PT94175A - Aquecedor de licores de etapa intermedia para evaporadores de pelicula descendente do tipo evaporador de placas - Google Patents

Description

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FUNDAMENTOS DO INVENTO

Campo de Aplicação do Invento O invento relaciona-se com o melhoramento das prestações de evaporadores de filme descendente, e mais particularmente com um arranjo para pré-aquecimento de substâncias liquidas de alimentação através do arrefecimento dos gases de descarga.

Descrição do estado anterior da arte

Evaporadores de filme descendente nos quais uma substância liquida flui ao longo de elementos de aquecimento consistindo em pares de placas juntas nas suas periferias, são largamente utilizados.

Tal evaporador encontra-se descrito nas Cartas de Patente dos Estados Unidos ns 3.366.158 emitidas em 30 de Janeiro de 1968. Um condensador selectivo que emprega elementos de permuta de calor do tipo placa, encon-tra-se descrito nas Cartas de Patente dos Estados Unidos ns 4.216.002 emitidas em 5 de Agosto de 1980.

Evaporadores de placas, e sistemas de evaporação de um modo geral, estão sujeitos a perdas por radiação e a perdas por descarga de gases. As perdas por radiação podem ser reduzidas através de isolamento. As perdas por descarga de gases podem ser reduzidas subarrefecendo os gases de descarga antes da sua saida no evaporador.

Em alguns tipos de evaporadores o sub-arrefecimento foi conseguido até certo ponto através do recurso a certas formas de instalações de pré-aquecimento interno de substâncias 1iquidas/arrefecedor de gás de descar- -4-

ga e/ou pelo uso de aquecedores exteriores, mas tais instalações não têm sido utilizadas com sucesso no caso de evapo-radores de película descendente do tipo evaporador de placas, porque a substância liquida à entrada troca o calor di-rectamente com o vapor gerado, no interior do evaporador mais eficientemente do que através de uma transferência de calor indirecta com um meio de aquecimento entre os elementos das placas.

Este processo dissipa o diferencial de temperaturas e a força propulsora.

RESUMO DO INVENTO 0 aquecimento de substâncias liquidas e o arrefecimento dos gases de descarga num evaporador de película descendente do tipo evaporador de placas é alcançado de acordo com o presente invento, circundando as partes superiores de algumas placas de um evaporador com campânula, debaixo da qual se concentram os não-condensados quando o evaporador ê operado. A presença de fases não condensáveis impede o contacto da substância liquida de alimentação com o vapor quante gerado no evaporador e com isto a permuta de calor através do contacto directo. A substância liquida de alimentação é aquecida até ao seu ponto de ebulição por permuta de calor com o vapor de aquecimento que se encontra entre as placas, à medida que a substância liquida flui para baixo ao largo das superfícies no interior da campânula. -5-

Esta ebulição produz quer condensáveis quer não-condensáveis, que se podem escapar sómente, passando no sentido descendente e por baixo da periferia da campâ-nula. A substância liquida que não se vaporizou continua o fluxo no sentido descendente ao longo dos elementos de aquecimento para ser evaporado ou recebido num colector no fundo do evaporador. A alimentação do vapor de aquecimento âs placas cujas porções superiores se encontram dentro da campânula é feita a partir das porções superiores de outros elementos de aquecimento, não localizadas por baixo da madeira, e entra nas placas da secção de subarrefecimento, isto é, os elementos por baixo da campânula, junto das extre midades inferiores destes elementos.

Evaporadores equipados com secções de subarrefecimento e pré-aquecimento de acordo com o invento podem ser vantajosamente empregues como andares de produção do efeito de um sistema evaporador de múltiplo efeito através do qual o vapor de aquecimento e a substância liquida de alimentação a ser evaporada passam em conta corrente. 0 invento evita o recurso a arranjos externos complexos e dispendiosos de aquecimento. Outras vantagens do arranjo do presente invento serão mais perfeitamente compreendidos a partir da descrição detalhada que se segue de uma versão preferencial do invento, em particular se essa descrição detalhada for vida em conjunto com as figuras correspondentes a cada um dos desenhos que a acompanham. -6-

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Nos desenhos, nos quais cada numero de referência designa uma parte do invento,

Fig. 1 é uma vista simplificada, com as tubagens e envólucro omitidos de uma unidade de evaporação de acordo com o invento, e

Fig. 2 mostra um sistema de evaporação de múltiplo efeito do invento.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS VERSÕES PREFERENCIAIS 0 desenho da Fig. 1 mostra o interior de um evaporador de película descendente de acordo com o invento. Num evaporador as partes mostradas na Fig. 1 encontram-se fechadas no interior de um envólucro, como se demonstra na Fig. 2 ou como se mostra nas anteriormente mencionadas patentes dos E.U.A.

Os elementos de aquecimento do tipo de placas (10) e (11) encontram-se normalmente dispostos, como se pode ver, paralelamente uns dos outros com as superfícies opostas dos elementos adjacentes definindo canais verticais que permitem ao fluxo de liquido de arrefecimento descendo ao longo das superfícies dos elementos (10) e (11) comportar-se como uma película descendente.

As placas (10) compreendem um grupo de elementos que se encontram debaixo da campânula designado de um modo genérico pelo numero de referência (12), que não é mais do que uma caixa tendo uma parede superior (13) e paredes laterais (14). -7-

As extremidades superiores das placas (10) encontram-se rodeadas pelas paredes laterais (14) da campânula (12), que tem um fundo aberto, permitindo a passagem livre do vapor, desde o interior da campânula (12) para o espaço interior do invólucro do evaporador (que não foi ilustrado na Fig. 1 por forma a poderem ser mostradas as partes no seu interior de um modo mais claro).

As placas (11) formam um outro grupo, que não se encontram debaixo da campânula.

Posicionado imediatamente acima dos elementos (10) no interior da campânula (12) encontra-se um tabuleiro (15) de distribuição da substância liquida tendo um fundo normalmente horizontal e paredes verticais. 0 fundo do tabuleiro (15) tem furos (não assinalados) que permitem à substância liquida passar do tabuleiro (15) para as superfícies das placas (10) debaixo do tabuleiro (15). A substância liquida de alimentação é feita chegar ao tabuleiro (15) a partir do exterior do en-vólucro do evaporador através de uma conduta (não assinalada na Fig. 1) que passa através de uma porta (16) na parede lateral da campânula (12) como se mostra através de uma seta na Fig. 1;

As placas (10) da secção de aquecimen to do evaporador, isto é, os elementos por baixo da câmpanu-la (12), encontram-se todos em comunicação com a cabeça superior (17), através da qual os gases de escape se descarregam dos elementos (10) como se encontra indicado através de uma seta na Fig. 1, por meio de uma conduta (não indicada) que passa através de uma parede (14) da campânula (12) e através do envólucro exterior do evaporador. -8-

Os elementos (10) da secção de pré--aquecimento encontram-se igualmente todos em comunicação com uma cabeça inferior (18) para a entrada do vapor de aque cimento no interior dos elementos (10) através de uma porta de entrada (19) do vapor.

Os elementos (11) que não se encontram dispostos debaixo da campânula (12), encontram-se interligados por uma cabeça superior (27) e uma cabeça inferior (28) e encontram-se providos de um fluxo de uma substância liquida de arrefecimento distribuído através de um tabuleiro (25) de distribuição da substância liquida, o qual, tal como o tabuleiro (15) possui um fundo plano perfurado e paredes laterais verticais. 0 vapor entra na cabeça inferior (28) através de uma porta (29) como se indica através de uma seta, passa através dos elementos (11) no sentido ascendente, e sai através da cabeça superior (27), donde volta a entrar como se mostra na Fig. 1, na cabeça inferior (18) dos elementos (10) debaixo da campânula (12). A circulação da substância liquida através de um sistema de evaporador de efeito múltiplo é mos trada na Fig. 2, a qual mostra como a substância liquida pode ser fornecida ao tabuleiro (25) de distribuição circulando uma porção do liquido acumulado, no fundo do evaporador para o tabuleiro (25) através de uma bomba e de uma conduta adequados.

Quatro evaporadores A, B, C e D são mostrados. A fig. 2 mostra a substância liquida fornecida ao topo do evaporador D mais afastado à direita e o produto condensado saindo do fundo do evaporador A do lado esquerdo mais afastado do desenho. -9-

0 vapor de aquecimento, normalmente vapor, é circulado em conta-corrente relativamente â substâin cia liquida, passando da zona superior de cada evaporador para uma entrada de vapor no fundo do evaporador seguinte, de um modo semelhante àquela mostrada para a circulação interna de vapor desde o topo dos elementos (11) até ao fundo dos elementos (10) na Fig. 1. Por simplicidade, a circulação devapor não se encontra ilustrada na Fig. 2, mas cada um dos evaporadores A - D pode ter uma circulação de vapor como se mostra na Fig. 1. A utilização de evaporadores de efeito múltiplo operando em fluxo de contra-corrente é bem eonhe cida nesta arte, de modo que não se torna necessário descrever as tubagens ibanbas, etc, em detalhe. 0 que não é pre-viamente conhecido, é o uso de pré-aquecedores de substâncias liquidas, arranjos de subarrefecimento de vapor deste invento num evaporador do tipo de placas ou dentro de um evaporador de andares de um evaporador de efeito múltiplo.

No decurso da operação do evaporador da Fig. 1, a substância liquida a ser evaporada é alimentada ao tabuleiro de distribuição (15), a uma temperatura de, digamos 165°F. Esta substância liquida ebulirá através da per muta de calor com o vapor passando no interior dos elementos (10), e toda a substância liquida que não se tiver evaporado ficará acumulada no fundo do evaporador. 0 vapor gerado pela substância liquida em ebulição, que inclui quer os condensáveis quer os não--condensáveis, ascenderá no interior do envólucro do condensador, e o espaço entre a campânula (12) acumulará os não--condensáveis, e ficará preenchido com os não-condensáveis à medida que o evaporador continuar a funcionar. -10-

Estes não-condensáveis podem unicameii te escapar da campânula quando a tiverem completamente preenchido e podem passar para fora por baixo das extremidades inferiores das paredes (14) da campânula. 0 resultado disto é o facto de os condensados não poderem entrar na campânula e contactarem directamente a substância liquida por cima ou junto ao topo dos elementos (10).

Os não-condensáveis acumulados debaixo da campânula (12) não poderão aquecer a substância liquida até um nivel significativo, por isso a substância liquida é aquecida indirectamente pelo meio de aquecimento no interior dos elementos (10) e começa a entrar em ebulição antes de escapar da zona da campânula.

Isto resulta num estado de operação no qual o vapor é pré-aquecido no interior da campânula (12), e o vapor de saida que deixa os elementos (10) via cabeça superior (17) é subarrefecido, até uma temperatura de cerca de 175°F. A substância liquida acumulada no fundo do evaporador terá uma temperatura de cerca de 185°F.

Considere-se que o evaporador acabado de descrever é o evaporador D do conjunto de 4 evaporadores do evaporador de efeito múltiplo da fig. 2. Uma parte da substância liquida acumulada no fundo do evaporador é recir-culada até ao tabuleiro de distribuição (25) para cair sobre os elementos (11), e uma parte da substância liquida acumulada segue para o evaporador C, que também possui um conjunto de placas envolvidas por uma campânula. A substância liquida encontra-se mais quente do que a temperatura de 165°C à qual foi inicialmente alimentada ao evaporador D, e é novamente pré-aquecida no interior da campânula (12) do evaporador por permuta indirec ta de calor com o vapor no interior dos elementos (10) do evaporador C. 0 processo é repetido nos evaporado-res B e A até â substância liquida condensada ser removida do fundo do evaporador A. A eficiência da operação é aumentada em cada evaporador. As perdas provocadas pela descarga de gases são minimas.

Aqueles mais familiarizados com a arte entenderão as várias aplicações deste arranjo e método do presente invento que não terão sido descritas em detalhe.

Claims (2)

1. -12-

   REIVINDICAÇÕES 1 -. - Evaporador de película descendente, caracterizado por se achar dotado de uma pluralidade de elementos de aquecimento e de meios próprios para fazer circular um meio de aquecimento através dos referidos elementos, apresentando alguns dos referidos elementos a sua parte superior enfiada dentro de uma campânula cuja boca se acha virada para baixo, de meios próprios para distribuir a substância liquida que se pretende evaporar sobre superfícies dos elementos de aquecimento, servindo a referida campânula para impedir que haja uma permuta de calor por contacto di-recto entre a substância liquida que se pretende evaporar e o vapor condensâvel gerado pela evaporação do liquido. 2â. - Evaporador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os elementos de aquecimento serem essencialmente constituídos por umas placas planas que se acham ligadas entre si através das respectivas periferias . 3â. - Evaporador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os elementos de aquecimento serem envólucros constituídos por umas placas planas que se acham ligadas entre si através das respectivas periferias e por os meios próprios para fazer circular um.meio de aquecimento incluírem um colector inferior que vai estabelecer uma ligação entre os invólucros numa zona situada junto das respectivas extremidades inferiores e um colector superior que vai estabelecer uma ligação entre as extremidades superiores dos invólucros a fim de dar saida ao meio de aquecimento que circula dentro dos invólucros. -13- -13-

   4â. - Evaporador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a campânula apresentar uma abertura de passagem de descarga do meio de aquecimento para fora do evaporador. 5a. - Método próprio para o sobrear-refecimento do vapor de descarga num evaporador de película descendente, caracterizado por compreender a operação que consiste em fazer com que as extremidades superiores dos elementos de aquecimento do evaporador vão ficar envoltas em produtos não condensáveis que não vão realizar de uma maneira efectiva uma permuta térmica directamente com a substância liquida que foi introduzida dentro do evaporador a fim de ser evaporada, de maneira que um meio de aquecimento que cirula no interior dos elementos de aquecimento vai ser arrefecido por meio de permuta de calor indirecta com a referida substância liquida. 6a. - Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o meio de aquecimento ser intro duzido no interior dos referidos elementos de aquecimento numa zona situada junto do fundo dos referidos elementos de aquecimento. 7a. - Evaporador de película descendente compreendendo uma pluralidade de elementos de aquecimento colocados no interior de um invólucro, meios próprios para a introdução de vapor de água no interior dos elementos de aquecimento e meios próprios para dar saida ao vapor de água que circula no interior dos elementos de aquecimento, caracterizado por alguns dos elementos de aquecimento apre- -14-

   sentarem a sua parte superior enfiada dentro de uma campânu-la que se acha colocada dentro do invólucro e que é própria para recolher produtos não condensados a fim de impedir que no interior da campânula se possa estabelecer um contacto directo entre a substância liquida que se pretende evaporar e o vapor condensável. 8â. - Evaporador de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por os elementos de aquecimento serem elementos de aquecimento do tipo placa. 9ã. - Evaporador de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por no interior da campânula, por cima dos elementos de aquecimento, se encontrar localiza da uma bacia de distribuição de substância liquida.
2. 105. - Evaporador de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o vapor de água que sai dos elementos de aquecimento que não têm a sua parte superior enfiada dentro de uma campânula ir ser introduzido nos elementos de aquecimento que têm a sua parte superior enfiada dentro de uma campânula. -15-

   11-. - Evaporador de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por incluir meios próprios para fazer circular a substância liquida que tenha sido recolhida no fundo do invólucro enviando-a para um sistema de distribuição de substância liquida que se acha localizado no lado de fora da campânula e que é próprio para distribuir a subs^ tância liquida pelos elementos de aquecimentoque não têm a sua parte superior enfiada dentro da campânula. 12â. - Evaporador de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por cada um dos elementos de aquecimento ser constituído por um par de placas geralmente planas que se acham ligadas uma à outra através das respec-tivas periferias e por os elementos de aquecimento se encontrarem ligados entre si por meio de um colector superior e de um colector inferior. 13â. - Método próprio para a evaporação de uma substância liquida, caracterizado por compreender as operações que consistem em introduzir a substância liquida que se pretende evaporar no interior de um espaço existen te no interior de um evaporador em que a substância liquida vai descer sob a forma de uma fina película ao longo das superfícies de uns elementos de aquecimento a fim de se pr£ mover a evaporação por meio de uma permuta de::calor indirec_ ta com um meio de aqucimento que circula no interior dos elementos de aquecimento e em impedir que haja uma permuta de calor directa com o vapor condensável gerado pela evaporação da substância liquida por meio da referida permuta de calor indirecta junto da parte superior dos referidos ele- -16- mentos de aquecimento, indo para esse efeito o vapor não condensável ser recolhido numa campânula no interior da qual se acham enfiadas as extremidades superiores dos elementos de aquecimento e por conseguinte o vapor ser arrefecido no interior das referidas partes superiores dos elementos de aquecimento por meio da referida permuta de calor indirecta. Lisboa, 28 de Maio de 1990

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