto é em primeiro lugar transportado através de um dispositivo de doseamento, o qual produz uma sequência de doses uniformes individuais do produto divididas por espaços uniformes isentos de partículas e de seguida as 12 porções de produto são transportadas de um modo individual através de um sistema de comporta de descarga que compreende pelo menos uma câmara de comporta de descarga e dois fechos de pressão em que pelo menos um, em cada momento, prende uma barreira estanque à pressão entre as duas zonas de pressão e em que as porções de produto são carregadas mediante a aplicação de força desde a primeira zona até uma câmara de comporta de descarga por intermédio de um êmbolo de rosca cujo eixo se encontra praticamente alinhado com o eixo da câmara da comporta de descarga e em que as porções do produto são descarregadas à força desde a câmara da comporta de descarga e para o interior da segunda zona de pressão por intermédio do referido êmbolo de rosca ou por intermédio de um êmbolo ou por intermédio de gás, de vapor ou de liquido fornecidos a uma pressão mais elevada do que a segunda zona de pressão.

Nos casos em que o produto em partículas é submetido a um processo mecânico de retirada de água antes da secagem no aparelho de acordo com a presente invenção, uma forma de realização preferencial usa uma prensa de rosca ligada de uma forma estanque à pressão até à câmara de secagem, tanto enquanto dispositivo para retirar a água como enquanto dispositivo de carregamento.

Nos casos em que o produto em partículas, após a secagem no aparelho de acordo com a presente invenção, tem de ser transformada em pastilhas uma forma de realização preferida da invenção usa uma prensa de pastilhas ligada de um modo estanque à pressão à câmara de secagem, tanto para o carregamento como para a formação de pastilhas.

Descrição detalhada 13

De seguida descreve-se de um modo detalhado a invenção recorrendo a duas formas de realização paralelas com rotores de tipos diferentes. 0 exemplo 1 descreve uma forma de realização preferida quando o liquido pode mover-se rapidamente desde o núcleo das partículas até à superfície, e a necessidade de tempo de repouso é, deste modo, baixa. As figs. 1 a e 1 b são ilustrativas do exemplo 1. A fig. 1 a é um corte longitudinal do aparelho, a fig. 1 b é um corte transversal da câmara de secagem. 0 produto em partículas é carregado para o interior da câmara de secagem 1.2 por intermédio de um dispositivo de carregamento 1.1. Na câmara de secagem 1.2 o produto em partículas é elevado por intermédio dos deflectores do rotor 1.5 ligados com veios 1.4 ao eixo do rotor 1.3. Na extremidade de saída da câmara de secagem, o produto em partículas cai num alimentador 1.7 com um transportador de rosca 1.6, o qual transporta o produto em partículas para o dispositivo de descarregamento 1.12 semelhante a 1.1. 0 vapor sobreaquecido passa através de um ciclone 1.8 onde se separa das partículas finas que são conduzidas para o alimentador 1.7. 0 movimento do vapor sobreaquecido é conseguido por intermédio da ventoinha 1.9. 0 excesso de vapor é descarregado através da válvula de saída 1.10 e o resto do vapor volta a ser aquecido no transferidor de calor 1.11 e é conduzido para o interior da câmara de secagem 1.2. A alimentação de energia primária ao transferidor de calor não se encontra ilustrada. 14 0 exemplo 2 descreve uma forma de realização preferida quando o líquido se move lentamente desde o núcleo das partículas até à superfície e a necessidade de tempo de repouso na parte inferior da câmara de secagem é, deste modo, elevada. As figs. 2 a e 2 b são ilustrativas do exemplo 2. A fig. 2a é uma secção longitudinal do aparelho, a fig. 2b é uma secção em corte transversal da câmara de secagem. 0 produto em partículas é carregado para o interior da câmara 2.2 por intermédio de um dispositivo de carregamento 2.1 semelhante a 1.1. 0 rotor 2.4 da câmara de secagem 2.2 consiste por um revestimento rotativo no qual o produto em partículas é elevado por intermédio dos deflectores de rotor 2.5 ligados ao lado de dentro do revestimento rotativo 2.4. A rotação do revestimento rotativo é conseguida por intermédio dos meios conhecidos. Na extremidade de saída da câmara de secagem o produto em partículas cai no interior de um alimentador 2.7 que possui um transportador de rosca 2.6 o qual transporta o produto em partículas para o dispositivo de descarregamento 2.12. A passagem de vapor sobreaquecido através de um ciclone 2.8 onde se verifica a sua separação dos materiais finos que são conduzidos para o alimentador 2.7. 0 movimento do vapor sobreaquecido é conseguido por intermédio da ventoinha 2.9. 0 excesso de vapor é descarregado através da válvula de saída 2.10 e o resto do vapor é aquecido de novo no transferidor de calor 2.11 e conduzido para o interior da câmara de secagem 2.2. O fornecimento de energia primária ao transferidor de calor não se encontra ilustrado.

Lisboa, 30 de Janeiro de 2007

Claims (8)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Aparelho para evaporar um líquido contido num produto em partículas por intermédio de vapor sobreaquecido como meio de secagem, compreendendo uma câmara de secagem (1.2, 2.2) e um transferidor de calor e um dispositivo para a separação das partículas do produto e do vapor de baixa temperatura, ligada de um modo estanque em termos de pressão uns aos outros e em comunicação com o meio envolvente através de um dispositivo de carregamento (1.1, 2.1) destinado ao produto em partículas, um dispositivo de descarregamento (1.12, 2.12) para um produto em partículas e um dispositivo de saída para o excesso gerado de vapor a baixa pressão, tendo a câmara de secagem (1.2, 2.2) aproximadamente o formato de um cilindro, caracterizado por: - o dispositivo de carregamento (1.1, 2.1) das partículas a húmido e o dispositivo de descarregamento (1.12, 2.12) para o produto seco em partículas que são colocados em extremidades opostas da câmara de secagem (1.2, 2.2), e - a entrada de corrente encontra-se na mesma extremidade da entrada do produto, e - o aparelho funciona quando a câmara de secagem (1.2, 2.2) se encontra numa posição horizontal ou tem um pequeno desvio a partir dessa extremidade, e - um rotor (1.3, 1.4, 1.5, 2.4, 2.5) no interior da câmara de secagem (1.2, 2.2) encontra-se disposto de modo a, durante o funcionamento do aparelho, elevar porções do produto em partículas desde a parte inferior até à parte superior da câmara de secagem (1.2, 2.2), a partir da qual as porções caem para a parte inferior da câmara de secagem (1.2, 2.2), através da corrente de vapor sobreaquecido. 2

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, em que o rotor compreende um eixo central (1.3) com veios radiais (1.4) e com deflectores de elevação ligados aos veios.

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 2, em que o eixo (1.3) se encontra colocado mais abaixo do que o centro do cilindro.

4. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, em que o rotor (2.4, 2.5) compreende um revestimento do rotor (2.4) com deflectores de elevação (2.5) ligados à parede cilíndrica interna do revestimento (2.4).

5. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, em que uma prensa de rosca ligada de um modo estanque em termos de pressão à câmara de secagem (1.2, 2.2) se encontra presente de modo a carregar e a retirar de um modo mecânico o produto em partículas antes do processo de secagem.

6. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, em que uma bomba de partículas se encontra presente de modo a fazer o carregamento.

7. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, em que uma prensa de pastilhas se encontra ligada de um modo estanque em termos de pressão à câmara de secagem (1.2, 2.2) de modo a descarregar e a formar em pastilhas o produto em partículas após o processo de secagem.

8. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, em que uma bomba de partículas se encontra presente de modo a fazer o descarregamento. Lisboa, 30 de Janeiro de 2007