(73) Titular(es): (72) Inventor(es): (74) Mandatário:

Transcrição

1 (11) Número de Publicação: PT (51) Classificação Internacional: C02F 11/12 (2006) (12) FASCÍCULO DE PATENTE DE INVENÇÃO (22) Data de pedido: (30) Prioridade(s): (43) Data de publicação do pedido: (73) Titular(es): UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIVERSIDADE DO ALGARVE, CAMPUS DE GAMBELAS, PAVILHÃO A FARO PT (72) Inventor(es): EUSÉBIO ZEFERINO ENCARNAÇÃO DA CONCEIÇÃO PT (74) Mandatário: (54) Epígrafe: SISTEMA VERTICAL DE TRATAMENTO DE AFLUENTES GASOSOS ATRAVÉS DA SECAGEM EM DUPLA ESPIRAL POR IMPACTO (57) Resumo: A PRESENTE INVENÇÃO, UTILIZADA NO TRATAMENTO DE AFLUENTES GASOSOS ATRAVÉS DA SECAGEM EM DUPLA ESPIRAL POR IMPACTO, TRATA DE UMA CÂMARA DE LAVAGEM (1), UMA CÂMARA DE SECAGEM (2), UMA CÂMARA DE ARMAZENAMENTO (4) E UM CANAL DE TRANSPORTE (3). A CÂMARA CILÍNDRICA DE LAVAGEM DO AFLUENTE (1) É CONSTITUÍDA ATRAVÉS DE ASPERSORES, COLOCADOS EM ESPIRAL JUNTO À PAREDE ENVOLVENTE, QUE GARANTEM UMA LAVAGEM UNIFORME E CONTÍNUA E PROJECTAM A ÁGUA NA PAREDE OPOSTA, E ESTÁ LOCALIZADA NA ZONA CENTRAL DO SISTEMA VERTICAL A MONTANTE DA CÂMARA DE SECAGEM (2). A CÂMARA CILÍNDRICA DE SECAGEM DO AFLUENTE (2) É CONSTITUÍDA ATRAVÉS DE DEFLECTORES, CONSTRUÍDOS ATRAVÉS DE TUBOS CIRCULARES SECCIONADOS EM ÂNGULO COM UMA SUPERFÍCIE PLANA ADICIONADA NUMA EXTREMIDADE, E ESTÁ LOCALIZADA NA ZONA SUPERIOR DO SISTEMA VERTICAL E A JUSANTE DA CÂMARA DE LAVAGEM (1). A CÂMARA CÓNICA DE ARMAZENAMENTO DO EFLUENTE LÍQUIDO (4) É CONSTITUÍDA POR UM DECANTADOR CÓNICO E ESTÁ LOCALIZADA NA ZONA INFERIOR DO SISTEMA VERTICAL. O CANAL ANELAR DE TRANSPORTE DOS PRECIPITADOS (3) É CONSTITUÍDO ATRAVÉS DE UM ESPAÇO ANELAR E ESTÁ LOCALIZADO NO INTERIOR DA PAREDE ENVOLVENTE DAS CÂMARAS DE LAVAGEM (1) E DE SECAGEM (2). FARO, 16 DE MARÇO DE 2010.

2

3 RESUMO Sistema vertical de tratamento de afluentes gasosos através da secagem em dupla espiral por impacto A presente invenção, utilizada no tratamento de afluentes gasosos através da secagem em dupla espiral por impacto, trata de uma câmara de lavagem (1), uma câmara de secagem (2), uma câmara de armazenamento (4) e um canal de transporte (3). A câmara cilíndrica de lavagem do afluente (1) é constituída através de aspersores, colocados em espiral junto à parede envolvente, que garantem uma lavagem uniforme e contínua e projectam a água na parede oposta, e está localizada na zona central do sistema vertical a montante da câmara de secagem (2). A câmara cilíndrica de secagem do afluente (2) é constituída através de deflectores, construídos através de tubos circulares seccionados em ângulo com uma superfície plana adicionada numa extremidade, e está localizada na zona superior do sistema vertical e a jusante da câmara de lavagem (1). A câmara cónica de armazenamento do efluente líquido (4) é constituída por um decantador cónico e está localizada na zona inferior do sistema vertical. O canal anelar de transporte dos precipitados (3) é constituído através de um espaço anelar e está localizado no interior da parede envolvente das câmaras de lavagem (1) e de secagem (2). Faro, 16 de Março de 2010

4

5 DESCRIÇÃO Sistema vertical de tratamento de afluentes gasosos através da secagem em dupla espiral por impacto 1.1 Domínio Técnico da Invenção (Epígrafe da Invenção) A presente invenção, utilizada no tratamento de afluentes gasosos através da secagem em dupla espiral por impacto, trata de uma câmara de lavagem (1), uma câmara de secagem (2), uma câmara de armazenamento (4) e um canal de transporte (3). A câmara cilíndrica de lavagem do afluente (1) é constituída através de aspersores, colocados em espiral junto à parede envolvente, que garantem uma lavagem uniforme e contínua e projectam a água na parede oposta, e está localizada na zona central do sistema vertical a montante da câmara de secagem. A câmara cilíndrica de secagem do afluente (2) é constituída através de deflectores, construídos através de tubos circulares seccionados em ângulo com uma superfície plana adicionada numa extremidade, e está localizada na zona superior do sistema vertical e a jusante da câmara de lavagem. A câmara cónica de armazenamento do efluente líquido (4) é constituída por um decantador cónico e está localizada na zona inferior do sistema vertical. O canal anelar de transporte dos precipitados (3) é constituído através de um espaço anelar e está localizado no interior da parede envolvente das câmaras de lavagem e de secagem.

6

7 1.2 Sumário da Invenção A presente invenção, utilizada no tratamento de afluentes gasosos através da secagem em dupla espiral por impacto, trata de uma câmara de lavagem (1), uma câmara de secagem (2), uma câmara de armazenamento (4) e um canal de transporte (3). A câmara cilíndrica de lavagem do afluente (1) é constituída através de aspersores, colocados em espiral junto à parede envolvente, que garantem uma lavagem uniforme e contínua e projectam a água na parede oposta, e está localizada na zona central do sistema vertical a montante da câmara de secagem. A câmara cilíndrica de secagem do afluente (2) é constituída através de deflectores, construídos através de tubos circulares seccionados em ângulo com uma superfície plana adicionada numa extremidade, e está localizada na zona superior do sistema vertical e a jusante da câmara de lavagem. A câmara cónica de armazenamento do efluente líquido (4) é constituída por um decantador cónico e está localizada na zona inferior do sistema vertical. O canal anelar de transporte dos precipitados (3) é constituído através de um espaço anelar e está localizado no interior da parede envolvente das câmaras de lavagem e de secagem. O afluente entra na zona inferior da câmara de lavagem (1), assimetricamente em relação ao eixo da câmara cilíndrica, e proporciona um escoamento ascendente em forma de espiral. O afluente gasoso lavado passa pelos deflectores colocados na câmara de secagem (2), em dupla forma de espiral, precipita as gotas de água e as partículas através do impacto na superfície plana e empurra o precipitado para o canal anelar (3) através da força centrifuga do escoamento. O efluente desumidificado e limpo na câmara de secagem (2) é

8

9 enviado para o ambiente exterior. Os efluentes líquidos do canal anelar (3) e da câmara de lavagem (1), transportados por acção gravítica no canal anelar (3), são retidos na câmara cónica de armazenamento (4) e enviados da zona inferior da câmara cónica para o ambiente exterior. 1.3 Estado da Técnica Anterior O principal objectivo de um sistema de tratamento de efluentes gasosos, também designado por scrubber, é a eliminação de pequenas partículas (como poeiras) e o controlo do vapor de água. No entanto, a remoção de alguns contaminantes, como o dióxido de carbono libertado por exemplo pela acção humana, são outros dos objectivos. A remoção das partículas pode ser efectuado quer durante a lavagem, quer durante a secagem: - A remoção de partículas, por coalescência da água pulverizada, é efectuada através do aumento do peso a partir de um processo gravítico. Nesta remoção, efectuada durante o processo de lavagem do ar, a maior parte das partículas existentes ficam retidas no efluente resultante do processo de decantação; - Parte das partículas que não foram removidas na fase de lavagem, são removidas na fase de secagem. Nesta fase as partículas existentes no afluente, juntamente com as gotas de água (vapor de água), através de um processo por impacto, são eliminadas juntamente com o vapor de água.

10

11 O controlo do vapor de água, como foi referido anteriormente, é efectuado na fase de secagem. Nestes sistemas ocorrem sucessivos processos de aumento de pressão (pelo impacto) promovendo a coalescência das gotículas de água diminuindo o teor de humidade do escoamento. Este processo permite uma redução da humidade absoluta do ar e é muito importante em sistemas de tratamento de ambientes interiores, onde o controlo da qualidade do ar é muito importante. Para a remoção do dióxido de carbono, entre outros, normalmente são utilizados processos baseados na dessalinização de água (de origem marinha) e na química do hidróxido de cálcio (também denominado por cal). Na remoção do dióxido de carbono através da dessalinização de água (preferencialmente, de origem marinha), ocorrem duas fases indispensáveis: - Num reactor a água salgada é misturada com amoníaco, formando-se hidróxido de amónio aquoso. Estas atraem o ião cloro do sal, dando origem à formação de cloreto de amónio aquoso. A referida mistura, é injectada no sistema vertical de lavagem, através de sistemas de atomizadores (injectores), criando-se uma neblina onde se promove o contacto entre o ar (partículas e diversos outros gases) e as gotículas de mistura; - Esta fase ocorre durante o contacto entre o dióxido de carbono do gás a tratar e a neblina criada. Neste momento a molécula de dióxido de carbono reage com a água formando-se ácido carbónico. O ácido carbónico reage com os iões sódio da solução, formando um precipitado que se vai acumulando no fundo do reactor.

12

13 Como resultado destas duas fases e por acumulação contínua, precipita-se carbonato de sódio que, sendo um sólido relativamente insolúvel, é depositado no fundo do decantador. Simultaneamente, é precipitado o cloreto de amónio (também por acumulação), que se deposita no mesmo decantador. A separação complementar dos sólidos poderá ser efectuada com base nos seus pesos específicos. Assim, este tipo de sistema, além da remoção de partículas típica dos scrubbers húmidos, possui a potencialidade de remover dióxido de carbono com proveito económico através da recolha de um sal com valor comercial e de outro reciclado a amónia, bem como a conversão de água salgada em água potável. A água potável recolhida poderá ser aplicada industrialmente ou em campos agrícolas, tendo em conta que possui ainda alguma amónia e micro-organismos. Outros componentes, tais como o magnésio, cálcio e potássio existentes na água salgada, em proporções mínimas, são parcialmente removidos na lavagem do ar. É possível, como alternativa à água marinha, recorrer a água salgada a um máximo de 22% de sal. Em alternativa ao processo de dessalinização, pode ser utilizado um outro processo químico baseado na química do hidróxido de cálcio. Este processo consiste na utilização de óxido de cálcio (cal) em água sem sal, em alternativa ao amoníaco em água salgada. O processo químico decorre segundo as três fases seguintes: - O dióxido de carbono reage com água formando ácido carbónico; - O óxido de cálcio reage com água formando hidróxido de cálcio aquoso;

14

15 - O ácido carbónico reage com o hidróxido de cálcio aquoso dando origem à formação de água e de carbonato de cálcio, que é um sólido muito insolúvel. Os sistemas de tratamento de efluentes gasosos normalmente são compostos por vários módulos. A divisão do sistema de tratamento de efluentes gasosos em vários módulos (com diferentes funcionalidades) deve-se, à partida, à necessidade de uma construção mais simples a par com uma maior eficácia na sua manutenção. Entre os diferentes módulos existentes, são normalmente encontrados: - A zona de entrada do afluente gasoso a tratar; - O decantador para recolha da água injectada e das lamas e para a saída do efluente líquido decantado para o ambiente exterior; - O sistema para pulverização do afluente com água, denominado por lavagem do afluente; - O leito de esferas, onde ocorrerá a maior percentagem de reacções entre o afluente e a água injectada, aumenta a superfície de contacto entre a respectiva água e os componentes do afluente a ser tratado, onde terá de haver especial atenção à possibilidade de colmatação do meio; - O sistema alternativo ao leito de esferas (consoante as eficiências e/ou probabilidade de colmatação do referido leito) que consiste em vários níveis de injecção de água adicionais;

16

17 - O sistema de desumidificação, que permite retirar a humidade ganha nos processos anteriores; - O ventilador para facilitar o escoamento do efluente tratado. 1.4 Descrição da Invenção e das Figuras A presente invenção, utilizada no tratamento de afluentes gasosos através da secagem em dupla espiral por impacto, trata de uma câmara cilíndrica de lavagem do afluente (1), uma câmara cilíndrica de secagem do afluente (2), uma câmara cónica de armazenamento do efluente (4) e um canal anelar de transporte dos precipitados (3). A câmara cilíndrica de lavagem do afluente (1), localizada na zona central, a montante da câmara de secagem (2), é constituída através de aspersores que efectuam uma lavagem do afluente. O afluente entra na zona inferior da câmara de lavagem (1), assimetricamente em relação ao eixo da câmara cilíndrica, de forma a proporcionar um escoamento ascendente em forma de espiral. Os aspersores, colocados em espiral junto à parede da câmara de lavagem (1), garantem uma lavagem uniforme e contínua e projectam a água na parede oposta à dos aspersores (ver figura 1). A câmara cilíndrica de secagem do afluente (2), localizada na zona superior, a jusante da câmara de lavagem (1), é constituída através de deflectores que efectuam a secagem e a limpeza do afluente. O afluente gasoso, em estado saturado, passa sucessivamente por vários deflectores colocados em espiral. Nos deflectores, construídos através de tubos circulares seccionados em ângulo com uma superfície plana adicionada numa extremidade perfazendo um ângulo recto, sujeitos no seu interior a escoamentos em

18

19 forma de espiral, as gotas de água e as partículas são precipitadas, através de impacto na superfície plana. Através da força centrifuga do escoamento no interior dos deflectores o efluente precipitado são empurradas para o canal anelar (3) onde o efluente é escorrido até à câmara de armazenamento do efluente (4). O efluente desumidificado e limpo, na zona superior da câmara cilíndrica de secagem do afluente (2), é enviado para o ambiente exterior (ver figura 2). Na câmara cónica de armazenamento do efluente líquido (4), localizada na zona inferior, é efectuado o armazenamento dos precipitados e líquidos da lavagem e da secagem e a extracção do efluente. Armazenamento proveniente das partículas do afluente mais pesadas, durante o processo de lavagem, e do líquido de lavagem que escorrem por gravidade através das paredes interiores da câmara de lavagem (1), onde o campo de velocidade do escoamento é menor devido à existência da camada limite. Armazenamento proveniente dos precipitados dos deflectores, no processo de secagem, que escorrem através canal anelar existente no interior da parede das câmaras de lavagem (1) e secagem (2), por gravidade. Extracção do efluente líquido, da zona inferior da câmara cónica (4), para o ambiente exterior (ver figura 4). No canal anelar de transporte dos precipitados (3), localizado no interior da parede envolvente das câmaras de lavagem (1) e de secagem (2), é efectuado por acção gravítica o transporte do efluente da câmara cilíndrica de secagem (2) para a câmara cónica de armazenamento do efluente (4) (ver figura 3). 1.5 Descrição Pormenorizada da Invenção

20

21 1.5.1 Introdução O presente sistema vertical de tratamento de afluentes gasosos através da secagem em dupla espiral por impacto, apresentado neste trabalho, é constituído através de uma câmara de lavagem (1), uma câmara de secagem (2), uma câmara armazenamento (4) e um canal de transporte (3). Este sistema permite separar o afluente gasoso num efluente líquido retido na câmara de armazenagem e exaustão (4) e num efluente gasoso limpo libertado para o ambiente exterior, na zona superior da câmara de secagem (2). O afluente gasoso, proveniente de uma unidade fabril, entra na zona inferior da câmara de lavagem (1), enquanto que o efluente líquido, armazenado na câmara de armazenamento (4), é libertado para o ambiente exterior na zona inferior deste sistema. O afluente tratado, com baixos níveis de goras de água e partículas, é libertado para o ambiente exterior na zona superior da câmara de secagem (2) Descrição A presente invenção, utilizada no tratamento de afluentes gasosos através da secagem em dupla espiral por impacto, trata de uma câmara cilíndrica de lavagem do afluente (1), uma câmara cilíndrica de secagem do afluente (2), uma câmara cónica de armazenamento do efluente (4) e um canal anelar de transporte dos precipitados (3). A câmara cilíndrica de lavagem do afluente (1), localizada na zona central, a montante da câmara de secagem (2), é constituída através de aspersores que efectuam uma lavagem do afluente.

22

23 O afluente entra na zona inferior da câmara de lavagem (1), assimetricamente em relação ao eixo da câmara cilíndrica, de forma a proporcionar um escoamento ascendente em forma de espiral. Este tipo de escoamento, com uma configuração em espiral, é provocado não só devido à entrada assimétrica, como também devido à distribuição dos aspersores e ao escoamento provocado por estes. Os aspersores, colocados em espiral junto à parede da câmara de lavagem (1), garantem uma lavagem uniforme e contínua e projectam a água na parede oposta à dos aspersores. O fluido, juntamente com as partículas do afluente, escorre por acção da gravidade, através da superfície interior da câmara de lavagem (1), onde o campo de velocidade é praticamente nulo, devido à existência da camada limite. Esta metodologia, ao contrário de outros sistemas em que as partículas saturadas caem em contraciclo com o afluente, separa mais rapidamente as partículas do afluente ascendente. A câmara cilíndrica de secagem do afluente (2), localizada na zona superior, a jusante da câmara de lavagem (1), é constituída através de deflectores que efectuam a secagem e a limpeza do afluente. O afluente gasoso, em estado saturado, passa sucessivamente por vários deflectores colocados em espiral. Esta metodologia aumenta a capacidade de limpeza das partículas e desumidificação do vapor de água do escoamento. Nos deflectores, construídos através de tubos circulares seccionados em ângulo com uma superfície plana adicionada numa extremidade perfazendo um ângulo recto, sujeitos no seu interior a escoamentos em forma de espiral, as gotas de água e as partículas são precipitadas, através de impacto na superfície plana.

24

25 Através da força centrifuga do escoamento no interior dos deflectores, em dupla aspiral, o efluente precipitado é empurrado para o canal anelar (3) onde o efluente é escorrido até à câmara de armazenamento do efluente líquido (4). O efluente gasoso desumidificado e limpo, na zona superior da câmara cilíndrica de secagem do afluente (2), é enviado para o ambiente exterior. Na câmara cónica de armazenamento do efluente líquido (4), localizada na zona inferior, é efectuado o armazenamento dos precipitados e líquidos da lavagem e da secagem e a extracção do efluente. Armazenamento proveniente das partículas do afluente mais pesadas, durante o processo de lavagem, e do líquido de lavagem que escorrem por gravidade através das paredes interiores da câmara de lavagem (1), onde o campo de velocidade do escoamento é menor devido à existência da camada limite. Armazenamento proveniente dos precipitados dos deflectores, no processo de secagem, que escorrem através canal anelar (3) existente no interior da parede das câmaras de lavagem e secagem, por gravidade. Extracção do efluente líquido, da zona inferior da câmara cónica (4), para o ambiente exterior. No canal anelar de transporte dos precipitados (3), localizado no interior da parede envolvente das câmaras de lavagem (1) e de secagem (2), é efectuado por acção gravítica o transporte do efluente da câmara cilíndrica de secagem (2) para a câmara cónica de armazenamento do efluente liquido (4). Entre cada módulo existe um anel do mesmo material que permite o encaixe e estabilização do módulo superior. Após

26

27 a impermeabilização das respectivas zonas de contacto, este anel é aparafusado aos dois módulos adjacentes Construção da câmara de secagem do afluente A câmara de secagem do afluente é a parte mais importante deste sistema de tratamento de efluentes gasosos. É um sistema muito complexo, no entanto a sua construção foi idealizada de forma a ser acessível, de forma que o sistema seja eficiente. Este sistema é, de uma forma simplificada, construído através de um eixo central e um conjunto de deflectores. O eixo principal é furado de forma que os deflectores fixem no eixo central através de uma metodologia simples de encaixe Faro, 16 de Março de 2009

28

29 REIVINDICAÇÕES 1 Sistema vertical de tratamento de afluentes gasosos através da secagem em dupla espiral por impacto, caracterizado por uma câmara cilíndrica de lavagem do afluente, uma câmara cilíndrica de secagem do afluente, uma câmara cónica de armazenamento do efluente e um canal anelar de transporte dos precipitados. 2 Sistema vertical de tratamento de afluentes gasosos, de acordo com a reivindicação n.º 1, caracterizado por uma câmara cilíndrica de lavagem do afluente, localizada na zona central, a montante da câmara de secagem, onde se efectua a entrada do fluido a tratar: a) O afluente entra na zona inferior da câmara de lavagem, assimetricamente em relação ao eixo da câmara cilíndrica, de forma a proporcionar um escoamento ascendente em forma de espiral; b) Os aspersores, colocados em espiral junto à parede da câmara de lavagem, garantem uma lavagem uniforme e contínua e projectam a água na parede oposta à dos aspersores. 3 Sistema vertical de tratamento de efluentes gasosos, de acordo com a reivindicação n.º 1, caracterizado por uma câmara cilíndrica de secagem do afluente, localizada na zona superior, a jusante da câmara de lavagem, onde se efectua a exaustão do afluente e do efluente: a) O afluente gasoso lavado, em estado saturado, passa sucessivamente por vários deflectores colocados em espiral;

30

31 b) Nos deflectores, construídos através de tubos circulares seccionados em ângulo com uma superfície plana numa extremidade perfazendo um ângulo recto, sujeitos no seu interior a escoamentos em forma de dupla espiral, as gotas de água e as partículas são precipitadas, através de impacto na superfície plana; c) Através da força centrifuga do escoamento no interior dos deflectores o efluente precipitado são empurradas para o canal anelar onde o efluente é escorrido até à câmara de armazenamento do efluente. 4 Sistema vertical de tratamento de efluentes gasosos, de acordo com a reivindicação n.º 1, caracterizado por uma câmara cónica de armazenamento do efluente liquido, localizada na zona inferior, onde se efectua o armazenamento e extracção do efluente: a) Armazenamento proveniente das partículas do afluente mais pesadas, durante o processo de lavagem, e do líquido de lavagem que escorrem por gravidade através das paredes interiores da câmara de lavagem; b) Armazenamento proveniente dos precipitados dos deflectores, no processo de secagem, que escorrem através canal anelar existente no interior da parede das câmaras de lavagem e secagem, por gravidade; c) Extracção do efluente líquido, da zona inferior da câmara cónica, para o ambiente exterior. 5 Sistema vertical de tratamento de efluentes gasosos, de acordo com a reivindicação n.º 1, caracterizado por um

32

33 canal anelar de transporte dos precipitados, localizado no interior da parede envolvente das câmaras de lavagem e de secagem, por acção gravítica, da câmara cilíndrica de secagem para a câmara cónica de armazenamento do efluente. Faro, 16 de Março de 2010

34

35

36 DESENHOS Figura 1 Figura 2

37

38 Figura 3 Figura 4

39

40