PT874784E - Metodo e aparelho para manter solidos em suspensao num liquido - Google Patents

Description

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DESCRICÃO

“Método e aparelho para manter sólidos em suspensão num liquido” O presente invento refere-se a um método para manter sólidos em suspensão num líquido e a um recipiente para utilizar no método. Um exemplo de aplicação do presente invento reside na sua potencial utilização em processos de fermentação de lama nos quais as lamas orgânicas ou outras lamas, tais como os resíduos de animais ou outros resíduos, são levadas a reagir ou é-lhes permitido que reajam para produzir por exemplo metano e um resíduo que pode ser utilizado como um fertilizador e é melhor para espalhar em campos do que o material original. É sabido que a fermentação ou a digestão de resíduos orgânicos é efectuada sob condições anaeróbias, sendo causada pela bactéria anaeróbia na lama, e o material deve por conseguinte ser mantido em recipientes fechados durante o período de fermentação. Este é um período relativamente longo que pode ser da ordem de várias semanas, durante o qual os sólidos tendem a sair da suspensão caso a lama não seja mantida de modo continuamente agitado. Isto pode dar origem a vários problemas, não sendo os menores as dificuldades na remoção dos sólidos se, por exemplo, os mesmos se compactarem no fundo do recipiente ou formarem uma massa flutuante ou crosta. São conhecidos no presente vários meios para manter os sólidos em suspensão em tais lamas, alguns dos quais envolvem uma acção mecânica tal como a agitação ou a rotação do próprio recipiente em tomo de um eixo para bater o seu conteúdo. Por vezes o gás é borbulhado através da lama para agitar a mesma.

Alguns dos métodos conhecidos implicam a entrada de uma quantidade substancial de energia para dentro da lama que, em adição ao custo do próprio equipamento, milita contra a relação custo-eficácia do processo como um todo, enquanto que outros não são totalmente eficazes em manter os sólidos em suspensão. Os digestores não são por essa razão de vasta utilização como se poderia desejar numa época em que a economia de combustível e a reciclagem de produtos de resíduo são particularmente importantes. A especificação US 4 142 975 descreve um tipo conhecido de reactor de tratamento de água de esgoto que tem uma secção transversal circular na qual a água de esgoto a ser tratada é levada a escoar-se para dentro de percursos fechados imagem de espelho de secção transversal semicircular. A água de esgoto é obrigada a escoar-se inicialmente para cima em virtude de um gás aeróbío injectado dentro da região entre duas placas paralelas

86 347 ΕΡ Ο 874 784/ΡΤ posicionadas simetricamente acima do eixo longitudinal da câmara do reactor e paralelamente ao mesmo.

Durante a passagem da água de esgoto entre as duas placas que se prolongam longitudinalmente irá ocorrer um atrito considerável do fluido, o qual tem de ser superado pela energia do gás injectado. Ocorrerá igualmente, a não ser que as condições de escoamento de fluido dentro das duas placas de guia sejam pouco turbulentas ou que não ocorra uma mistura transversal da água de esgoto. A especificação DE 3 203 386 descreve uma instalação de tratamento de lama na qual o meio a ser tratado é movido num percurso helicoidal através de um meio gasoso injectado.

Contudo, o percurso do escoamento de fluido é de novo determinado por pelo menos um deflector que se prolonga axialmente ou placa directora, introduzindo assim efeitos resistivos de superfície no regime de escoamento do fluido, o que aumenta a entrada de energia necessária para conduzir o escoamento de fluido. A especificação EP 356879 descreve uma cama de reactor fluidificada para o tratamento biológico da efluência, onde são criados dois escoamentos circulatórios imagem de espelho dispostos simetricamente por meio de dois sistemas de injecção de gás paralelos situados na base da câmara do reactor e prolongando-se axialmente a partir da câmara do reactor. Contudo, a secção transversal da câmara do reactor é rectangular com um membro longitudinal triangular que se prolonga ao longo da base da câmara do reactor.

Assim, o meio que circula na câmara do reactor é obrigado a fazer mudanças repentinas em direcção durante cada circuito da volta do escoamento, o que aumenta a exigência de energia sobre o sistema de injecção de gás que induz escoamento. O presente invento refere-se a um recipiente e a um método para manter partículas sólidas em suspensão tal como descrito nas reivindicações 1 e 10.

Um objecto do presente invento é, por essa razão, proporcionar um método para manter partículas sólidas em suspensão que pode ser efectuado com uma entrada de energia mais reduzida, e por essa razão a um custo inferior, do que nos métodos correntes sem compreender a eficácia com a qual os sólidos são mantidos em suspensão. Um objecto adicional consiste em proporcionar um aparelho para executar um tal método, o qual pode ser fabricado de modo relativamente simples e barato e é económico de pôr a funcionar. Um objecto adicional c, cm muitos aspectos, mais importante consiste cm proporcionar um 3 86 347 ΕΡ Ο 874 784/ΡΤ método e um aparelho que irão ter uma performance mais segura ao longo de períodos de tempo extensos de utilização para manter em suspensão sólidos de muitos tipos diferentes.

Num certo aspecto o presente invento proporciona um método de manter sólidos em suspensão num líquido que compreende a condução da suspensão no seguimento de um percurso circulatório em tomo de um eixo não vertical num recipiente e obrigar o escoamento a seguir a linha de energia mínima, de modo a manter os sólidos em suspensão.

Num outro aspecto, o invento proporciona um método de manter sólidos em suspensão num líquido que compreende a condução da suspensão no seguimento de um percurso circulatório em tomo de um eixo não vertical num recipiente e proporcionar um impedimento ao escoamento que força o mesmo a seguir uma curva para baixo ao longo de pelo menos parte do seu percurso de escoamento, de modo a manter os sólidos misturados em suspensão no líquido.

Num outro aspecto, é proporcionado um recipiente de lama que tem meios para manter sólidos em suspensão num líquido ao dar origem à circulação forçada do mesmo em relação ao recipiente estacionário, parte essa (de preferência uma parte superior) da parede do recipiente que é conformada de modo a guiar o escoamento de fluido forçado no seguimento de um percurso curvo com uma componente vertical de modo a manter os sólidos em suspensão. Em alternativa, ou mais preferivelmente em adição, uma parte inferior da parede do recipiente pode ser conformada de maneira a guiar o escoamento de fluido forçado no seguimento de um percurso curvo com uma componente vertical de modo a manter os sólidos em suspensão.

Entender-se-á que o método é particularmente adequado para manter lamas de resíduos orgânicos em suspensão durante os processos de fermentação, sendo feita em geral referência em baixo a esta utilização, podendo no entanto o método ser igualmente aplicado a outras suspensões. O método e recipiente do invento resultaram da constatação de que os sólidos e líquidos de diferentes gravidades específicas tendem a separar-se verticalmente se forem deixados estacionários mas, se o líquido e os sólidos numa lama forem obrigados a seguir o mesmo percurso simultaneamente, então este movimento de separação relativo irá ser impedido e o escoamento irá permanecer substancialmente uniforme ou pelo menos mais uniforme e homogéneo do que aquilo que é conseguido nos digestores correntes de lama para a mesma entrada de energia. Assim a entrada de energia necessária para conseguir um grau desejado de homogeneidade é reduzida.

86 347 ΕΡ Ο 874 784/ΡΤ 4 A energia necessária para conduzir o movimento circulatório da lama pode ser convenientemente proporcionada pela introdução de gás dentro da parte inferior do recipiente de lama, sendo permitido que o gás borbulhe para cima através da lama e faça com que a própria lama, na vizinhança das bolhas de gás, se eleve. É permitido que o gás escape no topo do recipiente enquanto a lama circula dentro do mesmo, sendo o movimento do escoamento constrangido tal como indicado acima, de preferência pela forma da parte superior da parede do recipiente, a qual tem de preferência uma curvatura convexa para o interior do recipiente. A velocidade do escoamento da lama e a forma da parede do recipiente são de preferência de tal forma de modo a conseguir um escoamento substancialmente laminar da lama ao longo da parede em utilização.

Na parte superior do seu trajecto a lama segue em primeiro lugar um percurso com uma componente para cima e uma componente horizontal dirigidas para fora a partir de uma corrente de gás de bolhas que se eleva. A mesma é depois obrigada a mover-se horizontalmente e para baixo até que, eventualmente, o seu percurso se tome substancialmente vertical. O recipiente pode também ter uma componente de parede vertical adjacente a esta região mas mais preferivelmente a parede é continuamente curvada de modo a dirigir o escoamento para baixo e para trás na direcção da zona de introdução de gás. A zona de introdução de gás não necessita de ser na parte mais baixa do recipiente; a parede do recipiente é preferivelmente curvada para dar ao escoamento uma componente para baixo e horizontal do movimento para o fundo do recipiente, seguida de uma componente para cima e horizontal em relação à zona de introdução de gás onde o escoamento se toma substancialmente vertical. A lama é então quase em toda a parte do seu movimento obrigada a seguir um percurso curvo, com um escoamento suave, de modo que a energia não se perca na criação de turbulência e o processo se possa tomar mais eficiente em termos de energia do que os processos da arte anterior. O escoamento circulatório pode ser conduzido pelo gás fornecido para dentro de uma parte média ou inferior do recipiente. O recipiente pode ter uma secção horizontal circular com pelo menos uma entrada de gás na sua base e um topo em abóbada mas, por razões de simplicidade de construção, o recipiente é preferivelmente alongado numa direcção horizontal na sua posição de utilização e tem uma secção transversal uniforme com entradas de gás afastadas longitudinalmente dali. O recipiente pode ser operado com uma carga de alimentação, sendo apenas proporcionada para a lama uma entrada/saída mas, mais preferivelmente, o recipiente é operado continuamente com a lama a ser alimentada e retirada através de aberturas separadas de entrada e saída. Neste caso a lama é forçada a 5 86 347 ΕΡ Ο 874 784/ΡΤ escoar-se longitudinalmente através do recipiente assim como sujeita ao escoamento circulatório forçado.

As entradas de gás podem encontrar-se ao longo de um lado do recipiente ou adjacentes ao mesmo mas, de novo por razões de facilidade de fabrico, é preferível que o recipiente seja uma imagem de espelho em tomo de um plano de simetria longitudinal, sendo o gás introduzido ao longo de um plano de simetria de modo a estabelecer dois escoamentos circulatórios nas duas metades do recipiente, um em cada lado do plano de simetria. Os dois escoamentos são conduzidos em sentidos opostos pela corrente de gás que se eleva, em utilização, com um escoamento verticalmente para cima no centro do recipiente, o qual diverge nas camadas superiores do líquido para dentro das duas metades, sendo cada escoamento obrigado pela forma da parede do recipiente a cair ao longo de uma porção de parede exterior e depois dirigido de volta para o centro ao longo do fundo do recipiente. Apesar de serem estabelecidos dois escoamentos nas metades opostas, existe preferivelmente uma troca de material entre as duas metades através do plano central de simetria, de modo que a totalidade do conteúdo do recipiente se mistura de forma homogénea enquanto se encontram no recipiente. A entrada e a saída para a lama encontram-se de preferência nas metades opostas do recipiente e também de preferência nas extremidades opostas, apesar de poderem encontrar-se na mesma extremidade do recipiente.

Tal como mencionado acima, as entradas de gás não necessitam de estar na parte mais baixa do recipiente. Num recipiente imagem de espelho as mesmas encontram-se localizadas de preferência entre duas porções de parede curvas que formam os fundos das duas metades, projectando-se as extremidades destas porções de parede para cima para o centro do recipiente onde são interligadas com meios de fornecimento de gás localizados entre as mesmas. As extremidades exteriores das porções de parede são interligadas de preferência por uma porção de parede que forma o topo do tanque e que forma curvas contínuas com as porções inferiores de parede. A verdadeira parte de topo do recipiente define de preferência um espaço de cabeça no qual o gás se acumula antes de deixar o tanque através de uma saída superior. A porção de parede que define este espaço pode ter qualquer configuração mas é formada, de preferência, como uma curva contínua com as restantes partes da parede superior, de tal modo que o recipiente como um todo tem uma secção geralmente cardióide.

Num aspecto alternativo adicional do invento é proporcionado um recipiente para lama ou outra mistura de sólidos/líquidos que tem uma divisória na vertical que sc prolonga

86 347 ΕΡ Ο 874 784/ΡΤ 6 a partir de uma região de fundo do mesmo para uma região média do mesmo, sendo a parede superior do recipiente formada como uma superfície curvada continuamente de modo suave de modo que possa, em utilização, desviar um escoamento de fluido para cima na região central do recipiente para fora e para baixo num movimento circulatório suave. Na forma alongada preferida do recipiente, a divisória prolonga-se longitudinalmente a partir do recipiente e são estabelecidos escoamentos em sentidos opostos em duas metades do recipiente em lados opostos do plano definido pela divisória. É proporcionado ainda num outro aspecto do invento um recipiente para lama ou outra mistura de líquidos/sólidos, no qual o limite inferior do recipiente está conformado como uma superfície curvada com uma ponta intermédia de modo a que, em utilização, encoraje a circulação do fluido em sentidos opostos em partes do recipiente em lados opostos da ponta.

Entender-se-á que a forma mais preferida do recipiente tem as duas características definidas acima, quer dizer, o topo curvado de modo suave e o fundo em ponta. Um tal recipiente pode ser feito de modo conveniente a partir de um material de folha, e um outro aspecto do invento proporciona um método de fabricar um recipiente de lama que inclui os passos de dobrar porções de bordo opostas de uma folha rectangular de material flexível de modo resiliente em direcção uma à outra em tomo de linhas de dobrar paralelas, agarrando as porções de bordo e dobrando a porção principal da folha em tomo de um plano paralelo às linhas de dobrar e na direcção oposta a partir da dobragem da folha, de modo a trazer as duas porções de bordo para perto uma da outra, formando a porção principal da folha uma parede de recipiente curvada de modo contínuo, interligando as porções de bordo e ajustando as paredes de extremidade para fechar as extremidades abertas da parede de recipiente.

As porções de bordo são dobradas de preferência de modo a ficarem em contacto com uma face da porção principal da folha antes da última ser dobrada e a folha é dobrada de preferência até que as porções de bordo fiquem substancialmente paralelas e assentem dentro do contorno global do recipiente.

Um recipiente feito desta forma tem uma secção geralmente cardióide, quer dizer, uma secção que é constituída por dois lobos imagem de espelho em tomo de um plano de simetria e interligados em extremidades adjacentes no referido plano pelas duas porções de bordo unidas, estando também interligadas as extremidades opostas dos lobos afastados entre si, mas neste caso por uma parede curvada de modo suave. Em utilização, o recipiente é disposto de preferência em relação ao plano de simetria vertical e à parede curvada de modo suave mais acima. As aberturas para a entrada de gás para conduzir uma circulação da

86 347 ΕΡ Ο 874 784/ΡΤ 7 suspensão no recipiente são proporcionadas de preferência entre as porções de bordo interligadas da folha.

Quando se utiliza o recipiente do invento, uma suspensão, ou lama, que se permite que reaja ou que seja levada a reagir, é fornecida para dentro do recipiente que é preenchido até perto do topo. A suspensão ou lama pode conter sólidos em qualquer forma, quer como partículas discretas pequenas, quer como grânulos, flocos ou fibras ou agregados de matéria em partículas, misturas de diferentes tipos de sólidos, ambos em termos de composição física e química, e sólidos que são mais ou menos densos do que o seu suporte líquido. De modo semelhante, a reacção que está para ser levada a cabo pode ocorrer dentro da própria suspensão, não sendo afectada pelo gás ou o próprio gás pode reagir com a suspensão. Se a reacção se destinar a ser executada sob condições anaeróbias, o recipiente também tem de ser selado e tem de ser escolhido um gás adequado para conduzir a circulação.

Uma vez que o recipiente tenha sido preenchido com a lama, o gás é depois introduzido num caudal tal que possa fazer com que a lama se eleve no centro do recipiente, separando-se o escoamento para espalhar para fora nas duas partes superiores do recipiente. A conformação da parede do recipiente é tal de modo a obrigar a suspensão a escoar-se para baixo, seguindo a sua curvatura, permanecendo os sólidos em suspensão no líquido. Entender-se-á que o recipiente deve ser preenchido até um nível elevado predeterminado para permitir que os dois escoamentos sigam a curvatura das partes superiores do recipiente, para atingir o melhoramento de escoamento proporcionado pelo método do invento. À medida que os escoamentos nas duas metades do recipiente continuam a cair, os mesmos são obrigados pela conformação dos lobos inferiores do recipiente a seguirem os percursos curvados de modo suave, sendo devolvidos para cima para o centro do recipiente onde os mesmos são de novo arrastados pela corrente das bolhas para cima que, então, conduz as circulações nas duas metades do recipiente. No centro do recipiente os dois escoamentos podem misturar-se para assegurar a total homogeneidade da suspensão. A forma como o aparelho é utilizado permite um certo número de variações. Por exemplo, a lama pode ser deixada no recipiente até que as reacções dentro do mesmo estejam completas, sendo então substituía por uma earga fresca tal como nos procedimentos correntes de digestão de cargas. Contudo, o próprio recipiente do presente invento tem a vantagem adicional de servir para utilizar num processo contínuo. Para este fim, a lama pode ser fornecida continuamente através de uma entrada numa extremidade do recipiente e removida através de uma saída separada. O tempo de residência no digestor pode ser suficiente para que a digestão se complete quando a lama é removida, ou a lama

86 347 ΕΡ Ο 874 784/ΡΤ 8 parcialmente digerida pode ser fornecida a um digestor adicional ou digestores adicionais, em linha, para completar o processo.

Entender-se-á que é uma intenção particular do invento minimizar a energia que é necessária para introduzir dentro de uma lama para manter a mesma em circulação e manter a sua homogeneidade. A entrada de energia necessária é minimizada pela conformação apropriada da parede do recipiente mas, caso se pretenda alcançar o benefício desejado, o escoamento de gás que conduz a circulação deve ser minimizado. O caudal apropriado de gás para um recipiente particular e conteúdos pode ser calculado ou derivado experimentalmente, sendo proporcionados de preferência meios reguladores para permitirem que o caudal seja ajustado para se adequar às diferentes condições. Mais preferivelmente, contudo, são proporcionados meios de monitorizar para monitorizar a circulação no tanque e para proporcionar informação que permite que o escoamento de gás seja ajustado, quer seja manualmente quer, mais preferivelmente, automaticamente durante a operação.

Os meios de monitorizar são de preferência sensores, tais como um ou mais transdutores acústicos, os quais monitorizam o nível de ruído no recipiente e, através de meios de controlo adequados, fazem com que o escoamento de gás seja modulado para manter o nível de ruído dentro de uma gama predeterminada. Assim, o escoamento de gás é aumentado se o nível de ruído cair abaixo de um limite predeterminado, indicando que o movimento da suspensão no recipiente é insuficiente para manter a homogeneidade da suspensão, e o escoamento de gás é reduzido se o nível de ruído se elevar acima de um limite predeterminado, indicando que o movimento da suspensão é mais vigoroso do que o necessário. O escoamento de gás pode ser ajustado quer mudando o seu caudal e/ou ao fazer com que seja alimentado intermitentemente para o recipiente pelo controlo de bombas e/ou válvulas para o fornecimento do gás para o recipiente.

Quando o recipiente é utilizado como um digestor para estrume animal, o gás utilizado para conduzir a circulação deve ser libertado de oxigénio; pode ser empregue azoto, dioxido de carbono ou um outro gás que é inerte sob as condições de utilização. De modo conveniente, o metano do próprio processo de digestão pode ser reciclado em relação ao recipiente uma vez que tenha sido iniciado o processo.

Quando é utilizado o recipiente e o método do invento para manter em suspensão outros sólidos para além do estrume animal, podem ser utilizados outros gases para além daqueles que se mencionaram acima para conduzir a circulação. Em particular, pode ser utilizado ar para suspensões nas quais as reacções aeróbias tenham de ser realizadas ou nas quais o ar não tem efeito nos constituintes. 9 86 347 ΕΡ Ο 874 784/ΡΤ Ο recipiente do invento pode ser operado em isolamento ou juntamente com outros recipientes semelhantes, quer interligados em série ou de outro modo. Em particular, se for utilizado um recipiente para um processo que envolva uma reacção exotérmica, a energia do calor é de preferência recuperada e utilizada de modo a melhorar ainda mais a eficiência da energia do processo. Para esta finalidade o recipiente pode ser alojado num recipiente exterior ou tanque que contenha um fluido de troca de calor capaz de absorver a reacção de calor a partir do recipiente. Numa concretização preferida do invento, dois ou mais recipientes estão preferivelmente dispostos num único tanque de troca de calor e o calor a partir de uma reacção exotérmica num recipiente é transferido através do fluido de troca de calor para o conteúdo de um ou mais dos outros tanques para promover ali uma reacção.

Serão agora descritas mais particularmente várias concretizações do invento, a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos nos quais: a fig. 1 é uma vista em perspectiva esquemática de um recipiente de acordo com o invento; a fig. 2 é um corte esquemático do recipiente da fig. 1; a fig. 3 é uma vista por cima esquemática de dois dos recipientes da fig. 1 utilizados em aparelhos de troca de calor; as figs. 4a-4d são vistas esquemáticas que mostram os passos na construção do recipiente da fig. 1, sendo a fig. 4a uma vista em perspectiva e sendo as figs. 4b, 4c e 4d vistas em corte transversal; a fig. 5 é uma representação gráfica do corte transversal da fig. 2; a fig. 6 e 7 mostram secções alternativas para um recipiente do invento; e a fig. 8 é um diagrama esquemático que ilustra o aparelho digestor que incorpora o recipiente do invento.

Com referência às figs. I e 2 dos desenhos, é geralmente indicado por 10 um recipiente de lama. O recipiente 10 é alongado, com uma secção uniforme definida por uma parede periférica 11, a forma da qual será mais completamente descrita abaixo, mas que tem duas porções lobuladas inferiores interligadas em tomo de um plano médio vertical de simetria do recipiente. O recipiente também tem duas paredes de extremidade planas 12 com

86 347 ΕΡ Ο 874 784/ΡΤ 10 a mesma forma periférica que a secção da parede periférica 11 e seladas às extremidades para fechar o recipiente 10.

As paredes de extremidade opostas 12 têm cada uma abertura que se pode fechar 13, 14, respectivamente, para a introdução da lama para dentro do recipiente e a sua remoção a partir dali num processo contínuo, encontrando-se as duas aberturas 13, 14 em metades opostas do recipiente 10 em relação ao seu plano médio de simetria. Numa concretização alternativa, encontra-se localizada uma abertura de saída 14a na mesma parede de extremidade que a abertura de entrada 13 mas, de novo, na metade oposta do recipiente 10. O posicionamento das aberturas 13, 14 ou 14a é ajustado, juntamente com outras caracteristicas do tanque, para assegurar que a lama se escoe através do recipiente sem a criação de regiões de estagnação. Em alternativa, o recipiente pode ter uma abertura de entrada/saída combinada ou pode ter aberturas na sua parede periférica para utilização do recipiente num processo de carga. Os detalhes de tais aberturas e fechos associados ou válvulas não se encontram mostrados uma vez que os mesmos são em geral conhecidos na arte. O recipiente 10 inclui ainda uma pluralidade de aberturas de entrada de gás 15. Estas entradas de gás 15 estão formadas numa barra espaçadora 16 que se prolonga longitudinalmente a partir do recipiente 10, no plano médio central do recipiente, entre duas porções de bordo da parede periférica 11 que são dobradas para dentro do recipiente 10 e seladas em relação à barra espaçadora 16. O recipiente também tem uma pluralidade de saídas de gás 17 na parte mais superior da parede periférica, que abre para dentro de um colector comum 18 fixo no topo do recipiente 10. As aberturas de entrada de gás podem também ser fornecidas através de um colector comum, não mostrado. O aparelho das figs. 1 e 2 pode incluir ainda equipamento de regulação e sensores, não mostrado.

Quando se utiliza o recipiente 10, uma lama 20 de uma mistura de resíduo orgânico sólido e líquido, por exemplo, é alimentada para dentro do recipiente 10 através da abertura de entrada 13 até atingir o nível indicado pela linha 19 na fig. 2, e um gás inerte para a lama é alimentado através das entradas de gás 15. Quando se utilizam resíduos orgânicos, 0 gás é de preferência metano. À medida que o gás se eleva através da lama, tal como indicado pelas bolhas de gás G, o mesmo conduz um movimento para cima da lama na região do plano médio central do recipiente. A lama escoa-se então a partir do topo desta região central em direcções opostas

86 347 ΕΡ Ο 874 784/ΡΤ 11 para a parede periférica, a qual está conformada de maneira a dirigir os escoamentos para baixo para as porções de fundo do recipiente onde a curvatura da parede, que volta para cima, também devolve os escoamento para cima de volta à região central do recipiente. Assim, os escoamentos circulatórios são estabelecidos em sentidos opostos nas duas metades do recipiente 10, sendo estes indicados por SI e S2, convergindo os dois escoamentos e misturando-se na região central. Assim, existe uma troca de material entre as duas metades e a totalidade do escoamento alimentado para dentro através da entrada 13 numa metade que, na devida altura, sai através da saída 14 na outra metade.

Durante a passagem através do recipiente 10, os sólidos na lama que, num estrume de animal, tenderiam a flutuar para a superfície, são mantidos misturados com o líquido pelo movimento. De modo semelhante, as partículas mais pesadas num tipo diferente de lama, que tenderiam a sedimentar-se fora, seriam mantidas em suspensão.

Neste exemplo a lama é fornecida ao recipiente 10 a uma tal velocidade que aproximadamente 5% do volume do recipiente é percorrido todos os dias. Na sua passagem através do recipiente 10 a lama é sujeita a uma digestão anaeróbia, com a evolução de metano que é recolhido a partir do colector 18 juntamente com a entrada de gás. Se a lama retirada através da saída 14 não for totalmente digerida, a mesma pode ser passada para um ou mais digestores semelhantes adicionais para completar o processo. O escoamento de lama através do recipiente 10 pode ser controlado através de bombas adequadas e/ou válvulas (não mostradas) na entrada 13 e saída 14, assim como pode ser controlado o escoamento de gás através da entrada de gás 15, podendo o equipamento ser controlado manualmente ou automaticamente. Em particular no último caso, o escoamento de lama dentro do recipiente 10 pode ser monitorizado por sensores adequados e os resultados utilizados para controlar a entrada de escoamento de gás para regular o mesmo para o mínimo requerido para manter os escoamentos circulatórios SI e S2 dentro do recipiente 10. O escoamento de gás pode ser minimizado quer ao manter um escoamento de gás constante a uma baixa velocidade, quer ao fornecer o gás intermitentemente a uma velocidade mais elevada, qualquer que seja a máxima eficiência de energia para uma dada instalação.

Numa concretização de uma instalação controlada automaticamente, a qual irá ser descrita em maior detalhe em relação à fig. 8, o ou cada sensor de escoamento utilizado é um transdutor acústico que monitoriza o som produzido pela lama em movimento no recipiente 10. Um processador electrónico está ligado para receber sinais a partir do sensor ou sensores 12 86 347 ΕΡ Ο 874 784/ΡΤ e para controlar a bombagem, válvulas e outro equipamento para manter o sinal do sensor dentro de uma gama predeterminada.

Os produtos finais a partir do tratamento de lama num ou em mais recipientes 10 são o gás retirado a partir do colector 18 e a mistura de sólidos e líquidos retirada a partir da saída 14. Algum do gás pode ser reciclado para a entrada de gás 15 enquanto, no caso do metano, quaisquer excessos podem ser utilizados como combustível, por exemplo, para geração de electricidade. A lama, por outro lado, pode ser separada nos seus componentes líquido e sólido ambos os quais, no caso de resíduo orgânico, podem ser utilizados como fertilizadores, possivelmente depois de tratamento adicional. Os sólidos podem, por exemplo, requerer a compostagem enquanto que os líquidos podem requerer a quelação. A utilização básica do recipiente 10 para digestão de lamas foi descrito acima com referência às figs. 1 e 2. Será agora feita referência à fig. 3 que mostra dois recipientes 10 em utilização em aparelhos de troca de calor.

Na fig. 3, os dois recipientes, indicados por 10a e 10b, estão mostrados lado a lado num tanque grande rectangular 30 preenchido com um fluido 31 adequado de troca de calor.

Os dois recipientes 10a, 10b estão mostrados dispostos com as suas respectivas entradas 13 a, 13b em lados opostos do tanque 30, de tal modo que a lama se escoa através dos recipientes 10a, 10b em direcções opostas através do tanque 30, apesar de os recipientes 10a, 10b poderem ser dispostos de modo diferente e mais de dois recipientes 10 poderem ser utilizados num único tanque 30 de troca de calor.

Quando se utiliza o aparelho da fíg. 3, uma lama que é submetida a uma reacção exotérmica é fornecida a um dos tanques 10a, 10b. O calor a partir desta reacção é transferido através da parede do tanque para o meio 31 de transferência de calor e a partir daí para o outro recipiente que é fornecido com uma lama que requer calor para a sua reacção.

No caso mais simples, uma primeira lama que é submetida a uma reacção exotérmica é fornecida a um recipiente 10a, enquanto que uma segunda lama que é submetida a uma reacção endotérmica é alimentada para o outro recipiente 10b, de modo que o calor necessário para a reacção endotérmica pode ser fornecido de modo extremamente eficiente por transferência a partir da reacção exotérmica. Altemativamente, a lama fornecida para o segundo recipiente 10b pode simplesmente requerer calor para iniciar a sua reacção que, uma vez iniciada, é exotérmica. Neste caso a lama fornecida ao primeiro recipiente 10a pode simplesmente ser tomada a partir do segundo recipienle 10b uma vez que se tenha iniciado a 13 86 347 ΕΡ Ο 874 784/ΡΤ reacção, estando a saída 14b do segundo recipiente 10b ligada directamente à entrada f3a do primeiro recipiente 10a. A rede de tubos de ligação está neste caso disposta preferivelmente no tanque 30.

Com referência agora às figs. 4a-4d dos desenhos, estes mostram, de modo puramente esquemático, passos na construção da parede periférica 11 do tanque 10. A parede 11 é formada a partir de uma folha plana rectangular de material 111 que, por exemplo, pode ser de metal ou de plástico. São dobradas em primeiro lugar duas porções de bordo opostas 111a iguais da folha 111 na direcção uma da outra em tomo linhas de dobrar paralelas 112, tal como mostrado na fig. 4a. Os dois bordos livres das porções 111a são depois agarrados por ferramentas adequadas e o painel principal 111b da folha 111 é dobrado numa curva contínua em tomo do seu eixo paralelo em relação às linhas de dobrar 112 na direcção oposta a partir das porções de bordo 111a. Nesta dobragem, a folha 111 passa da configuração mostrada na fig. 4b para a configuração mostrada na fig. 4c, na qual as porções de bordo 111a são substancialmente paralelas e adjacentes entre si relativamente às linhas de dobrar 112 dentro da forma curvada definida pelo painel 11 lb. Finalmente, tal como mostrado na fig. 4d, as porções de bordo 111a adjacentes às linhas de dobrar 112 são soldadas ou de outro modo seladas numa barra espaçadora 113 que está interposta entre as mesmas. As porções de bordo 111a podem, é claro, ser trazidas em conjunto directamente sobre a barra espaçadora 113 em vez de serem inseridas num passo separado. As aberturas de entrada de gás 15 podem ser formadas de qualquer forma conveniente na barra espaçadora 113 antes, durante ou depois de serem seladas entre as porções de bordo 111a.

Depois da parede periférica 11 ter sido conformada da maneira explicada acima, as paredes de extremidade 12 são seladas em relação aos seus bordos de uma qualquer forma adequada conhecida na arte.

Com referência agora às figs. 5, 6 e 7, estas mostram formas em corte transversal alternativas possíveis de um recipiente 10 do invento, sendo as dimensões dadas em metros em ambos os eixos X e Y, muito embora naturalmente estas dimensões não limitem o invento. Em cada caso a forma geralmente cardióide é mantida de modo a que o escoamento de líquido dentro do recipiente siga um dos dois percursos de circulação contínuos tal como previamente descrito.

Fazendo agora referência à fig. 8 é mostrada, de uma forma esquemática, uma instalação que compreende um arranjo de recipientes modulares úteis para um processo de digestão de lama. Apesar de o mesmo se descrever em relação a esta aplicação particular,

86 347 ΕΡ Ο 874 784/ΡΤ 14 entender-se-á que ο aparelho pode de facto ser utilizado para outras finalidades nas quais é necessário o escoamento circulatório de suspensão ou mistura de sólidos/líquidos. A fig. 8 mostra um arranjo modular que compreende dois tanques ou recipientes 101, 102, cada um substancialmente como descrito mais acima com referência aos desenhos precedentes. A saída 103 a partir do recipiente 101 está ligada por meio de um tubo 104 à entrada 105 do tanque 102. O tanque ou recipiente 101 tem uma entrada 106 à qual está ligada um tubo 107 alimentado a partir de uma linha 108 através de uma válvula 109. Uma bomba 110 aspira lama 111a partir de um vaso aberto 112 para dentro do qual a mesma pode ser depositada periodicamente tal como representado pela seta A, a partir do qual é aspirada pela bomba 110 aõ longo da linha 108 para distribuição para o tanque 101 tal como requerido. O material de lama no vaso aberto 112 chega a partir de uma estação de pesagem e mistura 137 como uma mistura de resíduo orgânico sólido e líquido. O resíduo orgânico sólido é recolhido na estação de recolha 138 e, após condicionamento num condicionador 139, é fornecido à estação de pesagem e mistura 137. De modo semelhante, o resíduo de líquido recolhido na estação de recolha 140 e condicionado num condicionador 141 é fornecido à estação de pesagem e mistura 137, na qual a relação desejada de resíduos orgânicos sólidos e líquidos é determinada para transmissão ao longo da linha A para o receptáculo de topo aberto 112 para distribuição ao recipiente 101.

Tal como pode ser visto, a entrada 107 para o tanque 101 encontra-se no lóbulo do lado esquerdo da secção transversal cardióide, enquanto a saída 103 se encontra no lóbulo do lado direito. A medida que a lama circula dentro do tanque da maneira descrita acima, o material é intermisturado no plano médio central e transfere-se gradualmente da câmara do lado esquerdo para a câmara do lado direito. O recipiente 102 tem a sua entrada 105 no lóbulo do lado direito e, correspondentemente, a sua saída no lóbulo do lado esquerdo.

Os colectores 113, 114 recolhem gás borbulhado para dentro das câmaras e dos tubos de saída 115, 116 que se juntam a uma linha comum 117 ligada por uma bomba de gás 118a um vaso de recolha 119 no qual o gás é armazenado sob pressão. Uma primeira saída 120 a partir do vaso de pressão 119 conduz a tubos de distribuição 121, 122 que conduzem às entradas de gás de cada um dos tanques cardióides 101, 102 através de válvulas 123, 124. Uma segunda saída 125 a partir do vaso de pressão 119 conduz a uma saída de distribuição para um consumidor ou para transporte e armazenagem para outra utilização.

Um sensor, tal como um transdutor acústico 126 em contacto íntimo com a parede lateral de um dos recipientes, neste exemplo o recipiente 101, fornece um sinal numa linha 127 a um circuito electrónico de processamento 128 indicativo do nível de ruído dentro do 15 86 347 ΕΡ Ο 874 784/ΡΤ recipiente. Este é comparado dentro do processador 128 com um valor pré-ajustado (mas que pode ser ajustado) que representa o nível mínimo de actividade dentro do recipiente, e o processador 128 dirige um sinal sobre uma linha de saída 129 para as válvulas 123, 124 para controlar a quantidade de gás a partir do vaso de pressão 119 que é permitida borbulhar dentro dos recipientes 101, 102 para manter o nível mínimo necessário de actividade. Caso seja excedido o limite superior, as válvulas 123, 124 são fechadas ou estranguladas por forma a reduzir o escoamento de gás dentro dos recipientes 101, 102, minimizando assim o valor do consumo de energia necessário para manter a lama em suspensão.

Apesar de estar mostrada uma extensão de tubo 104 que liga os recipientes 101, 102, estes podiam de facto estar ligados directamente, extremidade com extremidade, de uma maneira modular para proporcionar um recipiente combinado alongado que tem câmaras divididas longitudinalmente separadas. Isto permite, por exemplo, que diferentes bactérias predominem em câmaras diferentes, de modo a que se consiga um controlo mais amplo sobre o processo. O gás de saída que deixa o vaso de pressão 119, tipicamente metano a partir de um processo de digestão de lama, pode ser utilizado para qualquer uma da vasta variedade de utilizações tais como a geração de electricidade, bombagem, processos de aquecimento, refrigeração ou ar condicionado. A lama acabada de ser processada que deixa o recipiente 102 é alimentada por um tubo 130 para um separador 131 que separa os componentes sólidos e líquidos em receptáculos 132, 133, respectivamente. Os componentes sólidos a partir do receptáculo 132 podem então ser passados para compostagem e tratamento e possivelmente utilização imediata ao serem distribuídos sobre o chão, ou podem ser ensacados para distribuição e venda numa instalação de ensacar 134. O fertilizador líquido no receptáculo 133 pode ser passado para quelação 135 e depois disso utilizado por exemplo para irrigação, ilustrado no passo 136. 27. ÁBR. 2001

Lisboa,

Por CHRISTOPHER MALTIN - O AGENTE OFICIAL -

O ADJUNTO

Claims (16)

1. 86 347 ΕΡ Ο 874 784/ΡΤ 1/3 Reivindicações 1 - Recipiente (10) para íluidos, que tem meios (15) para conduzirem o fluido para se mover dentro do recipiente como para encorajar a circulação, e meios para guiar o fluido para circulação, onde os referidos meios de condução (15) estão localizados num ponto mais alto do que a parte mais baixa (12) no recipiente, e os meios de guia compreendem ou incluem uma superfície de guia inferior (20) conformada de modo a guiar o fluido no seu movimento circulatório para os referidos meios de condução (15), caracterizado por a parede de recipiente (11) ser conformada como um todo para definir o limite do percurso circulatório (32) de um fluido dentro do recipiente (10) sem descontinuidades de superfície no percurso (32) do fluido a partir dos referidos meios de condução (15) em tomo de todo o limite do percurso circulatório definido pelas paredes de recipiente (11).
2. 2 - Recipiente de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida superfície de guia inferior (20) definir pelo menos parte de uma ponta que é substancialmente simétrica em tomo de um plano médio do recipiente.
3. 3 - Recipiente de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a referida ponta definida pela superfície de guia inferior (20) ser simétrica em tomo de qualquer plano médio vertical que passa através do vértice da ponta.
4. 4 - Recipiente de acordo com a reivindicação 2, ou reivindicação 3, caracterizado por o recipiente (10) ser alongado, e por a referida ponta se prolongar ao longo do seu comprimento.
5. 5 - Recipiente de acordo com qualquer reivindicação precedente, que tem meios para manter os sólidos em suspensão num líquido ao provocar a circulação forçada do mesmo com o recipiente estacionário, caracterizado por uma parte superior da parede do recipiente ser conformada de modo a guiar o movimento circulatório do fluido para seguir um percurso curvado para baixo (Sl, S2), de modo a manter os sólidos em suspensão.
6. 6 - Recipiente de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a parede do recipiente estar conformada com uma curvatura contínua a partir da parte superior para uma parte inferior do recipiente, de modo a fazer com que o movimento circulatório do fluido siga um percurso circulatório curvado de modo suave (Sl, S2) dentro do recipiente (10).
7. 7 - Recipiente de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado por a parede superior do recipiente (10) ser formada como uma superfície curvada de modo

   86 347 ΕΡ Ο 874 784/ΡΤ 2/3 contínuo e de modo suave para, em utilização, desviar um escoamento de fluido para cima na região central do recipiente para fora a partir da região central e para baixo num movimento circulatório suave.
8. 8 - Recipiente de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por ser alongado e por os referidos meios de condução de circulação de fluido se prolongarem centralmente ao longo da extensão do recipiente, sendo a parede superior do mesmo conformada para desviar um escoamento de fluido para cima central para fora para dentro de metades de recipiente opostas em qualquer lado de um plano médio central do recipiente.
9. 9 - Recipiente de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado por o recipiente ser alongado e ter um plano médio longitudinal, sendo proporcionada uma abertura de entrada numa extremidade e uma abertura de saída na outra, estando as aberturas de entrada e saída localizadas em lados opostos do referido plano médio longitudinal.
10. 10 - Método para manter uma suspensão de fluido dentro de um recipiente (10) ao criar um movimento circulatório de fluido dentro do recipiente através de meios de condução de fluido (15) que actuam para fazer com que o fluido se mova dentro do recipiente, estando os referidos meios de condução de fluido (15) localizados a uma certa altura dentro do recipiente afastada acima do ponto mais baixo (12) do movimento circulatório, caracterizado por o fluido ser guiado dentro do recipiente (10) numa curva contínua de modo suave a partir do referido ponto mais inferior (12) para os referidos meios de conduzir por meio de superfícies de guiar escoamento que formam parte da parede exterior do recipiente (10), e definindo parte do percurso de escoamento circulatório (Sl, S2) dentro do recipiente, sendo a totalidade do percurso de escoamento circulatório (S1, S2) dentro do recipiente definida pela parede exterior (11) do recipiente.
11. 11 - Método de acordo com a reivindicação 10, no qual o percurso de escoamento circulatório definido dentro do recipiente inclui uma curva para baixo definida pela forma de uma porção superior da parede do recipiente que tem uma curvatura convexa na direcção do interior do recipiente, sendo o escoamento de fluido conduzido pelos referidos meios de condução de fluido para seguir a referida curvatura.
12. 12 - Método de acordo com a reivindicação 10 ou reivindicação 11, caracterizado por os meios de condução de fluido compreenderem um gás (9) introduzido dentro do interior do recipiente, de modo que o mesmo borbulha para cima através da suspensão. 86 347 ΕΡ Ο 874 784/ΡΤ 3/3
13. 13 - Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o escoamento de fluido ser obrigado a seguir um percurso continuamente em curva através da forma da parede do recipiente sem descontinuidades, a partir da parte superior do recipiente (10) para a parte em que o gás (G) é introduzido.
14. 14 - Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado por o recipiente ser alongado com uma secção transversal constante e por o gás (G) ser introduzido numa pluralidade de pontos de introdução (15) afastados ao longo do recipiente (10), sendo a suspensão levada a escoar-se através do recipiente (10), a partir de uma extremidade para a outra, assim como ser conduzido e obrigado a seguir o referido percurso circulatório dentro do recipiente (10).
15. 15 - Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o recipiente (10) ter um plano de simetria e o gás (G) ser introduzido substancialmente no plano de simetria, de modo a estabelecer escoamentos circulatórios de suspensão em sentidos direccionais opostos dentro do recipiente (10) em qualquer lado do plano de simetria.
16. 16 - Instalação que compreende uma pluralidade de recipientes de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 9, numa disposição com meios (104) que interligam a saída de um recipiente relativamente à entrada de um recipiente sucessivo (102). Lisboa, 21. m. 2001 Por CHRISTOPHER MALTIN - O AGENTE OFICIAL -

    Eng.° ANTÓNIO JOÃO DA CUNHA FERREIRA Ag. Of. Pr. Ind. Rua das Flores, 74-4.° 1200-195 LISBOA