BRPI1009675B1

BRPI1009675B1 - reator de precipitação de cristalização, sistema de tratamento de fluido e método para tratar um fluido

Info

Publication number: BRPI1009675B1
Application number: BRPI1009675A
Authority: BR
Inventors: Patrick O' Leary Kevin
Original assignee: Nalco Co
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2010-06-24
Publication date: 2020-04-07
Also published as: CA2762852C; AU2010273866B2; KR20120099575A; NZ596638A; TWI532522B; AU2010273866A1; EP2448870A4; SG176693A1; BRPI1009675A2; US10384150B2; EP2448870B1; US9650267B2; EP2448870A2; WO2011008454A3; MX2011013093A; ZA201108685B; US20170209808A1; CA2762852A1; WO2011008454A2; JP2012532009A

Abstract

reator de precipitação de cristalização, sistema de tratamento de fluido e método para tratar um fluido", o presente pedido de patente de invenção, provê um reator (20) de tratamento de fluido; portas de entrada separadas para afluente e efluente reciclado servem para eliminar a necessidade de ajuste de ph ou extração de carbonato dos fluxos do afluente e do efluente reciclado.

Description

“REATOR DE PRECIPITAÇÃO DE CRISTALIZAÇÃO, SISTEMA DE TRATAMENTO DE FLUIDO E MÉTODO PARA TRATAR UM FLUIDO CAMPO DE APLICAÇÃO [001] O presente Pedido de Patente de Invenção está relacionado, de maneira geral, a reatores de tratamento de fluido e mais especificamente, à precipitação e/ou remoção de componentes utilizando um reator de precipitação de cristalização.

[002] Sabe-se que processos de precipitação envolvem a alteração do ambiente químico de um fluido, por exemplo, um fluxo de água ou água servida, com diversas espécies químicas para afetar a remoção de alguns ou todos os contaminantes químicos visados, ou espécies a serem recuperadas, no fluido. A alteração no ambiente químico faz com que os contaminantes solúveis fiquem insolúveis, o que facilita a subsequente remoção dos contaminantes ou produto a serem recuperados, por clarificação, filtração ou qualquer outro dispositivo de separação de sólido/líquido. A pasta resultante pode ser secada por um dispositivo mecânico como um filtro-prensa, filtro-prensa de correia, centrífuga ou qualquer outro dispositivo bem conhecido para alguém com habilidade comum na técnica. A pasta resultante também poderia ser completamente secada através da utilização de um dispositivo térmico, como um secador.

[003] A aparelhagem da presente divulgação deve ser de construção resistente e duradoura e também deve exigir pouca ou nenhuma manutenção a ser provida pelo usuário ao longo de seu ciclo de vida útil. A fim de melhorar o apelo comercial da aparelhagem da presente divulgação, sua construção não pode ser cara para que então seja possível atrair um mercado

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2/11 o mais amplo possível. Por fim, todas as vantagens supracitadas devem ser obtidas sem a incidência de qualquer desvantagem substancial relacionada.

SUMÁRIO DO PRESENTE PEDIDO DE PATENTE DE INVENÇÃO [004] As desvantagens e limitações dos antecedentes do presente Pedido de Patente de Invenção são superadas pelo presente Pedido de Patente de Invenção.

[005] É provido um reator de precipitação de cristalização que inclui uma mídia no reator. O reator inclui um receptáculo. O receptáculo inclui uma parte de cima e uma parte de baixo. Uma porta de descarga de sólidos é definida no receptáculo entre as partes superior e inferior. Uma porta de entrada de mídia para permitir a recarga ou adição de mídia “limpa a fim de manter o processo com mídia suficiente e fornecer tratamento eficiente é definida no receptáculo entre as partes superior e inferior.

[006] Uma porta de descarga de efluente é definida no receptáculo próxima à parte de cima do receptáculo. Uma porta de entrada de afluente é definida na parte de baixo do receptáculo. A porta de entrada de afluente está em comunicação fluida com a mídia. O receptáculo também inclui uma porta de efluente reciclado definida na parte de baixo do receptáculo. A porta de efluente reciclado também está em comunicação fluida com a mídia.

[007] É provido também um sistema de tratamento de fluido. O sistema de tratamento de fluido inclui um reator de precipitação de cristalização. O reator inclui uma mídia dentro do reator. O reator também inclui um receptáculo. O receptáculo inclui uma parte de cima e uma parte de baixo. Uma porta de descarga de sólidos é definida no receptáculo entre as

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3/11 partes superior e inferior. Uma porta de entrada de mídia é definida no receptáculo. Uma porta de descarga de efluente é definida no receptáculo próxima à parte de cima do receptáculo. Uma porta de entrada de afluente é definida na parte de baixo do receptáculo. A porta de entrada de afluente está em comunicação fluida com a mídia. O reator também inclui uma porta de efluente reciclado definida na parte de baixo do receptáculo. A porta de efluente reciclado está também em comunicação fluida com a mídia. O sistema de tratamento de fluido inclui uma fonte reagente acoplada ao receptáculo e em comunicação fluida com a mídia. A fonte reagente é seletivamente acoplada à porta de efluente reciclado. O sistema de tratamento de fluido também inclui um dispositivo de polimento de sólidos suspensos opcional em comunicação fluida com a porta de descarga de efluente e com a porta de entrada de afluente.

[008] É provido também um método para tratar um fluido com um reator de precipitação de cristalização. O reator inclui um receptáculo contendo uma mídia e definindo uma parte inferior e uma parte superior. O método inclui injetar o afluente no reator próximo à parte inferior do receptáculo através de um primeiro conduíte. O método também inclui a descarga do efluente do reator próximo à parte superior do receptáculo dentro de um dispositivo de polimento de sólidos suspensos opcional. O método também inclui injetar o efluente reciclado do dispositivo de polimento de sólidos suspensos no reator próximo à parte inferior do receptáculo através de um segundo conduíte.

[009] A aparelhagem da presente divulgação deve ser de construção resistente e duradoura e também deve exigir pouca ou nenhuma manutenção a ser provida pelo usuário

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4/11 ao longo de seu ciclo de vida útil. A aparelhagem da presente divulgação é destinada a ter uma construção que não seja cara a fim de melhorar o apelo comercial, para que então seja possível atrair um mercado o mais amplo possível. Por fim, todas as vantagens e objetivos supracitados são obtidos sem a incidência de qualquer desvantagem substancial relacionada.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [010] Estas e outras vantagens do presente Pedido de Patente de Invenção são mais bem compreendidas referindo-se às ilustrações, nas quais:

a figura 1 é um diagrama de fluido de uma configuração exemplar de um reator de tratamento de fluido;

a figura 2A é um diagrama de fluido de uma configuração exemplar de um reator de tratamento de fluido que utiliza portas de entrada concêntricas; e a figura 2B é um diagrama de fluido de uma configuração exemplar de uma segunda configuração de um reator de tratamento de fluido que utiliza portas de entrada concêntricas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONFIGURAÇÕES EXEMPLARES [011] Há divulgado um sistema de tratamento de fluido 10. O sistema de tratamento de fluido 10 utiliza um reator de precipitação de cristalização 20 para precipitar e/ou remover contaminantes de fluidos. O sistema de tratamento de fluido 10 pode também ser usado para precipitar outras espécies de um fluido, a espécie sendo recuperada mais tarde. Para fins desta divulgação, contaminante será usado para se referir a um desses dois tipos de substâncias dentro de um fluido.

[012] Referindo-se à figura. 1, o sistema de tratamento de fluido 10 inclui um reator de precipitação de

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5/11 cristalização 20. O reator de precipitação de cristalização 20 contém uma mídia 21 dentro dele. A mídia 21 poderia ser um dentre areia e/ou agente de semeação, por exemplo, uma forma condicionada/mais pura do(s) componente(s) a ser(em) precipitado(s). Outros tipos de mídia também estão previstos. O material de semeação a ser utilizado é qualquer material que possa ser fluidizado e que proporcione um ponto de nucleação para ajudar a produzir um cristal e/ou propiciar a adsorção de um material precipitado.

[013] O reator de precipitação de cristalização 20 inclui um receptáculo 22 que contém a mídia 21 e inclui diversas portas em comunicação fluida com a mídia 21 para ingresso e egresso de fluidos ou outro material. O receptáculo 22 inclui uma parte de cima 24 e uma parte de baixo 26. O receptáculo 22 é projetado para fluxo e para entrar próximo à parte de baixo 26 e ser forçado através da mídia 21 e através do receptáculo 22 na direção da parte de cima 24.

[014] Como é bem conhecido na técnica, reagente(s) são adicionados para alterar o ambiente químico do fluxo de fluido que passa através da mídia 21 e, ao fazê-lo, os contaminantes químicos solúveis dissolvidos no fluido se tornam insolúveis. Às vezes é necessário descarregar os sólidos acumulados dentro do receptáculo 22. Então, o receptáculo 22 contém uma porta de descarga de sólidos 28 aberta seletivamente próxima à parte de baixo 26 do receptáculo 22 e posicionada entre a parte de cima 24 e a parte de baixo 26 do reator 20. A porta de descarga de sólidos 28 serve de saída para os sólidos e outros materiais acumulados dentro do receptáculo 22. O receptáculo 22 também contém uma porta de entrada de mídia 29 operada seletivamente para permitir a recarga ou adição de mídia “limpa

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para	manter o processo	com mídia	suficiente	e fornecer	um
tratamento eficiente.
	[015]	O afluente	é fornecido	a partir	de	uma
fonte	de afluente 46.	O afluente	se desloca	através	de	um

primeiro tubo 42 até o receptáculo 22. O receptáculo 22 define uma porta de entrada de afluente 32 na parte de baixo 26 do receptáculo 22 o que permite que o fluido de afluente flua para entrar no receptáculo 22. A porta de entrada de afluente 32 está em comunicação fluida com a mídia 21. O afluente se moverá ou migrará para cima através do receptáculo 22 na direção da parte de cima 24 e sairá do receptáculo 22 através de uma porta de descarga de efluente 30 definida no receptáculo 22 próxima à parte de cima do receptáculo 22. Esse dispositivo é destinado/projetado para manter a mídia contida dentro do receptáculo 22.

[016] O efluente que é descarregado do receptáculo 22 se desloca para um dispositivo de polimento de sólidos suspensos opcional 50, onde o efluente poderá passar por uma redução adicional de sólidos precipitados ou outros sólidos suspensos. Depois, o efluente sai do dispositivo de polimento de sólidos suspensos 50 e pode ser descarregado ou pode se tornar efluente reciclado.

[017] O efluente reciclado é roteado de volta para o reator de precipitação de cristalização 20 da fonte de efluente reciclado 48 através de um segundo tubo 44, não em comunicação fluida com o primeiro tubo 42, até uma porta de efluente reciclado 34 definida na parte de baixo 26 do receptáculo 22.

[018] O efluente reciclado é mais uma vez adicionado ao receptáculo 22 para acomodar taxas de reação de

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7/11 precipitação limitadas do processo para facilitar a fluidização do leito e para prover carga hidráulica consistente ao reator de precipitação de cristalização 20 para facilitar possíveis variações de fluxo de afluente.

[019] Pelo fato de os fluxos de afluente e efluente reciclado não estarem em comunicação fluida antes de entrarem no receptáculo 22 e estarem, ao invés disso, contidos separadamente dentro do primeiro tubo 42 e do segundo tubo 44 respectivamente, não há necessidade de tratar os fluxos reciclados com ajuste de pH ou extração de carbonato, como é bem conhecido na técnica, para impedir a formação de sólidos precipitados amorfos que reduziriam radicalmente as vantagens do processo. Portanto, o sistema de tratamento de fluido 10 tem construção, controle e operação simples e torna possível um sistema de injeção química simples para tratamento de fluido.

[020] Reagentes químicos podem ser adicionados ao receptáculo 22 para causar a precipitação dentro do reator de precipitação de cristalização 20. Então, fonte(s) reagente(s) 38 é (são) provida(s) . O reagente que flui a partir da(s) fonte(s) de reagente 38 é provido de dois caminhos de fluxo alternados. O primeiro caminho de fluxo leva a um bocal de reagente 38 em comunicação fluida com um receptáculo 22. O primeiro caminho de fluxo é controlado por uma primeira válvula aberta seletivamente 40. O segundo caminho de fluxo é controlado por uma segunda válvula aberta seletivamente 41. Quando a segunda válvula 41 estiver em uma configuração aberta, a fonte de reagente 38 é colocada em comunicação fluida com um segundo tubo 44 contendo efluente reciclado.

[021] A figura 2A ilustra uma configuração alternada do primeiro tubo 42 e do segundo tubo 44. Nessa

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8/11 configuração, o primeiro tubo 42 que transporta afluente, possui um raio menor do que o do segundo tubo 44 que transporta efluente reciclado e é colocado concentricamente dentro do segundo tubo 44. Então, o afluente e o efluente reciclado não estão em comunicação fluida até que o afluente e o efluente reciclado sejam liberados no receptáculo 22 na mesma parte do receptáculo 22, enquanto ainda se elimina a necessidade de ajuste de pH ou extração de carbonato do efluente reciclado.

[022] A figura 2B ilustra outra configuração alternada do primeiro tubo 42 e do segundo tubo 44. Nessa configuração, o segundo tubo 44 que transporta efluente reciclado possui um raio menor que o do primeiro tubo 42 que transporta afluente e é colocado concentricamente dentro do primeiro tubo 42. Então, o afluente e o efluente reciclado não estão em comunicação fluida. No entanto, o afluente e o efluente reciclado são liberados no receptáculo 22 na mesma parte do receptáculo 22, enquanto ainda se elimina a necessidade de ajuste de pH ou extração de carbonato do efluente reciclado.

[023] Deve ser compreendido que bombas, válvulas, sensores e controladores apropriados estão acoplados ao receptáculo 22 e tubulações ou encanamentos associados estão configurados para operar o sistema de tratamento de fluido 10.

[024] O receptáculo 22, as portas 28, 29, 30, 32 e 34 e os tubos 42 e 44 podem ser compostos de metal, plástico, materiais compostos e suas combinações, conforme determinado por um operador ou fabricante conforme apropriado com base no tipo de fluido a ser tratado e diversas outras considerações.

[025] Para fins desta divulgação “fluido, “afluente e efluente reciclado sendo tratados pelo reator de tratamento de fluido incluem água, água servida, pastas,

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9/11 suspensões, coloides, soluções e outros fluidos que incluem líquidos e outros fluidos sem água ou à base de água. Essa lista não é ampla, mas dada apenas como exemplo de possíveis fluidos, afluentes e efluentes reciclados que o reator de tratamento de fluido do presente Pedido de Patente de Invenção é preparado e configurado para tratar. Outros fluidos, afluentes e efluentes reciclados estão previstos também.

[026] Para fins desta divulgação, o termo “acoplado significa a união de dois componentes (elétricos ou mecânicos) direta ou indiretamente.

[027] Tal união pode ser estacionária por natureza ou móvel por natureza. Tal união pode ser obtida com os dois componentes (elétricos ou mecânicos) e quaisquer membros intermediários adicionais sendo formados de maneira integral como uma única estrutura unitária ou os dois componentes e qualquer membro adicional sendo fixados uns aos outros. Tal anexação pode ser permanente por natureza ou alternativamente ser removível ou ejetável por natureza.

[028] O reator de tratamento de fluido deve ser de construção resistente e duradoura e também deve exigir pouca ou nenhuma manutenção a ser provida pelo usuário ao longo de seu ciclo de vida útil. O reator de tratamento de fluido também deve ter uma construção relativamente barata a fim de melhorar o apelo comercial, para que então seja possível atrair um mercado o mais amplo possível. Por fim, o reator de tratamento de fluido alcança todas as vantagens e objetivos supracitados sem a incidência de qualquer desvantagem substancial relacionada.

[029] Embora a descrição anterior do reator de tratamento de fluido e do método tenha sido mostrada e descrita referindo-se à configurações específicas e suas

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10/11 aplicações, ela foi apresentada para fins de ilustração e descrição e não se destina a ser abrangente ou a limitar o presente Pedido de Patente de Invenção às configurações específicas e aplicações divulgadas. Ficará aparente àqueles com habilidade comum na técnica a qual é possível fazer uma série de mudanças, modificações, variações ou alterações no presente Pedido de Patente de Invenção conforme descrito no presente documento, nenhuma das quais saindo da essência ou do escopo do método e do tubo de distribuição de by-pass de fluxo contínuo. As configurações específicas e aplicações foram escolhidas e descritas para prover a melhor ilustração dos princípios do reator de tratamento de fluido e sua aplicação prática para com isso permitir que alguém de habilidade comum na técnica utilize o reator de tratamento de fluido em diversas configurações e com diversas modificações conforme adequadas ao uso específico contemplado. Todas as tais mudanças, modificações, variações e alterações devem, portanto, ser vistas como estando dentro do escopo e método do reator de tratamento de fluido conforme determinado pelas reivindicações anexas quando interpretadas de acordo com a amplitude que lhes foi conferida de forma justa, legal e equitativa.

LEGENDA DAS FIGURAS

Figura 1

T1) Descarga

T2) Recarga de Mídia

T3) Descarga de Sólidos

T4) Afluente

T5) Efluente Reciclado

T6) Reagente

Figura 2A

T4) Afluente

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T5) Efluente Reciclado figura 2B

T5) Efluente Reciclado

T6) Afluente

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. “REATOR DE PRECIPITAÇÃO DE CRISTALIZAÇÃO, (20), incluindo nele uma mídia (21), que consiste de: um receptáculo (22), incluindo uma parte superior (24) e uma parte inferior (26); uma porta de descarga de sólidos (28) definida no receptáculo (22) entre as partes superior (24) e inferior (26); uma porta de entrada do meio definida no receptáculo entre as partes superior e inferior para permitir a recarga ou adição de meio “limpo para manter o processo com meio suficiente para fornecer um tratamento eficiente; uma porta de descarga de efluente (30) definida no receptáculo (22) próxima à parte superior do receptáculo (22); uma porta de entrada de afluente (32) definida na parte inferior do receptáculo (22) e em comunicação fluida com a mídia (21); uma porta de efluente reciclado (34) definida na parte inferior (26) do receptáculo (22) e em comunicação fluida com a mídia (21); caracterizado pela porta de afluente (32) e pela porta de efluente reciclado (34) serem concêntricas; em que os fluxos de afluente (32) e efluente reciclado (34) não estão em comunicação fluida antes de entrarem no receptáculo (22), de modo que a necessidade de ajuste de pH ou extração de carbonato do efluente reciclado (34) é eliminada e o fluxo de efluente reciclado (34) fornece uma carga hidráulica consistente ao reator.
2. “REATOR DE PRECIPITAÇÃO DE CRISTALIZAÇÃO, (20), de acordo com a reivindicação número 1, caracterizado por incluir um bocal de reagente acoplado ao receptáculo (22) e em comunicação fluida com a mídia (21) e com uma fonte de reagente.
3. “REATOR DE PRECIPITAÇÃO DE CRISTALIZAÇÃO,

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2/3 (20), de acordo com a reivindicação número 2, caracterizado por a porta de efluente reciclado (34) estar em comunicação fluida com a fonte de reagente.
4. “REATOR DE PRECIPITAÇÃO DE CRISTALIZAÇÃO, (20), de acordo com a reivindicação número 1, caracterizado por a porta de afluente (32) ser acoplada a um primeiro tubo (42) e estar em comunicação fluida com uma fonte de afluente.
5. “REATOR DE PRECIPITAÇÃO DE CRISTALIZAÇÃO, (20), de acordo com a reivindicação número 1, caracterizado por a porta de efluente reciclado (34) ser acoplada a um segundo tubo (44) e estar em comunicação fluida com uma fonte de efluente reciclado (48).
6. “REATOR DE PRECIPITAÇÃO DE CRISTALIZAÇÃO, (20), de acordo com a reivindicação número 1, caracterizado por o meio ser um dentre areia e um agente de semeadura.
7. “SISTEMA DE TRATAMENTO DE FLUIDO, (10), tal como definido no reator de precipitação de cristalização da reivindicação 1, caracterizado por apresentar uma fonte de reagente acoplada ao receptáculo e em comunicação fluida com o meio e seletivamente acoplada à porta de efluente reciclado (34) e um dispositivo de polimento de sólidos suspensos em comunicação fluida com a porta de descarga de efluente (30) e com a porta de entrada de afluente (32).
8. “SISTEMA DE TRATAMENTO DE FLUIDO, (10), de acordo com a reivindicação número 7, caracterizado por incluir um bocal de reagente acoplado ao receptáculo (22) e em comunicação fluida com a mídia (21) e a fonte de reagente.
9. “SISTEMA DE TRATAMENTO DE FLUIDO, (10), de acordo com a reivindicação número 7, caracterizado por a porta do afluente ser acoplada a um primeiro tubo (42) e estar

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3/3 em comunicação fluida com uma fonte de afluente.
10. “SISTEMA DE TRATAMENTO DE FLUIDO, (10), de acordo com a reivindicação número 7, caracterizado por a porta de efluente reciclado ser acoplada a um segundo tubo (44) e estar em comunicação fluida com uma fonte de efluente reciclado (48).
11. “MÉTODO PARA TRATAR UM FLUÍDO, tal como definido no reator (20) de precipitação de cristalização da reivindicação 1, o método caracterizado por: injetar afluente no reator (20) próximo à parte inferior do receptáculo (22) através de um primeiro conduíte; descarregar o efluente do reator próximo à parte superior do receptáculo em um dispositivo de polimento de sólidos suspensos (50); e injetar o efluente reciclado do dispositivo de polimento de sólidos suspensos (50) no reator (20) próximo à parte inferior do receptáculo (22) através de um segundo conduíte.