PT98217A

PT98217A - Processo e aparelho para introducao de gases num liquido

Info

Publication number: PT98217A
Application number: PT98217A
Authority: PT
Inventors: Wolfgang Danzer
Original assignee: Linde Ag
Priority date: 1990-07-05
Filing date: 1991-07-04
Publication date: 1993-09-30
Also published as: YU80891A; DE4021366A1; EP0464797A1

Description

Descrição referente a patente de invenção de LINDE AKTIENGE-SELLSCHAFT, alema, industrial e comercial, com sede em Abra-ham-Lincoln-Strasse 21,D-6200 Wiesbaden, República Federal Alema, (inventor: Dr. rer. nat. Wolfgang Danzer, residente em Portugal), para "PROCESSO E APARELHO PARA INTRODUÇÃO DE GASES NUM LlQUIDO"

DESCRIÇÃO ο*

Para avaliaçao da dissolução ptima de gases em líquidos foi até agora utilizado sobretudo a lei de Henry-Dalton. Como exemplo mais conhecido pode citar--se a dissolução de oxigénio em água. A lei de Henry-Dalton será neste caso: c = H . p, em que os diferentes parâmetros têm as seguintes definições: c = concentração do oxigénio na água H = constante de Henry p = pressão parcial do oxigénio gasoso. A concentração do oxigénio dissolvido na água aumenta, pois, com o aumento da pressão parcial do oxigénio. Com base nesta lei, foram tomadas na técnica as seguintes medidas: a) A pressão parcial do oxigénio é aumentada através da substituição do ar por oxigénio puro. Isso tem como consequência uma subida da pressão parcial do oxigénio para o quintúplo, multiplicando-se assim por 5 a quantidade de oxigénio dissolvida na água. 1 b) A pressão parcial do oxigénio e aumentada através da colocaçao tao profunda quanto possível dos tubos de oxigenação na água. A pressão da coluna de água aumenta a pressão parcial do oxigénio, o que faz igualmente aumentar a quantidade de oxigénio dissolvido. c) A água é colocada sob pressão em reactores com bomba, o que faz aumentar a pressão parcial do oxigénio. Isso tem novamente como consequência o aumento da quantidade de oxigénio dissolvido.

Os métodos conhecidos para introdução de gases em líquidos apresentam, no entanto, as seguintes desvantagens:

Nos sistemas de agua já existentes, muitas vezes nao é possível uma deslocação dos tubos de oxigenação na águas fundas, ou apenas o é com o auxílio de grandes obras. No caso da utilização de reactores tem ainda de ser gasta energia suplementar para a introdução do oxigénio (aprox. 0,5 KWh/kg de oxigénio). Há que contar ainda com custos de aquisiçao e manutenção para os reactores e bombas. A p resente i nvençao tem como obj ectivo apresentar um proí ;esso e um sistema para a introdução de gases em líquidos, que possibi litem uma introdução ef icaz dos gases , de uma forma ecoí nómica. Do ponto d e vista do pro ces- so, esse objectivo é solucionado através da introdução com uma disti ribuiçao unifo rme do gas num flux o de liquido, na dir ecçao do fluxo.

Do ponto de vista do sistema, esse objectivo é solucionado através da instalaçao de pelo menos um tubo de gaseificaçao perfurado na posição longitudinal dentro da conduta prevista para o fluxo de líquido.

Outras versões do sistema sao apresentadas nas reivindicações secundárias. A eficácia da introdução de oxigénio com tubos de gaseificaçao já nao é determinada pela 2 pressão parcial do oxigénio ou pela profundidade de água de apenas 0,6 m pode conseguir-se um aproveitamento do oxigénio superior a 80%. A termodinâmica da fórmula de Dalton sobre-poe-se a cinética da fórmula de Henry. Aplica-se aqui a seguinte relaçao: Μ = K . A d /d , c x em que os diferentes parâmetros têm as seguintes definaçoes: M = quantidade de oxigénio dissolvido por unidade de tempo K = constante de difusão A = área de contacto entre o oxigénio e a água d /d : = quebra da concentração na zona de contacto entre c x as fases. Ê decisivo neste processo que a velocidade da transformaçao do oxigénio gasoso em oxigénio dissolvido seja apenas tao rápida que nos poros do tubo de gaseificaçao não se verifique qualquer libertação de bolhas. Nesse caso passaria a vigorar a lei de Dalton. Reconhece-se o equilíbrio ideal quando os poros do tubo se apresentam pequenas bolhinhas de oxigénio, que se bem que libertem o oxigénio para a água, nao se soltem desses poros. Do ponto de vista física, este fenómino pode ser explicado pelo facto de na equaçao M=KxAd/d,a fracçao d /d mantenha um valor elevado à rapidez do fluxo da água (d^: concentração na fase gasosa = constante ou 100%; d : concentração de oxigénio na zona de contacto entre as fases, pequena devido ao rápido fluxo da água!).

Nas correntes ou quedas de líquidos naturais, uma parte do fluxo do líquido é conduzido através de uma conduta, p.e. um tubo, de modo a obter na conduta uma velocidade da água de preferência de pelo menos 0,5 m/ seg. Na conduta sao colocados longitudinalmente rubos de gaseificação perfurados. A dissolução dos gases é tanto melhor, quanto mais rápido fôr o fluxo de líquido ao longo do tubo de gaseificaçao. Dá-se especial preferência a velocidades do fluxo de pelo menos 1 m/seg. A fim de manter ainda pequena a velocidade de saída do oxigénio por furo, sao introduzidos 3 neste método de preferência mais furos no tubo, do que nos sistemas de gaseificaçao usuais. Enquanto que nos sistemas de gaseificaçao actualmente conhecidos sao usuais aprox. 1000 furos por metro de tubo de gaseificaçao, sugere-se, e continuando o raciocínio da presente invenção, que o tubo de gaseificaçao apresente aprox. 3000 a aprox. 6000 furos por metro de tubo de gaseificaçao. Caso num sistema de líquidos se observem num ponto já velocidade de fluxo de líquido elevadas, de pelo menos 0,5 m/seg., p.e. em canais de alimentaçao, podem ser mais trabalhos ser colocados os tubos directamente nos canais. 0 líquido pode também ser introduzido num sitema de canalizaçao que apresente uma pendente tao forte, que se obtenham velocidades do fluxo de pelo menos 0,5 m/seg. Neste caso, os tubos de gaseificaçao sao também apenas colocados longitudinalmente na canalizaçao.

Nos sistemas de água sem queda naturais, ou em correntes de água, utiliza-se de acordo com a presente invenção um novo tipo de reactor, caracterizado por a canalizaçao para o fluxo de líquido ser colocada em forma de anel, apresentando respectivamente um tubo de alimentaçao e um tubo de escoamento para o líquido, colocados tangencialmente, estando o tubo de alimentaçao ligado a uma bomba para produção de um fluxo de líquido com uma velocidade de fluxo de pelo menos 0,5 m/seg. Obtêm-se assim um reactor dinâmico com uma tubagem em forma anelar, na qual o liquido se move em círculo. A canalizaçao pode por exemplo ser feita sob a forma de tubos. 0 movimento circular é mantido através do líquido pobre em oxigénio que entra tangencialmente, e do líquido rico em oxigénio que escoa tangencialmente. Os tubos de gaseificaçao sao colocados de preferência sobre a superfície interna dos tubos, afastada do centro, a fim de aproveitar o aumento relativo da pressão resultante da força centrífuga da água. 0 novo tipo de reactor consome menos energia, em comparaçao com os reactores até agora conhecidos. As necessidades de energia das bombas para reactores 4 de oxigénio actualmente conhecidas resultam do fluxo de transporte (componente dinâmica) e da altura de transporte (componente estática). A altura de transporte é menor no novo tipo de reactor, pois o líquido já nao tem de ser comprimido, mas apenas movido.

Para além disso, no novo tipo de reactor nao se observa, em comparaçao com os reactores de pressão conhecidos, a desvantagem de durante a descompressão do líquido saturado com gás, se verificarem por vezes turbulências muito desagradaveis, e também de o oxigénio dissolvido tender durante a descompressão, para voltar à fase gasosa. A presente invenção é em geral adequada para dissolver gases em líquidos. Em especial, a presente invenção está prevista para a introdução de oxigénio em água, por exemplo em águas residuais ou em água potável. A presente invenção é especialmente indicada, por exemplo, para introduzir oxigénio nas águas de viveiros para peixes.

Em seguida ilustra-se melhor a presente invenção com base num exemplo de execução apresentado esquematicamente na Figura anexa.

Na Figura é representado um canal de alimentaçao de água de um viveiro para peixes. 0 canal de alimentaçao de agua 1 tem uma largura de aprox. 0,9 m e uma profundidade de aprox. 0,6 m. No fundo do canal 1 encontram-se dez tubos de gaseificação perfurados, cada um com um comprimento de aprox. 40 m, colocados paralelamente e na direcçao do fluxo da água, donde resulta um grupo de tubos com um comprimento de aprox. 40 ra. Os tubos apresentam aprox. 1000 furos por metro de comprimento. 0 canal tem uma pendente tao elevada que a agua que nele corre atinge uma velocidade de fluxo de aprox. 1 m/seg. Através do canal 1 sao introduzidas no viveiro nao representado na Figura, aprox. 540 litros de água por segundo. A água tem uma temperatura de aprox. 20°C. A pressão de oxigénio no tubo é de aprox. 0.8 bar. Os tubos sao carregados com aprox. 5

Claims

3,9 m^ de oxigénio poi hora. Antes d o grupo de tubos 2. , a água apresi snta um teor de oxigénio di .ssolvido de aprox. 7.3 mg/1. Após o g rupo de tubos 2, o teor de oxig( ϊηΐο dissolv ido é de 9,5 mg/1 . Verifi ca-se um coefic iente de dií ssoluçao de 82,6% . Até 50 m após de tubos 2 nao é mensurável qualq uer desga seific açao da água enriqueci da com oxigénio • REIVINDICAÇÕES - Ia - Processo para introdução de gases num líquido, caracterizado por o gás ser introduzido com uma distribuição uniforme num fluxo de líquido, na direcçao do fluxo. - 2a - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por no fluxo do liquido se manter uma velocidade do fluxo de pelo menos 0,5 m/seg. - 3a - Sistema para introdução de gases num líquido, caracterizado por na conduta (1) prevista para o fluxo de líquido, se introduzir longitudinalmente pelo menos um tubo de gaseificaçao perfurado (2). - 4a - Sistema de acordo com o exemplo 3, caracterizado por o tubo de gaseificaçao apresentar aprox. 3000 a 6000 furos por metro de comprimento. - 5a - Sistema de acordo com as reivindicações 3 ou 4, caracterizado por a conduta apresentar uma penden-. te tal, que se verifique uma velocidade do fluxo do líquido 6 de pelo menos 0,5 m/seg. - 6a - Sistema de acordo com as reivindicações 3 ou 4, caracterizado por a conduta ser montada em forma de anel, apresentando respectivamente um tubo de alimentaçao e um tubo de escoamento para o líquido, colocados tangencialmente, estando o tubo de alimentaçao ligado a uma bomba para produção de um fluxo de líquido com uma velocidade de fluxo de pelo menos 0,5 m/seg. A requerente reivindica a prioridade do pedido alemao apresentado em 5 de Julho de 1990, sob o ne P 40 21 366.8. Lisboa, 04 de Julho de 1991.

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