“APARELHO E MÉTODO PARA PROCESSAR PRODUTOS RESIDUAIS SÓLIDOS
Campo Técnico [001] A presente invenção refere-se ao tratamento de resíduos sólidos e semelhantes. Fundamentos da Invenção [002] A presente invenção refere-se a sistemas e métodos para tratar material de processamento e, mais especificamente, a sistemas e métodos para tratar material residual sólido municipal, material residual médico, papel recuperado e semelhantes.
[003] Como resultado da crescente escassez de aterros sanitários e de leis ambientais mais rigorosas, têm sido feitos esforços para reduzir o volume do material de processamento, como, por exemplo, resíduo sólido municipal e material de papel, tal como papel de jornal e outros produtos de papel recuperados e reciclados como uma etapa no processo de descarte do material, seja pelo seu descarte em aterros sanitários, sua incineração, ou pela sua reciclagem.
|
[004] |
Sistemas e |
métodos têm |
sido |
|
desenvolvidos para decompor |
tal |
material |
para |
|
descarte ou, no |
caso de produtos |
de papel, |
para |
|
utilização como |
isolamento. |
|
|
|
|
[005] |
Um exemplo |
de |
tal processo e |
|
dispositivo é a |
patente US 5.190.226, que descreve |
um aparelho e um método para separar, recuperar e reciclar resíduo sólido municipal. O aparelho inclui um tambor rotativo que é alimentado em uma extremidade a montante por um pistão hidráulico com
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 10/48
2/31
|
movimento d |
e |
vaivém, uma fonte de |
vapor que |
é |
|
conectada para |
introduzir |
vapor de alta temperatura |
|
no tambor e |
uma |
nervura em |
espiral montada dentro |
do |
|
tambor para |
transportar |
o material |
depositado |
na |
|
extremidade |
a |
montante |
do tambor |
ao longo |
do |
|
comprimento |
do |
tambor. |
|
|
|
|
[006] |
Outro |
exemplo é |
descrito |
na |
|
patente US |
5. |
119.994, que descreve |
um vaso |
de |
|
tratamento |
a |
vapor mantido estacionário, |
de |
|
preferência |
em |
ângulo com |
relação à horizontal. |
|
[007] Uma das desvantagens das disposições da técnica anterior é que partes da carga de produto residual no vaso se tornam compactadas, ou passivamente pela manutenção do vaso em uma posição fixa com relação à horizontal, ou ativamente pela utilização de disposições de nervura em espiral ou helicoidais, que impelem partes da carga de encontro às superfícies ativas na direção horizontal (ou em uma direção paralela ao eixo geométrico longitudinal do vaso) à medida que o vaso é girado. Em alguns casos, as partes compactadas da carga de produto residual fazem com que partes da carga de produto residual sejam retiradas do ambiente de tratamento a vapor.
[008] Outra desvantagem da técnica anterior é que os sistemas e métodos anteriores não proporcionam o controle e a distribuição mais vantajosos da energia colocada no vaso e sua transferência eficaz para a massa de carga residual. Além disto, cada carga de produtos residuais variará em seus constituintes e, portanto, em sua capacidade térmica e em suas exigências de energia para tratamento eficaz. Nos métodos da técnica anterior,
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 11/48
3/31 ou os parâmetros de processamento (temperatura, pressão ou tempo) tinham que variar com cada carga de resíduo, ou a consistência do produto processado (isto é, tamanho de partícula, teor de umidade, grau de decomposição e processamento de modo geral) tinha que variar de batelada para batelada. Isto tornava um processo industrial econômica e tecnicamente viável para o tratamento de resíduos menos do que eficaz.
[009] Por conseguinte, é também vantajoso poder determinar a capacidade térmica de uma dada carga de produtos residuais, de modo a se determinarem, assim, as exigências de energia para o tratamento eficaz dessa carga, de modo que o tratamento possa ser executado com maior eficácia.
[0010] Um método para tentar obter um tratamento mais eficaz é descrito na patente US 6.397.492 e envolve o fornecimento contínuo de vapor durante o carregamento, ao mesmo tempo em que o vaso gira, de modo a se decompor o resíduo durante o carregamento em um material de densidade mais ou menos uniforme, de modo que a mesma massa de resíduo seja processada em cada batelada. Entretanto, este processo requer um tratamento a vapor separado durante o carregamento, o que resulta em exigências de tempo totais maiores para cada batelada de resíduo.
[0011] Por conseguinte, permanece a necessidade de métodos que proporcionem tempo e eficácia de energia maiores, permitindo ao mesmo tempo o processamento de resíduos em cargas que variam em peso e constituintes.
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 12/48
4/31 [0012] A presente invenção representa, por conseguinte, um aperfeiçoamento sobre os aparelhos e métodos da técnica anterior, tais como os descritos nas patentes US. 5.540.391; US 5.126.363; US 5.253.764; US 5.190.226; US 5.361.994; US 5.427.650; US 5.407.809 e US 6.397.492, todas as quais são aqui incorporadas a título de referência. Sumário da Presente Invenção [0013] A presente invenção inclui um aparelho para processar produtos residuais sólidos, o aparelho compreendendo um vaso cilíndrico montado de modo rotativo, o qual tem uma primeira extremidade, uma segunda extremidade e uma superfície interna, pelo menos uma extremidade terminando em uma escotilha, que pode ser aberta para permitir o acesso ao interior do vaso e fechada, de modo vedante, para permitir a pressurização do vaso; uma entrada de vapor para injetar vapor disposta em uma ou em ambas as extremidades; uma pluralidade de palhetas substancialmente retas que se projetam a partir da superfície interna do vaso, cada uma das palhetas estendendo-se substancialmente ao longo de todo o comprimento do vaso, de modo a poderem transportar o material residual do fundo do vaso até o topo do vaso, e soltando o material para que caia no fundo do vaso; e pelo menos um atuador para mover o vaso entre uma posição na qual a primeira extremidade é mais elevada que a segunda extremidade e uma posição na qual a segunda extremidade é mais elevada que a primeira extremidade (isto é, de modo que o vaso seja movido entre uma posição na qual a primeira extremidade é direcionada para cima a partir da horizontal e uma
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 13/48
5/31 posição na qual a segunda extremidade é direcionada para cima a partir da horizontal).
[0014] O vaso pode ser sustentado de qualquer maneira que permita este movimento. É preferível que o vaso seja sustentado por um ponto de fulcro articulado em volta do qual possa ser movido.
[0015] O vaso inclui adicionalmente pelo menos uma porta ou escotilha, ou elemento semelhante, para se ter acesso ao interior do vaso para carregamento e descarregamento da carga residual, que pode ser transportada até o vaso por um transportador ou outro elemento tradicional.
[0016] O aparelho inclui um elemento para girar o vaso, tal como os conhecidos e utilizados na técnica, como, por exemplo, anéis e cilindros de munhão, ou uma engrenagem acionada por corrente e sistemas de roda dentada, ou um anel de escardilho. Qualquer método estável para girar o vaso a uma velocidade controlada seria adequado. Entretanto, a rotação do vaso deve também ser capaz de acomodar seu movimento pelo(s) atuador(es), conforme aqui descrito.
[0017] A disposição das palhetas e do interior do vaso é de preferência tal que não haja essencialmente superfícies de encontro às quais a carga de produtos residuais possa se tornar compactada em sentido lateral durante a rotação do vaso; isto é, em uma direção paralela ao eixo geométrico longitudinal do vaso; e que uma região central aberta seja proporcionada substancialmente ao longo de todo o comprimento do vaso (isto é, o espaço de tratamento do vaso). Tal disposição
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 14/48
6/31 permite que partes da carga de produtos residuais sejam transportadas do fundo do vaso na direção do topo do vaso e soltas de modo a caírem no fundo do vaso através do ambiente de vapor pressurizado como partes discretas de densidade relativamente baixa, de modo a se aumentar a área de superfície dessa parte com relação ao ambiente de vapor do vaso.
[0018] Em uma modalidade alternativa, as palhetas podem ser dispostas de modo que pares adjacentes de palhetas convirjam na direção das extremidades opostas do vaso. Nesta variação, é preferível que cada lâmina seja dotada de uma ligeira torção ao longo de seu comprimento, de modo que seja obtido um pouco de tempo entre a queda da parte da massa na extremidade superior da lâmina à medida que esta se eleva na direção do topo do vaso quando da rotação, com relação à parte da massa na extremidade relativamente mais baixa da lâmina. A este respeito, as palhetas são ligeiramente torcidas de modo que as extremidades de palhetas adjacentes que convergem sejam torcidas para longe uma da outra, enquanto as extremidades de palhetas adjacentes sejam torcidas uma na direção da outra.
[0019] O vaso terá muitas das mesmas características daqueles conhecidos e utilizados na técnica, em termos de ser projetado para conter grandes quantidades de matéria (isto é, várias toneladas) e para manter estes conteúdos sob pressão.
[0020] A(s) entrada(s) de vapor é/são abastecida(s) de vapor por condutos de vapor que são adaptados para acomodar o movimento do vaso. Os condutos de vapor podem ser de qualquer material de
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 15/48
7/31 conduto apropriado para a transmissão de vapor de alta pressão. Os condutos são flexíveis ou então dotados de juntas suficientemente flexíveis ou articuladas para acomodar o movimento do vaso, e são tipicamente controlados por uma ou mais válvulas para introduzir seletivamente vapor no vaso e retirar vapor do vaso durante o processamento dos resíduos. O vapor pode ser fornecido em qualquer localização ao longo do comprimento do vaso, e são conhecidas várias disposições que apresentam várias entradas de vapor ao longo do comprimento de tal vaso. Entretanto, a disposição mais simples é a de instalar entradas de vapor em uma ou em ambas as extremidades do vaso. O vapor fornecido ao vaso pode ser vapor saturado ou vapor superaquecido e pode ser fornecido estaticamente como um vapor através do vaso, ou até mesmo introduzido sob a forma de pulsos de vapor discretos no vaso, tais como pulsos de vapor superaquecido.
[0021] Os atuadores podem ser quaisquer aparelhos capazes de mover o vaso entre uma posição na qual a primeira extremidade é mais elevada que a segunda extremidade e uma posição na qual a segunda extremidade é mais elevada que a primeira extremidade. O atuador é tipicamente adaptado para mover o vaso entre uma posição na qual a primeira extremidade é mais elevada que a segunda extremidade e uma posição na qual a segunda extremidade é mais elevada que a primeira extremidade a uma taxa tal que se possa nivelar a carga de produtos residuais sólidos disposta na mesma. Exemplos podem incluir atuadores hidráulicos e atuadores de parafuso mecânicos, que podem ser instalados em partes
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 16/48
8/31 dispostas, respectivamente, em qualquer um dos lados do centro gravitacional do vaso. Os atuadores podem ser, por exemplo, atuadores de parafuso mecânicos lineares, tais como os comercialmente obteníveis sob o nome Joyce ComDrive de Joyce de Dayton, Ohio, e os comercialmente disponíveis da Duff-Norton de Charlotte, Carolina do Norte.
[0022] O aparelho pode incluir também sensores de carga independentes do(s) ou associados ao(s) atuador(es). Os sensores de carga podem ser de qualquer tipo capaz de detectar e registrar cargas da magnitude tipicamente associada a vasos de tratamento de resíduos do tipo da presente invenção.
[0023] O aparelho pode incluir opcionalmente um microprocessador ou controlador PLC associado aos sensores de carga, o microprocessador ou controlador PLC tendo instruções de programação para determinar a carga distribuída dentro do vaso, tal como na posição de cada um dos atuadores. O microprocessador ou controlador PLC pode ser adicionalmente adaptado para sinalizar os atuadores em resposta a alterações na distribuição da carga de produtos residuais contida no vaso.
[0024] O aparelho pode incluir também uma pluralidade de termopares ou termômetros dispostos ao longo do comprimento do vaso. Pode haver um microprocessador ou controlador PLC associado a eles, o microprocessador ou controlador PLC tendo instruções de programação adaptadas para calcular a quantidade de energia absorvida pela carga de produtos residuais contida no vaso ao longo do tempo.
[0025] O aparelho pode incluir também um sistema de controle para operar o vaso. O sistema
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 17/48
9/31 de controle pode compreender um produto de código de programa de computador que controla um computador, o qual compreende uma ou mais unidades centrais de processamento (CPUs) interconectadas a um sistema de memória com componentes de controle periféricos, tais como, por exemplo, um microprocessador Pentium®, comercialmente disponível da Intel Corporation, Santa Clara, Califórnia.
[0026] Mais preferivelmente, o aparelho tem sensores de carga associados ao(s) ou independentes do(s) atuador(es), os sensores de carga adaptados para determinar a massa da carga de produtos residuais contida no vaso, e um microprocessador ou controlador PLC que tem instruções de programação para determinar a absorção de energia por massa da carga de produtos residuais contida no vaso.
[0027] O aparelho inclui também pelo menos um motor ou outro elemento para girar o vaso. O(s) motor(es) pode(m) ser conectado(s) ao vaso através de elementos de acionamento/transmissão apropriados. Por exemplo, os motores podem ser conectados a luvas de acionamento que circundam o vaso, conforme mostrado nas Figuras. Tipicamente, o motor e os elementos de acionamento serão montados em uma disposição tal que se movam juntamente com o movimento do vaso propriamente dito, tal como sendo montados em uma armação móvel que suporta o vaso. Aparelho com Apenas um Atuador de Nivelamento de Pontas [0028] Outra variação adicional da presente invenção é um aparelho para processar produtos residuais sólidos, que compreende: um vaso
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 18/48
10/31 cilíndrico montado de modo rotativo, que tem uma primeira extremidade, uma segunda extremidade e uma superfície interna, pelo menos uma extremidade terminando em uma escotilha que pode ser aberta para permitir o acesso ao interior do vaso e fechada de modo a poder ser vedada, para permitir a pressurização do vaso; uma entrada de vapor para injetar vapor, disposta em pelo menos uma das extremidades; uma pluralidade de palhetas substancialmente retas, que se projetam a partir da superfície interna do vaso, e cada lâmina estendendo-se substancialmente ao longo de todo o comprimento do vaso (isto é, o volume contido que proporciona o tratamento a vapor e o movimento da carga residual), de modo a poder transportar o material residual do fundo do vaso na direção do topo do vaso e soltar o material residual de modo que caia no fundo do vaso; e pelo menos um atuador para mover o vaso entre uma posição na qual a primeira extremidade é mais elevada que a segunda extremidade a uma posição na qual a segunda extremidade é mais elevada que a primeira extremidade.
Aparelho com Elementos de Nivelamento por Agitação Apenas [0029] Mais uma variação adicional da presente invenção é um aparelho para processar produtos residuais sólidos, o aparelho compreendendo: um vaso cilíndrico montado de modo rotativo, que tem uma primeira extremidade, uma segunda extremidade e uma superfície interna, pelo menos uma extremidade terminando em uma escotilha que pode ser aberta para permitir acesso ao interior
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 19/48
11/31 do vaso e fechada, de modo a poder ser vedada, para permitir a pressurização do vaso; uma entrada de vapor para injetar vapor disposta em pelo menos uma das extremidades; e pelo menos um atuador para agitar o vaso de modo a poder nivelar a carga de produtos residuais sólidos disposta nele.
Método para Tratar Resíduo que Envolve Queda Livre através de Zona de Baixa Densidade [0030] A presente invenção adicionalmente inclui um método para processar produtos residuais sólidos em um vaso que tem um eixo geométrico longitudinal central, que compreende: carregar o vaso com uma carga de produtos residuais sólidos ao longo do fundo do vaso, o vaso tendo uma pluralidade de palhetas substancialmente retas que se estendem através da superfície interna do vaso e cada lâmina estendendo-se substancialmente ao longo de todo o comprimento do vaso; vedar o vaso; introduzir vapor no vaso; girar o vaso de modo a fazer com que a carga de produtos residuais sólidos seja movida do fundo do vaso na direção do topo do vaso e levada a cair através do vaso, de modo a se manter uma região de baixa densidade de resíduos substancialmente ao longo do comprimento do vaso; e em seguida despressurizar o vaso e descarregar os resíduos processados no mesmo.
[0031] Tipicamente, os produtos residuais sólidos são movidos do fundo do vaso até o topo do vaso e levados a cair em uma série de partes discretas através de uma região de densidade relativamente baixa do interior do vaso.
[0032] É preferível que o vaso seja girado sem a compressão substancial da carga de
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 20/48
12/31 produtos residuais sólidos ao longo de uma direção paralela ao eixo geométrico longitudinal central. É também preferível que a carga de produtos residuais sólidos seja nivelada ativamente enquanto o vaso estiver sendo girado, ou que o vaso seja agitado enquanto o vaso esteja sendo girado.
[0033] Outro aspecto preferido do presente método é que os produtos residuais sólidos são transportados para trás e para frente ao longo de uma direção paralela ao eixo geométrico longitudinal central enquanto o vaso está sendo girado. Isto pode ser feito inclinando-se o vaso por meio dos atuadores e/ou pela ação da pluralidade de palhetas quando é utilizada a configuração na qual os pares de palhetas convergem na direção das extremidades opostas.
[0034] É mais preferível que as palhetas sejam apresentadas em pares que convergem de maneira alternada na direção das extremidades opostas do vaso, de modo a se obter um movimento de justaposição adicional da massa da carga residual. Além disto, as palhetas podem ser apresentadas com uma torção em volta de seu eixo geométrico longitudinal, de modo que haja um retardo de tempo entre a descida das partes da massa da carga residual que são levantadas pela parte relativamente mais alta de cada lâmina inclinada e das partes da massa da carga residual que são levantadas pela parte relativamente mais baixa de cada lâmina inclinada, à medida que o vaso gira.
[0035] É mais preferível que o vapor seja introduzido de ambas as extremidades do vaso e mais preferível que o vapor seja um vapor
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 21/48
13/31 superaquecido introduzido em pulsos no vaso por meio de sistemas de válvula e liberação de pressão.
[0036] Em outra variação preferida do método da presente invenção, a distribuição da massa da carga de produtos residuais sólidos é medida enquanto o vaso está girando, e, opcionalmente, a energia absorvida pela carga de produtos residuais sólidos é medida enquanto o vaso está girando.
[0037] O método da presente invenção pode incluir também medir a distribuição da massa da carga de produtos residuais sólidos e medir a energia absorvida pela carga de produtos residuais sólidos enquanto o vaso está girando, e determinar o tempo necessário para tratar a carga de produtos residuais sólidos a partir da quantidade de energia absorvida pela carga de produtos residuais sólidos ao longo do tempo. Isto, por sua vez, permite que o operador pare o tratamento da carga de produtos residuais sólidos após o tempo determinado como sendo necessário para tratar a carga de produtos residuais sólidos a partir da quantidade de energia absorvida pela carga de produtos residuais sólidos ao longo do tempo. Isto pode ser feito pelo operador ou automaticamente através do controle de realimentação dos microprocessadores ou controladores PLC.
[0038] O aparelho e o método da presente invenção oferecem vantagens sobre os sistemas anteriores, que apresentavam disposições helicoidais ou de trado projetadas para mover a carga de produtos residuais sólidos de uma extremidade do vaso para a outra, ou outras disposições internas, que apresentam superfícies dispostas em sentido perpendicular ao eixo geométrico longitudinal do
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 22/48
14/31 vaso. Estas disposições resultam, frequentemente, na compressão de partes da carga de produtos residuais, impedindo o tratamento eficaz e completo dessas partes.
[0039] O aparelho e o método da presente invenção permitem, em contraste, a formação de uma zona que se estende ao longo do comprimento do vaso pelo nivelamento da carga antes do início do tratamento ou logo após o início do tratamento. As palhetas do aparelho da presente invenção apanham partes da carga de produtos residuais e as levantam sucessivamente e deixam que elas caiam através desta zona de baixa densidade, sem a compressão substancial de qualquer parte da carga de produtos residuais, tal como é efetuado pela transportação da carga ao longo do eixo geométrico longitudinal do vaso, ou pela manutenção do vaso em uma posição inclinada com relação à horizontal.
[0040] Além disso, o aparelho e o método da presente invenção permitem o monitoramento tanto da carga quanto da temperatura das zonas dentro do vaso a ser monitorado.
Breve Descrição dos Desenhos [0041] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um aparelho para processar produtos residuais sólidos de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0042] A Figura 1a é uma outra vista em perspectiva do aparelho mostrado na Figura 1.
[0043] A Figura 2 é uma vista em corte transversal do vaso para processar produtos residuais sólidos de acordo com uma modalidade da presente invenção.
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 23/48
15/31 [0044] A Figura 3 é uma outra vista em perspectiva do aparelho para processar produtos residuais sólidos de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0045] A Figura 4 é uma vista em planta de um aparelho para processar produtos residuais sólidos de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0046] A Figura 5 é uma vista em corte transversal do vaso para processar produtos residuais sólidos de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0047] A Figura 6 é uma esquemática de um sistema de processamento de resíduos com o qual a presente invenção pode ser utilizada, para processar produtos residuais sólidos de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0048] A Figura 7 é uma esquemática de um sistema de processamento de resíduos com o qual a presente invenção pode ser utilizada, para processar produtos residuais sólidos de acordo com outra modalidade da presente invenção.
[0049] A Figura 8 é uma vista longitudinal da parte cilíndrica de um vaso de tratamento e mostra uma modalidade alternativa da presente invenção na qual uma pluralidade de palhetas retas é utilizada no vaso.
[0050] A Figura 9 é uma vista em elevação da parte cilíndrica de um vaso de tratamento e mostra uma modalidade alternativa da presente invenção na qual uma pluralidade de palhetas retas é utilizada no vaso.
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 24/48
16/31 [0051] A Figura 10 é uma vista em perspectiva da parte cilíndrica de um vaso de tratamento e mostra uma modalidade alternativa da presente invenção na qual uma pluralidade de palhetas retas é utilizada no vaso.
Descrição Detalhada da Modalidade Preferida [0052] De acordo com o sumário precedente, a seguir é apresentada uma descrição detalhada da modalidade preferida, que é atualmente considerada como sendo o melhor modo da mesma.
[0053] A invenção refere-se a um processo para reciclar resíduos. Este processo consiste em esterilizar materiais de alta densidade, tais como vidro, plástico, metais e recuperar outros a partir de resíduos sólidos municipais e converter papel, papelão, restos de alimentos, etc. em uma
|
fibra utilizável |
e separá-la |
de outros |
materiais |
|
recicláveis. |
|
|
|
|
[0054] |
A Figura 1 |
mostra um |
exemplo de |
|
aparelho para |
|
|
|
|
[0055] |
processar |
produtos |
residuais |
sólidos de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0056] A Figura 1 mostra um vaso cilíndrico montado de modo rotativo 1, que tem uma primeira extremidade, uma segunda extremidade e uma superfície interna, pelo menos uma extremidade terminando em uma escotilha 2, que pode ser aberta para permitir acesso ao interior do vaso e fechada, de modo a poder ser vedada, para permitir a pressurização do vaso. É preferível que o vaso tenha uma escotilha em uma ou na outra extremidade, de modo que o vaso possa ser aberto para permitir acesso
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 25/48
17/31 ao interior do vaso e fechado, de modo a poder ser vedado, para permitir a pressurização do vaso e da carga de produtos residuais, e de modo que possa ser carregado em uma extremidade e removido na outra extremidade. Isto pode ser feito utilizando-se um carneiro que pode empurrar a carga tratada do vaso estendendo-se através do vaso.
[0057] É também mostrada na Figura 1 uma entrada de vapor 3 para injetar vapor disposta em pelo menos uma das extremidades e, de preferência, em ambas as extremidades. A entrada de vapor 3 pode ser conectada a condutos de vapor (não mostrados) de modo a se introduzir e manter a pressão do vapor no vaso.
[0058] A Figura 1 mostra também uma pluralidade de palhetas substancialmente retas 4, que se projetam a partir da superfície interna do vaso, e cada lâmina estendendo-se substancialmente ao longo de todo o comprimento do vaso, de modo a poder transportar o material residual do fundo do vaso na direção do topo do vaso e soltar o material residual para que caia no fundo do vaso.
[0059] O vaso pode ser girado com relação à parte de armação superior 5, tal como em virtude de acionamentos de luva mecânicos 6. O aparelho inclui também pelo menos um motor outro elemento para girar o vaso.
[0060] O(s) motor(es) 7 pode(m) ser conectado(s) de outra maneira ao vaso através de meios de acionamento/transmissão apropriados, tais como rodas dentadas por uma corrente ou correia.
[0061] Tipicamente, o motor e os elementos de acionamento serão montados em uma
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 26/48
18/31 disposição tal que se movam juntamente com o movimento do vaso propriamente dito, tal como sendo montados em uma armação móvel 5 que sustenta o vaso.
[0062] A parte de armação superior 5, por sua vez, é sustentada pela parte de armação inferior 8, que incluía parte de pivô de fulcro 9. São também mostrados na Figura 1 os atuadores de parafuso mecânicos 10 em um e no outro lado da parte de pivô de fulcro 9, que movem o vaso 1 entre uma posição na qual a primeira extremidade é mais elevada que a segunda extremidade e uma posição na qual a segunda extremidade é mais elevada que a primeira extremidade. Este movimento permite ao operador equilibrar a carga da carga de produtos residuais tanto antes quanto durante o tratamento a vapor. O equilíbrio da carga de produtos residuais durante o tratamento a vapor permite ao operador tornar mais uniforme a transferência de calor para a massa, tal como pela remoção dos pontos frios que podem se desenvolver na massa da carga residual. Os atuadores 10 podem ser conectados em tandem através da armação 8 por hastes de acionamento 11, que são acionadas pelos respectivos motores elétricos 12.
[0063] Os atuadores 10 podem incluir sensores de carga para determinar o estado de equilíbrio da carga de produtos residuais originalmente carregada. Caso se determine que a carga de produtos residuais está fora de equilíbrio quando do carregamento inicial, os atuadores 10 podem ser utilizados para redistribuir a carga para igualar seu equilíbrio, ou através da oscilação para frente e para trás ou através de agitação rápida, de modo a fazer com que a carga de produtos residuais
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 27/48
19/31 se desloque em posição dentro do vaso. Os sensores de carga podem fornecer sinais ou informações a um microprocessador ou controlador PLC que é apresentado com instruções de programação para ter acesso à carga em cada sensor, e para fornecer instruções de realimentação aos atuadores.
[0064] A Figura 1 mostra também um vaso cilíndrico montado de modo rotativo 1, com a primeira extremidade levantada com relação à segunda extremidade, tal como seria a posição para carregar o vaso com a ajuda de um transportador de entrada 13. Esta posição pode ser também utilizada para descarregar os produtos residuais no transportador de descarga 14 após o tratamento, ou para impelir a carga de produtos residuais na direção da segunda extremidade de modo a se nivelar a carga de produtos residuais durante o processamento. A posição do vaso 1 pode evidentemente variar ao longo da faixa de posições a partir da horizontal até qualquer ângulo entre o ângulo de inclinação máxima mostrado na Figura 1 e seu oposto correspondente.
[0065] A Figura 1a é uma outra vista em perspectiva do aparelho mostrado na Figura 1, que mostra a extremidade de descarga ou segundo extremidade mais baixa que a extremidade de entrada ou primeira extremidade.
[0066] A Figura 3 mostra, com os mesmos números de referência mostrados na Figura 1, um vaso cilíndrico montado de modo rotativo 1, conforme mostrado na Figura 1, com a primeira extremidade e a segunda extremidade aproximadamente à mesma altura, de modo que o vaso seja horizontal. Esta posição é típica daquelas nas quais o vaso deve ser
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 28/48
20/31 mantido durante o funcionamento, com ajustes relativamente pequenos sendo feitos para impelir a carga de produtos residuais na direção de uma e da outra extremidade para nivelar a carga de produtos residuais. Esta vista mostra também a segunda escotilha 2a (que tem uma entrada de vapor 3a), que é utilizada como uma escotilha de saída para a carga de produtos residuais tratada.
[0067] Inversamente, a Figura 4 mostra uma vista de planta de topo do vaso cilíndrico montado de modo rotativo 1 mostrado na Figura 1 com a segunda extremidade levantada com relação à primeira extremidade, tal como possa ser necessário para mover a carga de produtos residuais na direção da primeira extremidade de modo a se nivelar a carga de produtos residuais.
[0068] A Figura 5 é uma vista em corte transversal longitudinal do sistema de vaso para processar produtos residuais sólidos de acordo com uma modalidade da presente invenção, utilizando-se as mesmas linhas de avanço das Figuras 1 e 2 e tomada ao longo da linha 5-5 da Figura 4. A Figura 5 mostra a inclinação de uma das palhetas, tal como 16a-16d, mostradas da Figura 2 (um corte transversal ao longo da linha 2-2 da Figura 4) e mostra também que pares vizinhos de palhetas convergem alternadamente na direção das extremidades opostas do vaso. Esta vista mostra também que o vaso pode compreender adicionalmente seções frustocônicas em uma ou na outra extremidade para ajudar no carregamento e descarregamento do vaso, e para ajudar parte da carga de produtos orientada na parte do vaso dotada de palhetas para agitação. As Figuras 2 e 5 mostram
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 29/48
21/31 também que as palhetas são de preferência ligeiramente torcidas de modo que as extremidades de palhetas adjacentes que convergem sejam torcidas para longe uma da outra, enquanto as extremidades de palhetas adjacentes que divergem sejam torcidas na direção uma da outra.
[0069] As Figuras 8, 9 e 10 mostram vistas da parte cilíndrica do vaso de tratamento aqui descrito e mostram uma modalidade alternativa da presente invenção, na qual uma pluralidade de palhetas retas são utilizadas no vaso.
[0070] A Figura 8 mostra uma vista longitudinal da parte cilíndrica de um vaso de tratamento 20 no lugar do vaso 1 aqui descrito, em que uma pluralidade de palhetas retas 21 é utilizada no vaso. As palhetas 21 são montadas sobre braçadeiras de montagem individuais 22, que servem para manter as palhetas afastadas da superfície interna 23. A Figura 8 é uma vista tomada da linha 8-8 da Figura 9. As braçadeiras de montagem 22 podem ser também utilizadas para montar as palhetas torcidas, conforme aqui descrito.
[0071] A Figura 9 é uma vista em elevação da parte cilíndrica de um vaso de tratamento e mostra em linhas esquemáticas uma pluralidade de palhetas retas 21 e braçadeiras de montagem 22 que mantêm as palhetas 21 afastadas da superfície interna 23.
|
[0072] |
A Figura 10 |
é uma vista |
em |
|
perspectiva |
da |
parte cilíndrica |
de um vaso |
de |
|
tratamento |
20 e |
mostra em linhas |
esquemáticas |
uma |
|
pluralidade |
de |
palhetas retas 21 |
e braçadeiras |
de |
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 30/48
22/31 montagem 22 que mantêm as palhetas 21 afastadas da superfície interna 23.
[0073] A Figura 6 é uma esquemática de um sistema de processamento de resíduos com o qual a presente invenção pode ser utilizada, para processar produtos residuais sólidos de acordo com uma modalidade da presente invenção que permite um fluxo de vapor unidirecional através do vaso. Esta Figura mostra os diversos componentes de um sistema projetado para fornecer vapor ao vaso, e os componentes auxiliares da modalidade preferida. Esta Figura mostra também as posições das válvulas e calibradores que utilizam indícios padrão, tais como válvulas de controles, válvulas de retenção, termopares, filtros, manômetros, motores e bombas.
[0074] A Figura 7 é um esquema de um sistema de processamento de resíduos com o qual a presente invenção pode ser utilizada, para processar produtos residuais sólidos de acordo com outra modalidade da presente invenção que permite fluxo de vapor bidirecional através do vaso que pode ser apresentado em pulsos. Esta Figura mostra também as posições de válvulas e calibradores que utilizam indícios padrão, tais como válvulas de controle, válvulas de retenção, termopares, filtros, manômetros, motores e bombas. Esta esquemática apresenta um exemplo de um sistema que permite que o vapor, particularmente o vapor superaquecido, seja fornecido em pulsos ao vaso da presente invenção.
[0075] As vistas das Figuras 3 e 4 são utilizadas para fins de ilustração apenas, e deve ficar entendido que o vaso pode ser inclinado até menos graus durante o processamento de modo a se
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 31/48
23/31 fazerem menos ajustes na distribuição da carga através do nivelamento, e que tal movimento pode ser relativamente rápido ou mais lento e/ou repetitivo, dependendo da situação de carga apresentada.
[0076] A Figura 2 mostra um exemplo de uma linha 17 que representa o topo de uma carga de produtos residuais conforme apareceria uma vez nivelada dentro do vaso 1. A carga de produtos residuais deixa a zona de espaço 18 acima dela de modo que a região de vapor se estenda ao longo do comprimento do vaso através do qual partes sucessivas dos produtos residuais passarão à medida que o vaso gira. É preferível que o interior do vaso seja substancialmente livre de uma estrutura que apresenta superfícies que não são substancialmente paralelas ao eixo geométrico longitudinal central do vaso.
[0077] O funcionamento do vaso pode ser apreciado a partir do corte transversal do aparelho mostrado na Figura 3, a Figura 2 mostrando um vaso 1, uma superfície interna 15 e palhetas 16a-16d.
[0078] As palhetas podem ser retas e substancialmente paralelas ao eixo geométrico longitudinal do vaso ou, conforme mostrado na Figura 2 podem ser de preferência inclinadas de modo que pares de palhetas vizinhos (16a e 16b, por exemplo) convirjam na direção da extremidade oposta do vaso, conforme visto na Figura 2. As palhetas retas permitem que partes da carga residual sejam levantadas e caiam verticalmente à medida que o vaso gira. As palhetas inclinadas descritas acima também provocam o movimento de justaposição alternado de partes sucessivas da carga residual, à medida que o
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 32/48
24/31 vaso gira, ao permitirem que partes sucessivas da carga residual caiam em ângulo com relação à vertical, de modo que partes sucessivas são movidas suavemente de lado a lado sem compactação.
[0079] Depois que o vaso é carregado com a carga de produtos residuais, a porta através da qual a carga é carregada é fechada, o vapor é introduzido continuamente no vaso e o vaso se torna pressurizado. Um vapor fresco pode ser continuamente alimentado para dentro do vaso a partir da extremidade de carregamento e, depois que uma pressão de processamento predeterminada é atingida, pode-se deixar que o vapor escape do vaso para dentro da linha de vapor de descarga.
[0080] A temperatura e a pressão do vaso são monitoradas, e o fluxo de vapor é regulado para se manter o processo dentro de faixas de processamento predeterminadas (tipicamente em torno de 3,51 kg/cm (50 psi), a 148,8°C (300°F)). O vaso é girado a uma velocidade predeterminada (dependendo do tamanho do vaso), e após uma quantidade predeterminada de tempo (tipicamente de 20 a 45 minutos), a pressão é liberada e o resíduo processado é removido.
[0081] A temperatura da carga de produtos residuais pode ser monitorada por termômetros e termopares dispostos ao longo do comprimento do vaso. As leituras da temperatura são feitas e aplicadas para determinar a temperatura de partes da carga de produtos residuais. Os termômetros ou termopares podem fornecer sinais ou informações a um microprocessador ou controlador PLC que é abastecido de instruções de programação para
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 33/48
25/31 acessar a temperatura em cada um dos termômetros ou termopares e para fornecer instruções de realimentação aos atuadores. Estas informações podem ser utilizadas como controle de realimentação para os atuadores 9 de modo a se ajustar a carga de produtos residuais dentro do vaso, de modo a se aumentar a transferência de calor para as partes da carga que não recebem tratamento térmico eficaz, de modo a se manter uma transferência de calor eficaz total para a carga de produtos residuais como um todo.
[0082] Uma dada carga de produtos residuais pode conter diversos constituintes, tais como madeira, papel, matéria orgânica, água, etc. Cada carga de produtos residuais apresenta sua própria capacidade térmica e seu próprio perfil de transferência, embora seja necessária uma absorção de calor total da massa de modo a se obter um tratamento eficaz da carga de produtos residuais.
[0083] As informações dos termômetros ou termopares podem ser também utilizadas para determinar a absorção térmica ao longo do tempo à medida que a carga de produtos residuais é aquecida inicialmente. Isto permite ao operador (ou um microprocessador ou controlador PLC) extrapolar as necessidades de energia para essa carga de produtos residuais e, com base em uma comparação do perfil de transferência de calor, também determinar a composição de constituintes qualitativa aproximada da carga de produtos residuais, permitindo assim a determinação do tempo de tratamento necessário para tratar essa carga específica.
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 34/48
26/31 [0084] No funcionamento do vaso da presente invenção, o vaso pode ser inclinado de modo a se apresentar a escotilha 2de entrada para cima com relação à horizontal, e a se permitir a colocação de uma carga de produtos residuais no vaso com a ajuda do transportador 13. A escotilha 2 é então fechada e a carga de produtos residuais 17 (ver a Figura 2) pode ser opcionalmente nivelada pela ação de vaivém dos atuadores 10 antes da introdução de vapor, ou quando da introdução inicial do vapor.
[0085] Uma vez vedada a escotilha 2, o vapor é colocado no vaso através de entradas 3 e/ou 3a de modo a se obter um ambiente de vapor pressurizado no vaso 1. Exemplos de sistemas utilizados para produzir e injetar o vapor são mostrados nas Figuras 6 e 7.
[0086] O vaso 1 é em seguida girado e as palhetas 16a- 16d (ou as palhetas 21 nas Figuras 8-10) atuam para levantar partes da carga de produtos residuais 17 do fundo até o topo do vaso, e em seguida as soltam para que caiam através da zona do ambiente de vapor 18 de densidade relativamente baixa (isto é, o espaço não ocupado pelos produtos residuais 17), conforme visto na Figura 2. Esta zona aumenta em volume à medida que os produtos residuais 17 encolhem durante o processamento.
[0087] O vaso de conformação cilíndrica 1 tem várias palhetas de modo a funcionar um aparelho de agitação para homogeneizar o calor e fazer circular o resíduo em sentido vertical e/ou horizontal, e pelo menos uma abertura para carregar e descarregar o resíduo (isto é, as escotilhas 2 e 2a, respectivamente). As estruturas cônicas nas
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 35/48
27/31 aberturas melhoram a entrada da carga de produtos residuais e a descarga do resíduo tratado. Estas estruturas também servem para manter o resíduo na região horizontal central do resíduo tratado. O vaso pode ser inclinado por seu eixo geométrico longitudinal com relação à posição horizontal para carregamento eficaz do resíduo no vaso pela força da gravidade. Esta inclinação pode ser também utilizada durante o processamento para nivelar a carga de produtos residuais.
[0088] De acordo com a invenção, entradas de vapor são conectadas a um fornecimento de vapor saturado ou superaquecido e a um receptor de vapor. Desta maneira, o vaso é pressurizado e despressurizado de uma ou mais aberturas. Cada abertura pode ser dotada de um fecho de pressão e condutos de fluxo de vapor bidirecionais e válvulas. O aparelho pode incluir também uma bomba a vácuo de vapor opcional em cada abertura para a rápida despressurização do vaso. Válvulas de união rotativas podem ser também incluídas para permitir o fluxo de vapor para dentro e para fora do vaso à medida que o vaso está girando ou sendo inclinado. Estes aspectos são mostrados esquematicamente nas Figuras 6 e 7.
[0089] As células de carga que são presas aos ou independentes do(s) atuador(es) e conectadas à armação detectam quando o material de processamento dentro do vaso está distribuído de maneira não uniforme ao longo do eixo geométrico do vaso. A distribuição uniforme do resíduo no vaso é obtida pela rotação do vaso sobre seu eixo geométrico
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 36/48
28/31 de latitude de acordo com e pela referência aos sinais das células de carga.
[0090] À medida que o vaso gira, a temperatura é monitorada de modo a se determinar a alteração na temperatura da residuais ao longo do tempo.
sensores de temperatura pode carga de produtos
Uma pluralidade de ser utilizada para enviar realimentação ao controle de modo a se obter uma temperatura homogênea no vaso. O sistema de controle de realimentação e o controlador podem incluir PLC ou microprocessadores que aceitam dados dos sensores de temperatura e carga e fornecem controle de realimentação à rotação do vaso e aos atuadores para reposicionamento e redistribuição da carga da carga de produtos residuais conforme necessário para processamento eficaz.
[0091] É preferível que o vaso aquecido e pressurizado seja girado bidirecionalmente e a uma velocidade constante ou variável dependendo do tipo de resíduo, de modo a se obter uma transferência de calor homogênea durante o ciclo de tratamento. À medida que o resíduo encolhe devido à pressão e à temperatura, o volume da carga residual diminui. O espaço aberto, tal como o volume de espaço 18, aumenta por encolhimento no vaso e funciona como uma região quente para proporcionar tratamento térmico às partes da carga residual que são levantadas e levadas a cair através desta região de densidade relativamente baixa.
Isto proporciona a exposição mais completa e eficaz do resíduo ao ambiente de vapor.
[0092]
Estes dados sobre temperatura podem ser também utilizados para determinar a
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 37/48
29/31 absorção de energia total ao longo do tempo, o que por sua vez permite ao operador caracterizar os produtos residuais qualitativamente (como, por exemplo, em termos da composição total de matéria orgânica, papel, etc.) através de dados predeterminados sobre os constituintes dos produtos residuais e assim extrapolar a quantidade de tempo de que uma dada carga de produtos residuais necessitará para completar o processamento. Estas informações podem ser armazenadas e realimentadas para dentro do sistema de controle de modo a se determinar o momento em que o processamento pode ser interrompido automaticamente ou através de um sinal para operador.
[0093] Como resultado da condensação de vapor durante este processo, um sedimento lodoso pode se desenvolver e, para se evitar a mistura do resíduo reciclado com o lodo, um ou mais intervalos ou perfurações podem ser apresentadas nas palhetas (de preferência próximo da interface entre as palhetas 16a-16d e a superfície interna 15; ver, por exemplo, as palhetas 16b e 16b, que têm perfurações e intervalos, respectivamente) para permitir que o lodo permaneça no fundo do vaso, e o mecanismo e a câmara de agitação mantêm o lodo no fundo do vaso. Isto pode ser feito também com a utilização da disposição de montagem mostrada nas Figuras 8-10. As perfurações mostradas na Figura 2 podem ser também utilizadas nas palhetas retas mostradas nas Figuras 8-10, e a disposição de montagem mostrada nas Figuras 8-10 pode ser também utilizada com o tipo e a disposição de palhetas mostrados na Figura 2.
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 38/48
30/31 [0094] Devido ao fato de que a quantidade de lodo variaria de acordo com o tipo e a qualidade do vapor, um vapor seco, superaquecido, pode ser utilizado no lugar do vapor saturado convencional para reduzir a quantidade de lodo.
[0095] Além disso, durante a rotação do vaso, os termopares determinam se a carga de produtos residuais desenvolveu regiões relativamente frias, tal como através da composição da carga propriamente, ou através da compactação, isto é, retardando a velocidade de transferência de calor para essa região. Se for detectada uma região relativamente fria, o vaso pode ser inclinado e/ou oscilado pelos atuadores de modo a se redistribuir a massa ao longo do comprimento do vaso. Além disto, por outro lado, no caso de a carga de produtos residuais se tornar desequilibrada, os atuadores podem inclinar e/ou fazer oscilar o vaso de modo a se redistribuir a massa ao longo do comprimento do vaso. Isto pode ser feito através de controladores PLC e microprocessadores que operam em conjunto com os termopares e atuadores.
[0096] Por meio da ação dos atuadores, a carga residual pode ser mantida de maneira relativamente uniforme ao longo do comprimento do vaso durante o processamento, de modo que as palhetas possam levantar as partes da carga de produtos residuais que estão distribuídas de maneira substancialmente uniforme ao longo do comprimento do vaso, e permitir que essas partes desçam através de uma zona de densidade relativamente baixa criada e mantida ao longo do comprimento do volume de tratamento do vaso.
Petição 870180070239, de 13/08/2018, pág. 39/48
31/31 [0097] O ponto de articulação de inclinação é de preferência localizado no centro de gravidade para equilibrar o peso na posição horizontal e para inclinar o vaso a um ângulo bidirecional ajustável com relação à sua posição horizontal. Os atuadores lineares mecânicos, sistemas de corrente, atuadores hidráulicos, sistemas de pinhão e cremalheira e sistemas de tesoura, etc., são tipos de mecanismos que podem ser utilizados na obtenção do movimento de inclinação.
[0098] Este sistema, portanto, impede e retifica dinamicamente as cargas desequilibradas e quaisquer outras fontes de compactação localizada da carga de produtos residuais e permite o tratamento eficaz da carga de produtos residuais pela criação e manutenção de uma zona de baixa densidade através da qual partes individuais da carga de produtos residuais passam com maior eficácia e sem a compactação de partes da carga de produtos residuais, como ocorre em outros sistemas com vaso de tratamento com sistemas de transporte ativo ou vasos que permitem que partes da carga de produtos residuais permaneçam comprimidas ou em um estado de distribuição não uniforme.
[0099] É evidente que, embora tenham sido reveladas modalidades específicas da invenção, podem ser feitas no aparelho ou nos parâmetros do processo diversas modificações que estejam dentro do espírito e alcance da invenção. Portanto, o espírito e o alcance da presente invenção devem ser determinados com referências às reivindicações a seguir.