BRPI0617630A2 - processador de biomassa - Google Patents

Abstract

<B>PROCESSADOR DE BIOMASSA.<D> Processo (10) e aparelho (2) para extrair suco de um material fibroso. O processo (íO) compreende uma etapa de alimentação do material fibroso (13) em uma câmara receptora (30) com um fluido ali contido. O material fibroso (13) é, a seguir, combinado com o fluido na câmara receptora (30) para formar uma primeira mistura fluida. A primeira mistura fluida é, a seguir, passada através de pelo menos um dispositivo rompedor de células (40) para facilitar pelo menos a liberação parcial de suco do material fibroso para dentro da primeira mistura fluida, formando, dessa forma, uma segunda mistura fluida com um conteúdo de suco liberado relativamente maior do que a referida primeira mistura fluida com material fibroso relativamente finamente rompido ali suspenso. A segunda mistura fluida é, a seguir, coletada.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para:"PROCESSADOR DE BIOMASSA".

Referência cruzada a pedidos relacionados

O presente pedido reivindica prioridade do Pedido dePatente Provisório Australiano No. 2005905818, depositadoem 20 de outubro de 2005, o conteúdo do qual é aquiincorporado por referência.

Campo da invenção

O presente pedido se refere a um processo e aparelhopara extrair suco de material vegetal colhido.Particularmente, o presente pedido é direcionado a umprocesso e aparelho para extrair suco de safras contendoaçúcares, tais como sacarose, frutose e/ou glicose.

Antecedentes da invenção

Cana-de-açúcar é uma planta de safra monocotiledôneade crescimento alto que é cultivada nas regiões tropical esubtropical do mundo, primariamente por sua capacidade deestocar altas concentrações de sacarose, ou açúcar, nosinternodos do talo. Sorgo é um parente próximo da cana-de-açúcar e, como a cana-de-açúcar, variedades particulares dosorgo, conhecidas como "sorgos doces", também acumulamgrandes quantidades de açúcar nos seus talos. Próximo daépoca da maturidade dos grãos, sorgos doces têm de 10 a 25%de açúcar no suco do talo, com sacarose sendo odissacarídeo predominante.

A indústria de açúcar australiana produz açúcar brutoe refinado a partir da cana-de-açúcar, com aproximadamente85% de açúcar bruto produzido na Austrália exportado, arenda líquida para a Austrália das vendas de açúcar em1999/2000 sendo de aproximadamente $ 1 bilhão (SRDC 2002).

Tradicionalmente, o açúcar é inicialmente extraído dacana bruta em moinhos de cana-de-açúcar distribuídos pelaregião de crescimento. Tipicamente, a cana-de-açúcar crescepor 10 a 18 meses antes da colheita e a cana-de-açúcarmadura tem altura entre dois a quatro metros de altura e éidealmente colhida quando o conteúdo de açúcar está no seumáximo. Na Austrália e em outros países tecnicamenteavançados, a cana-de-açúcar é colhida por uma variedade decoletores mecânicos, os quais cortam os talos de cana nasua base, próximo do solo, e alimentam os talos de canaatravés de uma variedade de instrumentos de corte paraproduzir pedaços de cana os quais possam ser prontamentecoletados e transportados para os moinhos para oprocessamento adicional.

Os pedaços de cana são tipicamente coletados emreceptáculos e são puxados para os moinhos de cana-de-açúcar por uma variedade de métodos, tais como locomotivasa diesel ou semelhantes. A cana é tipicamente processada deforma que a cana colhida inicialmente é processadaprimeiramente para manter um fornecimento de cana frescopara o moinho. A cana é, então, tipicamente cortada emtiras ou pedaços em uma trituradora para cortar em pedaçosa cana em material fibroso. Sob esse aspecto, as células notalo de cana contendo o suco de cana são rompidas, porémnenhum suco é extraído nesse estágio.

A cana cortada em pedaços é, a seguir, tipicamentealimentada através de uma série de moinhos esmagadores paraextrair o suco rico em açúcar do material fibroso, e o sucoé, a seguir, removido por bombeamento para processamentoadicional. 0 resto do material fibroso é chamado de bagaço,o qual pode ser usado como uma fonte de combustível para omoinho. Foi descoberto que a eficiência da extração de sucoa partir dos métodos de estnagamento ou compressão é bemlenta e, em alguns casos, as perdas podem ser tão elevadasquanto 50%. Isso ocorre tipicamente devido ao rompimentocelular insuficiente do material fibroso e, em muitosexemplos, a completa liberação da substância vegetalsecundária, a qual é parcialmente fixada na estruturacelular do material fibroso, não é possível com taisprocessos mecânicos tradicionais.

0 suco é, então, tipicamente aquecido sob pressão napresença de cal para facilitar a precipitação de impurezas,tais como solo, etc. ali presentes, as quais são removidasem um clarificador no qual tais impurezas se decantam noseu fundo como lodo. Sob essa consideração, o suco límpidoou clarificado é tirado do topo do clarificador econcentrado até o xarope por remoção por ebulição doexcesso de água em uma estação evaporadora. O xarope é,então, passado através de múltiplos ciclos de cristalizaçãopara extrair a sacarose, depois do que o produto é levado àebulição e a sacarose se separa da fração de melaçoremanescente. 0 açúcar bruto é, a seguir, esfriado e seco eenviado em massas para refinarias de açúcar de todo o mundopara purificação adicional, resultando em um produtopurificado de alta qualidade.

Com os sistemas tradicionais de colheita eprocessamento da cana-de-açúcar nos seus váriossubprodutos, a colheita de cana-de-açúcar é tipicamentecompletamente colhida e removida do campo, resultando emuma perda de biomassa a qual pode ser compensada pelaaplicação de fertilizantes e semelhantes nos campos paramanter os níveis de produção da safra. Toda a fibra geradadurante o processo de produção é tipicamente retida nomoinho onde ela é usada como combustível para gerareletricidade para o moinho ou vendida como ração para gadoou fertilizante, por meio do que pouco benefício é ganhopelo produtor original da cana.

Além disso, conforme a cana-de-açúcar na forma depedaços é transportada por distâncias significativas para omoinho por uma variedade de métodos de transporte, oscustos de transporte e de manuseio são tipicamente altos.Conforme os pedaços contabilizam por um volumesignificativo de matéria-prima, veículos relativamentegrandes são requeridos para transportar a cana, criando umencargo adicional na infra-estrutura local e governamentalpara suportar tais veículos de transporte.

Igualmente, o procedimento de moagem gera umavariedade de subprodutos úteis, diferentes da cana-de-açúcar. Esses subprodutos incluem etanol, o qual pode serproduzido a partir de melaço fermentado e usado comocombustível, ou um produto de limpeza ou em perfumes etijolos; melaço, o produto de xarope final, o qual pode serusado como ração de raça de gado, assim como matéria-primapara a produção de álcool e dióxido de carbono/ e lama ecinzas as quais são o resíduo deixado depois da filtração,o qual pode ser usado como condicionadores de solo efertilizantes. Uma vez que o cultivador de cana não temacesso de forma direta a esses subprodutos, uma vez queeles somente se tornam disponíveis através do procedimentode moagem, é difícil para o cultivador comercializar enegociar essas mercadorias para fornecer oportunidades dediversificação adicionais.

Qualquer discussão de documentos, atos, materiais,dispositivos, artigos ou semelhantes, os quais foramincluídos na presente especificação, é somente para opropósito de fornecer um contexto para a presente invenção.Não é para ser tomada como uma admissão de que qualquer umaou todas essas matérias formam parte da base da técnicaanterior ou foram de conhecimento gral comum no camporelevante a presente invenção, uma vez que existiram antesda data de prioridade de cada reivindicação desse pedido.Resumo da invenção

De acordo com um primeiro aspecto, a presente invençãoé um processo para extrair suco a partir de um materialfibroso, o processo compreendendo:

A alimentação do referido material fibroso em umacâmara receptora como um fluido ali contido;

A combinação do referido material fibroso e doreferido fluido na referida câmara receptora para formaruma primeira mistura fluida;

A passagem de pelo menos parte da referida primeiramistura fluida através de pelo menos um dispositivorompedor de células para facilitar pelo menos a liberaçãoparcial de suco do material fibroso na referida primeiramistura fluida, formando dessa forma uma segunda misturafluida com um conteúdo de suco liberado relativamente altoem relação à referida primeira mistura fluida com materialfibroso relativamente finamente rompido ali suspenso; e

A coleta de pelo menos uma porção da referida segundamistura fluida.

Em uma modalidade desse aspecto da invenção, a etapade alimentar o material fibroso na câmara de recepçãocompreende a distribuição de material fibroso bruto nacâmara de recepção. O material fibroso bruto pode estar naforma de material vegetal coletado, tais como taloscoletados de matéria vegetal contendo açúcar, ou pode estarna forma de pedaços ou seções de tal material vegetal, osquais tenham sido passados através de um dispositivo decorte antes da alimentação na câmara de recepção. Em umaforma, o material fibroso pode ser continuamente ediretamente alimentado na câmara de recepção, uma vez queele é colhido de um campo. Em outra forma, o materialfibroso pode ser colhido do campo e alimentado na câmarareceptora em ações separadas, por exemplo, em um processoem batelada.

0 material fibroso pode ser passado através de umdispositivo de exposição de células antes de ser alimentadona câmara receptora para expor e romper pelo menosparcialmente as células contendo suco do material. Odispositivo de exposição de células pode ser um dispositivode retalhamento o qual, por sua vez, pode ser umdispositivo empregando martelos ou discos rotatórios queretalham e/ou tosquiam o material fibroso conforme ele éalimentado na câmara receptora.

Em uma modalidade, no início do processo, umaquantidade do fluido é inicialmente fornecida para a câmarareceptora para receber o material fibroso. 0 fornecimentoinicial de fluido pode ser na forma de água, tal como águadestilada e/ou purificada. O fluido também pode serfornecido durante a etapa de alimentação do materialfibroso para a câmara receptora.

Em outra modalidade, a etapa de combinação do materialfibroso e do fluido para formar a primeira mistura fluidacompreende o emprego de dispositivos de corte que seestendem para a câmara receptora. Os dispositivos de cortepodem estar na forma de cortadores de lâminas rotatórias.Os dispositivos de corte podem entrar em contato com omaterial fibroso para cortar e tosquiar o material fibrososuspenso no referido fluido, liberando dessa forma umaporção inicial de suco das células contendo suco no fluidoao redor. Sob esse aspecto, o material fibroso alimentadona referida câmara receptora é inicialmente reduzido emtamanho, de forma que a primeira mistura fluida é umamistura de material fibroso em um estado fluido.

0 estado fluido da primeira mistura fluida pode sermonitorado por um dispositivo de monitoramento paraassegurar que o estado fluido seja mantido em um níveldesejado para facilitar um nível de fluxo de fluido daprimeira mistura de fluidos. 0 dispositivo de monitoramentopode ser um sensor de fluxo de fluido fornecido na câmarareceptora, o qual detecta a taxa de fluxo do fluido. Sobesse aspecto, o estado fluido da primeira mistura fluidapode ser mantido abaixo de um nível entre 10 a 20% doconteúdo de fibras. Em uma forma, pode ser desejável mantero nível de conteúdo de fibras presente na primeira misturade fluidos abaixo de um nível de cerca de 15%.

Em uma modalidade, no evento do conteúdo de fibraspresente na primeira mistura fluida excedendo o níveldesejado, o material fibroso pode ser removido da primeiramistura fluida. Um dispositivo extrator pode ser fornecido,o qual fisicamente colete parte ou todo o material fibrosoda primeira mistura fluida e processe o material pararemover suco dali. Enquanto o dispositivo extrator podejogar fora o material fibroso remanescente, em outramodalidade, pelo menos parte do material fibroso poderetornar para a primeira mistura fluida. Sob esse aspecto,o suco removido do material fibroso extraído pode retornarpara a referida primeira mistura fluida.

Em uma modalidade, pelo menos um dispositivo rompedorde células facilita a liberação da maior parte do suco domaterial fibroso. Ainda adicionalmente, pelo menos umdispositivo rompedor de células pode facilitar a liberaçãode todo o suco do material fibroso. Em outra modalidade,pelo menos um dispositivo rompedor de células facilita pelomenos a liberação parcial de suco de pelo menos algumascélulas contendo suco no material fibroso, maispreferivelmente, da maioria de tais células, e ainda maispreferivelmente, de todas as células. Em uma modalidade,pelo menos algumas, mais preferivelmente a maioria, e maispreferivelmente substancialmente todo ou todo o materialfibroso alimentado para pelo menos um dispositivo rompedorde células pode ter um comprimento menor do que umcomprimento predeterminado. Somente como exemplo, ocomprimento predeterminado pode ser de cerca de 3 cm, maispreferivelmente de cerca de 2,5 cm, ainda maispreferivelmente de cerca de 2 cm e, ainda maispreferivelmente, de cerca de 1 cm.

Em ainda outra modalidade, a etapa de passar pelomenos parte ou toda a primeira mistura fluida através depelo menos um dispositivo rompedor de células compreende adistribuição da primeira mistura fluida em uma entrada dodispositivo rompedor de células. A primeira mistura fluidapode ser distribuída por uma bomba ou por gravidade para aentrada do dispositivo rompedor de células. Sob esseaspecto, o dispositivo rompedor de células pode ser umdispositivo rompedor de células mecânico tal como umhomogenizador de rotor-parte fixa. 0 dispositivo rompedorde células pode funcionar como uma bomba e puxar a primeiramistura fluida através da referida entrada e gerar umaturbulência no fluxo da primeira mistura fluida conformeela passe pela saída do referido dispositivo rompedor decélulas. A turbulência no fluxo da primeira mistura fluida,conforme ela passa através do dispositivo rompedor decélulas, faz com que o material fibroso presente na misturaexperimente forças de cisalhamento relativamente elevadas,fazendo com que a estrutura celular do material fibroso,dessa forma, pelo menos parcialmente ou completamente sedesintegre e libere suco dali.

Em uma modalidade, a primeira mistura fluida podepassar através do dispositivo rompedor de células somenteuma vez para formar a referida segunda mistura fluida. Sobesse aspecto, a primeira mistura fluida é fornecida para aentrada do dispositivo rompedor de células, e a segundamistura fluida é eficientemente formada na saída dodispositivo. Em outra modalidade, uma pluralidade dedispositivos rompedores de células pode ser disposta emsérie para processar a primeira mistura fluida em dois oumais estágios. Nessa disposição, alguns ou cada um dosdispositivos rompedores de células podem ter diferentescapacidades em relação aos outros dispositivos, paratolerar diferentes tamanhos de partícula do materialfibroso. Em ainda outra modalidade, a primeira misturafluida pode passar através de um único dispositivo rompedorde células várias vezes para formar a segunda misturafluida.

Em uma modalidade, a maior parte da segunda misturafluida é coletada. Em outra modalidade, toda a segundamistura fluida é coletada. Sob esse aspecto, a segunda mistura fluida pode ser coletada na saída de pelo menos umdispositivo rompedor de células. Sob esse aspecto, asegunda mistura fluida pode ser distribuída para uma câmarade retenção. Uma bomba pode ser empregada para distribuir asegunda mistura fluida na câmara de retenção. A segundamistura fluida pode, então, ser transportada para um localremoto para o processamento adicional, caso desejado. Acâmara de retenção pode estar em comunicação fluida com acâmara de recepção para permitir que a segunda misturafluida seja reintroduzida de volta na câmara receptora noevento do conteúdo de fibra presente na primeira misturafluida excedendo o nível desejado.

Ainda de acordo com outra modalidade, o processo podecompreender uma etapa adicional de separação de pelo menos parte ou todo o suco do material fibroso presente nasegunda mistura fluida. Sob esse aspecto, a segunda misturafluida separada pode ser distribuída para um dispositivo deseparação. Em uma modalidade, o dispositivo de separaçãopode ser um decantador de centrífuga o qual separe o sucodo material fibroso pela aplicação de uma força centrífugana segunda mistura de fluidos. O suco separado pode, então,ser extraído do dispositivo de separação. Em outramodalidade, o material fibroso separado da segunda misturafluida pelo referido pelo menos um dispositivo rompedor de células e/ou no dispositivo de separação adicional poderetornar para a primeira mistura fluida ou para a segundamistura fluida ou para a entrada do dispositivo deseparação.

O processo pode ser efetuado em uma unidade móvel ou não-móvel, a qual está localizada em um campo ou safra parareceber o material fibroso conforme ele é colhido da safra.Em outra forma, uma ou mais etapas do processo podem serefetuados em locais separados e/ou em locais remotos para ocampo ou safra.De acordo com um segundo aspecto, a presente invençãoé um aparelho para extrair suco de um material fibroso,compreendendo:

Um receptáculo para receber o referido materialfibroso;

Um processador para processar o referido materialfibroso recebido pelo referido receptáculo em uma primeiramistura de fluidos;

Pelo menos um dispositivo rompedor de células parareceber pelo menos parte da referida primeira misturafluida e facilitar pelo menos a liberação parcial doreferido suco a partir das células contendo suco paraformar uma segunda mistura de fluidos; e

Uma câmara de estocagem para receber e estocar pelomenos uma porção da segunda mistura fluida.

Em uma modalidade desse aspecto da invenção, oreceptáculo pode ser um tanque que pode ter uma quantidadede fluido ali contida antes de receber o material fibroso.A quantidade de fluido pode ser água, tal como águadestilada ou purificada, ou suco previamente extraído, ouuma combinação de suco previamente extraído e água, talcomo água destilada e/ou purificada. Sob esse aspecto, omaterial fibroso é recebido no referido fluido contido noreceptáculo.Em uma modalidade, o material fibroso recebido podeestar na forma de material vegetal coletado, tal como taloscoletados de material vegetal contendo açúcar. Em outramodalidade, o material fibroso pode estar na forma deseções cortadas em cubos ou em pedaços de material vegetal,as quais tenham passado através de um dispositivo de corteantes de serem recebidos no receptáculo.

0 material fibroso pode ser processado antes de serrecebido no receptáculo, por um dispositivo de exposição decélulas, para expor pelo menos parcialmente e romper ascélulas contendo suco do material. 0 dispositivo expositorde células pode ser um dispositivo de retalhamento o qual,por sua vez, pode ser um dispositivo empregando martelos oudiscos rotatórios que retalham e/ou tosquiam o materialfibroso, conforme ele é alimentado na câmara receptora.

Em outra modalidade, o processador compreende um oumais dispositivos de corte que se estendem no receptáculo.Os dispositivos de corte podem estar na forma de cortadoresde lâminas rotatórias. Os dispositivos de corte podementrar em contato com o material fibroso para cortar etosquiar o material fibroso suspenso no referido fluido,liberando dessa forma uma porção inicial de suco dascélulas contendo suco no fluido ao redor. Sob esse aspecto,o material fibroso presente no receptáculo é inicialmentereduzido em tamanho, de forma que a primeira mistura fluidaé uma mistura de material fibroso em um estado fluido.

0 estado fluido da primeira mistura fluida pode sermonitorado por um dispositivo de monitoramento paraassegurar que o estado fluido seja mantido em um níveldesejado para facilitar um nível de fluxo de fluido daprimeira mistura fluida. 0 dispositivo de monitoramentopode ser um sensor de fluxo de fluido fornecido noreceptáculo, o qual detecte a taxa de fluxo do fluido. Sobesse aspecto, o estado fluido da primeira mistura fluidapode ser mantida abaixo de um nível entre 10 e 20% doconteúdo de fibras. Em uma forma, pode ser desejável mantero nível de conteúdo de fibra presente na primeira misturade fluido abaixo de um nível de cerca de 15%.

Em uma modalidade, no evento do conteúdo de fibrapresente na primeira mistura de fluido excedendo o níveldesejado, o material fibroso pode ser removido a partir daprimeira mistura fluida. Um dispositivo extrator pode serfornecido, o qual colete fisicamente o material fibroso daprimeira mistura fluida e processe o material para removersuco dali e descarte o material fibroso remanescente. Sobesse aspecto, o suco removido a partir do material fibrosoextraído pode retornar para a referida primeira misturafluida.Εm ainda outra modalidade, pelo menos um dispositivorompedor de células facilita a liberação de uma maior partedo dispositivo a partir do material fibroso. Aindaadicionalmente, pelo menos um dispositivo rompedor decélulas pode facilitar a liberação de todo o suco domaterial fibroso. Ainda adicionalmente, pelo menos umdispositivo rompedor de células pode facilitar a liberaçãode todo o suco do material fibroso. Em outra modalidade,pelo menos um dispositivo rompedor de células facilita pelomenos a liberação parcial de suco de pelo menos algumas dascélulas contendo suco no material fibroso, maispreferivelmente, a maioria de tais células, e ainda maispreferivelmente, todas as células. Em uma modalidade desseaspecto, pelo menos algumas, mais preferivelmente amaioria, e mais preferivelmente substancialmente todo outodo o material fibroso alimentado a pelo menos umdispositivo rompedor de células pode ter um comprimentomenor do que um comprimento predeterminado. Por exemplo, ocomprimento predeterminado pode ser de cerca de cerca de 3cm, mais preferivelmente de cerca de 2,5 cm, ainda maispreferivelmente de cerca de 2 cm e, ainda maispreferivelmente, de cerca de 1 cm.

Em ainda outra modalidade, pelo menos parte ou toda aprimeira mistura fluida é recebida em uma entrada dodispositivo rompedor de células. A primeira mistura fluidapode ser distribuída por uma bomba ou por gravidade para aentrada do dispositivo rompedor de células. Sob esseaspecto, o dispositivo rompedor de células pode ser umdispositivo rompedor de células mecânico tal como umhomogeneizador rotor-parte fixa. 0 dispositivo rompedor decélulas pode funcionar como uma bomba e puxar a primeiramistura fluida através da referida entrada e gerar umaturbulência no fluxo da primeira mistura fluida conformeele passa pela saída do referido dispositivo rompedor decélulas. A turbulência no fluxo da primeira mistura fluida,conforme ela passa através do dispositivo rompedor decélulas, faz com que o material fibroso presente na misturaexperimente forças de cisalhamento relativamente elevadas,fazendo com que dessa forma a estrutura celular do materialfibroso se desintegre pelo menos parcialmente oucompletamente e libere suco dali.

Em uma outra modalidade, a primeira mistura fluidapode ser recebida pelo dispositivo rompedor de célulassomente uma vez para formar a referida segunda mistura defluidos. Sob esse aspecto, a primeira mistura de fluidos éfornecida para a entrada do dispositivo rompedor decélulas, e a segunda mistura fluida é eficientementeformada na saída do dispositivo. Em outra modalidade, umapluralidade de dispositivos rompedores de células pode serdisposta em série para processar a primeira mistura fluidaem dois ou mais estágios. Nessa disposição, alguns ou todosos dispositivos rompedores de células podem ter diferentescapacidades em relação aos outros dispositivos, paratolerar diferentes tamanhos de partícula do materialfibroso. Em ainda outra modalidade, a primeira misturafluida pode passar através dê um único dispositivo rompedorde células uma pluralidade de vezes para formar a segundamistura fluida.

Em ainda outra modalidade, a câmara de estocagemrecebe e armazena a maioria da segunda mistura de fluidos.Em outra modalidade, toda a segunda mistura de fluidos érecebida e coletada na câmara de estocagem. Sob esseaspecto, a segunda mistura fluida pode ser coletada nasaída de pelo menos um dispositivo rompedor de células. Umabomba pode ser empregada para distribuir a segunda misturade fluidos na câmara de estocagem. A segunda mistura fluidapode, então, ser transportada para um sítio remoto para oprocessamento adicional, caso desejado. A câmara deestocagem pode estar em comunicação fluida com oreceptáculo para permitir que a segunda mistura fluida sejareintroduzida de volta para o receptáculo no evento doconteúdo de fibra presente na primeira mistura fluidaexcedendo o nível desejado.

O aparelho pode ainda compreender um dispositivoseparador para separar o suco do material fibroso presentena segunda mistura de fluidos. Sob esse aspecto, a segundamistura de fluidos pode ser distribuída para um dispositivoseparador a partir da câmara de estocagem. Em umamodalidade, o dispositivo separador pode ser um decantadorde centrífuga o qual separa o suco do material fibrososólido pela aplicação de uma força centrífuga para asegunda mistura fluida. 0 suco separado pode, então, serextraído do dispositivo separador. Em outra modalidade, omaterial fibroso separado da segunda mistura fluida porpelo menos um dispositivo rompedor de células e/ou pelodispositivo separador pode retornar para a primeira misturafluida ou para a segunda mistura fluida ou para a entradado dispositivo separador.

Ainda em outra modalidade, o aparelho pode formarparte de uma unidade móvel, a qual é posicionada no campoou colheita para receber o material fibroso conforme ele écoletado. Em outra forma, o aparelho pode estar localizadolonge da colheita ou campo de forma que o material fibrosocoletado na safra ou campo seja distribuído para o aparelhopara extração de suco.

Através dessa especificação, a palavra "compreende",ou variações tais como "compreende" ou "compreendendo"serão entendidas por implicar a inclusão de um elemento,inteiro ou etapa estabelecida, ou grupo de elementosinteiros ou etapas, porém não a exclusão de qualquer outroelemento, inteiro ou etapa, ou grupo de elementos inteireosou etapas.

Breve descrição dos desenhos

Somente a título de exemplo, a invenção é agoradescrita com referência aos desenhos associados:

A Figura 1 é um diagrama de fluxo demonstrando umprocesso de extração de suco de acordo com uma modalidadeda presente invenção;

A Figura 2 é uma demonstração de uma unidade deprocessamento de biomassa de acordo com uma modalidade dapresente invenção;

A Figura 3 é uma vista seccional cruzada parcial daunidade de processamento de biomassa da Figura 2;

A Figura 4 demonstra uma vista isolada do sistema deextração de suco da unidade de processamento de biomassa daFigura 2;

A Figura 5 demonstra uma vista plana simplificada dosistema de extração de suco da Figura 4 com algunscomponentes removidos para limpidez;

A Figura 6 é uma vista aumentada do sistema deextração de suco da Figura 5 mostrando a maneira na qual osrompedores de células do primeiro e do segundo estágio secomunicam com a unidade extratora; e

A Figura 7 ê uma vista em perspectiva da configuraçãodos rompedores de células do primeiro e do segundo estágiosmostrando a maneira na qual os rompedores de células secomunicam com os trilhos de fluido comuns.

Descrição detalhada de uma modalidade exemplar da invençãoEnquanto a presente, invenção será descrita em relaçãoao processamento da cana-de-açücar em suco contendo açúcar,será percebido que a presente invenção poderia ser aplicadaem relação a todas as safras contendo açúcares, tais comosacarose, frutose e/ou sacafose.

Uma modalidade do processo geral 10 para extrair sucocontendo açúcar da cana-de-açúcar é mostrada na Figura 1. 0processo será descrito em relação a uma unidade deprocessamento de biomassa 2, tal como aquela mostrada naFigura 2, entretanto será percebido que o processo, ou asvárias etapas no processo poderiam ser efetuadosremotamente a partir da unidade de processamento 2 conformeo surgimento da necessidade.

Conforme mostrado na Figura 1, antes de sofrer oestágio de retalhamento 20, a fibra bruta é cortada emseções, conhecidas como pedaços 12, os quais têmtipicamente de 20 a 30 cm de comprimento. Existe umavariedade de dispositivos de colheita para efetuar essafunção, e a maioria dos dispositivos geralmente compreendemum veículo o qual viaja ao longo das fileiras da safra etêm uma antena se estendendo para frente carregando um pré-cortador da parte superior rotatório direcionado, o qualpode ser verticalmente ajustado para dividir os topos daplanta conforme o veículo de colheita avança. Um cortadorde base ê tipicamente fornecido para cortar a planta em oupróximo do nível do chão e as hastes são empurradas parafrente, para longe do dispositivo de colheita, de forma queelas possam cada uma ser conduzidas primeiro para aextremidade mais grossa, através do coletor por uma fileirade cilindros de alimentação os quais continuamentealimentam os talos para um cortador cortante rotatório, oqual os corta em pedaços.

A presente invenção também pode ser capaz de receber afibra bruta por alimentação constante e, como tal, podereceber os talos sem requerer necessariamente que os talosestejam cortados em pedaços 12. Sob esse aspecto, os talosde cana são quebrados pelo retalhador ou por uma disposiçãode cabeças alimentadoras para o processamento adicional.

O estágio de retalhamento 20 corta os pedaços 12 emmaterial fibroso 13 de forma que o suco contendo células nomaterial fibroso 13 seja pelo menos parcialmente exposto erompido sem qualquer quantidade significativa de suco sendoextraída. Existe uma variedade de dispositivos para efetuaro estágio de retalhamento, tais como dispositivos demartelos rotatórios ou de discos rotatórios os quaistosquiem os pedaços 12 em fibras, rompendo por meio dissoas células contendo suco. Conforme mencionado acima, omaterial vegetal pode também estar apresentado na forma detalos não em forma de pedaços, ou uma cabeça alimentadoraou um dispositivo de corte similar poderia ser empregadocomo o dispositivo de colheita inicial resultando nos talossendo inicialmente quebrados no material fibroso 13,reduzindo ou eliminando a necessidade de usar um retalhadorou processo semelhante para quebrar adicionalmente o talointeiro em tamanhos adequados para o tanque de retenção 30.Um dispositivo particular para efetuar essa função serádescrito em relação à unidade de processamento 2 abaixo.

Após o estágio de corte 20, o material fibrosoresultante 13 é capturado em um tanque de retenção 30,criando por meio disso uma coleção intermediária dematerial fibroso 13 para extrair suco dali. O tanque deretenção 30 pode estar, conforme é revelado, situadodiretamente abaixo do dispositivo de corte 20, de forma quesomente material vegetal pré-cortado seja recebido notanque de retenção 30, o qual tenha uma capacidaderelativamente grande adequada para receber um fornecimentocontínuo de material fibroso 13.

Uma pluralidade de cortadores 35 é fornecida no tanquede retenção 3 0 para reduzir adicionalmente o materialfibroso 13 e para começar a extração de suco dali. Oscortadores 35 estão tipicamente na forma de cortadores delâminas rotatórias, tais como máquinas processadoras dealimentos industriais, os quais se estendem para o tanquede retenção 30 para entrarem em contato com o materialfibroso contido ali. As lâminas nos cortadores 35 cortam etosquiam a fibra, e preferivelmente agitam a misturainteira de forma a permitir a liberação do suco das célulasrompidas contendo suco, para criar uma misturarelativamente mais fluida de material fibroso 13 e de suco.Tão bem quanto cortar e tosquiar o material fibroso 13 emuma mistura relativamente mais fina de material fibroso 13e suco, os cortadores 3 5 também asseguram que a massa defluido presente no tanque de retenção 30 mantenha-se emmovimento, assegurando dessa forma que o material fibrosomais grosso 13 esteja entrando em contato contínuo com aslâminas dos cortadores 3 5 para expor e romper as célulascontendo suco.

Para assegurar que o sistema retém certo grau defluidez, é desejável que o conteúdo de fibras no tanque deretenção 30 seja mantido em, ou abaixo de, um nível máximodesejado. Baseando-se no conhecimento e no entendimento dasfibras existentes contendo açúcar, é antecipado que oconteúdo de fibra máximo desejado pode variar entre 5 e 20%dependendo do tipo de fibra sendo processada. Parapropósitos ilustrativos, o presente processo será descritocomo tendo um conteúdo de fibra máximo de cerca de 15%.Conseqüentemente, no início do processo, o tanque deretenção 30 pode ser abastecido com água purificada paraassegurar que a distribuição inicial de material fibrosoocorra em um ambiente fluido, isso serve para maximizar aeficiência do processo e o papel dos cortadores 35.

Se, durante o processo, o conteúdo de fibra presenteno tanque de retenção 30 se tornar tão alto e exceder onível máximo desejado (por exemplo, um nível de cerca de15%) , o excesso de fibra 13 pode ser removido do tanque deretenção 30 através de um extrator 70. O extrator 70 podeser um extrator do tipo hélice ou uma placa de extraçãoperfurada em comunicação com o tanque de retenção 30. Oponto de entrada no extrator 70 está em um ponto acima dabase do tanque de retenção 30 de forma que qualquer fibraserá tomada a partir da massa fluida presente no tanque deretenção 30 e extraída para fora do tanque 30.Pela iniciação do extrator 70, a fibra 13 édistribuída para um dispositivo extrator 75, tal como poruma prensa de cinturão, martelo, cilindro, prensa deparafuso, separador de centrífuga ou qualquer outrodispositivo extrator de suco mecânico o qual extraiaqualquer suco 14 presente na fibra 13. O suco 14 pode, aseguir, ser distribuído de volta para o tanque 30. A fibra15 permanecendo depois do suco extraído pelo dispositivo deextração 75, pode ser removida do processo e estocada parao processamento adicional, retornada para o campo como umabiomassa, retornada para o tanque 30 caso requerido e/oumesmo distribuída para um ou ambos os rompedores de células40, 50 e/ou o dispositivo de separação 60 (todos descritosem maiores detalhes abaixo).

A massa líquida 16, presente no tanque de retenção 30,pode ser puxada do tanque 30, quando apropriado, sejacontinuamente ou em batelada, e distribuída para umrompedor de células de primeiro estágio 40. O rompedor decélulas 40 pode tomar uma variedade de formas contanto queele aja em quaisquer fibras presentes na massa líquida 16para quebrar a sua estrutura celular liberar o suco dali. Orompedor de células do primeiro estágio 40 pode tomar umavariedade de formas, tais como um homogeneizador rotor-parte fixa, um homogeneizador de moinho de contas, umhomogeneizador de lâminas, um dispositivo de fraturas porcongelamento, um moedor, um pilão e um homogeneizador detubos, um desintegrador ultra-sônico ou um dispositivosimilar a qualquer um desses que pode alvejar as célulasespecíficas da fibra para liberar o suco dali. Serápercebido que é provável que a massa líquida 16 recebidapelo rompedor de células do primeiro estágio 4 0 contenhauma quantidade relativamente significativa de fibra com ascélulas contendo suco pelo menos parcialmente expostas erompidas devido à ação do retalhador 20 e dos cortadores 35agindo na fibra sendo estocada no tanque de retenção 30.

A massa líquida 16 é tipicamente puxada de um localapropriado acima da base do tanque 30 e alimentadadiretamente no rompedor de células do primeiro estágio 40.Uma bomba ou arranjo de alimentação por gravidade pode serempregada para puxar a massa liquida 16 para o rompedor 40e, em alguns exemplos, o rompedor 40 pode estar em contatodiretamente no tanque de retenção 30 para receber a massalíquida 16. O rompedor de células 40 é adaptado para geraruma turbulência no fluxo da massa líquida 16, passando porisso, faz com que as partículas de fibras sólidas quebremmais e liberem suco conforme elas sobreponham e sedesintegrem devido às forças de cisalhamento geradas entreas partículas finas e o corpo do rompedor 40. Sob esseaspecto, o rompedor de células do primeiro estágio 40processa a massa líquida 16 em um fluido mais homogêneo 17com um conteúdo de suco liberado maior e com partículas defibra mais finamente cortadas.

Nessa modalidade revelada, e se as condições deoperação requererem, substancialmente todo ou todo omaterial fibroso alimentado para o dispositivo rompedor decélulas 40 pode ter um comprimento menor do que umcomprimento predeterminado. Será percebido que essanecessidade não é necessariamente o caso.

Se o conteúdo de fibras presente no rompedor decélulas do primeiro estágio 40 ficar muito grande, tendopor meio disso o potencial de prevenir o fluxo de fluidoadicional, pelo menos uma porção da fibra em excesso 13pode ser puxada do rompedor 40 para o extrator 70, onde elapode, então, ser removida do sistema da forma conformediscutida acima.

0 fluido mais relativamente homogêneo 17 pode serfornecido para um trilho comum o qual esteja em comunicaçãofluida com um rompedor de células do segundo estágio 50. 0rompedor de células do primeiro estágio 40 pode fornecer ofluido 17 sob pressão para o trilho comum ou uma bomba podeser empregada para fornecer o fluido 17. 0 rompedor decélulas de segundo estágio 50 também pode ser umhomogeneizador de rotor-parte fixa que age de um modosimilar ao homogeneizador de rotor-parte fixa do primeiroestágio discutido acima, entretanto, o rompedor de célulasdo segundo estágio tipicamente tem uma tolerânciarelativamente mais baixa para lidar com fibras mais grossasdo que é o caso com o rompedor de células do primeiroestágio 40. Conseqüentemente, conforme o fluido homogêneo17, o qual flui do rompedor de células do primeiro estágio40 contém partículas de fibra mais finamente cortadas, orompedor de células do segundo estágio é capaz de processaradicionalmente essas partículas para extrair suco delas epara gerar um fluido 18 com um conteúdo de suco liberadorelativamente superior e com tamanho de partícula de fibraconsideravelmente menor do que aquele presente no fluidofornecido 17.

Conforme mostrado na Figura 1, no evento em que oconteúdo de fibra presente no rompedor de células dosegundo estágio 50 se torna tal para prevenir a operaçãoprópria do rompedor de células 50, o excesso de fibra 13pode ser puxado, por uma bomba ou semelhante, do rompedorde células 5 0 para o extrator 70 para a descarga do sistemaou distribuição para outros estágios no dispositivo,incluindo o tanque de retenção 3 0 e/ou a entrada de um oumais dos rompedores celulares 40, 50 e/ou o dispositivo deseparação 60.

Enquanto o tratamento e a quebra da massa líquida 16presente no tanque 30 tenha sido descrita como um processoem dois estágios, será considerado que esse processopoderia ser efetuado em uma única etapa, conforme mostradopela linha tracejada abarcando os dois blocos 40 e 50,dependendo dos requerimentos do sistema. Sob qualquerconsideração, o fluido poderia ser continuamenterecirculado de volta para o sistema para aumentar oconteúdo de fluido da massa líquida em outro local noaparelho para assegurar que o fluido passando pelo sistematenha fluidez suficiente para permitir que altas forças decisalhamento sejam geradas no fluido para quebrar aspartículas de fibra e liberar o suco da fibra.

O fluido 18, o qual é gerado no final do processo dehomogeneização fornecido pelos rompedores de células 40, 50é geralmente muito elevado em conteúdo de suco liberado etem partículas de fibra relativamente muito finas contidasali e, como tal, é relativamente facilmente transportávelatravés de canos ou semelhantes. Sob esse aspecto, o fluido18 poderia ser prontamente retirado a partir do processo 10e transportado para um segundo local para o processamentoadicional, para remover parte ou todas as partículas defibra relativamente finas ali presentes.Para remover as partículas de fibras relativamentefinas e para isolar o suco das partículas de fibra, ofluido 18 pode ser ainda apresentado para um dispositivo deseparação 60. O dispositivo de separação 60 pode ser umdecantador, tal como um decantador de centrífuga, com umahélice rotatória central posicionada ali para separar aspartículas de fibra sólidas do suco através da forçacentrífuga. A operação específica do decantador serádescrita em maiores detalhes abaixo em relação ao mecanismode processamento presente. Sob qualquer consideração, oproduto de suco 19 pode ser prontamente extraído dodecantador e coletado para distribuição, conformenecessário. Semelhantemente, parte ou todo o suco 19 podeser reintroduzido de volta para o tanque 30 para assegurarque o conteúdo de fluido no sistema seja retido em um níveldesejável para facilitar o processo. Sob esse aspecto, podeser necessário fornecer continuamente o suco processado,e/ou água, de volta para o processo onde necessário.

Será percebido que o processo extrai, conformedescrito acima, o suco da fibra sem requerernecessariamente a compressão ou o revolvimento, o qual é ummétodo ineficiente de romper as células contendo suco dafibra. De preferência, o presente processo se baseia nacriação de uma massa fluida de fibra e suco que possa sercontinuamente processada pela aplicação de várias forças decisalhamento para o fluido a fim de causar o rompimentocelular nas partículas de fibra para reduzir a fibra eliberar o suco dali. Tal processo pode ser efetuado nocampo, reduzindo dessa forma a necessidade de transportarpedaços de material vegetal para um moinho em uma série decaminhões ou locomotivas, uma vez que um avião-tanque ounavio-tanque pode ser prontamente usado, o qual pode serpreenchido com o suco 19, o qual é fluido e tem um volumemuito menor do que os pedaços. 0 transporte do suco 19 aoredor e/ou a partir do campo para um moinho ou planta deprocessamento pode ser efetuado por um oleoduto, se assimdesejado.

Uma unidade processadora de biomassa 2 para efetuar oprocesso conforme descrito acima será agora descrito emrelação às Figuras 2 até 7. Será percebido que enquanto aunidade 2 será descrita incorporando equipamento paraempreender cada uma das etapas do processo 10 conformediscutido acima, a unidade 2 poderia ser configurada parasomente efetuar uma ou mais das etapas, com outra dasetapas sendo efetuada em um ou mais outros locais.

A unidade representada 2 é, de algumas formas,geralmente na forma de um coletor de safras tradicional, oqual é empregado no campo para colher os talos individuaisde uma safra contendo açúcar, tal como cana-de-açúcar.Conforme é mostrado, a unidade 2 emprega um pré-cortador daparte superior rotatório impulsionado 3 para dividir ostopos da cana conforme a unidade 2 avança, assim como umcortador de base 4 e um arranjo de afastador 5 para cortara cana e afastá-la para dentro da unidade 2 para oprocessamento adicional. Será percebido que enquanto apresente invenção tem sido descrita em relação a talos decana com a parte superior pré-cortada, ela pode serigualmente empregada de um modo que ela colha talos com aparte superior não-cortada de cana ou de sorgo doce.

Conforme mostrado de maneira mais clara na vistaseccional cruzada da unidade 2 na Figura 3, um sistematransportador 7 é fornecido para transportar os talos decana para o retalhador 20. Um cortador rotatório 6 éfornecido para seccionar o talo de cana em pedaços antes dacana entrar no retalhador 20. Um extrator de ventoinha ousoprador 8 é fornecido próximo ao retalhador 20 pararemover pelo menos parcialmente o palhiço, a poeira eoutras matérias particuladas antes de entrar no retalhador20 durante sua operação, e para distribuir tal material devolta para o campo.

A Figura 4 mostra em maiores detalhes o sistema deextração de suco da presente invenção. O retalhadordemonstrado 20 está na forma de uma série de discosrotatórios 22 montados em duas hastes centrais 23, as quaissão giradas em direções opostas. Sob esse aspecto, cada umdos discos 22 é fornecido com porções comutadoras, as quaispermitem que os discos agarrem os pedaços e cortem as suasfibras em porções menores, as quais sejam capazes de passaratravés do retalhador 20 no tanque de retenção 30.

Será percebido que o modo no qual a fibra bruta écolhida e fornecida para o tanque de retenção 3 0 não éessencial para o funcionamento da presente invenção.Semelhantemente, o propósito do retalhador 20 meramenteassegura que a fibra ê apresentada para o tanque deretenção 3 0 em tamanho e forma gerenciáveis, de forma queas células contendo suco sejam rompidas e expostas parafacilitar o processo de extração de suco da presenteinvenção. Sob esse aspecto, uma variedade de instrumentosde colheita poderiam ser empregados, tais como um coletorde forragem ou semelhante, para apresentar a fibra brutapara o tanque de retenção 30.

Conforme mostrado, o tanque de retenção 30 élocalizado diretamente abaixo do retalhador 20 para coletaro material de fibra retalhado dos pedaços de cana conformeeles passam através do retalhador 20. Uma pluralidade decortadores 3 5 é mostrada se estendendo para dentro dotanque 30 e compreendem uma unidade de direcionamento 36,uma haste de direcionamento 37 e uma série de lâminas 38dispostas na extremidade da haste de direcionamento 37. Oscortadores 3 5 são dispostos de forma que as lâminas 3 8 seestendam para dentro do material fibroso presente no tanque30 para assegurar que o material fibroso presente no tanqueseja cortado e processado em uma mistura relativamente maisfina de material fibroso e suco. Isso é alcançado pelaslâminas 3 8 que agem contra o material fibroso para cortar omaterial e expor continuamente e apresentar as célulascontendo suco para extrair o conteúdo de suco dali. Oscortadores 3 5 também efetuam uma função de agitação,assegurando que a massa de fluido presente no tanque 3 0esteja em um estado contínuo de locomoção e fluidez deforma a causar o fluxo de fluido de rompimento/desintegração celular.

Será percebido que a massa de fluido presente notanque de retenção 3 0 será mantida em um estadosubstancialmente fluido, com a quantidade máxima deconteúdo de fibra sendo consistente com os objetivos dofluxo de processamento, por exemplo, em cerca de 15%. Sobesse aspecto, no inicio do processo, pode ser necessáriofornecer água purificada para o tanque de retenção 30 deforma que a distribuição inicial do material fibroso serárecebida em um banho de fluido capacitando o processamentodo material fibroso para iniciar na coletânea do materialfibroso. Semelhantemente, pelo monitoramento contínuo, oestado de fluido do tanque de retenção 30, pode serconsiderado necessário recircular o suco extraído ouintroduzir água de volta no tanque de retenção emintervalos regulares para manter o estado desejado defluidez. O estado fluido da massa fluida presente no tanquede retenção 3 0 pode ser monitorado visualmente, porexemplo, por um operador, para avaliar se o fluxo de fluidoé suficiente para ser transportado ao redor da unidade 2. Étambém considerado que um sensor de taxa de fluxo ousemelhante pode ser fornecido no tanque de retenção 30, ouem tubos conduzindo do tanque de retenção 30, paradeterminar e medir o estado fluido da massa fluida.

Sob esse aspecto, o evento de uma quantidade excessivade conteúdo de fibra, um extrator de hélices 70 pode serfornecido, o qual se estende angularmente ao longo daparede do tanque 30. O extrator de hélice é mais claramentemostrado na Figura 5 e compreende um sólido, ou câmaracilíndrica perfurada 71, a qual está em comunicação fluidacom o tanque 3 0 na sua extremidade mais baixa 72 e com umaprensa de cinturão 75 na sua extremidade superior 73. Umalimentador de hélice 74 é fornecido no buraco central dacâmara 71 e é operável por um motor 76 para girar a hélice74 em uma direção rotacional desejada.

O extrator de hélice 70 pode ser operado paraassegurar que a fluidez do sistema esteja mantida dentro delimites de curso pela remoção de fibra do sistema quando oconteúdo de fibra presente na massa fluida do tanque 30excede um nível específico, por exemplo, de 15% da massafluida. Para remover a fibra do sistema, a fibra édistribuída para o furo da câmara 71, por meio da qual ahélice 74 é iniciada para puxar a fibra para cima e paralonge do tanque 30 ao longo da câmara 71.

Na extremidade superior 73 da câmara 71, a fibra édistribuída para a prensa de cinturão 75. A prensa decinturão 75 compreende um par de cilindros impulsionadospor um cinturão 77 dispostos em contato um com o outro, osquais transportam e comprimem a fibra para remover qualquersuco dali. Qualquer suo extraído é, na modalidade descrita,retornado para o tanque 30 através da câmara 71, a qualestá em comunicação com o tanque 30 na sua extremidadeinferior 72 para contribuir adicionalmente com a massa defluido ali retida. Depois de a fibra ter passado através daprensa de cinturão 75, ela continua a passar da unidade 2sob a ação dos cilindros 77 na forma de fibra de cana/sorgodoce bruta altamente rompida/desintegrada 15. Essa fibra 15retorna para o campo, onde ela auxilia no retorno dosnutrientes de volta para o solo para outras plantações, oupode ser coletada e usada em outros processosambientalmente benéficos, por exemplo, na produção deetanol. Enquanto não demonstrado, a unidade deprocessamento 2 poderia ser construída para retornar afibra 15 para o tanque de retenção 30 e/ou mesmo distribuí-la para as entradas de um ou ambos os rompedores celulares40, 50 e/ou para o dispositivo de separação 60.

Será percebido que o extrator 70 somente é requeridopara remover o excesso do conteúdo de fibras do sistema e,como tal, se o conteúdo e fibras for retido dentro deníveis aceitáveis, não haverá necessidade de iniciarnecessariamente o extrator 70.

Conforme é mostrado mais claramente na Figura 6, amassa líquida (mistura de fibras e suco) presente no tanquede retenção 30 é puxada do tanque para dentro do rompedorde células do primeiro estágio 40 pela tubulação 42. Atubulação 42 se estende para dentro do taque 30 em um localapropriado acima do fundo do taque e é relativamente curtopara habilitar a massa fluida, a qual é de um conteúdo defibras e de tamanho de partículas de fibra relativamentealto para fluir para o rompedor de células 40.

O rompedor de células do primeiro estágio 40 está naforma de um dispositivo homogeneizador com uma caixacilíndrica 43 a qual abriga um disco elíptico montadodiagonalmente para uma haste rotatória, o que faz com que amassa fluida sofra um fluxo diagonal nas direções axial eradial. Essa via de fluxo, e os movimentos de sobreposiçãoda massa fluida na caixa 43 criam forças de cisalhamentoentre as fibras e a caixa 43, agindo dessa forma paraquebrar o tamanho de partícula das fibras e, por sua vez,liberar o suco das células contendo suco da fibra. 0 fluidoresultante é, a seguir, alimentado para um trilho de fluidocomum 48 através de uma tubulação 46.

0 rompedor de células do primeiro estágio 4 0 pode serum GORATOR®, o qual é fornecido e vendido pelahoelschertechnic-gorator GmbH & Co. KG.

No evento de que o conteúdo de fibra no rompedor decélulas do primeiro estágio 40 é muito grande, dessa formarestringindo o fluxo de fluido desejado, o excesso de fibrapode ser removido da caixa 43 e transportado para oextrator de hélices 70 para a remoção ou mesmo o retornopara um estágio na unidade de processamento 2 no modoconforme discutido acima.

Sob esse aspecto, o fluido presente no trilho 48 temum conteúdo de suco relativamente consideravelmentesuperior do que aquele da massa fluida recebida pelorompedor de células 40 e contém partículas de fibra muitomais finas. Esse fluido pode, então, ser adicionalmenteprocessado por um rompedor de células do segundo estágiopara quebrar adicionalmente as partículas de fibra eextrair o suco remanescente das partículas de fibra.Conforme é mostrado na Figura 7, a unidade 2 pode empregardois rompedores de células do primeiro estágio 40 e doisrompedores de células do segundo estágio 50 para assegurarque a demanda seja atendida pelo processador.

Em tal arranjo conforme é mostrado na Figura 7, osrompedores de células do segundo estágio 50 recebem ofluido pré-processado do trilho 48 através de uma bomba oupodem ser alimentados diretamente a partir dos rompedoresde células do primeiro estágio. Sob esse aspecto, osrompedores de células do segundo estágio 50 são capazes dequebrar adicionalmente as partículas de fibra no fluidopara extrair o suco remanescente presente nas célulascontendo suco. Os rompedores de células de segundo estágiosão tipicamente homogeneizadores de rotor-parte fixadinâmicos compreendendo anéis de ferramentas concêntricosque são radialmente fendidos ou furados e operados emvelocidades tipicamente na ordem de 50 m/s, entretanto,diferentes velocidades podem ser usadas dependendo dosrequerimentos do processo. Sob esse aspecto, o fluidopassando através disso é submetido a forças de cisalhamentohidrodinâmicas de múltiplos estágios, a forças de oscilaçãode alta freqüência, a misturas de microvolumes intensivas ea aumentos na pressão os quais asseguram a quebra adicionalda fibra presente no fluido e a subseqüente liberação dosuco remanescente.

O(s) rompedor(es) de células do segundo estágio 50pode ser um homogeneizador o qual é vendido e fornecidopela Buckau-Wolf Technologie GmbH sob o nome SUPRATON®.

Enquanto a presente invenção foi descrita em relação aum processo de rompimento de células em dois estágioscompreendendo um rompedor de células de primeiro e, aseguir, de segundo estágio, pode ser possível que uma únicaetapa possa ser aplicável, particularmente se o tamanho departículas da fibra no tanque de retenção 3 0 for de umtamanho que permita uma etapa de rompimento celular de umúnico estágio.

Enquanto o fluido do rompedor de células do segundoestágio pode ser de qualidade suficiente para coletar eenviar para o refinamento adicional e o processamento forado local, na modalidade demonstrada e para separar aspartículas de fibra do suco, o fluido do rompedor decélulas do segundo estágio 50 é apresentado para umdispositivo separador 60 na forma de um decantador 60.Conforme mostrado mais claramente nas Figuras 5 e 6, odecantador 6 0 está na forma de um decantador de centrífugasconsistindo de uma câmara de tigela 62 e de umtransportador de hélice central 64.

O fluido é alimentado no decantador 60 na extremidade61 da tigela 62, a qual gira, gerando dessa forma uma forçacentrífuga no fluido, fazendo com que as partículas defibra no suco sejam separadas do suco e sejam puxadas paraas extremidades da tigela 62. O suco é, a seguir, removidona outra extremidade da tigela através de um tubocentralmente localizado 66 e removido da unidade 2 paraestocagem ou para a recirculação de volta para o tanque deestocagem 30. O transportador de hélice central 64 age pararemover o acúmulo das partículas de fibra da tigela, dessaforma comprimindo-a e separando fibra e suco, transportandoa fibra da extremidade 61 de volta para o campo enquanto aunidade móvel 2 está em operação.

Conforme mostrado mais claramente na Figura 2, umesguicho 11 é fornecido no fundo da unidade 2, a qual estáconectada com um navio-tanque ou avião-tanque remoto deestocagem para estocar o sugo para transportar para ummoinho para o processamento adicional. Também é consideradoque a unidade 2 possa ser fornecida com um tanque "naplaca" para estocar o suco o qual pode, então, serposteriormente fornecido para um navio-tanque ou avião-tanque ou outro veículo de transporte e estocagem paratransportar para um moinho de processamento. Em cada umdesses exemplos, pode ser necessário fornecer continuamente o suco extraído para recircular no processo para manter afluidez apropriada do sistema e um conteúdo de fibrasdesejável. Nesse caso, um controlador e uma bomba etubulação associada podem ser fornecidos para recuperar osuco estocado e distribuí-lo de volta para o tanque 30.

O suco retirado do decantador 60 é o produto de umavariedade de etapas, as quais extraem o suco das célulascontendo suco da fibra. Essas etapas são direcionadas paraa redução contínua do tamanho de partícula da fibra,rompendo dessa forma as células individuais e facilitando aliberação do suco nelas contido. Será percebido que oprocesso não necessariamente requer a compressão, abatimento ou outros tais processos de extração mecânicatradicionais, porém, em vez disso, endereça a estrutura damatéria para extrair o suco diretamente dali. Isso éalcançável pela geração de uma massa fluida por meio daqual a fibra é suspensa no fluido, e direcionando o fluxodo fluido para gerar forças de cisalhamento no fluido paraquebrar as partículas de fibra e facilitar a liberação dosuco no fluido ao redor. Tal sistema não requer a separaçãodo suco da fibra uma vez que o suco é dela extraído, porémretém o conteúdo de fluido do sistema para extrairadicionalmente o suco.

O sistema e processo descritos acima capacitam que umaa maior parte relativamente grande do processamento dacana-de-açúcar seja efetuado no campo, de forma que o sucopossa ser prontamente extraído da cana para expedição, aoinvés dos pedaços de talo de cana. Tal sistema e processoreduzem potencialmente a perda de biomassa do campo, reduzo transporte e os custos de infra-estrutura para ocultivador e proporciona o cultivador com maisoportunidades de diversificação do que foi previamente ocaso.

O processo de extração de suco também tem a vantagemde alvejar diretamente células individuais da fibra paraliberar o suco nelas contido. Além disso, ele também tem avantagem de extrair o suco da fibra no momento mais inicialpossível depois da colheita de biomassa.

Será percebido pelas pessoas versadas na técnica quenumerosas variações e/ou modificações podem ser feitas paraa invenção conforme mostrado nas modalidades específicassem sair do espírito e escopo da invenção conformeamplamente descrito. As presentes modalidades são,conseqüentemente, para serem consideradas em todos osaspectos como ilustrativas, e não como restritivas.

Claims (66)

1. Processo para extrair suco de um material fibrosocaracterizado pelo fato de compreender:a alimentação do referido material fibroso em umacâmara receptora com um fluido contido ali;a combinação do referido material fibroso e doreferido fluido na referida câmara receptora para formaruma primeira mistura de fluidos;a passagem de pelo menos parte da referida primeiramistura de fluido através de pelo menos um dispositivorompedor de células para facilitar pelo menos a liberaçãoparcial de suco do material fibroso na referida primeiramistura fluida, formando, dessa forma, uma segunda misturafluida com um conteúdo de suco liberado relativamente maiselevado do que a referida primeira mistura de fluidos commaterial fibroso relativamente finamente rompido suspensoali; ea coleta de pelo menos uma porção da referida segundamistura fluida.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a etapa de alimentação domaterial fibroso na câmara receptora compreende adistribuição do material fibroso bruto na câmara receptora.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que o material fibroso brutocompreende matéria vegetal colhida.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de que o material vegetal colhidocompreende talos de matéria vegetal contendo açúcar.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 3 ou 4,caracterizado pelo fato de que o material vegetal colhido êdistribuído na forma de pedaços de madeira ou seções dematerial vegetal os quais tenham passado através de umdispositivo cortador antes da alimentação na câmarareceptora.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o material fibroso écontinuamente e diretamente alimentado na câmara receptoracomo se ele fosse colhido a partir de um campo.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o material fibroso é colhidoa partir de um campo e alimentado na câmara receptora emações separadas.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que antes da alimentação domaterial fibroso na câmara receptora, o material fibroso épassado através de um dispositivo expositor de células parapelo menos parcialmente expor e romper células contendosuco do material fibroso.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que o dispositivo expositor decélulas é um dispositivo cortador compreendendo um ou maismartelos ou discos rotatórios que cortam e/ou tosam omaterial fibroso conforme ele é alimentado na câmarareceptora.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o fluido é fornecido para acâmara receptora antes de e/ou durante a etapa dealimentação do material fibroso na câmara receptora.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de o fluido ser água.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de que a água é destilada e/ou águapurificada.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a etapa de combinar omaterial fibroso e o fluido na câmara receptora compreendeo emprego de dispositivos de corte que se estendem paradentro da câmara receptora para cortar e tosquiar omaterial fibroso suspenso no referido fluido.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de que os dispositivos de cortefacilitam a liberação de suco de células contendo suco domaterial fibroso no fluido para formar a primeira misturafluida.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que a primeira mistura fluida éuma combinação de material fibroso no estado fluido.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de que os dispositivos de corte sãocortadores de lâminas rotatórias.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 15,caracterizado pelo fato de que o estado fluido da primeiramistura fluida é monitorado por um dispositivo demonitoramento para assegurar que o estado fluido sejamantido em um nível desejado para facilitar o fluxo defluido da primeira mistura fluida.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato de que o dispositivo demonitoramento é um sensor de fluxo de fluido fornecido nacâmara receptora, o qual detecta uma taxa de fluxo dofluido.

19. Processo, de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato de que o estado fluido da primeiramistura de fluidos é mantido em um nível entre 10 e 20% doconteúdo de fibras.

20. Processo, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato de que o estado fluido da primeiramistura de fluidos é mantido abaixo de um nível de cerca de15% do conteúdo de fibras.

21. Processo, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato de que no evento do conteúdo defibras da primeira mistura de fluidos excedendo o níveldesejado, o excesso de material fibroso é removido daprimeira mistura de fluidos.

22. Processo, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato de que um dispositivo extrator éfornecido na câmara receptora para remover parte ou todo oexcesso de material fibroso da primeira mistura fluida.

23. Processo, de acordo com a reivindicação 22,caracterizado pelo fato de que o dispositivo extrator aindaprocessa o excesso de material fibroso removido paraextrair suco dali.

24. Processo, de acordo com a reivindicação 23,caracterizado pelo fato de que o suco extraído do excessode material fibroso volta para a referida primeira misturafluida na câmara receptora.

25. Processo, de acordo com a reivindicação 24,caracterizado pelo fato de que após a extração do suco, odispositivo extrator descarta o excesso de materialfibroso.

26. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a etapa de passar a primeiramistura fluida através de pelo menos um dispositivorompedor de células compreende a distribuição da primeiramistura fluida da câmara receptora para uma entrada dodispositivo rompedor de células.

27. Processo, de acordo com a reivindicação 26,caracterizado pelo fato de que a primeira mistura fluida édistribuída a partir da câmara receptora por uma bomba paraa entrada do dispositivo rompedor de células.

28. Processo, de acordo com a reivindicação 26,caracterizado pelo fato de que a primeira mistura fluida édistribuída a partir da câmara receptora para a entrada dorompedor de células sob gravidade.

29. Processo, de acordo com a reivindicação 26,caracterizado pelo fato de que o dispositivo rompedor decélulas é um dispositivo rompedor de células mecânico.

30. Processo, de acordo com a reivindicação 29,caracterizado pelo fato de que o dispositivo rompedor decélulas é um homogeneizador de rotor-parte fixa.

31. Processo, de acordo com a reivindicação 26,caracterizado pelo fato de que o dispositivo rompedor decélulas puxa a primeira mistura de fluidos da câmarareceptora através da referida entrada.

32. Processo, de acordo com a reivindicação 31,caracterizado pelo fato de que o referido dispositivorompedor de células cria uma turbulência no fluxo daprimeira mistura fluida conforme ele passa a partir daentrada e para fora através da saída do referidodispositivo rompedor de células, a referida turbulência,dessa forma, criando forças de cisalhamento entre omaterial fibroso presente na primeira mistura de fluidos, oque faz com que a estrutura celular do material fibrosodesintegre pelo menos parcialmente de forma que suco sejaliberado dali para formar a segunda mistura fluida.

33. Processo, de acordo com a reivindicação 32,caracterizado pelo fato de que a primeira mistura fluida épassada através do dispositivo rompedor de células somenteuma vez para formar a referida segunda mistura fluida.

34. Processo, de acordo com a reivindicação 33,caracterizado pelo fato de que a primeira mistura fluida éfornecida para a entrada do dispositivo rompedor de célulase a segunda mistura fluida é eficazmente formada na saídado dispositivo rompedor de células.

35. Processo, de acordo com a reivindicação 32,caracterizado pelo fato de que a primeira mistura fluida épassada através do rompedor de células uma pluralidade devezes para formar a referida segunda mistura fluida.

36. Processo, de acordo com a reivindicação 32,caracterizado pelo fato de que uma pluralidade dedispositivos rompedores de células é disposta em série paraprocessar a primeira mistura fluida na referida segundamistura fluida em dois ou mais estágios.

37. Processo, de acordo com a reivindicação 36,caracterizado pelo fato de que um ou mais dos dispositivosrompedores de células tem diferentes capacidades em relaçãoaos outros dispositivos para acomodar diferentes tamanhosde partícula do material fibroso.

38. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a etapa de coletar pelomenos uma porção da segunda mistura fluida compreende adistribuição da referida segunda mistura fluida para umacâmara de retenção.

39. Processo, de acordo com a reivindicação 38,caracterizado pelo fato de que a segunda mistura fluida étransportada da câmara de retenção para um sítio remotopara o processamento adicional.

40. Processo, de acordo com a reivindicação 38,caracterizado pelo fato de que a câmara de retenção está emcomunicação fluida com a câmara receptora para permitir quea segunda mistura fluida seja reintroduzida de volta paradentro da câmara receptora no caso de o conteúdo de fibrapresente na primeira mistura fluida exceder um níveldesej ado.

41. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de compreender a separação de pelomenos parte ou todo o suco do material fibroso presente nasegunda mistura fluida.

42. Processo, de acordo com a reivindicação 41,caracterizado pelo fato de que a separação de pelo menosparte ou todo o suco do material fibroso presente nasegunda mistura fluida compreende a distribuição dareferida segunda mistura fluida para um dispositivo deseparação.

43. Processo, de acordo com a reivindicação 42,caracterizado pelo fato de que o dispositivo de separação éum decantador de centrífuga o qual separa o suco domaterial fibroso sólido pela aplicação de uma forçacentrífuga na segunda mistura fluida.

44. Processo, de acordo com a reivindicação 43,caracterizado pelo fato de que o suco separado é extraído apartir do dispositivo de separação.

45. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o processo ê efetuado em umaunidade móvel a qual está localizada em um campo ou safrapara receber diretamente o material fibroso conforme ele écolhido da safra.

46. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que uma ou mais etapas doprocesso podem ser efetuadas em locais separados.

47. Aparelho para extrair suco de um material fibrosocaracterizado pelo fato de compreender:um receptáculo para receber o referido materialfibroso;um processador para processar o referido materialfibroso recebido pelo referido receptáculo em uma primeiramistura fluida;pelo menos um dispositivo rompedor de células parareceber pelo menos parte da referida primeira misturafluida e facilitar pelo menos a liberação parcial doreferido suco a partir do suco contendo células para formaruma segunda mistura fluida; euma câmara de estocagem para receber e estocar pelomenos uma porção da segunda mistura fluida.

48. Aparelho, de acordo com a reivindicação 47,caracterizado pelo fato de que o receptáculo é um tanqueque tem uma quantidade de fluido contido ali antes dereceber o material fibroso.

49. Aparelho, de acordo com a reivindicação 48,caracterizado pelo fato de que o fluido é água e/ou sucoextraído.

50. Aparelho, de acordo com a reivindicação 47,caracterizado pelo fato de que o material fibroso ématerial vegetal colhido.

51. Aparelho, de acordo com a reivindicação 50,caracterizado pelo fato de que o material vegetal colhido écomposto por talos colhidos de material vegetal contendoaçúcar.

52. Aparelho, de acordo com a reivindicação 47,caracterizado pelo fato de que o material fibrosocompreende células contendo suco.

53. Aparelho, de acordo com a reivindicação 52,caracterizado pelo fato de que o material fibroso éprocessado antes de ser recebido no receptáculo para pelomenos expor e/ou romper parcialmente as células contendosuco.

54. Aparelho, de acordo com a reivindicação 47,caracterizado pelo fato de que o processador compreende umou mais dispositivos de corte que se estendem para dentrodo receptáculo.

55. Aparelho, de acordo com a reivindicação 54,caracterizado pelo fato de que um ou mais dispositivos decorte são cortadores de lâminas rotatórias que cortam etosquiam o material fibroso suspenso no referido fluido,liberando dessa forma uma porção inicial de suco a partirdas células contendo suco dali para o fluido ao redor.

56. Aparelho, de acordo com a reivindicação 47,caracterizado pelo fato de compreender um dispositivo demonitoramento para monitorar o conteúdo de fibra daprimeira mistura fluida.

57. Aparelho, de acordo com a reivindicação 56,caracterizado pelo fato de que o dispositivo demonitoramento é um sensor de fluxo de fluido fornecido noreceptáculo, o qual detecta a taxa de fluxo da primeiramistura fluida.

58. Aparelho, de acordo com a reivindicação 56,caracterizado pelo fato de compreender ainda um dispositivoextrator para remover o conteúdo de fibra da primeiramistura fluida no caso de o conteúdo de fibra presente naprimeira mistura fluida exceder um nível predeterminado.

59. Aparelho, de acordo com a reivindicação 47,caracterizado pelo fato de que o pelo menos um dispositivorompedor de células é um dispositivo rompedor de célulasmecânico.

60. Aparelho, de acordo com a reivindicação 59,caracterizado pelo fato de que o dispositivo rompedor decélulas mecânico é um homogeneizador de rotor-parte fixa.

61. Aparelho, de acordo com a reivindicação 59,caracterizado pelo fato de que o dispositivo rompedor decélulas facilita pelo menos a liberação parcial do suco dascélulas contendo suco pela criação de uma turbulência nofluxo da primeira mistura fluida conforme elas passamatravés da saída do referido dispositivo rompedor decélulas.

62. Aparelho, de acordo com a reivindicação 61,caracterizado pelo fato de que a referida turbulênciacriada na primeira mistura fluida faz com que o materialfibroso ali presente experimente forças de cisalhamentorelativamente altas, fazendo com que, dessa forma, aestrutura celular do material fibroso desintegre pelo menosparcialmente ou completamente e libere suco dali paraformar a referida segunda mistura fluida.

63. Aparelho, de acordo com a reivindicação 47,caracterizado pelo fato de que uma pluralidade dedispositivos rompedores de células está disposta em sériepara processar a primeira mistura fluida em dois ou maisestágios.

64. Aparelho, de acordo com a reivindicação 59 ou 60,caracterizado pelo fato de que uma pluralidade dedispositivos rompedores de células está disposta em sériepara processar a primeira mistura fluida em dois ou maisestágios.

65. Aparelho, de acordo com a reivindicação 47,caracterizado pelo fato de que o aparelho é parte de umaunidade móvel a qual está posicionada em um campo ou safrapara receber o material fibroso conforme ele é colhido.

66. Aparelho, de acordo com a reivindicação 47,caracterizado pelo fato de que o aparelho está localizadoremotamente de uma safra ou campo, de forma que o materialfibroso colhido na safra ou campo seja distribuído aoaparelho para extração de suco.