BRPI0707891A2 - dispositivo para atenuar/controlar formaÇço de espuma originada no decurso de um processo industrial sem utilizaÇço de agente anti-espumante/desespumante, mÉtodo para atenuar/ controlar formaÇço de espuma em um processo industrial, sem utilizaÇço de agente anti-espumante, e planta de processo industrial - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO PARA ATENUAR/CONTROLAR FORMAÇçO DE ESPUMA ORIGINADA NO DECURSO DE UM PROCESSO INDUSTRIAL SEM UTILIZAÇçO DE AGENTE ANTI-ESPUMANTE/DESESPUMANTE, MÉTODO PARA ATENUAR 1 CONTROLAR FORMAÇçO DE ESPUMA EM UM PROCESSO INDUSTRIAL, SEM UTILIZAÇçO DE AGENTE ANTI-ESPUMANTE, E PLANTA DE PROCESSO INDUSTRIAL. Trata-se de um método e um dispositivo para atenuar/controlar formação de espuma sem utilização de nenhum agente anti-espumante/desespumante, durante o decurso de um processo industrial, em que o referido dispositivo (21) para atenuar a formação de espuma em um processo industrial sem utilização de agente anti- espumação/desespumante, compreende um conduto de alimentação (22) provido com uma pluralidade de aberturas de acesso (23) em torno de sua periferia, uma pluralidade de braços radiais (24) acoplados às referidas aberturas de acesso, os referidos braços radiais sendo providos em suas superfícies inferiores com uma pluralidade de orifícios (25) ao longo da extensão dos mesmos, os referidos braços radiais sendo adaptados para serem montados na superfície de topo do vaso (1) em que ocorre formação de espuma durante o processo industrial, e o referido conduto de alimentação sendo acoplado à linha de água de processo (3) ou fonte de fluido similar para geração de jatos de água através dos orifícios providos nos referidos braços radiais e orientação dos referidos jatos para a referida espuma gerada no processo industrial e em uma planta de processo industrial. A presente invenção refere-se a um método e um dispositivo para atenuar/controlar formação de espuma sem utilização de nenhum agente anti-espumante/desespumante conforme ocorre no decurso de processo industriais e em plantas de processo tais como uma instalação de fermentação/destilaria uma fábrica de biogás, uma planta de tratamento de efluentes, uma planta de produção de tintas ou adesivos, uma planta de aeração ou similar, que incorpora/compreende o referido dispositivo (21)

Description

DISPOSITIVO PARA ATENUAR/CONTROLAR FORMAÇÃO DE ESPUMAORIGINADA NO DECURSO DE UM PROCESSO INDUSTRIAL SEMUTILIZAÇÃO DE AGENTE ANTI-ESP UMAN T E/DES ES PUMANTE, MÉTODOPARA ATENUAR / CONTROLAR FORMAÇÃO DE ESPUMA EM UM PROCESSO

INDUSTRIAL, SEM UTILIZAÇÃO DE AGENTE ANTI-ESPUMANTE, EPLANTA DE PROCESSO INDUSTRIAL

CAMPO DA INVENÇÃO:

A presente invenção refere-se a um dispositivo paraatenuar/controlar formação de espuma ocorrida durante umprocesso industrial.

A presente invenção também se refere a um método euma instalação de processo industrial que utilizam oreferido dispositivo para atenuação de formação de espuma.

Mais particularmente, a presente invenção refere-sea um dispositivo para atenuar/controlar a formação deespuma para um nível mínimo em um processo industrial semutilização de agentes anti-espumantes/desespumantes, dessaforma tornando o referido processo bastante econômico.Adicionalmente em alguns processos industriais, tal como umprocesso de fermentação na indústria de alimentos ebebidas, além de eliminar agentes anti-espumantes, umaunidade de lavagem de gás utilizada para recuperação deálcool que escapa em forma de vapor juntamente com gás dedióxido de carbono é igualmente eliminada bem como oconsumo de água e o requisito de energia para umainstalação de fermentação são reduzidos, reduzindo dessaforma substancialmente o custo da fermentação.TÉCNICA ANTERIOR:

Diversos processos industriais nos quais é formadaespuma devido a evolução de gás incluem processos defermentação da indústria de alimentos e bebidas, umprocesso de formação de espuma de composição de tinta, umprocesso de formação de espuma de composição adesiva,processos de efluentes ou biodegradação que ocorrem emplantas de biogás, processos de tratamento de efluentesecundário utilizando aspersão de ar para manter uma massaem suspensão produzindo gases em instalações de aeração,etc.

Em todos esses processo industriais são produzidosgases e ocorre continuamente formação de espuma, que écontrolada mediante utilização de agentes· anti-espumantes/desespumantes tais como óleo "Turkey Red oil"(TRO), agentes anti-espumantes baseados em silicone, etc.

A descrição a seguir é limitada a um processo defermentação, por uma questão de brevidade. Em um processode fermentação, ocorre um processo de decomposição químicade uma substância realizada por bactérias, fermentos ououtros microorganismos, convertendo açúcares em álcooletílico, produzindo calor e dióxido de carbono gasoso. 0fermento pode crescer aerobicamente bem comoanaerobicamente.

Para crescimento e multiplicação de fermentos sãorequeridos materiais orgânicos utilizáveis (açúcar) e umafonte de nitrogênio, e adicionalmente é necessária amanutenção de parâmetros ambientais otimizados. Durante aconversão de açúcar em álcool etílico é produzida energia.

Para fermentação são utilizadas diferentessubstâncias e materiais tais como glicose e frutose. Algunsfermentos podem utilizar açúcares tais como maltose,xilose, galactose e similares. Para aplicações industriaisque produzem álcool etílico são utilizadas matérias primascontendo os açúcares acima que são fermentados porfermento. Preponderantemente, estes materiais são (i)matérias primas contendo açúcar tais como frutos contendoaçúcar, sucos de frutas tais como suco de uva, suco demaçã, mel e até mesmo algumas flores tal como Mahua, etc.As principais fontes desses açúcares são melaço de cana deaçúcar, melaço de açúcar de beterraba, suco de cana deaçúcar e similares.

(ii) Matérias primas contendo amido, tais comogrãos como arroz, trigo, milho, sorgo, Bajara e similares,farelo de arroz, raízes tais como tapioca e tubérculos taiscomo batata doce e similares.

(iii) Matérias primas contendo celulose (comobiomassa) como resíduos de serragem, papel de impressão,cascas de batata, palhas de arroz, cascas de milho, cascasde amendoim, palha de trigo, coca, tabaco e similares.

Para produção de álcool etílico, é utilizado melaçode cana de açúcar que é fácil de armazenar e manipular,possuindo fontes utilizáveis de carbono e nitrogênio. Estematerial possui alta pressão osmótica, reduz o desperdíciomicrobiológico e é usado em forma diluída. A água é amelhor fonte para diluição mas podem ser igualmenteutilizados água servida e efluentes.

Para produção de álcool etílico de melaço ou amido,é realizado um processo de fermentação em um dispositivofermentador de uma unidade de fermentação que faz parte deuma destilaria. 0 processo de fermentação pode ser umprocesso realizado em lotes ou um processo de fermentaçãocontínuo, realizado em um dispositivo fermentador simples,um dispositivo fermentador duplo, ou baterias dedispositivos fermentadores.

O processo de fermentação atualmente existentecompreende principalmente as seguintes etapas:

(a) Propagação de fermento em um vaso de cultura oubateria de vasos de cultura;

(b) Alimentação de açúcar diluído em solução talcomo melaço diluído uma mídia de diluição baseada em águaou em água servida ou em efluente ou similar,

preferencialmente através de um misturador estático, para ointerior de um fermentador;

(c) Circulação da massa no fermentador com oauxílio de uma bomba de circulação e preferencialmenteatravés de um trocador de calor;

(d) Adição de melaço, água de processo, ar deprocesso, fermento e nutrientes para o interior dodispositivo fermentador por acréscimos graduais; o ar deprocesso é preferencialmente adicionado através de umaspersor de ar localizado no fundo do dispositivofermentador, e os nutrientes são adicionados a intervalosregulares ou continuamente, através de um sistema dedosagem de nutrientes;

(e) Manutenção dos parâmetros de processo desejadostais como gravidade especifica, pH (mediante adição deácido sulfúrico) e biocida (para controle de contaminaçãopor bactérias) e temperatura da massa no interior dodispositivo fermentador;

(f) Observação da reação de fermentação comformação de dióxido de carbono e espuma;

(g) Inicio da alimentação de agentes anti-espumantes tais como xvTurkey Red Oi 1" para controle daformação de espuma no interior do dispositivo fermentador,através de ura sistema de dosagem de anti-espumante;

(h) Manutenção de um meio de captação de dióxido decarbono em linha e alimentação de água de processo para ocaptador;

(i) Alimentação da água sem dióxido de carbonojuntamente com álcool em retorno para o dispositivofermentador ou encaminhamento da mesma para destilação;

(j) Manutenção do nivel da massa no dispositivofermentador abaixo do nivel desejado, preferencialmente em80% do volume bruto do dispositivo fermentador, mediantelimitação da alimentação, deixando cerca de 20% de espaçopara formação de espuma;

(k) Transferência da água servida fermentada após ofinal da reação, normalmente após £4 horas ou mais, parauma seção de clarificação e em seguida para destilação.

No exemplo típico de uma instalação de produção deálcool etílico (destilaria) possuindo uma capacidade de 30quilolitros por dia:

(A) INSUMOS NORMAIS:

i) A matéria prima básica contendo açúcar utilizadaconsiste em melaço de cana de açúcar, 126 TM/dia possuindo40% por peso de açúcares fermentáveis, a uma taxa de 3600litros por hora (LPH)

ii) Água de processo utilizada para o dispositivofermentador: 277 m3 por dia (11500 LPH)

iii) Água de processo utilizada para o captador dedióxido de carbono: 14,5 m3/dia (600 LPH)

iv) Nutrientes: 50 kg/dia

v) Ar de processo: 200 m3/hora

vi) Agente anti-espumante: 100 kg/dia

v.ii') Ácido sulfúrico conforme necessário paracontrole de pH

viii) Biocida: conforme necessário para controle decontaminação.

PRODUÇÃO NORMAL:

i) Fluido servido de fermentação: 361 m3/dia

ii) CO2 gerado: 22 TM

iii) Água de captação com álcool: 14,5 mVdia

Ao invés de melaço de cana de açúcar, poderãotambém ser utilizados melaço de beterraba ou caldo de canade açúcar. A quantidade de água de processo pode igualmenteser reduzida mediante reciclagem de banho servido ouefluente. Adicionalmente, o dispositivo fermentador podeconsistir em uma, duas, três ou mais unidades, e o processode fermentação pode ser realizado em um modo por lotes oucomo um processo continuo.

Adicionalmente poderá ser utilizado um dispositivopré-fermentador no qual é alimentada uma solução de melaço,fermento, nutrientes e ar de processo, em que a massa dopré—fermentador é transferida para o(.s) dispositivo(s)fermentador(es) principal/principais para a reação final,gerando CO2 e vapor de álcool e uma quantidadesignificativa de espuma. Neste sistema poderá ser ou nãoalimentado ar de processo para o dispositivo fermentadorprincipal. Para fermentação de produtos não consistindo emmelaço, as etapas de processo são as mesmas aqui descritas,porém o processo é geralmente realizado em um modo porlotes.

As desvantagens ou limitações de todos os processosde fermentação existentes são as seguintes:

I) Para controle da formação de espuma, é requeridaa adição ao dispositivo fermentador de agentes anti-espumantes/desespumantes tais como "Turkey Red Oil" ouanti-espumante de silicone ou similares, através de umdispositivo de dosagem de agente anti-espumante que atuasomente para reduzir a espuma e custa cerca de Rs. 3000/diaem uma instalação de destilaria com uma capacidade de 30quilolitros por dia.

II) Estes agentes anti-espumantes não participam dareação de fermentação e não são úteis para intensificar areação de fermentação ou a atividade do fermento ou paracontrole de contaminação, e sendo meramente adicionadospara controle de formação de espuma, e dependendo da espumasendo gerada a quantidade adicionada dos mesmos nãocontrola a geração de espuma.

III) Por vezes uma adição substancial de agentesanti- espumantes reduz drasticamente o pH do banhofermentado, alterando dessa forma um parâmetro do processoe afetando sua eficiência, tempo de retenção, conversão deaçúcar e qualidade do álcool.

IV) O consumo de agentes anti-espumantes varia como volume do vaso de fermentação ou reator ou com a razãoaltura/diâmetro do dispositivo fermentador ou com aalimentação total do fermentador bem como o tipo equalidade da matéria prima.

V) Devido à adição de agentes anti-espumantes, ovolume utilizável do dispositivo fermentador éproporcionalmente reduzido.

VI) Quando ocorre uma formação excessiva de espumano dispositivo fermentador, que não for controlada mediantealimentação dos agentes anti-espumantes, a espuma ingressanas linhas de escapamento ou CO2. Algumas vezes odispositivo fermentador transborda, resultando em uma perdade massa fermentada/álcool e criação de condições anti-higiênicas em torno do dispositivo fermentador. após algumtempo a espuma liquida nas linhas fica infectada e gotejapara o interior da massa fermentada produzindo comoresultado uma massa infectada e um menor rendimento deprodução de álcool.

VII) A reação de fermentação é exotérmica e produzuma grande quantidade de CO2 formando bolhas e espuma nasuperfície de topo da massa contida no dispositivofermentador. Juntamente com o C02, são igualmenteventilados vapores de álcool para fora do local doprocesso, e para recuperação do álcool é utilizado umrecuperador de CO2 no qual é igualmente utilizada uma parteda água de processo, envolvendo custos relativos à unidaderecuperadora, tubulações de aço, estrutura de suporte (quecusta cerca de Rs. 5 lakhs em uma destilaria com capacidadede 30 quilolitros por dia) bem como custos relativos à águautilizada na unidade recuperadora além dos requisitos deenergia para alimentação da água para a unidaderecuperadora.

VIII) A água purificada com recuperação de álcool éadicionada ao dispositivo fermentador, ocupando espaço nofermentador, aumentando o consumo de energia da bomba decirculação de massa e reduzindo a concentração de álcool namassa fermentada, resultando em maiot consumo de vapor nadestilaria.

OBJETIVO DA INVENÇÃO:

Desta forma, o principal objetivo da presenteinvenção consiste em eliminar as deficiências, limitações edesvantagens referidas acima no processo de fermentaçãoexistente, bem como todo e qualquer processo industrial noqual seja produzida espuma, e consiste em proporcionar umdispositivo para reduzir a formação de espuma em umprocesso industrial sem utilizar um agente anti-espumante/desespumante.

Um objetivo adicional da presente invenção consistena provisão de um dispositivo para reduzir a formação deespuma em um processo industrial, em que a unidade derecuperação de CO2 requerida em uma instalação defermentação é eliminada juntamente com sua estrutura desuporte e tubulações para alimentação de água de processo ecoleta de água de recuperação com álcool e dióxido decarbono por meio de linhas de transporte de vapor deálcool.

Um objetivo adicional da presente invenção consistena provisão de um dispositivo para redução da formação deespuma em um processo industrial em que é reduzido oconsumo de água de processo relativo à água alimentada parao recuperador de CO2 no processo de fermentação existente.

Um objetivo adicional da presente invenção consistena provisão de um dispositivo para redução da formação deespuma em um processo industrial em que é reduzido oconsumo de energia relativo à energia requerida parafuncionamento da bomba para alimentação de água de processopara o recuperador de CO2 e para coleta de água derecuperação juntamente com álcool, além da energiarequerida pela bomba de circulação utilizada paracirculação de excesso de massa devido à adição de água derecuperação com álcool.

Um objetivo adicional da presente invenção consistena provisão de um dispositivo para redução da formação deespuma em ura processo industrial em que é reduzido oconsumo de vapor de destilação, relativamente à diluição deálcool na massa fermentada, devido à adição de água derecuperação com álcool à massa fermentada.

Um objetivo adicional da presente invenção consistena provisão de um dispositivo para redução da formação deespuma em um processo industrial em que é totalmenteevitada qualquer possibilidade de vazamento de espuma dodispositivo fermentador ou ingresso da mesma em qualquertubo de descarga, dessa forma mantendo-se uma condiçãohigiênica em torno do dispositivo fermentador sempossibilidade de qualquer contaminação da massa fermentada,dessa forma aperfeiçoando-se a qualidade do álcool.

Um objetivo adicional da presente invenção consistena provisão de um dispositivo para redução da formação deespuma em um processo industrial em que a espuma étotalmente eliminada, dessa forma aumentando-se o espaçoutilizável no dispositivo fermentador com conseqüenteprovisão de maior eficiência com menores custos.

Um objetivo adicional da presente invenção consistena provisão de um dispositivo para redução da formação deespuma em um processo industrial, em que o dispositivo éajustável para acomodar diferentes níveis de massafermentada no dispositivo fermentador para otimização doprocesso de fermentação.

Um objetivo adicional da presente invenção consistena provisão de um dispositivo para redução da formação deespuma em um processo industrial em que são utilizados águae ar de processo normais sem afetar quaisquer parâmetros deprocesso, dessa forma mantendo-se uma elevada eficiência eum tempo de processo reduzido com conseqüente elevação derendimento de produção.

Um objetivo adicional da presente invenção consistena provisão de um dispositivo para redução de formação deespuma em um processo industrial, cuja fabricação ébastante simples, sendo o dispositivo fácil de utilizar eajustável para adaptação a qualquer tipo de dispositivofermentador ou reator.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Desta forma, a presente invenção proporciona umdispositivo para redução de formação de espuma em umprocesso industrial sem utilização de agente anti-espumante/desespumante, compreendendo um conduto dealimentação provido com uma pluralidade de aberturas deacesso em torno de sua periferia, uma pluralidade de braçosradiais acoplados às referidas aberturas de acesso, osreferidos braços radiais sendo providos em suas superfíciesinferiores com uma pluralidade de orifícios ao longo daextensão dos mesmos, o referido conduto de alimentaçãojuntamente com os braços radiais sendo adaptados para seremmontados na superficie de topo do vaso em que ocorreformação de espuma durante o processo industrial, e oreferido conduto de alimentação sendo acoplado à linha deágua de processo ou .fonte de fluido similar para geração dejatos de água através dos orifícios providos nos referidosbraços radiais.

0 referido conduto de alimentação é montado nasuperficie de topo interna de um reator de fermentação como auxilio do tubo de água de processo provido com flange(s)e suportado na abertura de admissão de topo do dispositivofermentador/reator.

0 referido conduto de alimentação é ligado à linhade ar de processo.

O referido conduto de alimentação é ligado à linhade banho servido/efluente.

As referidas aberturas de acesso e os referidosbraços radiais são acoplados por roscas.

Os braços radiais são interligados com braçosperiféricos com o auxilio de aberturas de acesso providasnos referidos braços radiais, e os referidos braçosperiféricos são providos em sua superficie inferior com umapluralidade de orifícios ao longo da extensão dos mesmospara criação de jatos de água.

O referido conduto de alimentação é provido comdois ou mais conjuntos de aberturas de acesso suportando osbraços radiais que possuem orifícios, com ou sem os braçosperiféricos, em dois ou mais planos verticais, uns sobre osoutros, mantendo-se as aberturas de acesso e os braçosradiais em uma disposição escalonada, de tal forma que umconjunto de braços radiais abrange o espaço entre os braçosradiais do conjunto localizado abaixo do referido primeiro conjunto.

A invenção também proporciona um dispositivo pararedução de formação de espuma em um processo industrial semutilização de agente anti-espumante/desespumante,compreendendo uma pluralidade de tubos distribuidores dotipo de anéis concêntricos ligados à linha de água deprocesso na extremidade e sendo montados na superfícieinterna de topo do vaso em que ocorre formação de espumadurante o processo industrial, cada um dos referidos tubosdistribuidores tipo anel sendo providos com uma pluralidadede orifícios e cada um dos referidos tubos distribuidorestipo anel sendo ligado ao tubo de água de processo ou fontede fluido similar.

Ά invenção também proporciona um dispositivo pararedução de formação de espuma em um processo industrial semutilização de agente anti-espumante/desespumante,compreendendo ura tubo tipo anel conformado em espiralprovido com uma pluralidade de orifícios em sua superfícieinferior e ligado na extremidade à linha de água deprocesso, e sendo montado na superfície interna de topo dovaso em que ocorre formação de espuma durante o processoindustrial, com o referido tubo tipo anel em espiral sendoligado em suas extremidades livres ao tubo de água deprocesso ou fonte de fluido similar.

Os orifícios providos nos referidos braços formamagrupamentos, com um orifício de cada agrupamento sendoorientado verticalmente no sentido descendente e os outrossendo inclinados.

É provido um tubo/peça de extensão para ajuste daposição do dispositivo no interior do dispositivofermentador/reator ou vaso de formação de espuma.

O referido, conduto de alimentação é providopreferencialmente na extremidade fechada com um tuboconformado em espiral possuindo uma pluralidade deorifícios em que o referido tubo é ligado ao conduto dealimentação para receber água para criação de jatos deágua.

A invenção também proporciona um método pararedução/controle de formação de espuma em um processoindustrial, sem utilização de agentes anti-espumantes,compreendendo a formação de jatos de água ou jatos de águae banho servido/efluente ou jatos de ar e água ou jatos dear, água ou banho servido/efluente, mediante utilização dodispositivo de acordo com a presente invenção e orientaçãodos referidos jatos sobre a espuma em formação no processoindustrial.

A invenção também proporciona uma instalação deprocesso industrial tal como uma instalação de fermentação,uma destilaria, uma planta de biogás, uma instalação detratamento de efluente, uma instalação de produção decomposições adesivas ou tintas, uma planta de aeração ousimilar, incorporando o processo de acordo com a presenteinvenção para redução/controle de formação de espuma noprocesso industrial sem utilização de agente anti-espumante/desespumante.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS DA INVENÇÃO

A invenção ficará clara com base na descrição aseguir, feita com referência aos desenhos que se encontramem anexo, nos quais:

A FIG. 1 ilustra um diagrama esquemático de umainstalação de fermentação, utilizada para realização de umprocesso de fermentação, de acordo com a técnica anterior.

A FIG. 2 ilustra um diagrama esquemático de umaoutra instalação de fermentação, utilizada para um processode fermentação de acordo com a técnica anterior.

A FIG. 3 ilustra um diagrama esquemático de umainstalação de fermentação utilizada para realização de umprocesso de fermentação, de acordo com uma configuração dapresente invenção.

A FIG. 4 ilustra um diagrama esquemático dainstalação de fermentação utilizada para realização doprocesso de fermentação, de acordo com uma outraconfiguração da presente invenção.

A FIG. 5 ilustra, em elevação parcial, odispositivo para redução de formação de espuma em umprocesso industrial, de acordo com uma configuração dapresente invenção.

A FIG. 6 é uma vista de plano de topo tomada aolongo da linha V-V ilustrada na FIG. 5.

A FIG. 7 é uma vista de plano de fundo tomada aolongo da linha Y-Y ilustrada na FIG. 5.

As FIGS. 8 e 9 ilustram detalhes do braço e doplano de disposição de braços do dispositivo ilustrado naFIG. 5.

A FIG. 10 é uma vista em elevação de uma peça deextensão para o dispositivo ilustrado na FIG. 5.

A FIG. 11 é uma vista de plano de fundo do condutode alimentação observado ao longo da linha Y-Y ilustrada naFIG. 5, como alternativa à FIG. 7.

A FIG. 12 é uma vista de plano dos tubos de anéisconcêntricos do dispositivo de acordo com uma configuraçãoadicional da invenção.

A FIG. 13 é uma vista de plano dos tubos de anéisem espiral do dispositivo de acordo com uma configuraçãoadicional da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

Fazendo agora referência às FIGS. 1 e 2, ainstalação de fermentação utilizada para realização doprocesso de fermentação conforme conhecida na técnicaanterior compreende principalmente pelo menos umdispositivo fermentador ou'reator (1). Entretanto, poderáexistir uma bateria de dispositivos fermentadorescompreendendo dois, três, quatro ou até mais dispositivosfermentadores em série. Melaço (2), uma matéria primabaseada em açúcar diluída com água (3) e/ou qualquer outrodiluente tal como banho servido ou efluente servido,preferencialmente mediante utilização de um misturadorestático (4) é alimentado para o dispositivo fermentador(1). Ao invés de melaço pode igualmente ser utilizado caldode cana de açúcar ou podem ser utilizadas quaisquer outrasmatérias primas à base de açúcar. São igualmentealimentados para o dispositivo fermentador uma massa defermento ativado (5) e nutrientes (6) para ativação dareação. Ar de processo (7) é também preferencialmentealimentado através de um aspersor de ar (8) no fundo dodispositivo fermentador (1) . A massa de fermentação écirculada com o auxílio de uma bomba de circulação (9) e étambém preferencialmente refrigerada em um trocador decalor/refrigerador de banho fermentado (10).

Na medida em que o processo de fermentação é umareação exotérmica, é gerado CO2 (11) que é produzido naforma de bolhas, ocorrendo formação de espuma (12) na partesuperior do dispositivo fermentador. Para controle deformação de espuma são adicionados agentes anti-espumantes(13) tais como "Turkey Red Oil" ou anti-espumante desilicone com o auxílio de um dispositivo de dosagem deanti-espumante. 0 CO2 também é acompanhado por álcool emforma de vapor, e para impedir perda de álcool, o CO2juntamente com os vapores de álcool (14) é encaminhado paraum captador de CO2 (15) para o qual é alimentada água deprocesso (16) para dissolução e recuperação do mesmo devolta para o dispositivo fermentador (1) juntamente comágua de captação (17) e o CO2 é descarregado através doconduto de descarga (18). Quando aumenta a formação deespuma, é alimentada para o dispositivo fermentador umamaior quantidade de agente anti-espumante, o que nãosomente aumenta os custos mas também afeta a eficiência deparâmetros de processo tal como pH. Por vezes a espumaingressa na linha de CO2 causando desenvolvimento debactérias que tombam para o interior da massa defermentação criando contaminação e produzindo comoresultado uma qualidade deficiente do álcool. É necessáriaadição de biocidas para controle de bactérias, o que tambémaumenta os custos. Devido à continua adição de agente anti-espumante além de água de captação, uma quantidadecrescente de espaço do dispositivo fermentador passa a serocupada por materiais não ativos, resultando em uma elevadapressão no interior do dispositivo fermentador e umaredução da capacidade do dispositivo fermentador. Por vezesa espuma vaza para fora do dispositivo fermentador criandocondições anti-higiênicas em torno do dispositivofermentador.

A FIG. 2 ilustra a utilização de dois dispositivosfermentadores ligados em série com uma única bomba decirculação (9) e trocador de calor (IQ) sendo utilizadospara circulação de massa em ambos os dispositivosferraentadores. É utilizado um dispositivo pré-fermentador(19) para o qual é alimentada me laço, fermento enutrientes, é aspergido ar de processo, e a massa pré-fermentada é transferida para um ou ambos os dispositivosfermentadores (1) para.a reação final. CO2 juntamente comvapores de álcool de ambos os dispositivos fermentadoressão alimentados para um dispositivo recuperador de CO2 (15)onde é aspergida água de processo (16) para dissolução doálcool, quando então a água de captação com álcool (17) éenviada para um tanque de banho (20). 0 agente anti-espumante (13) é alimentado para ambos os dispositivosfermentadores conforme requerido. Para uma destilaria comcapacidade de 30 quilolitros por dia, é necessário que sãorequeridos agentes anti-espumantes que custam cerca de Rs.3000/dia e é requerida água para o recuperador em umaquantidade de 600 LPH.

Fazendo agora referência às FIGS. 3 até 13, odispositivo (21) para redução de formação de espuma (12)durante um processo industrial tal como um processo defermentação sem utilização de nenhum agente anti-espumanteé um dispositivo de produção de aspersão de água e arprovido na parte de topo no interior do dispositivofermentador (1) ou de cada um dos dispositivosfermentadores ou reatores. 0 dispositivo (21) compreendeprincipalmente um conduto de alimentação (22) provido comuma pluralidade de aberturas de acesso (23) em torno de suaperiferia para suporte de uma pluralidade de braços radiais(24) formados de tubos finos de extensão selecionada deacordo com o diâmetro interno do dispositivo fermentador.Cada um dos braços é ligado em uma de suas extremidades arespectivas aberturas de acesso, preferencialmente porroscas ou qualquer outro meio de acoplamento. Cada um dosbraços (24) é provido com uma pluralidade de orifícios ouconjuntos de orifícios (25) espaçados entre si edistribuídos ao longo de sua extensão. Cada conjunto deorifícios (25) consiste preferencialmente em trêsorifícios, um dos mesmos orientado verticalmente no sentidodescendente e dois orifícios inclinados em um ângulo de 30até 60 graus, mais preferencialmente de 4 5 grausrelativamente à vertical. 0 conduto de admissão (22) éligado a uma linha de fornecimento de água de processo (3)mediante utilização de um tubo de extensão adequado (32) eflanges (26) e é suportado na extremidade de topo (27) dodispositivo fermentador (1). O conduto de alimentação (22)é igualmente ligado a uma linha de fornecimento de ar deprocesso (7). Em um exemplo típico não limitativo cadabraço (24) tem 40 mm de diâmetro, os orifícios (25) têm 2mm de diâmetro e a distância entre os orifícios (25) é de250 mm.

Preferencialmente no caso de um dispositivofermentador de grande porte, os braços radiais (24) sãointerligados com braços periféricos (28) cora o auxílio deaberturas de acesso (29) fixadas a braços radiais (24).

Na extremidade fechada do fundo (30) do conduto deadmissão (22), é preferencialmente provido um tubo deaspersão em espiral (31) dotado de orifícios (25), que éligado ao conduto de alimentação (22) para receber ar eágua de processo.

Alternativamente, a extremidade fechada (30) doconduto de admissão (22) é provida com uma pluralidade deorifícios (25).

De acordo com uma outra configuração da presenteinvenção, um dispositivo para redução de formação de espumaem um processo industrial sem utilização de agente anti-espumante/desespumante compreende uma pluralidade de tubosem forma de anéis concêntricos (34) ligados à linha de águade processo na extremidade e montados na superfície internade topo do vaso no qual ocorre formação de espuma durante oprocesso industrial, cada um dos referidos tubos em formade anel sendo provido com uma pluralidade de orifícios (25e cada um dos referidos tubos em forma de anel sendo ligadoao tubo de água de processo ou fonte de fluido similar,conforme se encontra ilustrado na FIG. 12.

De acordo com uma outra configuração da presenteinvenção, um dispositivo para redução de formação de espumaem um processo industrial sem utilização de agente anti-espumante/desespumante compreende um tubo em forma de anelem espiral (25) provido com uma pluralidade de orifícios(25) em sua superfície inferior e acoplado à linha de águade processo na extremidade, e sendo montado na superfícieinterna de topo do vaso em que ocorre formação de espumadurante o processo industrial, o referido anel em espiralsendo ligado à extremidade livre do tubo de água deprocesso ou fonte de fluido similar, conforme se encontrailustrado na FIG. 13.

Uma peça/tubo de extensão (32) com uma flange (26)é provida para ajuste da posição do dispositivo (21) nointerior do fermentador (1) conforme for requerido.

Em alguns processos em que ocorre formação vigorosade espuma, o conduto de admissão (22) é provido em dois oumais planos verticais um acima do outro, mantendo-se asaberturas de acesso e os braços radiais escalonados de talforma que os braços radiais de um conjunto não cobrem osbraços radiais do conjunto abaixo desse conjunto, cobrindoao invés disso o espaço entre dois braços radiaisadjacentes do conjunto localizado abaixo do mesmo, em quedessa forma os jatos de ar e água produzidos cobrem atotalidade do espaço na superfície de topo do dispositivofermentador para uma redução instantânea de formação deespuma.

O dispositivo (21) é disposto na superfície internade topo do dispositivo fermentador suportado na abertura deadmissão de topo do mesmo. 0 dispositivo (21) é ligado alinhas de água de processo (3) e ar (7) e tão logo ocorreformação de CO2 e espuma o ar e a água em forma de jatoscomeçam a ser aspergidos através de orifícios (25) queabrangem o espaço inteiro, e reduzem totalmente a formaçãode espuma.Adicionalmente à água de processo (3) , podemigualmente ser alimentados para o dispositivo (21) banhoservido ou efluente (34). 0 vapor de álcool formado com oCG2 também entra em contato com a água aspergida pelodispositivo (21) e é dissolvido na água permanecendo nodispositivo fermentador, deixando somente CO2 para serdescarregado através do conduto de descarga (33). Não háassim necessidade de um captador de CO2 que é desta formaeliminado juntamente com suas tubulações e estrutura desuporte. Não é requerida uma alimentação de água para umcaptador de C02, proporcionando dessa forma economia deconsumo de água e de consumo da energia utilizada para aalimentação da água para o captador.

VANTAGENS DA INVENÇÃO

Não existe necessidade de nenhum agente anti-espumante já que a formação de espuma é totalmentereduzida/controlada pelo dispositivo, sendo dessa formaeconomizado os custos associados a agente anti-espumantebem como a um sistema de dosagem/alimentação de anti-espumante, tubulação de conexão e suportes para tubulação.Nenhum elemento tal como um agente anti-espumante, que nãoparticipa no processo de fermentação/reação, é adicionadoao dispositivo fermentador, e desta forma os parâmetros doprocesso não são afetados e obtém-se uma maior eficiência.0 espaço que seria ocupado pelo agente anti-espumante epela água de captação é utilizado para alimentação de maissolução de açúcar; desta forma o espaço utilizável dodispôsitivo fermentador é aumentado, cora um conseqüenteaumento de produtividade. A mesma água de processo/banhoservido/efluente e o ar de processo requerido para seremcontinuamente alimentados para o dispositivo fermentadorsão agora utilizados no dispositivo para criação dejatos/aspersão de ar e água para controle/redução deformação de espuma, não existindo agora nenhum agente anti-espumante nem água de captação, e portanto para a mesmacapacidade de circulação a massa recirculada pela bomba éreduzida com conseqüente economia da energia utilizada parauma bomba de circulação. Na medida em que não existe massaexcedente, não existe aumento de pressão no interior dodispositivo fermentador. A formação de espuma é reduzidainstantaneamente, e portanto não existem probabilidades deque nenhuma espuma ingresse nos condutos de descarga outransborde do dispositivo fermentador, e portanto sãomantidas condições higiênicas em torno do dispositivofermentador e não existem probabilidades de desenvolvimentode bactérias no conduto de descarga que poderiam pingarpara o dispositivo fermentador, contaminando a massafermentada, e desta forma são economizados custos combiocidas e é obtida uma elevada qualidade e um elevadorendimento de produção de álcool/massa fermentada. Alémdisso, parâmetros de processo tal como o pH não sãoafetados, já que não é utilizado nenhum agente anti-espumante. Adicionalmente, a água de captação com álcoolnão é adicionada à massa e portanto a concentração deálcool na massa fermentada é comparativamente maior, o quereduz o consumo de vapor na destilação, reduzindo assimproporcionalmente o consumo de energia. Com utilização dodispositivo (21) para redução de formação de espuma que nãorequer agente anti-espumante, os parâmetros de processo sãomantidos e o tempo de reação é reduzido, a eficiência deconversão é aumentada, a recuperação de álcool por unidadede açúcar alimentado é aumentada, a atividade de fermento émantida e a eficiência de fermentação em geral é aumentada,bem como é reduzida a carga imposta à instalação detratamento do efluente.

Muito embora a descrição acima seja dada para umprocesso de fermentação, o dispositivo (21) de acordo com apresente invenção é igualmente eficaz para controle/reduçãode formação de espuma em qualquer processo industrial.

Ά descrição acima com referência às figuras dosdesenhos é dada para compreensão da invenção e não paralimitar o escopo da mesma.

Claims (14)

1. DISPOSITIVO PARA ATENUAR/CONTROLAR FORMAÇÃO DEESPUMA ORIGINADA NO DECURSO DE UM PROCESSO INDUSTRIAL SEMUTILIZAÇÃO DE AGENTE ANTI-ESPUMANTE/DESESPUMANTE,caracterizado por compreender um conduto de alimentaçãoprovido com uma pluralidade de aberturas de acesso em tornode sua periferia, uma pluralidade de braços radiaisacoplados às referidas aberturas de acesso, os referidosbraços radiais sendo providos em suas superfíciesinferiores com uma pluralidade de orifícios ao longo de suaextensão, o referido conduto de alimentação juntamente comos braços radiais sendo adaptado para ser montado nasuperfície de topo do vaso em que ocorre espumação duranteo processo industrial e o referido conduto de alimentaçãosendo ligado à linha de água de processo ou fonte de fluidosimilar para geração de jatos de água através dos orifíciosprovidos nos referidos braços radiais.

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por o referido conduto de alimentação sermontado na superfície de topo interna do dispositivofermentador/reator com o auxílio do tubo de água deprocesso provido com flange(s) e suportado pelo menos naabertura de admissão do topo do dispositivo fermentador /reator.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 oucom a reivindicação 2, caracterizado por o referido condutode alimentação ser ligado à linha de ar de processo.

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1,com a reivindicação 2 ou com a reivindicação 3,caracterizado por o referido conduto de alimentação serligado à linha de banho servido/efluente.

5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por as referidas aberturas de acesso e osreferidos braços radiais serem acoplados por roscas.

6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por os braços radiais serem interligados abraços periféricos com o auxilio de aberturas de acessoprovidas nos referidos braços radiais e os referidos braçosperiféricos na superfície inferior serem providos com umapluralidade de orifícios ao longo de sua extensão paracriação de jatos de água.

7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por o referido conduto de alimentação serprovido com dois ou mais conjuntos de aberturas de acessoque suportam os braços radiais dotados de orifícios, com ousem os braços periféricos, em dois ou mais planosverticais, ura acima do outro, mantendo as aberturas deacesso e os braços radiais em uma disposição escalonada, detal forma que os braços radiais de ura conjunto cobrem oespaço entre os braços radiais do conjunto disposto abaixodo mesmo.

8. DISPOSITIVO PARA ATENUAR FORMAÇÃO DE ESPUMA NODECURSO DE UM PROCESSO INDUSTRIAL SEM UTILIZAÇÃO DE AGENTEANTI-ESPUMANTE/DESESPUMANTE, caracterizado por compreenderuma pluralidade de tubos, distribuidores era anel acoplados àlinha de água de processo e montados na superfície de topointerna do vaso em que ocorre formação de espuma no decursodo processo industrial, cada um dos referidos tubosdistribuidores em anel sendo provido com uma pluralidade deorifícios e cada um dos referidos tubos distribuidores emanel sendo acoplado ao tubo de água de processo ou fonte defluido similar.

9. DISPOSITIVO PARA ATENUAR FORMAÇÃO DE ESPUMA NODECURSO DE UM PROCESSO INDUSTRIAL SEM UTILIZAÇÃO DE AGENTEANTI-ESPUMANTE/DESESPUMANTE, caracterizado por compreenderum tubo distribuidor em anel conformado em espiral providocom uma pluralidade de orifícios em sua superfície inferiore acoplado à linha de água de processo em sua extremidade,e sendo montado na superfície de topo interna do vaso emque ocorre formação de espuma durante o processoindustrial, o referido anel distribuidor era espiral sendoacoplado em sua extremidade livre ao tubo de água deprocesso ou fonte de fluido similar.

10. Dispositivo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 6, 8 e 9, caracterizado por os orifíciosprovidos nos referidos braços ou tubos distribuidores emanel se encontrarem agrupados, em que um orifício do grupofica disposto verticalmente no sentido descendente e umoutro fica inclinado.

11. Dispositivo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 8 e 9, caracterizado por ser provido umtubo/peça de extensão para ajuste da posição do dispositivono interior do fermentador ou reator ou vaso produtor deespuma.

12. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por o referido conduto de alimentação,preferencialmente na extremidade fechada, ser provido comuma pluralidade de orifícios ou um tubo conformado emespiral possuindo uma pluralidade de orifícios e o referidotubo ser acoplado ao conduto de alimentação para receberágua, ar ou outro fluido para criação de jatos de água.

13. MÉTODO PARA ATENUAR / CONTROLAR FORMAÇÃO DEESPUMA EM UM PROCESSO INDUSTRIAL, SEM UTILIZAÇÃO DE AGENTEANTI-ESPUMANTE, caracterizado por compreender a formação deum jato de água ou um jato de banho servido / efluente, ouum jato de ar e água, ou um jato de ar, água e banhoservido/efluente, mediante utilização do dispositivoconforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 até 12.

14. PLANTA DE PROCESSO INDUSTRIAL, tal como umainstalação de fermentação, uma destilaria, uma planta defabricação de biogás, uma planta de tratamento deefluentes, uma planta de produção de tintas ou adesivos,uma planta de aeração ou similar, caracterizada porincorporar o dispositivo conforme reivindicado em qualquerurna das reivindicações 1 até 12 para atenuar/controlar aformação de espuma no processo industrial, sem utilizaçãode agente anti-espumante/desespumante.