PT783359E - Distribuidor de liquido para um evaporador - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "DISTRIBUIDOR DE LÍQUIDO PARA UM EVAPORADOR" A presente invenção relaciona-se com um distribuidor de líquido num evaporador, distribuidor esse que se destina em particular a suspensões líquidas contendo componentes sólidos e compreende na extremidade superior da superfície de transmissão de calor uma rodo de condutas transversal que inclui condutas de líquidos para distribuição ao longo da largura dessa superfície de um líquido introduzido pela parte lateral do evaporador.

Num evaporador em que o líquido flui como uma película fina sobre a superfície de transmissão de calor, a superfície deve estar totalmente revestida com líquido de forma a realizar uma transferência eficaz de calor. Quando uma suspensão líquida que contém componentes sólidos está a ser evaporada, concentrações acrescidas de sólidos nas fronteiras das áreas seca e revestida com líquido da superfície de transmissão de calor provocariam adicionalmente uma contaminação muito rápida da superfície de transmissão de calor. Uma distribuição uniforme sobre a superfície de transmissão de calor pelo líquido a ser evaporado é portanto uma exigência absoluta para o funcionamento eficaz do evaporador. A manutenção da superfície de transmissão de calor revestida com líquido pode ser promovida pelo aumento da quantidade de líquido alimentado à superfície. Contudo, isto aumenta o consumo de energia para bombagem e aumenta a espessura da película de líquido que flui, baixando assim o coeficiente de transferência calorífica. Por esta razão, tem-se geralmente recorrido a condutas para líquidos muito estreitas em distribuidores de líquido em evaporadores, mas essas condutas 1 tendem a ficar obstruídas quando estão a ser evaporadas suspensões líquidas contendo sólidos.

Da publicação aberta da patente Finlandesa 86961 é conhecido um permutador de calor destinado à evaporação de líquidos, tendo o permutador de calor sacos posicionados adjacentemente formados por membrana plástica, servindo as superfícies das membranas dos sacos como superfícies de transmissão de calor. 0 líquido a ser evaporado é introduzido sobre as superfícies exteriores dos sacos a partir de condutas posicionadas adjacentemente em estruturas de alvéolos na extremidade superior do evaporador e distribuídas ao longo da largura total dos sacos. 0 meio de aquecimento utilizado é vapor conduzido através das mesmas estruturas de alvéolos para o interior dos sacos, sendo o vapor vapor produzido na evaporação e comprimido num compressor. O dispositivo descrito na Publicação FI 86961 destina-se à destilação de água do mar. Além disso, a publicação refere como uma utilização a que se destina o dispositivo a concentração de soluções e suspensões, tais como efluentes de branqueamento. Contudo, neste caso o dispositivo tem a deficiência de os materiais fibrosos e outros sólidos presentes na suspensão tenderem a obstruir as condutas de líquido estreitas e posicionadas obliquamente nas estruturas de alvéolos.

Um objecto da presente invenção é proporcionar um distribuidor de líquido para um evaporador, um distribuidor de líquido em que os problemas dos sistemas do estado da técnica, o entupimento das condutas por sólidos presentes em suspensão, é evitado e que é portanto especialmente adequado para o tratamento de águas residuais da indústria de proconsamcnto da madeira que contêm materiais fibrosos tais como os efluentes da produção da pasta ou do branqueamento, ou para o tratamento de águas residuais da indústria alimentar que formam carbonatos, oxalatos e outros precipitados. 0 distribuidor de líquido de 2 acordo com a invenção é caracterizado por ter uma conduta de alimentação inclinada obliquamente para baixo e uma pluralidade de condutas de distribuição que daí ramificam para fora e cor.dur.eir a superfície de transmissão de calor, e por em cada ponto de ramificação da conduta de alimentação e de uma conduta de distribuição a superfície da parede comum das condutas, para jusante em rei ação ao caudal de alimentação, ser arredondada de modo a que a divisão de caudal ocorra na superfície divisória curvada tormada pela parede.

De una forma que se afasta das condutas de líquidos oblíquas partindo do lado do evaporador de acordo com a publicação FI 86961, o distribuidor de líquido de acordo com a presente invenção compreende uma conduta de alimentação oblíqua comum que divide o líquido pelas condutas de distribução que dele partem, condutas de distribuição essas que podem ser substancialmente verticais. O líquido a ser evaporado flui na conduta de alimentação de forma semelhante a uma cascata de uma superfície divisória num ponto de ramificação de uma conduta para outro, dividindo a superfície divisória comum o caudal num dado ponto num componente principal que prosseguirá na conduta de alimentação e um componente que passa através da conduta de distribuição para a superfície de transmissão de calor. A divisão é regulada, por exemplo, pelo raio da curvatura da superfície divisória e pelo ângulo ao qual se dá o impacto do caudal da conduta de alimentação na superfície divisória, e com base em experiências preliminares é possível, por regulação destas de acordo com o tipo de suspensão a ser evaporada, realizar uma divisão substancialmente igual do líquido pelas condutas de distribuição. Além disso, observou-se que, de acordo com os objectos da invenção, as superfícies divisórias curvas efectivamente controlam a tendência das condutas para ficar obstruídas com componentes sólidos da suspensão, por exemplo por eliminação da passagem do caudal de líquido por quaisquer arestas aguçadas aos quais poderiam aderir aglomerações de sólidos. 3 'Ν.

Num ponto de ramificação, na parte lateral e a montante do caudal de alimentação, i.e. do lado oposto à superfície divisória curva, as condutas de alimentação e de distribuição são preferencialmente delimitadas por superfícies de paredes terminando numa extemidade afilada comum. A extremidade afilada constitui um passo a partir do qual o caudal de alimentação da conduta de alimentação salta sobre a boca da conduta de distribuição para a superfície divisória, onde tem lugar a divisão do caudal. A superfície da parede da conduta de distribuição que termina na extremidade pode ser arredondada de modo correspondente à superfície divisória.

Num evaporador destinado ao tratamento de uma suspensão com fibras, o raio da curvatura das superfícies divisórias pode estar, por exemplo, dentro de uma gama de aproximadamente 10-30 mm, preferencialmente 20-30 mm, e a largura das condutas de distribuição pode variar dentro de uma gama de aproximadamente 10-30 mm, preferencialmente aproximadamente 15-25 mm. A largura das condutas de distribuição que ramificam da conduta de alimentação pode ser a mesma para todas as condutas, ou pode aumentar progressivamente a partir da parte lateral do evaporador em direcção à sua parte central. É preferível construir o distribuidor de líquido de acordo com a invenção de forma que compreenda duas condutas de alimentação mutuamente simétricas que partem dos lados opostos do evaporador e se estendem até ao meio do evaporador de tal mo que cada conduta de alimentação alimentará líquido à sua própria metade do evaporador. O distribuidor de liquido de acordo com a invenção pode ser utilizado num permutador de calor do tipo de acordo com a publicação aberta FI 86961 para dirigir uma suspensão líquida a ser evaporada para as superfícies externas dos sacos de membrana plástica. O distribuidor de líquido estendendo-se na direcção transveral desde um lado até ao outro do saco neste caso 4 \ λ λγ. ϊ distribui ο líquido sobre toda a largura das superfícies de transmissão de calor dos sacos. 0 vapor produzido a partir do líquido podem ser dirigido para um compressor e daí, tendo sido comprimido a pressão e temperatura mais elevadas, para o interior dos sacos como vapor de aquecimento, que recondensará a líquido no processo de permuta calorífica. Contudo, é igualmente possível a utilização de vapor de aquecimento produzido de outra forma. 0 distribuidor de líquido de acordo com a invenção pode ser construído a partir de dois elementos de parede verticais que foram fabricados, por exemplo, em plástico por moldagem por injecção, e entre os quais são formadas as condutas para líquidos. Por exemplo, no permutador de calor acima referido compreendendo sacos de membrana plástica, um elemento de parede do distribuidor de líquido pode servir ao mesmo tempo para delimitar condutas de vapor conduzindo para o interior dos sacos no seu lado oposto. A alimentação de líquido e de vapor para o permutador de calor pode assim ser disposta por fixação um ao outro dos referidos elementos, que delimitarão, entre si, condutas para líquidos alternadas conduzindo ao espaço entre os sacos e condutas de vapor conduzindo para o interior dos sacos. Devido à estrutura compacta, a largura das condutas para líquidos pode ser maximizada, o que também eliminará a sua tendência para ficarem obstruídas. A invenção é descrita adiante em mais pormenor com a ajuda de exemplos, com referência aos desenhos anexos, em que a

Figura 1 ilustra uma secção vertical de um distribudor de líquido de acordo com a invenção,

Figuras 2-4 ilustram um elemento de parede do distribuidor de líquido de acordo com a Figura 1, em secções horizontais II-II, III-III e IV-IV da Figura 1, 5

Figura 5 ilustra uma secção horizontal parcial de três elementos de parede ligados uns aos outros, formando os elementos de parede um distribuidor tanto para o líquido a ser evaporado como para o vapor de aquecimento, e

Figura 6 ilustra em maior escala os pontos de ramificação das condutas do distribuidor de líquido de acordo com a Figura 1. 0 distribuidor de líquido de acordo com a invenção para um evaporador compreende uma rede de condutas que é constituída por dois elementos de parede verticais 1, 2, por exemplo, moldados por injecção de um material plástico, delimitando estes elementos de parede entre si as condutas de líquido 3, 4 do distribuidor. As condutas de líquido 3, 4 foram produzidas por formação, em ligação com moldagem por injecção, de recessos no elemento de parede 1 de acordo com as Figuras 1-4 e por fecho destes no seu lado aberto por um segundo elemento de parede 2 de acordo com a Figura 5. A Figura 5 mostra adicionalmente condutas de vapor 5 fechadas por meio de um elemento de parede 1 de acordo com as Figuras 1-4, condutas de vapor essas que aqui serão descritas adiante em mais pormenor.

As condutas de líquidos, que podem ser melhor observadas nas Figuras 1 e 6, compreendem uma conduta de alimentação 3 partindo da extremidade do distribuidor 6 localizada na parte lateral do evaporador, estendendo-se a conduta de alimentação obliquamente para baixo em direcção à parte média do distribuidor, e uma pluralidade de condutas de distribuição 4 substancialmente verticais que ramificam para fora da conduta de alimentação nos pontos de ramificação 7 e conduzem à superfície de transmissão de calor (não ilustrada) do evaporador. Começando por uma extremidade do distribuidor, a largura D (cf. Figura 6) das condutas de distribuição 4 que ramificam a partir da conduta de alimentação 3 pode ser constante ou aumentar 6

progressívamente, conduta a conduta, em direcção à parte média do distribuidor. Ala sua outra metade o distribuidor compreende um sistema correspondente simétrico de condutas de líquido constituído por condutas de alimentação e de distribuição 3, 4. O caudal de alimentação do líquido a ser evaporado, tal como uma suspensão que contém material de fibras sólidas, é conduzido de acordo com as setas 8 na Figura 1 para as condutas de alimentação 3, onde é dividido em caudais parcelares de acordo com as setas 9, para as condutas de distribuição 4 conduzindo à superfície de transmissão de calor, de forma substancialmente igual entre as condutas de distribuição. Assim o líquido pode ser distribuído a partir das condutas de distribuição 4 uniformemente ao longo da largura total da superfície de transmissão de calor.

Através da sua extremidade na parte média do distribuidor, a conduta de alimentação 3 comunica com os espaços de vapor do evaporador de forma que durante o funcionamento a conduta de alimentação está parcialmente cheia com vapor 14 formado na evaporação. É necessário regular a alimentação do líquido a ser evaporado de modo que a conduta de alimentação 3 não fique integralmente cheia de líquido, porque de outro modo o efeito de sifão produzido dificultaria a distribuição uniforme do líquido.

Os pontos de ramificação 7 das condutas e a divisão do caudal de líquido neles em caudais parciais que passam para a superfície de transmissão de calor estão ilustrados em maior escala na Figura 6. 0 caudal de alimentação que se desloca na conduta de alimentação 3 está indicado na figura pelo número 8 e os caudais parciais que se separam para as condutas de distribuição 4 pelo número 9. Em cada ponto de ramificação 7 das condutas a superfície de parede comum às condutas, a jusante cm relação ao caudal de alimentação 8, é formada numa superfície divisória curvada 10, cujo raio é indicado por R. Em cada ponto de ramificação 7, no lado a montante da superfície da parede a conduta de distribuição 4 é correspondentemente arredondada, e a 7 superfície da parede da conduta 4 e a superfície da parede da uonduLa de alimentação 3 conjuntamente formam uma extremidade de alimentação ponteaguda 11 a partir da qual o caudal de alimentação 8 que chega salta sobre a extremidade da conduta de distribuição para a superfície divisória 10, na qual tem lugar a divisão de caudal em cada ponto determinado. As superfícies divisórias 10 sucessivas, terminando nas extremidade de alimentação 11, são dimensionadas de modo a que a extremidade de elimentação de uma superfície divisória mais baixa na direcção do caudal esta em cada ponto determinado colocada uns poucos milímetros abaixo da continuação teórica da extremidade de alimentação da superfície divisória seguinte a montante. 0 ângulo de impacto do caudal 8 à tangente da superfície divisória 10 está indicado na figura por α. A divisão do caudal de alimentação 8 em caudais parciais 9 dependende da composição do líquido, do raio R de curvatura da superfície divisória, e do ângulo de impacto u, que por sua vez depende, por exemplo, da velocidade do caudal e da largura D das condutas de distribuição 4, e o distribuidor pode ser regulado por variação dos referidos valores. De acordo com experiências preliminares, durante o funcionamento do distribuidor o material sólido adere momentaneamente às superfícies divisórias 10 nos pontos de impacto do caudal de alimentação 8, mas à medida que aumenta a acumulação de material ou prossegue na conduta de alimentação 8 ou cai dentro da conduta de distribuição, i.e. em funcionamento o dispositivo dispõe de auto-limpeza. 0 ângulo de impacto cc do caudal de alimentação 8 é com vantagem regulado para próximo de um ângulo recto, por exemplo, dentro da gama de aproximadamente 90-100°.

Como já feito notar acima, as condutas de líquido 3, 4 no distribuidor estão colocadas de acnrdo com a Figura 5 entre doÍD elementos de parede 1,2 ligados um ao outro. A ligação dos elementos 1, 2 um ao outro é efectuado por compressão das projecções verticais 12 no elemento 1 de acordo com as Figuras 1-4 contra as correspondentes reentrâncias 13 no outro elemento 8 2. Sendo a superfície de transmissão de calor uma membrana plástica, a extremidade superior da membrana pode ficar fixada (não ilustrado) entre os elementos 1, 2 ligados um ao outro. 0 referido segundo elemento de parede 2 na Figura 5 é concebido de modo que, juntamente com um terceiro elemento, o elemento 1 de acordo com as Figuras 1-4, delimita condutas de vapor verticais 5 a partir das quais o vapor de aquecimento é dirigido para o lado da superfície de transmissão de calor que fica oposto ao líquido a ser evaporado. Quando se utiliza sacos feitos de membrana plástica, o vapor de aquecimento é dirigido através das condutas 5 para o interior dos sacos e o líquido a ser evaporado é dirigido através das condutas 3, 4 para as superfícies exteriores dos sacos. Por meio de compressão dos elementos 1, 2 de acordo com a Figura 5, equipados com as projecções 12 e as reentrâncias 13, alternado umas com as outras é possível construir um distribuidor de líquido e de vapor que tem condutas de líquido 4 em alternância conduzindo aos espaços entre os sacos de membrana plásticave condutas de vapor 5 que conduzem ao interior dos sacos, distribuindo as condutas o líquido e o vapor uniformemente ao longo da largura total das superfícies de transmissão de calor formadas pelos sacos.

Para um especialista na matéria é evidente que as várias formas de realização da invenção não estão limitadas às descritas acima a título de exemplo mas podem variar dentro das reivindicações anexas.

Lisboa, 14 de Fevereiro de 2001 O AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL

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Claims (9)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Distribuidor de líquido para um evaporador, que se destina em particular a suspensões líquidas que contêm componentes sólidos e que compreende, na extremidade superior da superfície de transmissão de calor do evaporador, uma rede de condutas transversal (1,2) que inclui condutas de .'quidc (3,4) para distribuição ao longo da largura total dessa superfície, de um líquido alimentado pela parte lateral (6) do evaporador, incluindo o distribuidor de líquido urna conduta de alimentação (3) inclinada para baixo obliquamente e uma pluralidade de condutas de distribuição (4) que dela ramificam e conduzem à superfície de transmissão de calor, caracterizado por em cada ponto de ramificação (7) da conduta de alimentação e da conduta de distribuição a superfície da parede comum das condutas, a jusante em relação ao caudal de alimentação (8) , ser arredondada de modo que a divisão do caudal ocorre na superfície divisória encurvada (10) formada pela parede.
2. 2. Distribuidor de líquido de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as condutas de alimentação e de distribuição (3, 4) serem delimitadas no ponto de ramificação (7) do lado a montante do caudal de alimentação (8) por superfícies de parede terminando numa extremidade ponteaguda comum (11) .
3. 3. Distribuidor de líquido de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o raio da curvatura da superfície divisória (10) no ponto dc ramificação das condutas num evaporador destinado a suspensões de fibras estar dentro da gama de aproximadamente 10-30 mm, preferencialmente aproximadamente 20-30 mm. 1 4. ν Distribuidor de líquido de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por a conduta de alimentação (3) começar no lado (6) do evaporador, estando a partir daí orientada obliquamente para baixo, e por as condutas de distribuição (4) que ramificam da conduta de alimentação estarem essencialmente na vertical.
4. 5. Distribuidor de líquido de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o distribuidor compreender duas condutas de alimentação (3) mutuamente simétricas que se iniciam em lados opostos (6) do evaporador e se estendem até à parte média do evaporador de tal modo que cada uma das condutas de alimentação alimenta líquido à sua própria metade do evaporador.
5. 6. Distribuidor de líquido de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por a largura das condutas de distribuição (4) num evaporador destinado a uma suspensão de fibras estar na gama de aproximadamente 10-30 mm, preferencialmente aproximadamente 15-25 mm.
6. 7. Distribuidor de líquido de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por a largura das condutas de distribuição (4) que ramificam da conduta de alimentação (3) aumentar progressivamente desde a parte lateral (6) do evaporador em direcção à parte média do evaporador.
7. 8. Distribuidor de líquido de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por a rede de condutas ser constituída por dois elementoo dc parede verticais (1, 2) que delimitam entre si as condutas de líquido (3,4 ) do distribuidor. 2
8. 9. Distribuidor de líquido de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por os elementos de parede (1, 2) serem fabricados em plástico por moldagem por inj ecção.
9. 10. Distribuidor de líquido de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado por o distribuidor pertencer a um destilador em que o vapor produzido na evaporação é recondensado a líquido, e por o elemento de parede (2) da estrutura do distribuidor delimitar no seu lado oposto as condutas de vapor (5) pelas quais o vapor é alimentado ao passo de condensação. Lisboa, 14 de Fevereiro de 2001 o agente oficial da propriedade industrial

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