BRPI1008631B1

BRPI1008631B1 - Sistema concentrador de líquido, e, método para usar calor residual para pelo menos parcialmente evaporar um líquido

Info

Publication number: BRPI1008631B1
Application number: BRPI1008631-5A
Authority: BR
Inventors: Bernard F. Duesel; Michael J. Rutsch; Craig Clerkin
Original assignee: Heartland Technology Partners Llc
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2019-10-08
Also published as: EP2396279A4; EP2396279A2; JP5903272B2; US20140041811A1; US8568557B2; MX2011008547A; AU2010213608A1; MX360400B; AU2015203153A1; WO2010093958A3; CN102356046A; US10179297B2; US20170266581A1; JP2012517348A; RU2530045C2; US9808738B2; US20200222826A1; US10946301B2; AU2017202980A1; RU2014129305A

Abstract

sistema concentrador de líquido, e, método para usar calor residual para pelo menos parcialmente evaporar um líquido um concentrador de líquido compacto e portátil inclui uma entrada de gás, uma saída de gás e um corredor de fluxo conectando a entrada de gás e a saída de gás, em que o corredor de fluxo inclui uma porção estreitada que acelera o gás através do corredor de fluxo. uma entrada de líquido injeta líquido na corrente de gás em uma porção antes da porção estreitada, de modo que a mistura de gáslíquido seja completamente misturada dentro do corredor de fluxo, fazendo com que uma porção do líquido seja evaporada. um eliminador de névoa ou purificador de fluido a jusante da porção estreitada remove gotículas de líquido arrastadas da corrente de gás e recircula o líquido removido para a entrada de líquido através de um circuito de recirculação. líquido fresco a ser concentrado também é introduzido no circuito de recirculação a uma taxa suficiente para compensar a quantidade de líquido evaporada no corredor de fluxo.

Description

“SISTEMA CONCENTRADOR DE LÍQUIDO, E, MÉTODO PARA USAR CALOR RESIDUAL PARA PELO MENOS PARCIALMENTE EVAPORAR UM LÍQUIDO” CAMPO DA DIVULGAÇÃO [0001] Este pedido se refere em geral a concentradores de líquido e, mais especificamente, a concentradores de água residual compactos, portáteis, econômicos que podem ser facilmente conectados a e usar fontes de calor residual. FUNDAMENTOS [0002] A concentração de substâncias voláteis, pode ser uma forma eficaz de tratamento ou pré-tratamento para uma ampla variedade de correntes de águas residuais e pode ser realizada dentro de vários tipos de sistemas de processamento comerciais. Em níveis elevados de concentração, várias correntes de águas residuais podem ser reduzidas a material residual em forma de pastas contendo elevados níveis de sólidos dissolvidos e suspensos. Tal residual concentrado pode ser facilmente solidificado por técnicas convencionais para descarte em aterros ou, conforme o caso, liberados para processos a jusante para tratamento adicional antes do descarte final.

[0003] A concentração de águas residuais pode reduzir grandemente os custos de frete e a capacidade de armazenamento necessária e pode ser benéfica em processos a jusante onde materiais são recuperados águas residuais.

[0004] As características de correntes de águas residuais industriais são muito amplas, como resultado do grande número de processos industriais que as produzem. Além das águas residuais produzidas por projeto em condições controladas dentro da indústria, eventos descontrolados decorrentes de acidentes e desastres naturais frequentemente geram águas residuais.

[0005] Técnicas para o controle de águas residuais incluem: descarga direta às estações de tratamento de esgoto; pré-tratamento seguido pela descarga para estações de tratamento de esgoto; processos no local ou fora do local para recuperar constituintes valiosos e tratamento no local ou fora do local para simplesmente preparar as águas residuais para descarte final. Quando a fonte de

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2/50 águas residuais é um evento descontrolado, a contenção eficaz e as técnicas de recuperação devem ser incluídas em qualquer uma destas opções.

[0006] Uma importante medida da eficácia de um processo de concentração de águas residuais é o volume de resíduos produzidos em proporção ao volume de águas residuais que entram no processo. Em particular, baixas razões de volume residual para volume de alimentação (altos níveis de concentração) são as mais desejáveis. Quando as águas residuais contêm matéria não volátil dissolvida e/ou suspensa, a redução de volume que pode ser alcançada em um processo de concentração especial que se baseia na evaporação de voláteis é, em grande medida, limitada pelo método escolhido para transferir calor para o fluido de processo.

[0007] Os processos convencionais que afetam a concentração por evaporação de água e outras substâncias voláteis podem ser classificados como sistemas de transferência de calor direta ou indireta, dependendo do método utilizado para transferir calor para o líquido sofrendo concentração (o fluido de processo). Dispositivos de transferência de calor indireta geralmente incluem recipientes revestidos que contêm o fluido de processo, ou trocadores de calor tipo placa, tubo de baioneta ou serpentina que são imersos dentro do fluido de processo. Meios, tal como vapor ou óleo quente, são passados através dos recipientes ou trocadores de calor a fim de transferir o calor necessário para evaporação. Os dispositivos de transferência de calor direta implementam processos em que o meio de aquecimento é colocado em contato direto com o fluido de processo, o que ocorre, por exemplo, em sistemas de gás de combustão submersos.

[0008] Os sistemas de transferência de calor indireta que dependem de trocadores de calor, tal como recipientes, placas, tubos de baioneta ou serpentinas são geralmente limitados pelo acúmulo de depósitos de sólidos nas superfícies dos trocadores de calor que entram em contato direto com o fluido de processo. Além disso, o projeto de tais sistemas é complicado pela necessidade de um processo separado para transferir a energia calorífica para o meio de aquecimento, tal como uma caldeira de vapor, ou dispositivos utilizados para aquecer outros fluidos de

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3/50 transferência de calor, tal como aquecedores de óleo quente. Este projeto leva à dependência de dois sistemas de transferência de calor indireta para suportar o processo de concentração. Correntes de alimentação que produzem depósitos nos trocadores de calor enquanto sofrem processamento são chamados fluidos de incrustação. Quando correntes de alimentação contêm certos compostos, tais como carbonatas para os quais a solubilidade diminui com o aumenta da temperatura, depósitos geralmente conhecidos como escória de caldeira se formarão mesmo em concentrações relativamente baixas devido às temperaturas elevadas nas superfícies dos trocadores de calor. Além disso, quando os compostas que possuem alta solubilidade em temperaturas elevadas, tais como cloreto de sódio, estão presentes na alimentação de águas residuais, eles também formarão depósitos por precipitação fora da solução na medida em que o fluido de processo atinge altas concentrações. Tais depósitos, que necessitam de ciclos frequentes de limpeza da superfície de troca de calor para manter a eficiência do processo, podem ser qualquer combinação de sólidos em suspensão transportados no processo com a alimentação de águas residuais e de sólidos que se precipitam do fluido de processo. Os efeitos deletérios da deposição de sólidos em superfícies de troca de calor limitam o período de tempo no qual os processos de transferência de calor indireta podem ser operados antes que esses processos devam ser desligados para limpeza periódica. Estes efeitos deletérios, dessa forma, impõem limites práticos sobre a faixa de águas residuais que pode ser gerida de forma eficaz, especialmente quando a faixa de águas residuais inclui fluidos de incrustação. Portanto, os processos que dependem de mecanismos de transferência de calor indireta são geralmente inadequados para concentrar amplas variedades de correntes de águas residuais e obter baixas razões de volume residual para volume de alimentação.

[0009] A Patente US 5.342.482, que é incorporada neste documenta para referência divulga um tipo particular de concentrador de transferência de calor direta na forma de um processo de gás submerso em que gás de combustão é gerado e liberado através de um tubo de entrada para uma unidade de dispersão submersa dentro do fluido de processo. A unidade de dispersão inclui uma série de tubos de

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4/50 liberação de gás afastados entre si se estendendo radialmente para fora do tubo de entrada, cada um dos tubos de liberação de gás tendo pequenos orifícios afastados entre si em vários locais na superfície do tubo de liberação de gás para dispersar o gás de combustão como pequenas bolhas tão uniformemente quanto praticável através da área de seção transversal do líquido mantido dentro de um recipiente de processamento. De acordo com o entendimento atual dentro da técnica anterior, este projeto proporciona o contato íntimo desejável entre o líquido e o gás quente através de uma grande área de superfície interfacial. Neste processo, a intenção é que tanto o calor quanto a transferência de massa ocorram na área de superfície interfacial renovável dinâmica e continuamente renovável formada pela dispersão de uma fase de gás em um fluido de processo e não em superfícies de troca de calor sólidas nas quais a deposição de partículas sólidas pode ocorrer. Assim, este processo de concentrador de gás submerso fornece uma vantagem significativa sobre os processos de transferência de calor indireta convencionais. No entanto, os pequenos furos nos tubos de liberação de gás que são usados para distribuir gases quentes para o fluido de processo dentro do dispositivo da Patente US 5.342.482 estão sujeitos a bloqueios por depósitos de sólidos formados de fluidos de incrustação. Assim, o tubo de entrada que entrega gases quentes para o fluido de processo está sujeito ao acúmulo de depósitos de sólidos.

[0010] Além disso, como resultado da necessidade de dispersar grandes volumes de gás por toda uma fase líquida de processo contínua, o recipiente de contenção dentro da Patente US 5.342.482 geralmente requer área transversal significativa. As superfícies internas de tais recipientes de contenção e quaisquer acessórios instalados dentro deles são denominados coletivamente como “superfícies úmidas” do processo. Estas superfícies úmidas devem suportar concentrações variadas de fluidos de processo quentes enquanto o sistema está em funcionamento. Para os sistemas projetados para tratar uma ampla faixa de correntes de águas residuais, os materiais de construção para as superfícies úmidas apresentam decisões de projeto críticas em relação tanto à corrosão quanto à resistência à temperatura que deve ser equilibrada com o custo do equipamento e

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5/50 os custos de manutenção/substituição ao longo do tempo. De modo geral, a durabilidade e os baixos custos de manutenção/substituição para superfícies úmidas são intensificados selecionando ou ligas metálicas de alto grau ou certos plásticos de engenharia, tal como aqueles usados na fabricação de recipientes de fibra de vidro. Entretanto, os processos de concentração convencionais que empregam sistemas de aquecimento indireto ou direto também exigem dispositivos para meios quentes, tal como vapor, óleo de transferência de calor ou gases, para transferir calor para o fluido dentro do recipiente. Embora as várias ligas altas diferentes ofereçam respostas em relação à corrosão e resistência à temperatura, os custos dos recipientes e acessórios fabricados a partir delas são geralmente bastante elevados. Além disso, embora plásticos de engenharia possam ser utilizados quer diretamente para formar o recipiente de contenção ou como revestimentos nas superfícies úmidas, a resistência à temperatura geralmente é um fator limitante para muitos plásticos de engenharia. Por exemplo, as altas temperaturas de superfície do tubo de entrada para gás quente dentro dos recipientes utilizados na Patente US 5.342.482 impõem tais limites. Assim, os recipientes e outros equipamentos utilizados para estes processos são tipicamente muito caros para produzir e manter. [0011] Além disso, em todos esses sistemas, uma fonte de calor é necessária para executar os processos de concentração ou evaporativos. Inúmeros sistemas foram desenvolvidos para usar o calor gerado por várias fontes, tal como o calor gerado em um motor, em uma câmara de combustão, em um processo de compressão de gás, etc, como uma fonte de calor para o processamento de águas residuais. Um exemplo de tal sistema é divulgado na Patente US 7.214.290 em que o calor é gerado queimando gás de aterro dentro de um evaporador de gás de combustão submerso que é usado para processar lixiviados em um local de aterro. A Patente US. 7.416.172 divulga um evaporador de gás submerso no qual o calor residual pode ser fornecido para uma entrada do evaporador de gás a ser utilizado para concentrar ou evaporar líquidos. Embora o calor residual seja geralmente considerado ser uma fonte barata de energia, a ser utilizada efetivamente em uma operação de processamento de águas residuais, o calor residual deve, em muitos

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6/50 casos, ser transportado por uma distância significativa da fonte de calor residual até um local no qual o processo evaporativo ou de concentração deve ser realizado. Por exemplo, em muitos casos, uma operação de aterro terá geradores de eletricidade que usam um ou mais motores de combustão interna operando com gás de aterro como combustível de combustão. O escapamento destes geradores ou motores, que normalmente é canalizado através de um silencioso e uma chaminé de escapamento para a atmosfera no topo de um edifício que contém os geradores elétricos, é uma fonte de calor residual. No entanto, para coletar e utilizar este calor residual, quantidades significativas de tubulação cara e canalização devem ser acopladas à chaminé de escapamento para transferir o calor residual para o local do sistema de processamento que normalmente estará ao nível do solo longe do edifício que contém os geradores. É importante ressaltar que a tubulação, materiais de dutos e dispositivos de controle (por exemplo, válvulas de estrangulamento e de interrupção) que podem suportar as altas temperaturas (por exemplo, 1800 graus Fahrenheit) dos gases de escapamento dentro da chaminé de escapamento são muito caros e devem ser isolados para reter o calor dentro dos gases de escapamento durante o transporte. Materiais isolantes aceitáveis utilizados para esses fins são geralmente inclinados a falhas devido a uma variedade de características que adicionam complexidade ao projeto, tal como fragilidade, tendências a erodir ao longo do tempo e sensibilidade à ciclagem térmica. O isolamento também aumenta o peso das tubulações, dutos e dispositivos de controle, o que adiciona custos aos requisitos de suporte estrutural.

SUMÁRIO [0012] Um dispositivo de concentração de líquido compacto divulgado neste documento pode ser facilmente conectado a uma fonte de calor residual, tal como um queimador de gás de aterro ou uma chaminé de escapamento de motor de combustão, e usar este calor residual para executar um processo de concentração de transferência de calor direta, sem a necessidade de recipientes de contenção grandes e caros e sem muitos materiais resistentes a altas temperaturas caros. O concentrador de líquido compacto inclui uma entrada de gás, uma saída de gás e

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7/50 um corredor de mistura ou fluxo que conecta a entrada de gás e a saída de gás, onde o corredor de fluxo inclui uma porção estreitada que acelera o gás através do corredor de fluxo. A entrada de líquido localizada entre a entrada de gás e a porção estreitada do corredor de fluxo, injeta líquido no fluxo de gás em um ponto antes da porção estreitada de modo que a mistura de gás-líquido seja completamente misturada dentro do corredor de fluxo fazendo com que uma porção do líquido seja evaporada ou concentrada. Um eliminador de névoa ou purificador de fluido a jusante da porção estreitada e conectado à saída de gás remove gotículas de líquido transportadas do fluxo de gás e recircula o líquido removido para a entrada de líquido através de um circuito de recirculação. O líquido fresco a ser concentrado também é introduzido no circuito de recirculação a uma taxa suficiente para compensar o total combinado de líquido evaporado no corredor de fluxo e qualquer líquido concentrado que é retirado do processo.

[0013] O concentrador de líquido compacto descrito neste documento inclui uma série de atributos que operam para concentrar correntes de águas residuais a custos reduzidos tendo amplas faixas de características. O concentrador é resistente aos efeitos corrosivos em uma ampla faixa de características de alimentação, tem custos razoáveis de fabricação e funcionamento, é capaz de funcionar continuamente em níveis elevados de concentração e utiliza eficientemente a energia de calor diretamente a partir de uma ampla variedade de fontes. Além disso, o concentrador é compacto o suficiente para ser portátil e, assim, pode ser facilmente transportado para locais onde águas residuais são geradas através de eventos descontrolados e pode ser instalado na proximidade de fontes de calor residual. Assim, o concentrador divulgado neste documento é um dispositivo de baixo custo, confiável e durável que funciona para concentrar continuamente uma ampla gama de diferentes tipos de correntes de águas residuais e que elimina o uso de trocadores de calor de superfície sólida convencionais encontrados em sistemas convencionais de transferência de calor indireta que levam a entupimento e acúmulo de depósitos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0014] A Fig. 1 é um diagrama esquemático geral de um concentrador de líquido

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8/50 compacto.

[0015] A Fig. 2 representa uma modalidade do concentrador de líquido da Fig. 1 montado em um palete ou patim para facilitar o transporte em um caminhão.

[0016] A Fig. 3 é uma vista em perspectiva de um concentrador de líquido compacto, que implementa o processo de concentração da Fig. 1, conectado a uma fonte de calor residual produzido por um queimador do aterro.

[0017] A Fig. 4 é uma vista em perspectiva de uma porção de transferência de calor do concentrador de líquido compacto da Fig. 3.

[0018] A Fig. 5 é uma vista em perspectiva frontal de uma porção do evaporador/concentrador do concentrador de líquido compacto da Fig. 3.

[0019] A Fig. 6 é uma vista em perspectiva de portas de acesso de fácil abertura de uma porção do concentrador de líquido compacto da Fig. 3.

[0020] A Fig. 7 é um vista em perspectiva de uma das portas de acesso de fácil abertura da Fig. 6 na posição aberta.

[0021] A Fig. 8 é uma vista em perspectiva de um mecanismo de trava de fácil abertura utilizado em portas de acesso das Figs. 6 e 7.

[0022] A Fig. 9 é um diagrama esquemático de um sistema de controle que pode ser utilizado no concentrador de líquido compacto da Fig. 3 para controlar o funcionamento dos vários componentes do concentrador de líquido compacto.

[0023] A Fig. 10 é um diagrama do concentrador de líquido compacto da Fig. 3 ligado a uma chaminé de motor de combustão como fonte de calor residual.

[0024] A Fig. 11 é um diagrama esquemático geral de uma segunda modalidade de um concentrador de líquido compacto.

[0025] A Fig. 12 é uma vista superior do concentrador de líquido compacto da Fig. 11.

[0026] A Fig. 13 é um diagrama esquemático de uma terceira modalidade de um concentrador de líquido compacto, a terceira modalidade sendo um concentrador de líquido distribuído.

[0027] A Fig. 14 é uma seção transversal em elevação lateral da porção de concentração de líquido do concentrador de líquido distribuído da Fig. 13.

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9/50 [0028] A Fig. 15 é uma vista superior plana da seção de concentração de líquido da Fig. 14, e [0029] A Fig. 16 é uma vista lateral em close up de um resfriador e seção de Venturi do concentrador de líquido distribuído da Fig. 13.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0030] A Fig. 1 mostra um diagrama esquemático generalizado de um concentrador de líquido 10 que inclui uma entrada de gás 20, uma saída de gás 22 e um corredor de fluxo 24 que liga a entrada de gás 20 à saída de gás 22. O corredor de fluxo 24 inclui uma porção estreitada 26 que acelera o fluxo de gás através do corredor de fluxo 24 criando fluxo turbulento dentro do corredor de fluxo 24 ou perto deste local. A porção estreitada 26 nesta modalidade pode ser formada por um dispositivo de Venturi. A entrada de líquido 30 injeta um líquido a ser concentrado (via evaporação) em uma câmara de concentração de líquido no corredor de fluxo 24 em um ponto a montante da porção estreitada 26 e o líquido injetado se junta ao fluxo de gás no corredor de fluxo 24. A entrada de líquido 30 pode incluir um ou mais bicos substituíveis 31 para pulverizar o líquido no corredor de fluxo 24. A entrada 30, equipada ou não com um bico 31, pode introduzir o líquido em qualquer direção de perpendicular a paralela ao fluxo de gás na medida em que o gás se move através do corredor de fluxo 24. Um defletor 33 também pode ser localizado perto da entrada de líquido 30, de modo que o líquido introduzido da entrada de líquido 30 colida com o defletor e se disperse no corredor de fluxo em pequenas gotículas.

[0031] Na medida em que gás e líquido fluem através da porção estreitada 26, o princípio de Venturi cria um fluxo acelerado e turbulento que mistura completamente o gás e o líquido no corredor de fluxo 24 durante e após o local da entrada 30. Como resultado da mistura turbulenta, uma porção do líquido evapora rapidamente e se toma parte do fluxo de gás. Na medida em que a mistura de gás-líquido se move através da porção estreitada 26, a direção e/ou velocidade da mistura de gás/líquido pode ser alterada por uma restrição de fluxo ajustável, tal como uma placa de Venturi 32, que geralmente é usada para criar uma grande diferença de pressão no corredor de fluxo 24 a montante e a jusante da placa de Venturi 32. A placa de

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Venturi 32 pode ser ajustável para controlar o tamanho e/ou o formato da porção estreitada 26 e pode ser fabricada de um material resistente à corrosão, incluindo uma alta liga metálica, tal como aquelas fabricadas sob os nomes comerciais de Hastelloy®, Inconel® e Monel®.

[0032] Depois de deixar a porção estreitada 26, a mistura de gás-líquido passa através de um eliminador de névoa 34 (também denominado como um purificador de fluido) acoplado à saída de gás 22. O eliminador de névoa 34 remove as gotículas de líquido produzidas do fluxo de gás. O eliminador de névoa 34 inclui uma passagem de fluxo de gás. O líquido removido se agrupa em um coletor de líquido ou tanque 36 na passagem de fluxo de gás, o tanque 36 também pode incluir um reservatório para reter o líquido removido. Uma bomba 40 fluidamente acoplada ao tanque 40 e/ou reservatório move o líquido através de um circuito de recirculação 42 de volta para a entrada de líquido 30 e/ou corredor de fluxo 24. Desta forma, o líquido pode ser reduzido por evaporação até uma concentração desejada. Líquido fresco ou novo a ser concentrado é inserido no circuito de recirculação 42 através de uma entrada de líquido 44. Este novo líquido pode, ao invés disso, ser injetado diretamente no corredor de fluxo 24 a montante da placa de Venturi 32. A taxa de entrada de líquido fresco no circuito de recirculação 42 pode ser igual à taxa de evaporação de líquido à medida que a mistura de gás-líquido flui através do corredor de fluxo 24 mais a taxa de líquido extraído através de uma porta de extração de fluido concentrado 46 localizada no ou perto do reservatório no tanque 40. A proporção de líquido recirculado para líquido fresco pode estar geralmente na faixa de aproximadamente 1:1 a cerca de 100:1, e está geralmente na faixa de aproximadamente 5:1 a aproximadamente 25:1. Por exemplo, se o circuito de recirculação 42 circula fluido a aproximadamente 10 gal/min, o líquido fresco ou novo pode ser introduzido a uma taxa de aproximadamente 1 gal/min (isto é, uma proporção de 10:1). Uma porção do líquido pode ser extraída através da porta de extração 46, quando o líquido no circuito de recirculação 42 atinge uma concentração desejada.

[0033] Depois de passar pelo eliminador de névoa 34 o fluxo de gás passa

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11/50 através de um ventilador de indução 50 que extrai o gás através do corredor de fluxo 24 e corredor de fluxo de gás do eliminador de névoa a pressão negativa. Naturalmente, o concentrador 10 podería funcionar a pressão positiva produzida pelo um ventilador (não mostrado), antes da entrada de líquido 30. Finalmente, o gás é liberado para a atmosfera ou direcionado para processamento adicional através da saída de gás 22.

[0034] Um concentrador 10 pode incluir um sistema de pré-tratamento 52 para tratar o líquido a ser concentrado, que pode ser uma alimentação de águas residuais. Por exemplo, um extrator de ar pode ser usado como um sistema de prétratamento 52 para remover substâncias que podem produzir odores desagradáveis ou ser regulado como poluentes de ar. Neste caso, o extrator de ar pode ser qualquer tipo convencional de extrator de ar ou pode ser um concentrador adicional do tipo aqui descrito, que pode ser utilizado em série como o extrator de ar. O sistema de pré-tratamento 52 poderá, se desejado, aquecer o líquido a ser concentrado utilizando qualquer técnica de aquecimento desejada. Além disso, a alimentação de gás e/ou águas residuais circulando através do concentrador 10 pode ser pré-aquecida em um preaquecedor 54. O preaquecimento pode ser usado para melhorar a taxa de evaporação e, assim, a taxa de concentração do líquido. O gás e/ou a alimentação de águas residuais podem ser preaquecidos por combustão de combustíveis renováveis, tal como lascas de madeira, biogás, metano ou qualquer outro tipo de combustível renovável ou qualquer outra combinação de combustíveis renováveis, combustíveis fósseis e calor residual. Além disso, o gás e/ou água residual podem ser preaquecidos por meio do uso do calor residual gerado no queimador do aterro ou na chaminé. Além disso, o calor residual de um motor, tal como um motor de combustão interna, pode ser utilizado para preaquecer o gás e/ou a alimentação de águas residuais. Além disso, os fluxos de gás ejetados da saída de gás 22 do concentrador 10 podem ser transferidos para um queimador ou outro dispositivo de pós-tratamento 56 que trata o gás antes de liberar o gás para a atmosfera.

[0035] O concentrador de líquido 10 descrito a seguir pode ser usado para

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12/50 concentrar uma grande variedade de correntes de águas residuais, tal como as águas residuais da indústria, as águas de escoamento de catástrofes naturais (inundações, furacões), cáustica de refinaria, lixiviado, tal como lixiviado de aterro, etc. O concentrador de líquido 10 é prático, eficiente em energia, confiável e econômico. A fim de aumentar a utilidade deste concentrador de líquido, o concentrador de líquido 10 é facilmente adaptável para ser montado em um trailer ou um patim móvel para tratar efetivamente de correntes de águas residuais que surgem como resultado de acidentes ou catástrofes naturais ou para tratar as águas residuais que rotineiramente são geradas em locais espacialmente separados ou remotos. O concentrador de líquido 10 descrito aqui tem todas estas características desejáveis e fornece vantagens significativas sobre os concentradores de águas residuais convencionais, especialmente quando o objetivo é gerenciar uma ampla variedade de correntes de águas residuais.

[0036] Além disso, o concentrador 10 pode ser, em grande parte, fabricado de materiais altamente resistentes à corrosão, embora de baixo custo, tal como fibra de vidro e/ou outros plásticos de engenharia. Isto é devido, em parte, ao fato de que o concentrador divulgado é projetado para funcionar em pressão diferencial mínima. Por exemplo, uma pressão diferencial, geralmente na faixa de apenas 10 a 30 polegadas de coluna d’água é necessária. Além disso, como as zonas de contato gás-líquido dos processos de concentração geram alta turbulência dentro das passagens estreitadas (compactas) na ou diretamente após a seção de Venturi do caminho de fluxo, o projeto geral é muito compacto em comparação com os concentradores convencionais onde o contato gás-líquido ocorre em grandes recipientes de processo. Como resultado, a quantidade de metais de alta liga necessária para o concentrador 10 é quase mínima. Além disso, como estas peças de alta liga são pequenas e podem ser facilmente substituídas em um curto período de tempo com trabalho mínimo, os custos de fabricação podem ser cortados em um grau ainda maior pelo projeto de algumas ou todas essas peças como itens de desgaste fabricados de ligas de menor qualidade que devem ser substituídas em intervalos periódicos. Se desejado, essas ligas de menor qualidade (por exemplo,

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13/50 aço carbono) podem ser revestidas com revestimentos resistentes à corrosão e/ou erosão, tal como plásticos de engenharia incluindo polímeros elastoméricos, para estender a vida útil de tais componentes. Da mesma forma, a bomba 40 pode ser fornecida com revestimentos resistentes à corrosão e/ou erosão para prolongar a vida útil da bomba 40, assim reduzindo ainda mais os custos de manutenção e substituição.

[0037] Como será compreendido, o concentrador de líquido 10 proporciona o contato direto do líquido a ser concentrado com o gás quente, efetuando a troca de calor altamente turbulenta e transferência de massa entre o gás quente e o líquido, por exemplo, águas residuais, sofrendo concentração. Além disso, o concentrador 10 emprega zonas de contato de gás-líquido altamente compactas, tornando-o mínimo em tamanho, em comparação com os concentradores conhecidos. O recurso de troca de calor de contato direto promove alta eficiência energética e elimina a necessidade de trocadores de calor de superfície sólida como usado em concentradores de transferência de calor indireta convencionais. Além disso, a zona de contato de gás-líquido compacta elimina os recipientes de processo volumosos utilizados em ambos os concentradores de troca de calor direta e indireta. Esses recursos permitem que o concentrador 10 seja fabricado usando técnicas de fabricação comparativamente de baixo custo e com redução de peso em comparação com os concentradores convencionais. Ambos os fatores favorecem a portabilidade e economia. Assim, o concentrador de líquido 10 é mais compacto e mais leve do que os concentradores convencionais, o que o torna ideal para uso como uma unidade portátil. Além disso, o concentrador de líquido 10 é menos propenso a incrustação e bloqueio devido à operação de troca de calor de contato direto e à falta de superfícies de trocador de calor sólidas. O concentrador de líquido 10 também pode processar líquidos com quantidades significativas de sólidos suspensos por causa da troca de calor de contato direto. Como resultado, altos níveis de concentração dos fluidos de processo podem ser alcançados sem necessidade de limpeza frequente do concentrador 10.

[0038] Mais especificamente, em concentradores de líquido que empregam

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14/50 transferência de calor indireta, os trocadores de calor são propensos a incrustação e estão sujeitos a efeitos de corrosão acelerada em temperaturas normais de funcionamento do meio de transferência de calor quente que é circulado dentro deles (vapor ou outro fluido quente). Cada um destes fatores impõe limites significativos na durabilidade e/ou custos de construção de concentradores indiretamente aquecidos convencionais e em quanto tempo eles podem ser operados antes ser necessário desligar e limpar ou reparar os trocadores de calor. Ao eliminar os recipientes de processo volumosos, o peso dos concentradores de líquido e tanto os custos iniciais quanto os custos de substituição de componentes de alta liga são muito reduzidos. Além disso, devido à diferença de temperatura entre o gás e o líquido, ao volume relativamente pequeno do líquido contido dentro do sistema e a umidade relativa reduzida do gás antes da mistura com o líquido, o concentrador 10 funciona perto da temperatura de saturação adiabática para a mistura de gás/líquido particular que está tipicamente na faixa de cerca de 150 graus Fahrenheit a cerca de 215 graus Fahrenheit (ou seja, este concentrador é um concentrador de “baixo momento”).

[0039] Além disso, o concentrador 10 é projetado para funcionar a pressão negativa, um recurso que aumenta muito a capacidade de usar uma ampla faixa de fontes de calor ou de resíduos de combustível como fonte de energia para efetuar a evaporação. Na verdade, devido à natureza da tiragem destes sistemas, queimadores pressurizados ou não pressurizados podem ser usados para aquecer e fornecer o gás utilizado no concentrador 10. Além disso, a simplicidade e confiabilidade do concentrador 10 são reforçadas pelo número mínimo de peças móveis e peças de desgaste que são necessárias. Em geral, apenas duas bombas e um único ventilador de tiragem induzida são necessários para o concentrador quando ele é configurado para funcionar no calor residual, tal como gases de chaminé dos motores (por exemplo, geradores ou motores de veículos), chaminés de processos industriais, sistemas de compressor de gás e queimadores, tal como queimadores de gás de aterro. Esses recursos fornecem vantagens significativas que refletem positivamente na versatilidade e nos custos de aquisição,

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15/50 funcionamento e manutenção do concentrador 10.

[0040] A Fig. 2 ilustra uma vista lateral do concentrador de líquido 10 montado em uma estrutura móvel 60, tal como um palete, um trailer ou um patim. A estrutura móvel é dimensionada e formada para carregamento fácil sobre, ou conexão a, um veículo de transporte 62, tal como um caminhão de trator-reboque. Da mesma forma, tal concentrador montado pode ser facilmente carregado em um trem, um navio ou um avião (não mostrado) para o transporte rápido para locais remotos. O concentrador de líquidos 10 pode funcionar como uma unidade totalmente autossuficiente tendo seu próprio queimador e fonte de combustível, ou o concentrador de líquidos 10 pode funcionar usando um queimador no local e/ou uma fonte de calor de combustível ou residual no local. Os combustíveis para o concentrador 10 podem incluir fontes de combustível renováveis, tal como produtos residuais (papel, lascas de madeira, etc.), e gás de aterro. Além disso, o concentrador 10 pode funcionar com qualquer combinação de tradicionais combustíveis fósseis, tal como carvão ou petróleo, combustíveis renováveis e/ou calor residual.

[0041] Um concentrador montado em trailer típico 10 pode ser capaz de tratar tanto quanto cem mil galões ou mais por dia de água residual, enquanto unidades maiores e estacionárias, tal como aquelas instaladas em aterros, estações de tratamento de esgoto ou campos de gás natural ou de petróleo, podem ser capazes de tratar múltiplos de cem mil galões de água residual por dia.

[0042] A Fig. 3 ilustra uma modalidade particular de um concentrador de líquido compacto 110, que funciona utilizando os princípios descritos acima, com relação à Fig. 1 e que é conectado a uma fonte de calor residual na forma de um queimador de aterro. De um modo geral, o concentrador de líquido compacto 110 da Fig. 3 funciona para concentrar a água residual, tal como lixiviado de aterros, usando escapamento ou calor residual criado dentro de um queimador de aterro que queima gás de aterro de uma forma que atende aos padrões estabelecidos pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA). Como é sabido, a maioria dos aterros inclui um queimador que é usado para queimar gás de aterro para eliminar o metano e outros

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16/50 gases antes da liberação para a atmosfera. Normalmente, o gás que sai do queimador está entre 1000 e 1500 graus Fahrenheit e pode chegar a 1800 graus Fahrenheit.

[0043] Como ilustrado na Fig. 3, o concentrador de líquido compacto 110 geralmente inclui ou está ligado a um conjunto de queimador 115, e inclui um conjunto de transferência de calor 117 (mostrado com mais detalhes na Fig. 4), um conjunto de pré-tratamento de ar 119, um conjunto de concentrador 120 (mostrado com mais detalhes na Fig. 5), um purificador de fluido 122 e uma seção de escapamento 124. De modo importante, o conjunto de queimador 115 inclui um queimador 130, que queima gás de aterro nele de acordo com quaisquer princípios conhecidos, e um conjunto de tampa de queimador 132. O conjunto de tampa de queimador 132 inclui uma tampa móvel 134 (por exemplo, uma tampa de queimador, uma tampa de gás de escapamento, etc.) que cobre o topo do queimador 130, ou outro tipo de chaminé (por exemplo, uma chaminé de escapamento de gás de combustão), para vedar o topo do queimador 130 quando a tampa do queimador 134 está na posição fechada, ou para desviar uma parte do gás do queimador em uma posição parcialmente fechada, e que permite que o gás produzido dentro do queimador 130 escape para a atmosfera através de uma extremidade aberta, que forma uma saída de gás primária 143, quando a tampa do queimador 134 está em uma posição aberta ou parcialmente aberta. O conjunto de tampa de queimador 132 também inclui um atuador de tampa 135, tal como um motor (por exemplo, um motor elétrico, um motor hidráulico, um motor pneumático, etc., mostrado na Fig. 4) que move a tampa do queimador 134 entre as posições totalmente aberta e totalmente fechada. Como mostrado na Fig. 4, a o atuador da tampa do queimador 135 pode, por exemplo, girar ou mover a tampa do queimador 134 em torno de um ponto de giro 136 para abrir e fechar a tampa de queimador 134. O atuador da tampa do queimador 135 pode utilizar uma transmissão por corrente ou qualquer outro tipo de mecanismo de acionamento conectado à tampa do queimador 134 para mover a tampa do queimador 134 ao redor do ponto de giro 136. O conjunto de tampa de queimador 132 também pode incluir um contrapeso 137 disposto no lado oposto do

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17/50 ponto de giro 136 da tampa do queimador 134 para equilibrar ou compensar uma porção do peso da tampa do queimador 134 ao mover a tampa do queimador 134 em torno do ponto de giro 136. O contrapeso 137 permite que o atuador 135 seja reduzido em tamanho ou potência, enquanto continua sendo capaz de mover ou girar a tampa do queimador 134 entre uma posição aberta, na qual a parte superior do queimador 130 (ou a saída de gás de combustão primária 143) está aberta para a atmosfera, e uma posição fechada, na qual a tampa do queimador 134 cobre e, essencialmente, veda o topo do queimador 130 (ou a saída de gás de combustão primária 143). A tampa do queimador 134 em si pode ser feita de material resistente a altas temperaturas, tal como aço inoxidável ou aço carbono, e pode ser revestida ou isolada com material refratáho, incluindo óxido de alumínio e/ou óxido de zircônio na parte inferior da mesma que entra em contato direto com os gases do queimador quentes quando a tampa do queimador 134 está na posição fechada.

[0044] Se desejado, o queimador 130 pode incluir uma seção adaptadora 138, incluindo a saída do gás de combustão primária 143 e uma saída de gás de combustão secundária 141 a montante da saída do gás de combustão primária 143. Quando a tampa do queimador 130 está na posição fechada, o gás de combustão é desviado através da saída de gás de combustão secundária 141. A seção adaptadora 138 pode incluir uma seção conectara 139 que liga o queimador 130 (ou chaminé de escapamento) à seção de transferência de calor 117 usando um cotovelo de 90 graus ou curva. Outros arranjos de conector são possíveis. Por exemplo, o queimador 130 e a seção de transferência de calor 117 podem ser conectados em praticamente qualquer ângulo entre 0 graus e 180 graus. Neste caso, o conjunto de tampa de queimador 132 é montado no topo da seção adaptadora 138 próximo à saída do gás de combustão primária 143.

[0045] Como ilustrado nas Figs. 3 e 4, o conjunto de transferência de calor 117 inclui um tubo de transferência 140, que se liga a uma entrada do conjunto de prétratamento de ar 119 para o queimador 130 e, mais particularmente, à seção do adaptador 138 do queimador 130. Um elemento de suporte 142, na forma de uma barra vertical ou poste, suporta o tubo de transferência de calor 140 entre o

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18/50 queimador 130 e o conjunto de pré-tratamento de ar 119 em um nível predeterminado ou altura acima do solo. O tubo de transferência de calor 140 é ligado à seção conectara 139 ou a seção adaptadora 138 na saída de gás de combustão secundária 141, o tubo de transferência formando uma porção de uma passagem de fluido entre a seção adaptadora 138 e um processo secundário, tal como processo de concentração de fluido. O elemento de suporte 142 é tipicamente necessário porque o tubo de transferência de calor 140 será geralmente feito de metal, tal como aço carbono ou aço inoxidável, e poderá ser revestido refratariamente com materiais tais como óxido de alumínio e/ou óxido de zircônio, para suportar a temperatura do gás sendo transferido do queimador 130 para o conjunto de pré-tratamento de ar 119. Assim, o tudo de transferência de calor 140 será tipicamente uma peça pesada do equipamento. No entanto, como o queimador 130, por um lado, e o conjunto de pré-tratamento de ar 119 e o conjunto do concentrador 120, por outro lado, são dispostos imediatamente adjacentes uns aos outros, o tubo de transferência de calor 140 geralmente só precisa ser de um comprimento relativamente curto, reduzindo assim o custo dos materiais utilizados no concentrador 110, bem como reduzindo a quantidade da estrutura de suporte necessária para suportar o peso das peças pesadas do concentrador 110 acima do solo. Como ilustrado na Fig. 3, o tubo de transferência de calor 140 e o conjunto de pré-tratamento de ar 1119 formam uma estrutura em forma de II de cabeça para baixo.

[0046] O conjunto de pré-tratamento de ar 119 inclui uma seção de tubulação vertical 150 e uma válvula de ar ambiente (não mostrada explicitamente nas Fig. 3 e 4) disposta no topo da seção de tubulação vertical 150. A válvula de ar ambiente (também denominada válvula de sangria) forma uma passagem de fluido entre o tubo de transferência de calor 140 (ou o conjunto de pré-tratamento de ar 119) e a atmosfera. A válvula de ar ambiente funciona para permitir que o ar ambiente flua através de uma tela de pássaros com malha 152 (tipicamente arame ou metal) e para o interior do conjunto de pré-tratamento de ar 119 para se misturar com o gás quente proveniente do queimador 130. Se desejado, o conjunto de pré-tratamento

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19/50 de ar 119 pode incluir uma seção permanentemente aberta próxima à válvula de sangria que permite sempre certa quantidade de ar de sangria para o conjunto de ar pré-tratamento 119, o que pode ser desejável para reduzir o tamanho da válvula de sangria necessária e por razões de segurança. Enquanto o controle do ar ambiente ou válvula de sangria será discutido em mais detalhes adiante, esta válvula geralmente permite que o gás do queimador 130 seja resfriado para uma temperatura mais utilizável antes de entrar no conjunto do concentrador 120. O conjunto de pré-tratamento de ar 119 pode ser suportado em parte pelos elementos transversais 154 conectados ao elemento de suporte 142. Os elementos transversais 154 estabilizam o conjunto de pré-tratamento de ar 119 que também é tipicamente feito de aço carbono ou aço inoxidável pesado ou outro metal e que pode ser revestido ref ratariam ente para melhorar a eficiência energética e para suportar a alta temperatura dos gases dentro desta seção do concentrador 110. Se desejado, a seção da tubulação vertical 150 pode ser extensível para se adaptar ou levar em conta queimadores de alturas diferentes, de modo a tornar o concentrador de líquido 110 facilmente adaptável a muitos queimadores diferentes ou a queimadores de diferentes alturas. Este conceito é ilustrado com mais detalhes na Fig. 3. Como mostrado na Fig. 3, a seção de tubulação vertical 150 pode incluir uma primeira seção 150A (mostrada usando linhas pontilhadas), que se sobrepõe dentro de uma segunda seção 150B, dessa forma permitindo que a seção de tubulação vertical 150 seja ajustável em comprimento (altura).

[0047] De um modo geral, o conjunto de pré-tratamento de ar 119 funciona para misturar o ar ambiente fornecido através da válvula de ar ambiente abaixo da tela 152 e o gás quente que flui do queimador 130 através do tubo de transferência de calor 140 para criar uma temperatura desejada do gás na entrada do conjunto de concentrador 120.

[0048] O conjunto de concentrador de líquido 120 inclui uma seção de direcionamento 156 tendo uma seção transversal reduzida na extremidade superior da mesma que combina o fundo da seção de tubulação 150 com um resfriador 159 do conjunto do concentrador 120. O conjunto de concentrador 120 também inclui

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20/50 uma primeira entrada de fluido 160, que injeta líquido novo ou não tratado para ser concentrado, tal como lixiviado de aterro, no interior do resfriador 159. Embora não seja mostrada na Fig. 3, a entrada 160 pode incluir um pulverizador grosso com um bico grande para pulverizar o líquido não tratado no resfriador 159. Como o líquido sendo pulverizado no resfriador 159 neste ponto no sistema não está concentrado ainda e, portanto, tem grande quantidade de água nele e porque o pulverizador é um pulverizador grosso, o bico do pulverizador não está sujeito a incrustação ou a ser obstruído pelas pequenas partículas dentro do líquido. Como será entendido, o resfriador 159 funciona para reduzir rapidamente a temperatura do fluxo de gás (por exemplo, de cerca de 900 graus Fahrenheit para menos de 200 graus Fahrenheit) durante a execução de um alto grau de evaporação no líquido injetado na entrada 160. Se desejado, mas não especificamente mostrado na Fig. 3, um sensor de temperatura pode ser localizado na ou perto da saída da seção de tubulação 150 ou no resfriador 159 e pode ser usado para controlar a posição da válvula de ar ambiente para, assim, controlar a temperatura do gás presente na entrada do conjunto do concentrador 120.

[0049] Como mostrado nas Figs. 3 e 5, o resfriador 159 está conectado à câmara de injeção de líquido que está ligada à porção estreitada ou seção de Venturi 162 que tem uma seção transversal estreitada em relação ao resfriador 159 e que tem uma placa de Venturi 163 (mostrada em linha pontilhada) disposta nele. A placa de Venturi 163 cria uma passagem estreita através da seção de Venturi 162, que cria uma grande queda de pressão entre a entrada e a saída da seção de Venturi 162. Esta grande queda de pressão causa fluxo de gás turbulento dentro do resfriador 159 e no topo ou na entrada da seção de Venturi 162 e faz com que uma alta taxa de gás flua para fora da seção de Venturi 162, ambas as quais levando a mistura completa do gás e líquido na seção de Venturi 162. A posição da placa de Venturi 163 pode ser controlada com uma haste de controle manual 165 (mostrada na Figura 5) conectada ao ponto de giro da placa 163, ou através de um mecanismo de controle elétrico, tal como motor (não é mostrado na Figura 5).

[0050] O tubo de recirculação 166 se estende ao redor dos lados opostos da

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21/50 entrada da seção de Venturi 162 e funciona para injetar líquidos parcialmente concentrados (ou seja, recirculados) para a seção de Venturi 162 para serem ainda mais concentrados e/ou para impedir a formação de particulados secos dentro do conjunto de concentrador 120 através das várias entradas de fluido localizadas em um ou mais lados do corredor de fluxo. Embora não seja explicitamente mostrado nas Figs. 3 e 5, uma série de tubos, como três tubos, por exemplo, de % polegada de diâmetro, pode se estender de cada uma das pernas opostas do tubo 166 parcialmente em torno da seção de Venturi 162 e através das paredes e para o interior da seção de Venturi 162. Como o líquido sendo ejetado para o concentrador 110 neste momento é líquido recirculado e é, portanto, parcialmente concentrado ou mantido a uma concentração de equilíbrio específica e mais propenso a obstruir um bico de pulverização do que o líquido menos concentrado injetado na entrada 160, este líquido pode ser injetado diretamente sem um pulverizador de modo a evitar o entupimento. No entanto, se desejado, um defletor na forma de uma placa plana pode ser disposto na frente de cada uma das aberturas dos tubos de % para fazer com que o líquido sendo injetado neste ponto do sistema atinja o defletor e se disperse no conjunto do concentrador 120 como gotículas menores. Em qualquer caso, a configuração deste sistema de recirculação distribui ou dispersa o líquido de recirculação melhor dentro do fluxo de gás que flui através do conjunto de concentrador 120.

[0051] O gás quente e o líquido combinados fluem de uma maneira turbulenta pela seção de Venturi 162. Como observado acima, a seção de Venturi 162, que tem uma placa de Venturi móvel 163 disposta em toda a largura do conjunto do concentrador 120, causa fluxo turbulento e mistura completa do líquido e gás, causando a evaporação rápida do líquido dentro do gás. Como a ação de mistura causada pela seção de Venturi 162 fornece um alto grau de evaporação, o gás esfria substancialmente no conjunto do concentrador 120 e sai da seção de Venturi 162 para um cotovelo inundado 164 a altas taxas de velocidade. Na verdade, a temperatura da mistura de gás-líquido neste ponto pode ser de cerca de 160 graus Fahrenheit.

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22/50 [0052] Como é típico, a parte inferior do cotovelo inundado 164 tem líquidos dispostos na mesma e a mistura de gás-líquido saindo da seção de Venturi 162 em altas taxas de velocidade colide com o líquido no fundo do cotovelo inundado 164 na medida em que a mistura de gás-líquido é forçada a virar 90 graus para fluir para o purificador de fluido 122. A interação do fluxo de gás-líquido com o líquido dentro do cotovelo inundado 164 elimina gotículas de líquido do fluxo de gás-líquido e evita que partículas suspensas no fluxo de gás-líquido batam no fundo do cotovelo inundado 164 a altas taxas de velocidades impedindo, assim, a erosão da parede metálica do cotovelo inundado 164.

[0053] Depois de deixar o cotovelo inundado 164, o fluxo de gás-líquido no qual o líquido evaporado e algum líquido e outras partículas ainda existem, flui através do purificador de fluido 122 que é, neste caso, um purificador de fluido de fluxo cruzado. O purificador de fluido 122 inclui várias telas ou filtros que ajudam na remoção de líquidos produzidos do fluxo de gás-líquido e removem outras partículas que podem estar presentes na corrente de gás-líquido. Em um exemplo particular, o purificador de fluxo cruzado 122 pode incluir um defletor de impacto grosseiro inicial 169 na entrada do mesmo que é projetado para remover gotículas de líquido na faixa de 50 a 100 mícrons de tamanho ou maiores. Depois disso, dois filtros removíveis na forma de divisas 170 são dispostos em todo o caminho de fluido através do purificador de líquido 122 e as divisas 170 podem ser progressivamente dimensionadas ou configuradas para remover gotículas de líquido de tamanhos cada vez menores, tal como 20 a 30 mícrons e menos de 10 mícrons. É claro que, mais ou menos filtros ou divisas poderíam ser usados.

[0054] Como é típico em purificadores de fluxo cruzado, o líquido capturado pelos filtros 169 e 170 drenam por gravidade para um reservatório ou depósito 172 localizado na parte inferior do purificador de líquido 122. O depósito 172 que pode conter, por exemplo, 200 galões de líquido ou mais, assim, coleta o fluido concentrado contendo sólidos dissolvidos e suspensos removidos do fluxo de gáslíquido e funciona como um reservatório para uma fonte de líquido concentrado de recirculação de volta para o conjunto concentrador 120 a ser ainda mais tratado e/ou

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23/50 para evitar a formação de particulado seco dentro do conjunto concentrador 120 da maneira descrita acima em relação à Fig. 1. Em uma modalidade, o depósito 172 pode incluir uma parte inferior em forma de V inclinada (não mostrada nos desenhos) tendo uma ranhura em forma de V estendendo-se desde a parte traseira do purificador de fluido 122 (mais afastada do cotovelo inundado 164) para frente do purificador de fluido 122 (próximo ao cotovelo inundado 164), sendo que a ranhura em forma de V é inclinada de modo que o fundo da ranhura em forma de V seja menor na extremidade do purificador de fluido 122 mais próxima ao cotovelo inundado 164 do que em uma extremidade mais afastada do cotovelo inundado 164. Em outras palavras, a parte inferior em forma de V pode ser inclinada com o ponto mais baixo do fundo em forma de V próximo à porta de saída 173 e/ou à bomba 182. Além disso, um circuito de lavagem (não mostrado nos desenhos) pode bombear o fluido concentrado do depósito 172 para um pulverizador (não mostrado) dentro do purificador de fluxo cruzado 122, o pulverizador sendo destinado a pulverizar líquido na parte inferior em forma de V. Alternativamente, o pulverizador pode pulverizar o líquido não concentrado ou água limpa na parte inferior em forma de V. O pulverizador pode periodicamente ou constantemente pulverizar o líquido sobre a superfície da parte inferior em forma de V para lavar sólidos e evitar o acúmulo de sólidos no fundo em forma de V ou na porta de saída 173 e/ou na bomba 182. Como resultado deste fundo inclinado em forma de V e da bomba, a coleta de líquido no depósito 172 é continuamente agitada e renovada, mantendo assim uma consistência relativamente constante e mantendo sólidos em suspensão. Se desejado, o circuito de pulverização pode ser um circuito separado através de uma bomba separada com, por exemplo, uma entrada dentro do tanque 173, ou pode usar uma bomba 182 associada a um circuito de recirculação de líquido concentrado descrito a seguir para a pulverizar o líquido concentrado do tanque no fundo em forma de V do depósito 172.

[0055] Como ilustrado na Fig. 3, uma linha de retorno 180, bem como uma bomba 182, funcionam para recircular fluido retirado do fluxo de gás-líquido do depósito 172 de volta para o concentrador 120 e, assim, completam um circuito de

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24/50 recirculação de fluido ou líquido. Da mesma forma, uma bomba 184 pode ser fornecida dentro de uma linha de entrada 186 para bombear o líquido novo ou não tratado, tal como lixiviado de aterro, para a entrada 160 do conjunto concentrador 120. Além disso, um ou mais pulverizadores 185 podem estar dispostos dentro do purificador de fluido 122 adjacentes às divisas 170 e podem ser operados periodicamente para pulverizar água limpa ou uma porção da alimentação de águas residuais nas divisas 170 para mantê-las limpas.

[0056] O líquido concentrado também pode ser removido da parte inferior do purificador de fluido 122 através da porta de saída 173 e pode ser posteriormente tratado ou descartado de qualquer maneira adequada em um circuito de recirculação secundário. Em particular, o líquido concentrado removido pela porta de saída 173 contém certa quantidade de sólidos suspensos que, de preferência, pode ser separada da porção líquida do líquido concentrado e removida do sistema através de um circuito de recirculação secundário. Por exemplo, o líquido concentrado retirado da porta de saída 173 pode ser transportado através de um circuito de águas residuais concentradas secundários (não mostrado) para um dispositivo de separação de sólido/líquido, tal como um tanque de decantação, uma peneira vibratória, um filtro rotativo a vácuo, ou uma prensa de filtro. Após os sólidos suspensos e a porção líquida da água residual concentrada serem separados pelo dispositivo de separação de sólido/líquido, a porção líquida da água residual concentrada pode ser devolvida ao depósito 172 para processamento adicional no primeiro ou primário circuito de recirculação conectado ao concentrador.

[0057] O gás, que flui através do e para fora do purificador de fluido 122 com o líquido e os sólidos suspensos removidos do mesmo, sai da tubulação ou duto na parte de trás do purificador de líquido 122 (a jusante das divisas 170) e flui através de um ventilador de tiragem induzida 190 do conjunto de escapamento 124, de onde é exaurido para a atmosfera na forma do gás de entrada quente resfriado misturado com o vapor d’água evaporado. É claro que, um motor do ventilador de tiragem induzida 192 é conectado ao e opera o ventilador 190 para criar pressão negativa dentro do purificador de fluido 122, de modo a finalmente tirar o gás do queimador

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130 através do tubo de transferência 140, o conjunto de pré-tratamento de ar 119 e o conjunto do concentrador 120. Como descrito acima com relação à Fig. 1, o ventilador de tiragem induzida 190 precisa apenas fornecer uma ligeira pressão negativa dentro do purificador de líquidos 122 para assegurar o funcionamento adequado do concentrador 110.

[0058] Enquanto a velocidade do ventilador de tiragem induzida 190 pode ser variada através de um dispositivo como uma unidade de frequência variável operada para criar diferentes níveis de pressão negativa dentro do purificador de fluido 122 e, portanto, geralmente pode ser operado dentro de uma faixa de capacidade de fluxo de gás para garantir o fluxo de gás completo do queimador 130 se o gás que está sendo produzido pelo queimador 130 não é de quantidade suficiente, o funcionamento do ventilador de tiragem induzida 190 não pode necessariamente ser ajustado para garantir uma queda de pressão adequada através do purificador de fluido 122 em si. Ou seja, para funcionar de forma eficiente e adequada, o gás que flui através do purificador de fluido 122 deve estar a uma taxa de fluxo suficiente (mínima) na entrada do purificador de fluido 122. Normalmente, este requisito é controlado pela manutenção, pelo menos, de uma queda de pressão mínima predefinida através do purificador de fluido 122. No entanto, se o queimador 130 não está produzindo, pelo menos, um nível mínimo de gás, o aumento da velocidade do ventilador de tiragem induzida 190 não será capaz de criar a queda de pressão exigida através do purificador de fluido 122.

[0059] Para compensar esta situação, o purificador de fluxo cruzado 122 é projetado para incluir um circuito de recirculação de gás que pode ser usado para assegurar que gás suficiente esteja presente na entrada do purificador de fluido 122 para permitir que o sistema adquira a queda de pressão necessária através do purificador de fluido 122. Em particular, o circuito de recirculação de gás inclui uma linha de retorno de gás ou duto de retorno 196 que conecta o lado de alta pressão do conjunto de escapamento 124 (por exemplo, a jusante do ventilador de tiragem induzida 190) à entrada do purificador de fluido 122 (por exemplo, uma entrada de gás do purificador de fluido 122) e um mecanismo de controle ou defletor 198

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26/50 disposto no duto de retorno 196 que opera para abrir e fechar o duto de retomo 196 para, assim, conectar por fluido o lado de alta pressão do conjunto de escapamento 124 à entrada do purificador de fluido 122. Durante a operação, quando o gás que entra no purificador de fluido 122 não é de quantidade suficiente para obter a queda de pressão mínima exigida através do purificador de fluido 122, o defletor 198 (que pode ser, por exemplo, uma válvula de gás, um registro, tal como um registro com venezianas, etc.) é aberto para direcionar o gás do lado da alta pressão do conjunto de escapamento 124 (ou seja, o gás que se deslocou através do ventilador de tiragem induzida 190) de volta para a entrada do purificador de fluido 122. Assim, esta operação fornece uma quantidade suficiente de gás na entrada do purificador de fluido 122 para permitir o funcionamento do ventilador de tiragem induzida 190 para adquirir a queda de pressão mínima exigida através do purificador de fluido 122.

[0060] A Figura 6 ilustra a particular característica vantajosa do concentrador de líquido compacto 110 da Figura 3 na forma de um conjunto de portas de acesso de abertura fácil 200, que pode ser usado para acessar o interior do concentrador 110 para limpeza e fins de visualização. Enquanto a Figura 6 ilustra as portas de acesso de fácil abertura 200 em um lado do purificador de fluido 122, um conjunto semelhante de portas pode ser fornecido no outro lado do purificador de fluido 122 e uma porta similar é fornecida na parte frontal do cotovelo inundado 164, mostrado na Figura 5. Conforme ilustrado na Figura 6, cada uma das portas de fácil acesso 200 no purificador de fluido 122 inclui uma placa de porta 202, que pode ser uma peça plana de metal, ligada ao purificador de fluido 122 através de duas dobradiças 204, com a placa de porta 202 sendo passível de rotação nas dobradiças 204 para abrir e fechar. Uma pluralidade de alças de liberação rápida 206 é disposta em tomo da periferia da placa de porta 202 e opera para manter a placa de porta 202 na posição fechada e, assim, manter a porta 200 trancada, quando o purificador de fluido 122 está operando. Na modalidade mostrada na Figura 6, oito alças de liberação rápida 206 são dispostas em tomo de cada uma das placas de porta 202, mas qualquer outro número desejado de tais alças de liberação rápida 206 podería ser usado em

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27/50 seu lugar.

[0061] A Figura 7 ilustra uma das portas 200 dispostas na posição aberta. Como será visto, uma sede de porta 208 é montada longe da parede do purificador de fluido 122 com elementos de extensão 209 dispostos entre os assentos de porta 208 e a parede externa do purificador de fluido 122. Uma gaxeta 210, que pode ser feita de borracha ou de outros materiais compressíveis, está disposta em tomo da circunferência da abertura no assento de porta 208. Uma gaxeta similar pode, adicionalmente ou alternativamente, ser disposta em tomo da circunferência externa de lado interno da placa de porta 202, o que fornece uma melhor vedação quando a porta 200 está na posição fechada.

[0062] Cada alça de liberação rápida 206, uma das quais, é mostrada com mais detalhes na Figura 8, inclui uma alça 212 e uma trava 214 (neste caso, uma peça em forma de U de metal) montadas em uma barra de articulação 216 disposta através da alça 212. A alça 212 é montada em um elemento de ponto de articulação adicional 218 que é montado na parede externa da placa de porta 202 através de um suporte de ligação 219. A operação da alça 212 para cima e ao redor do membro de articulação adicional 218 (a partir da posição mostrada na Figura 8) move a trava 214 em direção à parede externa do purificador de fluido 112 (quando a placa de porta 202 está na posição fechada) de modo que a trava 214 pode estar disposta do lado de um gancho 220 longe da placa de porta 202, o gancho 220 sendo montado no membro de extensão 209. A rotação da parte de trás da alça 210 na direção oposta puxa a trava 214, apertada contra o gancho 220, puxando o membro de articulação adicional 218 e, portanto, a placa de porta 202 contra o assento de porta 208. A operação de todas as alças de liberação rápida 206 segura a placa de porta 202 contra os assentos de porta 208 e a gaxeta 210 fornece uma conexão segura com fluidez. Assim, o fechamento de todas as oito alças de liberação rápida 206 em uma determinada porta 200, como ilustrado na Figura 6, fornece um mecanismo seguro e de ajuste apertado para segurar a porta 200 fechada.

[0063] O uso de portas de abertura fácil 200 substitui o uso de uma placa com furos, em que inúmeros parafusos que se estendem desde a parede externa do

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28/50 concentrador são encaixados através dos furos na placa e na qual é necessário apertar porcas nos parafusos, para mover a placa contra a parede do concentrador. Enquanto tal tipo de porca e parafuso de mecanismo de fixação, que é normalmente usado em concentradores de fluido para permitir o acesso ao interior do concentrador, é muito seguro, a operação desta configuração leva muito tempo e muito esforço ao abrir ou fechar um painel de acesso. O uso das portas de abertura rápida 200 com as alças de liberação rápida 206 da Figura 6 pode ser utilizado neste caso, porque o interior do purificador de fluido 122 está a pressão negativa em que a pressão no interior do purificador de fluido 122 é menor que a pressão do ar ambiente e, assim, não precisa da segurança de um tipo de porca e parafuso incômodo de painel de acesso. Claro que, como será entendido, a configuração das portas 200 permite que as portas 200 sejam facilmente abertas e fechadas, com apenas um mínimo esforço manual e sem ferramentas permitindo, assim, acesso fácil e rápido ao interior da estrutura do purificador de fluido 122, tal como o defletor de impacto 169 ou os filtros removíveis 170, ou outras partes do concentrador 110, em que uma porta de acesso 200 é disposta.

[0064] Voltando à Figura 5, será visto que a frente do cotovelo inundado 164 do conjunto de concentrador 120 também inclui uma porta de acesso de abertura fácil 200 que permite fácil acesso ao interior do cotovelo inundado 164. No entanto, portas similares de acesso de fácil abertura podem ser localizadas em qualquer parte desejada do concentrador de fluido 110, conforme a maioria dos elementos do concentrador 10 que operam sob pressão negativa.

[0065] A combinação das características ilustradas nas Figuras 3 a 8 faz um concentrador de fluido compacto 110, que usa calor residual na forma de gás resultante da operação de um queimador de aterro que queima gás de aterro, cujo calor residual seria, de outra forma, ventilado diretamente para a atmosfera. De forma importante, o concentrador 110 usa apenas uma quantidade mínima de materiais resistentes a altas temperaturas (e, portanto, material caro) para fornecer o equipamento estrutural e tubulação necessária para utilizar os gases de alta temperatura que saem do queimador 130. Em particular, o pequeno comprimento do

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29/50 tubo de transferência 140, que é feito de materiais mais caros, é minimizado reduzindo, assim, o custo e o peso do concentrador de fluido 110. Além disso, por causa do pequeno tamanho do tubo de transferência de calor 140, apenas uma quantidade mínima de andaimes, na forma dos elementos de suporte 142 é, assim, necessária reduzindo ainda mais os custos de construção do concentrador 110. Além disso, o fato de que o conjunto de pré-tratamento de ar 119 é disposto diretamente no topo do conjunto de concentrador de fluido 120, com o gás nestas seções fluindo para baixo em direção ao solo, permite que essas seções do concentrador 110 sejam suportadas diretamente no solo ou por um patim no qual estes membros são montados. Além disso, esta configuração mantém o concentrador 110 disposto muito perto do queimador 130, tornando-o mais compacto. Da mesma forma, esta configuração mantém as seções de alta temperatura do concentrador 110 (por exemplo, o topo do queimador 130, o tubo de transferência de calor 140 e o conjunto de pré-tratamento de ar 119) acima do solo e longe do contato humano inadvertido, levando a uma configuração de segurança. Na verdade, devido ao resfriamento rápido que ocorre na seção de Venturi 162 do conjunto de concentrador 120, a seção de Venturi 162, o cotovelo inundado 164 e o purificador de fluido 122 estão tipicamente suficientemente frios para se tocar sem danos (mesmo quando os gases saindo do queimador 130 estão a 1800 graus Fahrenheit). Este fato também permite que esses componentes sejam feitos de materiais menos caros ou mais leves, tais como aço carbono ou fibra de vidro. De fato, em uma modalidade, o purificador de fluido 122 é feito de fibra de vidro, tornando-o menos caro do que ligas maiores, enquanto mantém excepcional resistência à corrosão.

[0066] O concentrador de fluido 110 também é um concentrador de ação muito rápida. Devido ao fato de que o concentrador 110 é um concentrador do tipo de contato direto, ele não está sujeito a acúmulo de depósitos, entupimento e incrustações na mesma medida que a maioria dos outros concentradores. Além disso, a capacidade de controlar a tampa de queimador 134 para abrir e fechar, dependendo se o concentrador 110 está sendo usado ou operado, permite que o

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30/50 queimador 130 seja usado para queimar gás de aterro, sem interrupção, quando partindo ou parando o concentrador 110. Mais particularmente, a tampa de queimador 134 pode ser aberta rapidamente a qualquer momento para permitir que o queimador 130 simplesmente queime gás de aterro como normal, enquanto o concentrador 110 está desligado. Por outro lado, a tampa de queimador 134 pode ser rapidamente fechada quando o concentrador 110 é partido desviando, assim, gases quentes criados no queimador 130 para o concentrador 110 e permitindo que o concentrador 110 opere sem interromper a operação do queimador 130. Em ambos os casos, o concentrador 110 pode ser partido e parado com base na operação da tampa de queimador 134 sem interromper a operação do queimador 130.

[0067] Se desejado, a tampa do queimador 134 pode ser aberta a uma quantidade parcial durante a operação do concentrador 110 para controlar a quantidade de gás que é transferida do queimador 130 para o concentrador 110. Esta operação, em conjunto com a operação da válvula de ar ambiente, pode ser útil no controle da temperatura do gás na entrada da seção de Ventuh 162.

[0068] Além disso, devido à configuração compacta do conjunto de prétratamento de ar 119 do conjunto de concentrador 120 e do purificador de fluido 122, partes do conjunto de concentrador 120, do purificador de fluido 122, do ventilador de tiragem 190 e pelo menos uma porção inferior da seção de escapamento 124 podem ser montadas permanentemente (conectadas e suportadas) em um patim ou placa 230, como ilustrado na Figura 3. As partes superiores do conjunto de concentrador 120, do conjunto de pré-tratamento de ar 119 e do tubo de transferência de calor 140, bem como uma porção superior da chaminé de escapamento, podem ser removidas e armazenadas no patim ou placa 230 para transporte, ou podem ser transportadas em um caminhão separado. Por causa da maneira em que as porções inferiores do concentrador 110 podem ser montadas em um patim ou placa, o concentrador 110 é fácil de mover e instalar. Em particular, durante a montagem do concentrador 110, o patim 230, com o purificador de fluido 122, o cotovelo inundado 164 e o ventilador de tiragem 190 montados no mesmo,

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31/50 podem ser descarregados no local em que o concentrador 110 será usado simplesmente descarregando o patim 230 no chão ou em outra área de contenção em que o concentrador 110 será montado. Posteriormente, a seção de Venturi 162, o aquecedor 159 e o conjunto de pré-tratamento de ar 119 podem ser colocados sobre, e fixados ao, cotovelo inundado 164. A seção de tubulação 150 pode, então, ser estendida na altura para corresponder a altura do queimador 130 a que o concentrador 110 deve ser conectado. Em alguns casos, isso pode primeiro exigir a montagem do conjunto da tampa do queimador 132 em um queimador 130 preexistente. Posteriormente, o tubo de transferência de calor 140 pode ser elevado à altura adequada e fixado entre o queimador 130 e o conjunto de pré-tratamento de ar 119, enquanto o elemento de suporte 142 é disposto no lugar.

[0069] Devido ao fato da maioria das bombas, linhas de fluido, equipamentos eletrônicos e sensores serem dispostos no, ou serem conectados ao, conjunto de concentrador de fluido 120, purificador de fluido 122 ou conjunto de ventilador de tiragem 190, a montagem do concentrador 110 em um determinado local não requer uma grande quantidade de tubulação de fluido e trabalho elétrico no local. Como resultado, o concentrador 110 é relativamente fácil de instalar e montar (e desmontar e retirar) em um local particular. Além disso, pelo fato da maioria dos componentes do concentrador 110 ser permanentemente montada ao patim 230, o concentrador 110 pode ser facilmente transportado em um caminhão ou outro veículo de entrega e pode ser facilmente retirado e instalado em determinado local, tal como ao lado de um queimador de aterro.

[0070] A Figura 9 ilustra um diagrama esquemático de um sistema de controle 300 que pode ser usado para operar o concentrador 110 da Figura 3. Como ilustrado na Figura 9, o sistema de controle 300 inclui um controlador 302, que pode ser de uma forma de controlador tipo processador de sinal digital, um controlador lógico programável (PLC), que pode executar, por exemplo, controlador baseado em lógica de progressão, ou qualquer outro tipo de controlador. O controlador 302 é, notadamente, conectado a vários componentes dentro do concentrador 110. Em particular, o controlador 302 está conectado ao motor da tampa de queimador 135,

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32/50 que controla a operação de abertura e de fechamento da tampa de queimador 134. O motor 135 pode ser configurado para controlar a tampa de queimador 134 para se deslocar entre uma posição totalmente aberta e uma posição totalmente fechada. No entanto, se desejado, o controlador 302 pode controlar o motor de acionamento 135 para abrir a tampa do queimador 134 para qualquer uma de um conjunto de várias posições controláveis diferentes entre a posição totalmente aberta e a posição totalmente fechada. O motor 135 pode ser continuamente variável, se desejado, de modo que a tampa do queimador 134 pode ser posicionada em qualquer ponto desejado entre a posição totalmente aberta e a posição totalmente fechada.

[0071] Além disso, o controlador 302 é conectado a, e controla a, válvula de entrada de ar ambiente 306 disposta no conjunto de pré-tratamento de ar 119 da Figura 3 a montante da seção de Venturi 162 e pode ser usado para controlar as bombas 182 e 184 que controlam a quantidade e a taxa da injeção de líquido novo a ser tratado e o líquido de recirculação sendo tratado dentro do concentrador 110. O controlador 302 pode ser operativamente conectado a um sensor de nível de depósito 317 (por exemplo, um sensor de bóia, um sensor sem contato, como uma unidade de radar, ou uma célula de pressão diferencial). O controlador 302 pode usar um sinal do sensor de nível de depósito 317 para controlar as bombas 182 e 184 para manter o nível de fluido concentrado dentro do depósito 172 em um nível predeterminado ou desejado. Além disso, o controlador 302 pode ser conectado ao ventilador de tiragem induzida 190 para controlar a operação do ventilador 190, que pode ser um ventilador de velocidade única, um ventilador de velocidade variável ou um ventilador de velocidade controlável continuamente. Em uma modalidade, o ventilador de tiragem induzida 190 é acionado por um motor de frequência variável, de modo que a frequência do motor é alterada para controlar a velocidade do ventilador. Além disso, o controlador 302 é conectado a um sensor de temperatura 308 disposto, por exemplo, em uma entrada do conjunto de concentrador 120 ou na entrada da seção de Venturi 162, e recebe um sinal de temperatura gerado pelo sensor de temperatura 308. O sensor de temperatura 308 pode, alternativamente, ser localizado a jusante da seção de Venturi 162 ou o sensor de temperatura 308

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33/50 pode incluir um sensor de pressão para gerar um sinal de pressão.

[0072] Durante a operação e, por exemplo, na partida do concentrador 110, quando o queimador 130 está realmente operando e está, assim, queimando gás de aterro, o controlador 302 pode primeiro ligar o ventilador de tiragem induzida 190 para criar uma pressão negativa dentro do purificador de fluido 122 e do conjunto de concentrador 120. O controlador 302 pode, então, ou ao mesmo tempo, enviar um sinal para o motor 135 para fechar a tampa do queimador 134, total ou parcialmente, para direcionar calor residual do queimador 130 para o tubo de transferência 140 e, assim, para o conjunto de pré-tratamento de ar 119. Com base no sinal da temperatura do sensor de temperatura 308, o controlador 302 pode controlar a válvula de ar ambiente 306 (tipicamente, fechando esta válvula parcial ou totalmente) e/ou o atuador de tampa do queimador para controlar a temperatura do gás na entrada do conjunto de concentrador 120. De modo geral, a válvula de ar ambiente 306 pode ser predisposta em uma posição totalmente aberta (isto é, pode ser normalmente aberta) por um elemento de desvio, tal como uma mola, e o controlador 302 pode começar a fechar a válvula 306 para controlar a quantidade de ar ambiente que é desviada para o conjunto de pré-tratamento de ar 119 (devido à pressão negativa no conjunto de pré-tratamento de ar 119), de modo a fazer com que a mistura de ar ambiente e gases quentes do queimador 130 chegue a uma temperatura desejada. Além disso, se desejado, o controlador 302 pode controlar a posição da tampa do queimador 134 (em qualquer lugar de totalmente aberta para totalmente fechada) e pode controlar a velocidade do ventilador de tiragem induzida 190, para controlar a quantidade de gás que entra no conjunto de pré-tratamento de ar 119 do queimador 130. Como será entendido, a quantidade de gás que flui através do concentrador 110 pode necessitar variar, dependendo da temperatura do ar ambiente e da umidade, da temperatura do gás do queimador, da quantidade de gás saindo do queimador 130, etc. O controlador 302 pode, portanto, controlar a temperatura e a quantidade de gás que flui através do conjunto de concentrador 120 por controle de uma ou qualquer uma combinação da válvula de controle de ar ambiente 306, da posição da tampa do queimador 134 e da velocidade do ventilador

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34/50 de tiragem induzida 190 com base, por exemplo, na medição do sensor de temperatura 308 na entrada do conjunto de concentrador 120. Esta retroalimentação é desejável porque, em muitos casos, o ar que sai de um queimador 130 está entre 1200 e 1800 graus Fahrenheit, o que pode ser muito quente, ou mais quente do que o necessário para o concentrador 110 operar de forma eficiente e eficaz.

[0073] Em qualquer caso, como ilustrado na Figura 9, o controlador 302 também pode ser conectado a um motor 310 que aciona ou que controla a posição da placa de Venturi 163 dentro da porção estreitada do conjunto de concentrador 120 para controlar a quantidade de turbulência causada dentro do conjunto de concentrador 120. Além disso, o controlador 302 pode controlar a operação das bombas 182 e 184 para controlar a taxa na qual (e a razão em que) as bombas 182 e 184 fornecem líquido de recirculação e fluido residual novo a ser tratado para as entradas do aquecedor 159 e da seção de Venturi 162. Em uma modalidade, o controlador 302 pode controlar a razão do fluido de recirculação para fluido novo como sendo cerca de 10:1, de modo que se a bomba 184 está fornecendo 8 galões por minuto de líquido novo para a entrada 160, a bomba de recirculação 182 está bombeando 80 galões por minuto. Além disso, ou, alternativamente, o controlador 302 pode controlar o fluxo de líquido novo a ser processado no concentrador (através da bomba 184), mantendo um nível constante ou predeterminado de líquido concentrado no depósito 172 usando, por exemplo, o sensor de nível 317. É claro que, a quantidade de líquido no depósito 172 será dependente da taxa de concentração no concentrador, da taxa à qual o líquido concentrado é bombeado do, ou de outra forma sai do, depósito 172 através do circuito de recirculação secundário e da taxa em que o líquido do circuito de recirculação secundário é fornecido de volta para o depósito 172, bem como da taxa à qual a bomba 182 bombeia líquido do depósito 172 para distribuir ao concentrador através do circuito de recirculação primário.

[0074] Se desejado, uma ou ambas da válvulas de ar ambiente 306 e da tampa do queimador 134 podem ser operadas em uma posição aberta, à prova de falhas, de tal forma que a tampa do queimador 134 e a válvula de ar ambiente 306 abram

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35/50 no caso de uma falha do sistema (por exemplo, uma perda de sinal de controle) ou um desligamento do concentrador 110. Em um caso, o motor de tampa de queimador 135 pode ser carregado por mola ou desviado com um elemento de desvio, tal como uma mola, para abrir a tampa do queimador 134 ou para permitir que a tampa do queimador 134 se abra na perda de potência ao motor 135. Alternativamente, o elemento de desvio pode ser o contrapeso 137 na tampa do queimador 134 que pode ser posicionado de forma que a própria tampa do queimador 134 articule para a posição aberta sob a força aplicada do contrapeso 137 quando o motor 135 perde potência ou perde um sinal de controle. Esta operação faz com que a tampa do queimador 134 abra rapidamente, quando a energia é perdida ou quando o controlador 302 abre a tampa do queimador 134, para permitir assim que o gás quente dentro do queimador 130 saia do topo do queimador 130. É claro que, outras formas de fazer a tampa do queimador 134 abrir na perda de sinal de controle podem ser usadas, incluindo o uso de uma mola de torção no ponto de articulação 136 da tampa do queimador 134, um sistema de ar pressurizado ou hidráulico que pressuriza um cilindro para fechar a tampa do queimador 134, perda de pressão que faz com que a tampa do queimador 134 abra na perda do sinal de controle, etc.

[0075] Assim, como será observado a partir da discussão acima, a combinação da tampa do queimador 134 e da válvula de ar ambiente 306 trabalha em uníssono para proteger o material de engenharia incorporado ao concentrador 110, na medida em que sempre que o sistema é desligado, a tampa do queimador e a válvula de ar 306 automaticamente abrem imediatamente isolando, assim, o gás quente gerado no queimador 130 do processo, enquanto rapidamente admite o ar ambiente para resfriar o processo.

[0076] Além disso, da mesma maneira, a válvula de ar ambiente 306 pode ser desviada por mola ou, de outro modo, configurada de modo a abrir ao desligar o concentrador 110 ou perder o sinal para a válvula 306. Esta operação provoca resfriamento rápido do conjunto de pré-tratamento de ar 119 e do conjunto de concentrador 120 quando a tampa do queimador 134 abre. Além disso, devido à

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36/50 natureza de abertura rápida da válvula de ar ambiente 306 e da tampa do queimador 134, o controlador 302 pode rapidamente desligar o concentrador 110 sem ter que desligar ou afetar a operação do queimador 130.

[0077] Além disso, como ilustrado na Fig. 9, o controlador 302 pode ser conectado ao motor de placa de Venturi 310 ou outro acionador que se move ou aciona o ângulo no qual a placa de Venturi 163 está disposta dentro da seção de Venturi 162. Usando o motor 310, o controlador 302 pode mudar o ângulo da placa de Venturi 163 para alterar o fluxo de gás através do conjunto concentrador 120 mudando, assim, a natureza do fluxo turbulento do gás através do conjunto concentrador 120, que pode fornecer melhor mistura do líquido e gás no mesmo e obter melhor, ou mais completa, evaporação do líquido. Neste caso, o controlador 302 pode operar a velocidade das bombas 182 e 184 em conjunto com a operação da placa de Venturi 163 para fornecer a melhor concentração da água residual a ser tratada. Assim, como será entendido, o controlador 302 pode coordenar a posição da placa de Venturi 163 com a operação da tampa do queimador 134, a posição da válvula de ar ambiente ou sangria 306 e a velocidade do ventilador de indução 190 para maximização da concentração de águas residuais (mistura turbulenta), sem secar completamente as águas residuais de modo a prevenir a formação de particulado seco. O controlador 302 pode usar entradas de pressão dos sensores de pressão para posicionar a placa de Venturi 163. Notadamente, a placa de Venturi 163 pode ser controlada manualmente ou controlada automaticamente.

[0078] O controlador 302 também pode ser conectado a um motor 312 que controla o funcionamento do registro 198 no circuito de recirculação gás do purificador de fluido 122. O controlador 302 pode fazer com que o motor 312 ou outro tipo de acionador mova o registro 198 de uma posição fechada para uma posição parcialmente aberta ou uma aberta ou, baseada, por exemplo, em sinais de sensores de pressão 313, 315 dispostos na entrada de gás e a saída de gás do purificador de fluido 122. O controlador 302 pode controlar o registro 198 para forçar o gás do lado de alta pressão da seção de escapamento 124 (a jusante do ventilador de tiragem induzida 190) para a entrada do purificador de fluido para manter uma

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37/50 diferença mínima de pressão predeterminada entre os dois sensores de pressão 313, 315. Ao manter essa diferença mínima de pressão assegura-se o funcionamento adequado do purificador de fluido 122. Notadamente, o registro 198 pode ser controlado manualmente, além de ser controlado eletricamente.

[0079] Assim, como será entendido a partir da discussão acima, o controlador 302 pode implementar um ou mais circuitos de controle liga/desliga usados para ligar ou desligar o concentrador 110 sem afetar o funcionamento do queimador 130. Por exemplo, o controlador 302 pode implementar um circuito de controle de tampa de queimador que abre ou fecha a tampa de queimador 134, um circuito de controle de válvula de sangria que abre ou começa a fechar a válvula de ar ambiente 306 e um circuito de controle de ventilador de tiragem induzida, que parte ou para o ventilador de tiragem induzida 190, com base em se o concentrador 110 está sendo partido ou parado. Além disso, durante a operação, o controlador 302 pode implementar um ou mais circuitos de controle na linha que podem controlar vários elementos do concentrador 110, individualmente ou em conjunto com outros para fornecer a concentração melhor ou ideal. Ao implementar esses circuitos de controle na linha, o controlador 302 pode controlar a velocidade do ventilador de tiragem induzida 190, a posição ou o ângulo da placa de Venturi 163, a posição da tampa de aquecedor 134 e a posição da válvula de ar ambiente 306 para controlar o fluxo de fluido através do concentrador 110 e/ou a temperatura do ar na entrada do conjunto de concentrador 120 baseado em sinais dos sensores de temperatura e pressão. Além disso, o controlador 302 pode manter o desempenho do processo de concentração nas condições de estado estacionário para controlar as bombas 184 e 182 que bombeiam o fluido novo e de recirculação para ser concentrado no conjunto de concentrador 120. Além disso, o controlador 302 pode implementar um circuito de controle de pressão para controlar a posição do registro 198 para assegurar o funcionamento adequado do purificador de fluido 122. É claro que, enquanto o controlador 302 é ilustrado na Fig. 9 como um dispositivo controlador único que implementa esses vários circuitos de controle, o controlador 302 pode ser implementado como múltiplos dispositivos de controle diferentes, por exemplo,

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38/50 usando múltiplos PLCs diferentes.

[0080] Como será compreendido, o concentrador 110 descrito neste documento utiliza diretamente gases residuais quentes nos processos após os gases terem sido exaustivamente tratados para atender aos padrões de emissão e, assim, separar perfeitamente os requisitos operacionais do processo que gera o calor residual do processo que utiliza o calor residual de maneira simples, confiável e eficaz.

[0081] Além de ser um componente importante do concentrador 110 durante a operação do concentrador 110, a tampa de queimador acionada manualmente ou automatizada 134, descrita neste documento pode ser usada em uma situação independente para fornecer proteção climática para um queimador ou para um queimador e uma combinação de concentrador quando o queimador está ocioso. Com a tampa de queimador 134 fechada, o interior da casca de metal do queimador 130 juntamente com o refratário, os queimadores e outros componentes críticos do conjunto de queimador 115 e o conjunto de transferência calor 117 estão protegidos contra a corrosão e deterioração geral com relação à exposição aos elementos. Neste caso, o controlador 302 pode operar o motor da tampa de queimador para manter a tampa de queimador 134 totalmente aberta ou parcialmente fechada durante a ociosidade do queimador 130. Além disso, além de usar uma tampa de queimador 134 que fecha automaticamente quando o queimador 130 desliga ou que se abre automaticamente quando o queimador 130 é aceso, um pequeno queimador, tal como a luz piloto normal, pode ser instalado dentro do queimador 130 e pode ser ligado quando o queimador 130 é desligado, mas enquanto a tampa de queimador 134 é mantida fechada. Este queimador pequeno dá proteção adicional contra a deterioração de componentes do queimador causada pela umidade, uma vez que irá manter o interior do queimador 130 seco. Um exemplo de um queimador independente, que pode usar a tampa de queimador 134 descrita neste documento em uma situação independente é um queimador de stand-by instalado em um aterro para garantir o controle do gás quando a instalação de energia alimentada com gás de aterro está fora de linha.

[0082] Embora o concentrador de líquido 110 tenha sido descrito acima como

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39/50 sendo conectado a um aquecedor de aterro para usar o calor residual gerado no queimador de aterro, o concentrador de líquido 110 pode ser facilmente conectado a outras fontes de calor. Por exemplo, a Fig. 10 ilustra o concentrador 110 modificado de modo a ser conectado a uma chaminé de escapamento de uma instalação de motor de combustão 400 e para usar o calor residual do escapamento do motor para realizar a concentração de líquidos. Embora em uma modalidade o motor dentro da planta 400 possa operar com gás de aterro para produzir eletricidade, o concentrador 110 pode ser conectado para executar com o escapamento de outros tipos de motores, incluindo outros tipos de motores de combustão, tal como aqueles que operam com gasolina, óleo diesel, etc.

[0083] Com referência à Fig. 10, o escapamento gerado em um motor (não mostrado), dentro da instalação 400 é fornecido para um silencioso 402 no exterior da instalação 400 e, a partir daí, entra em uma chaminé de escapamento de gás de combustão 404 tendo uma tampa de chaminé de escapamento de gás 406 disposta na parte superior da mesma. A tampa 406 é essencialmente contrabalançada para fechar sobre a chaminé de escapamento 404 quando nenhum escapamento está saindo da chaminé 404, mas é facilmente empurrada para cima pela pressão dos gases de escapamento quando o escapamento está deixando a chaminé 404. Neste caso, um conector Y é fornecido dentro da chaminé de escapamento 404 e opera para conectar a chaminé 404 a um tubo de transferência 408 que transfere gases de escapamento (uma fonte de calor residual) do motor para uma seção expansora 410. A seção expansora 410 se combina com os resfriadores 159 do concentrador 110 e fornece o gás de escapamento do motor diretamente para o conjunto de concentrador 120 do concentrador 110. Normalmente não é necessário incluir uma válvula de sangria de ar a montante da seção concentradora 120 quando usando exaustão do motor como fonte de calor porque os gases de escapamento normalmente deixam um motor com menos de 900 graus Fahrenheit e, assim, não precisam ser resfriados significativamente antes de entrar no resfriador 159. As partes restantes do concentrador 110 permanecem as mesmas, conforme descrito acima com relação às Figs. 3 a 8. Como resultado, pode-se observar que o

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40/50 concentrador de líquido 110 pode ser facilmente adaptado para usar várias fontes diferentes de calor residual sem muita modificação.

[0084] Geralmente, ao controlar o concentrador de líquido 110 da Fig. 10, o controlador irá ligar o ventilador de tiragem induzida 190, enquanto o motor na instalação 400 está sendo operado. O controlador irá aumentar a velocidade do ventilador de tiragem induzida 190 de uma velocidade mínima até o ponto que a maioria ou a totalidade dos gases de escapamento dentro da chaminé 404 entra no tubo de transferência 408 em vez ir para a parte superior da chaminé de escapamento 404. É fácil detectar esse ponto de operação, que é alcançado quando, na medida em que a velocidade do ventilador de tiragem induzida 190 é aumentada, a tampa 406 primeiro se assenta novamente no topo da chaminé 404. Isso pode ser importante para impedir o aumento da velocidade do ventilador de tiragem induzida 190 acima deste ponto operacional, de modo a não criar mais de uma pressão negativa dentro do concentrador 110 do que o necessário e assegurar, assim, que a operação do concentrador 110 não muda a pressão de retomo e, em particular, cria níveis indesejáveis de sucção experimentada pelo motor dentro da instalação 400. A mudança da pressão de retorno ou aplicação de sucção dentro da chaminé de escapamento 404 pode afetar adversamente a operação de combustão do motor, o que é indesejável. Em uma modalidade, um controlador (não mostrado na Fig. 10), tal como um PLC, pode usar um transdutor de pressão montado na chaminé 404 próximo à localização da tampa 406 para monitorar continuamente a pressão neste local. O controlador pode, então, enviar um sinal para o acionamento de frequência variável no ventilador de tiragem induzida 190 para controlar a velocidade do ventilador de tiragem induzida 190 para manter a pressão em um ponto de ajuste desejável, de modo a assegurar que a sucção ou pressão de retorno indesejável não está sendo aplicada no motor.

[0085] As FIGS. 11 e 12 ilustram uma vista em seção transversal lateral e uma vista em seção transversal de topo de outra modalidade de um concentrador de líquido 500. O concentrador 500 é mostrado em uma orientação geralmente vertical. No entanto, o concentrador 500 mostrado na FIG. 11 pode ser organizado em uma

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41/50 orientação geralmente horizontal ou uma orientação geralmente vertical dependendo das restrições particulares de uma aplicação particular. Por exemplo, uma versão montada em caminhão do concentrador pode ser organizada em uma orientação geralmente horizontal, para permitir que o concentrador montado em caminhão passe sobre pontes e viadutos durante o transporte de um local para outro. O concentrador de líquido 500 tem uma entrada de gás 520 e uma saída de gás 522. Um corredor de fluxo 524 conecta a entrada de gás 520 para a saída de gás 522. O corredor de fluxo 524 tem uma porção estreitada 526 que acelera o gás através do corredor de fluxo 524. A entrada de líquido 530 injeta um líquido na corrente de gás antes da porção estreitada 526. Em contraste com a modalidade da FIG. 1, a porção estreitada 526 da modalidade da FIG. 11 direciona a mistura de gás-líquido para uma câmara ciclônica 551. A câmara ciclônica 551 intensifica a mistura de gás e líquido ao mesmo tempo em que realiza a função do eliminador de névoa na FIG. 1. A mistura de gás-líquido entra na câmara ciclônica 551 tangencialmente (ver FIG. 12) e, então, se move em uma forma ciclônica através da câmara ciclônica 551 em direção a uma área de saída de líquido 554. A circulação ciclônica é facilitada por um cilindro oco 556 disposto na câmara ciclônica 551 que conduz o gás para a saída de gás 522. O cilindro oco 556 apresenta uma barreira física e mantém a circulação ciclônica ao longo da câmara ciclônica 551, incluindo a área de saída de líquido 554. [0086] Na medida em que a mistura de gás-líquido passa através da porção estreitada 526 do corredor de fluxo 524 e circula na câmara ciclônica 551, uma porção do líquido evapora e é absorvida pelo gás. Além disso, a força centrífuga acelera o movimento das gotículas de líquido arrastadas no gás em direção à parede lateral 552 da câmara ciclônica 551 onde as gotículas de líquido arrastadas coalescem em um filme da parede lateral 552. Simultaneamente, as forças centrípetas criadas por um ventilador de indução 550 coletam o fluxo de gás sem névoa na entrada 560 do cilindro 556 e direcionam o fluxo para a saída de gás 522. Assim, a câmara ciclônica 551 funciona tanto como uma câmara de mistura quanto como uma câmara de eliminação de névoa. Na medida em que o filme líquido flui em direção a área de saída de líquido 554 da câmara, devido aos efeitos combinados da

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42/50 força da gravidade e do movimento ciclônico dentro da câmara ciclônica 551 para a área de saída de líquido 554, a circulação contínua do gás na câmara ciclônica 551 evapora adicionalmente uma porção do filme líquido. Na medida em que o filme líquido atinge a área de saída de líquido 554 da câmara ciclônica 551, o líquido é direcionado através de um circuito de recirculação 542. Assim, o líquido é recirculado através do concentrador 500 até um nível desejado de concentração ser atingido. Uma porção da lama concentrada pode ser retirada através de uma porta de extração 546 quando a pasta atinge a concentração desejada (isso é chamado de descarga). O líquido fresco é adicionado ao circuito 542 através de uma entrada de líquido fresco 544 a uma taxa igual à taxa de evaporação mais a taxa de lama retirada através da porta de extração 546.

[0087] Na medida em que o gás circula na câmara ciclônica 551, o gás é limpo das gotículas de líquido arrastadas e retirado para a área de descarga de líquido 554 da câmara ciclônica 551 pelo ventilador de indução 550 e em direção a uma entrada 560 do cilindro oco 556. O gás limpo, em seguida, percorre através do cilindro oco 556 e, finalmente, ventila através da saída de gás 522 para a atmosfera ou tratamento adicional (por exemplo, oxidação em um queimador).

[0088] A Fig. 13 ilustra uma vista esquemática de um concentrador de líquido distribuído 600 configurado de uma forma que permite que o concentrador 600 seja usado com muitos tipos de fontes de calor residual, até mesmo fontes de calor residual que estão localizadas em lugares de difícil acesso, como nas laterais de construções, no meio de vários outros equipamentos, longe de estradas ou outros pontos de acesso, etc.. Embora concentrador de líquido 600 seja descrito neste documento como sendo usado para processar ou concentrar lixiviado, como os lixiviados recolhidos de um aterro, o concentrador de líquido 600 pode ser usado para concentrar os outros tipos de líquidos, bem como, ou ao invés disso, incluir muitos outros tipos de águas residuais.

[0089] De um modo geral, o concentrador de líquido 600 inclui uma entrada de gás 620, uma saída de gás ou uma área de saída de gás 622, um corredor de fluxo 624 que conecta a entrada de gás 620 a área de saída de gás 622 e um sistema de

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43/50 recirculação de líquido 625. Uma seção concentradora tem um corredor de fluxo 624 que inclui uma seção de resfriador 659 incluindo a entrada de gás 620 e uma entrada de fluido 630, uma seção de Venturi 626 disposta a jusante da seção do resfriador 659 e um ventilador de tiragem ou soprador 650 conectado a jusante da seção de Venturi 626. O ventilador 650 e um cotovelo inundado 654 acoplam uma saída de gás da seção concentradora (por exemplo, uma saída da seção de Venturi 626) para uma seção de tubulação 652. O cotovelo inundado 654, neste caso, forma uma inclinação de 90 graus no corredor de fluxo 624. No entanto, o cotovelo inundado 654 podería formar uma curva que é inferior ou superior a 90 graus, se desejado. A seção de tubulação 652 é conectada a um eliminador de névoa, neste caso ilustrado na forma de um purificador de fluxo cruzado 634 que é, por sua vez, conectado a uma chaminé 622A tendo a saída de gás 622.

[0090] O sistema de recirculação 625 inclui um depósito 636 acoplado a uma saída de líquido do purificador de fluxo cruzado 634, e uma bomba de reciclo ou recirculação 640 acoplada entre o depósito 636 e uma seção de tubulação 642 que distribui o fluido recirculado para a entrada de fluido 630. Uma alimentação de fluido de processo 644 também distribui lixiviado ou outro líquido a ser processado (por exemplo, concentrado) para a entrada de fluido 630 para ser distribuído para a seção do resfriador 659. O sistema de recirculação 625 também inclui um dispositivo de retirada de líquido 646 conectado à tubulação de seção 642, que distribui um pouco de fluido reciclado (ou líquido concentrado) para um tanque de armazenamento, sedimentação e de reciclo 649. As porções mais pesadas ou mais concentradas do líquido no tanque de decantação 649 se depositam no fundo do tanque 649 como lodo, e são removidas e transportadas para a eliminação na forma concentrada. As porções menos concentradas do líquido no tanque 649 são distribuídas de volta para o depósito 636 para reprocessamento e maior concentração, bem como para assegurar que um fornecimento adequado de líquidos está disponível na entrada de líquido 630 em todos os momentos de modo a garantir que o particulado seco não é formado. O particulado seco pode se formar em taxas reduzidas de fluido de processo para volumes de gás quente.

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44/50 [0091] Na operação, a seção de resfriador 659 mistura fluidos distribuídos a partir da entrada de líquido 630 com gás contendo calor residual recolhido, por exemplo, de uma chaminé ou silenciador de motor 629 associado a um motor de combustão interna (não mostrado). O líquido da entrada de fluido 630 pode ser, por exemplo, o lixiviado para ser processado ou concentrado. Como ilustrado na Fig. 13, a seção do resfriador 659 está conectada verticalmente acima da porção de Venturi 626 que tem uma porção estreitada que opera para acelerar o fluxo de gás e líquido através de uma seção do corredor de fluxo de fluidos 624 imediatamente a jusante da porção de Venturi 626 e a montante do ventilador 650. Notadamente, o ventilador 650 opera para criar uma região de baixa pressão imediatamente a jusante da porção de Venturi 626, retirando gás da chaminé 629 através da porção de Venturi 626 e do cotovelo inundado 654, causando a mistura do gás e líquido.

[0092] Como observado acima, a seção de resfriador 659 recebe gases de escapamento quentes da chaminé de escapamento do motor 629 e pode ser conectada diretamente a qualquer porção desejada da chaminé de escapamento 629. Nesta modalidade ilustrada, a chaminé de escapamento do motor 629 é montada sobre uma parte externa de um prédio 631 que abriga um ou mais geradores de energia elétrica que geram energia elétrica usando gás de aterro como combustível de combustão. Neste caso, a seção do resfriador 659 pode ser conectada diretamente a um dispositivo de lançamento de condensado (por exemplo, uma coluna de fuga) associado com a chaminé 629 (isto é, uma porção inferior da chaminé de escapamento 629). Aqui, a seção do resfriador 659 pode ser montada imediatamente abaixo ou adjacente à chaminé 629 requerendo apenas algumas poucas polegadas ou no máximo alguns pés de material de tubulação de alta temperatura caro, para conectar os dois juntos. Se desejado, no entanto, a seção do resfriador 659 pode ser acoplada qualquer outra porção da chaminé de escapamento 629, incluindo, por exemplo, a porção intermediária ou do topo da chaminé 629 via cotovelos ou dispositivos de lançamento apropriados.

[0093] Como mencionado acima, a entrada de líquido 630 injeta um líquido a ser evaporado (por exemplo, lixiviado de aterro) no corredor de fluxo 624 através da

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45/50 seção do resfriador 659. Se desejado, a entrada de líquido 630 pode incluir um bico substituível para pulverizar o líquido na seção do resfriador 659. A entrada de líquido 630, equipada ou não com um bico, pode introduzir o líquido em qualquer direção, da perpendicular para a paralela ao fluxo de gás na medida em o gás se move através do corredor de fluxo 624. Além disso, na medida em que o gás (e o calor residual armazenado no mesmo) e o líquido fluem através da porção de Venturi 626, o princípio de Venturi cria um fluxo turbulento e acelerado que mistura completamente o gás e o líquido no corredor de fluxo 624 imediatamente a jusante da seção de Venturi 626. Como resultado da mistura turbulenta, uma porção do líquido evapora rapidamente e se torna parte do fluxo de gás. Esta vaporização consome uma grande quantidade de energia térmica dentro do calor residual em forma de calor latente que sai do sistema concentrador 600 como o vapor de água dentro dos gases de escapamento.

[0094] Depois de deixar a porção estreitada da seção de Venturi 626, a mistura gás/líquido passa pelo cotovelo inundado 654, onde o corredor de fluxo 624 gira 90 graus para mudar de um fluxo vertical para um fluxo horizontal. A mistura de gás/líquido passa pelo ventilador 650 e entra em uma região de alta pressão no lado a jusante do ventilador 650, esta região de alta pressão existindo na seção de tubulação 652. O uso de um cotovelo inundado 654 neste ponto do sistema é desejável por pelo menos duas razões. Primeiro, o líquido na porção inferior do cotovelo inundado 654 reduz a erosão no ponto de giro no corredor de fluxo 624, cuja erosão, normalmente, ocorre devido a partículas em suspensão no interior da mistura de gás/líquido que fluem em taxas de velocidade altas através de um giro de 90 graus e incidem com ângulos de passo diretamente sobre as superfícies de fundo de um cotovelo convencional onde o cotovelo inundado 654 não foi empregado. O líquido no fundo do cotovelo inundado 654 absorve a energia dessas partículas e, portanto, evita a erosão na superfície do fundo do cotovelo inundado 654. Além disso, as gotas de líquido que ainda existem na mistura de gás/líquido na medida em que esta mistura chega ao cotovelo inundado 654 são mais facilmente recolhidas e removidas da corrente de fluxo se elas incidem sobre um líquido. Ou seja, o líquido

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46/50 no fundo do cotovelo inundado 654 opera para coletar gotículas de líquido que incidem no mesmo, porque as gotículas de líquido dentro da corrente de fluxo são mais facilmente retidas quando essas gotículas de líquido entram em contato com um líquido. Assim, o cotovelo inundado 654, que pode ter um dispositivo de lançamento de líquido (não mostrado) conectado, por exemplo, ao circuito de recirculação 625, opera para remover algumas das gotículas de fluido de processo e condensação da mistura de gás/líquido que sai da seção de Venturi 626.

[0095] É importante ressaltar, que a mistura de gás/líquido ao passar através da seção de Venturi 626 rapidamente se aproxima do ponto de saturação adiabática, que está a uma temperatura que é muito menor do que a do gás que sai da chaminé 629. Por exemplo, enquanto o gás que sai da chaminé 629 pode estar entre cerca de 900 e cerca de 1800 graus Fahrenheit, a mistura de gás/líquido em todas as seções do sistema concentrador 600 a jusante da seção de Venturi 626 estarão geralmente na faixa de 150 graus a 190 graus Fahrenheit, embora possa variara para valores maiores ou menores que estes com base nos parâmetros de funcionamento do sistema. Como resultado, as seções do sistema concentrador 600 a jusante da seção de Venturi 626 não precisam ser feitas de materiais resistentes a altas temperaturas e não precisam ser isoladas no todo ou na medida em que seria necessário para o transporte de gases em temperatura mais elevada caso o isolamento fosse aplicado com a finalidade de utilizar mais completamente o conteúdo calor residual do gás quente de entrada. Além disso, as seções do sistema concentrador 600 a jusante da seção de Venturi 626 são dispostas em áreas, tal como ao longo do solo com o qual pessoas entrarão em contato, sem perigo significativo ou com apenas uma proteção exterior mínima. Em particular, as seções do sistema concentrador a jusante da seção de Venturi 626 podem ser feitas de fibra de vidro e podem precisar de isolamento mínimo ou nenhum isolamento. É importante ressaltar que a corrente de gás/líquido pode fluir dentro das seções a jusante do sistema concentrador da seção de Venturi 626 a uma distância relativamente longa, mantendo a mistura de gás/líquido no mesmo, próxima do ponto de saturação adiabática, permitindo assim que a seção de tubulação 652

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47/50 transporte facilmente a corrente de fluxo longe da construção 631 para um local mais facilmente acessível, em que o outro equipamento associado com o concentrador 600 possa ser facilmente disposto. Em particular, a seção de tubulação 652 pode abranger 20 pés, 40 pés, ou até mais, mantendo o fluxo na mesma o mais próximo possível do ponto de saturação adiabática. Naturalmente, estes comprimentos podem ser mais ou menos com base na temperatura ambiente, tipo de tubulação e isolamento utilizados, etc.. Além disso, como a seção de tubulação 652 está disposta do lado de alta pressão do ventilador 650, é mais fácil remover a condensação dessa corrente. Na modalidade do exemplo da Fig. 13, a seção de tubulação 652 é ilustrada como fluindo depois ou embaixo de um resfriador de ar associado com os motores dentro da construção 631. No entanto, o resfriador de ar da Fig. 13 é apenas um exemplo dos tipos de obstáculos que podem estar localizados perto da construção 631 que tornam problemático colocar todos os componentes do concentrador 600 próximos da fonte de calor residual (neste caso, a chaminé 629). Outras obstruções poderíam incluir outros equipamentos, vegetações tais como árvores, outras construções, terrenos inacessíveis sem estradas ou pontos de fácil acesso, etc.

[0096] Em todo caso, a seção de tubulação 652 distribui a corrente de gás/líquido mais próxima do ponto de saturação adiabática para o eliminador de névoa 634, que pode ser, por exemplo, um purificador de fluxo cruzado. O eliminador de névoa 634 opera para remover gotículas de líquido arrastadas da corrente de gás/líquido. O líquido removido se acumula no depósito 636 que direciona o líquido para a bomba 640. A bomba 640 move o líquido através da linha de retorno 642 do circuito de recirculação 625 de volta para a entrada de líquido 630. Desta forma, o líquido captado pode ser ainda reduzido por evaporação até uma concentração desejada e/ou recirculado para evitar a formação de particulado seco. O líquido fresco a ser concentrado entra através da entrada de líquido fresco 644. A taxa de entrada de líquido fresco no circuito de recirculação 625 deve ser igual à taxa de evaporação do líquido na medida em que a mistura de gás-líquido flui através do corredor de fluxo 624 mais a taxa de líquido ou de lodo extraído do

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48/50 tanque de decantação 649 (assumindo que o material dentro do tanque de decantação 649 permanece em um nível constante). Em particular, uma parte do líquido pode ser retirada através de uma porta de extração 646 quando o líquido no circuito de recirculação 625 atinge uma concentração desejada. A porção de líquido retirada pela porta de extração 646 pode ser enviada para o tanque de decantação e armazenamento 649 onde o líquido concentrado é deixado decantar e se separar em suas partes componentes (por exemplo, uma porção líquida e uma porção semissólida). A porção semissólida pode ser retirada do tanque 649 e disposta ou adicionalmente tratada.

[0097] Tal como citado anteriormente, o ventilador 650 retira o gás através de uma porção do corredor de fluxo 624 a pressão negativa e empurra o gás através de uma outra porção do corredor de fluxo 624 a pressão positiva. A seção do resfriador 659, a seção de Venturi 626 e o ventilador 650 podem ser fixados ao prédio 631 com qualquer tipo de dispositivo de conexão e, conforme ilustrado na Fig. 13, estão dispostos em estreita proximidade com a fonte de calor residual. No entanto, o eliminador de névoa 634 e a saída de gás 622, bem como o tanque de decantação 649, podem estar localizados a certa distância da seção do resfriador 659, da Venturi seção 626, e do ventilador 650, por exemplo, em um local de fácil acesso. Em uma modalidade, o eliminador de névoa 634 e a saída de gás 622 e mesmo o tanque de decantação 649 podem ser montados em uma plataforma móvel, como um palete ou um berço de trailer.

[0098] As FIGS. 14 a 16 ilustram outra modalidade de um concentrador de líquido 700 que pode ser montado sobre um palete ou um berço de trailer. Em uma modalidade, alguns dos componentes do concentrador 700 podem permanecer no berço e ser usados para realizar atividades de concentração, enquanto outros destes componentes podem ser removidos e instalados perto de uma fonte de calor residual da forma ilustrada, por exemplo, na modalidade da Fig. 13. O concentrador de líquido 700 tem uma entrada de gás 720 e uma saída de gás 722. Um corredor de fluxo 724 conecta a entrada de gás 720 até a saída de gás 722. O corredor de fluxo 724 tem uma porção de Venturi ou estreitada 726 que acelera o gás através do

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49/50 corredor de fluxo 724. O gás é empurrado para uma seção do resfriador 759 por um ventilador de indução (não mostrado). A entrada de líquido 730 injeta um líquido na corrente de gás na seção do resfriador 759. O gás é dirigido da seção de Venturi 726 no eliminador de névoa (ou purificador de fluxo cruzado) 734 por uma seção de cotovelo 733. Depois de sair do eliminador de névoa 734, o gás é direcionado para a saída de gás 722 através de uma chaminé 723. Naturalmente, como descrito acima, alguns desses componentes podem ser removidos do berço e instalados na proximidade de uma fonte de calor residual enquanto que outros desses componentes (como o eliminador de névoa 734, a chaminé 723 e a saída de gás 722) podem permanecer no berço.

[0099] Na medida em que a mistura de gás-líquido passa através da porção de Venturi 726 do corredor de fluxo 724, uma porção do líquido evapora e é absorvida pelo gás, consumindo, assim, uma grande porção de energia térmica do calor residual em forma de calor latente que sai do sistema concentrador 700 como vapor de água nos gases de escapamento.

[00100] Na modalidade mostrada nas Figs. 14 a 16, as porções do concentrador de líquido 700 podem ser desmontadas e montadas sobre um palete ou patim de trailer para o transporte. Por exemplo, a seção de resfriamento 759 e a seção de Venturi 726 podem ser removidas da seção de cotovelo 733, como ilustrado pela linha tracejada na Fig. 14. Da mesma forma, a chaminé 723 pode ser removida do ventilador de indução 750, como ilustrado pela linha tracejada na Fig. 14. A seção de cotovelo 733, o eliminador de névoa 734 e o ventilador de indução 750 podem ser fixados sobre um palete ou patim de trailer 799 como uma unidade. A chaminé 723 pode ser fixada, separadamente, ao palete ou patim de trailer 799. A seção de resfriamento 759 e a seção de Venturi 726 também podem ser fixadas ao palete ou patim de trailer 799 ou, alternativamente, transportadas separadamente. A construção compartimentada do concentrador 700 de líquido facilita o transporte do concentrador de líquido 700.

[00101] Embora certos detalhes e modalidades representativas tenham sido mostrados para fins de ilustrar a invenção, será evidente para aqueles versados na

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50/50 técnica que várias mudanças nos métodos e aparelhos divulgados neste documento podem ser feitas sem se afastar do escopo da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema concentrador de líquido (10, 110, 600, 700) compreendendo:

uma seção concentradora (120) incluindo;

uma entrada de gás (20, 520, 620), uma saída de gás (22, 522, 622), um corredor de mistura (24, 524, 624) disposto entre a entrada de gás e a saída de gás, o corredor de mistura tendo uma porção estreitada (26, 526, 626) na qual o fluxo de gás dentro do corredor de mistura acelera quando se deslocando da entrada de gás para a saída de gás; e uma segunda entrada de líquido (30, 166, 530, 630) através da qual líquido a ser concentrado é injetado no corredor de mistura, a segunda entrada de líquido disposta no corredor de mistura entre a entrada de gás e a porção estreitada;

um eliminador de névoa (34, 634, 734) disposto à jusante da seção concentradora, o eliminador de névoa incluindo;

uma passagem de fluxo de gás do eliminador de névoa acoplada à saída de gás da seção concentradora, um coletor de líquido (36) disposto na passagem de fluxo de gás do eliminador de névoa para remover líquido do gás escoando na passagem de fluxo de gás do eliminador de névoa, e um reservatório (172) que coleta o líquido removido do gás escoando na passagem de fluxo de gás do eliminador de névoa pelo coletor de líquido, e um ventilador (190) acoplado ao eliminador de névoa para ajudar o fluxo de gás através do corredor de mistura e da passagem de fluxo de gás, caracterizado pelo fato de que o corredor de mistura inclui um resfriador (159) a montante da porção estreitada, o resfriador reduzindo rapidamente a temperatura de uma corrente de gás que flui através do corredor de mistura, o resfriador incluindo uma primeira entrada de líquido (160) para injetar líquido não tratado no resfriador.

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2. Sistema concentrador de líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui ainda um circuito de recirculação disposto entre o reservatório (172) e o corredor de mistura (24, 524, 624) para transportar líquido dentro do reservatório para o corredor de mistura.
3. Sistema concentrador de líquido, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o circuito recirculação é acoplado à entrada de líquido da seção concentradora.
4. Sistema concentrador de líquido, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a segunda entrada de líquido é acoplada ao circuito de recirculação para injetar líquido do reservatório para o corredor de mistura para concentração adicional.
5. Sistema concentrador de líquido, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a segunda entrada de líquido é disposta no corredor de mistura a jusante da primeira entrada de líquido.
6. Sistema concentrador de líquido, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um defletor (33) disposto no corredor de mistura adjacente à segunda entrada de líquido, de modo que o líquido concentrado do circuito de recirculação impinja no defletor e disperse para o corredor de mistura em pequenas gotículas.
7. Sistema concentrador de líquido, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a segunda entrada de líquido inclui múltiplas entradas de líquido, com uma entrada de líquido separada disposta em cada uma de duas ou mais paredes laterais do corredor de mistura, e em que o circuito de recirculação inclui um tubo que circunda parcialmente o corredor de mistura para fornecer líquido concentrado a cada uma das múltiplas entradas de fluido.
8. Sistema concentrador de líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seção concentradora (120) inclui uma restrição de fluxo ajustável (32, 163) disposta na porção estreitada do corredor de mistura, a restrição de fluxo ajustável para alterar o fluxo de gás através do corredor de mistura.

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9. Sistema concentrador de líquido, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a restrição de fluxo ajustável é uma placa venturi que é ajustável para mudar o tamanho ou a forma da porção estreitada do corredor de mistura.
10. Sistema concentrador de líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma abertura de extração de líquido concentrado (46, 173) no reservatório.
11. Sistema concentrador de líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ventilador é um ventilador de indução localizado a jusante do eliminador de névoa para proporcionar um gradiente de pressão negativa através do eliminador de névoa.
12. Sistema concentrador de líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a entrada de gás da seção concentradora é fluidamente conectada a uma fonte de calor residual, e em que o eliminador de névoa é significativamente afastado da seção concentradora e ainda inclui uma seção de tubulação disposta entre a saída de gás da seção concentradora e o eliminador de névoa.
13. Sistema concentrador de líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma válvula de ar ambiente (306) disposta no corredor de mistura a montante da porção estreitada, a válvula de ar ambiente operativa para admitir ar ambiente para o corredor de mistura para misturar com o gás quente que escoa para o corredor de mistura da entrada de gás.
14. Sistema concentrador de líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui ainda um controlador operativamente acoplado à válvula de ar ambiente para controlar uma posição da válvula de ar ambiente.
15. Sistema concentrador de líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um cotovelo inundado conectado a jusante da porção estreitada do corredor de mistura, o cotovelo inundado mudando a direção do gás que escoa no corredor de mistura.
16. Sistema concentrador de líquido, de acordo com a reivindicação 1,

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4/5 caracterizado pelo fato de que o eliminador de névoa é um purificador de fluxo cruzado (122, 634) operável para remover líquidos arrastados do gás que escoa para fora do corredor de mistura.
17. Sistema concentrador de líquido, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o purificador de fluxo cruzado inclui um defletor de impacto, e em que o coletor de líquido inclui um filtro removível disposto através de uma direção do fluxo de gás através do purificador de fluxo cruzado.
18. Sistema concentrador de líquido, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que inclui ainda um pulverizador (185) disposto dentro do purificador de fluxo cruzado, o pulverizador posicionado para pulverizar líquido sobre o filtro removível para limpar o filtro removível.
19. Sistema concentrador de líquido de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:

um tubo de transferência de gás (140) para conexão com uma fonte de calor residual, o tubo de transferência de gás sendo acoplado à entrada de gás;

em que o corredor de mistura é orientado verticalmente de tal forma que a entrada de líquido seja disposta acima da porção estreitada e de tal forma que o gás escoe verticalmente para baixo pelo corredor de mistura da entrada de gás para a saída de gás.
20. Método para usar calor para pelo menos evaporar parcialmente um líquido, compreende:

fornecer uma fonte de calor;

mover calor através de um concentrador de líquido, o concentrador de líquido compreendendo:

uma entrada de calor;

uma saída de calor; e um corredor de fluxo de gás conectando a entrada de calor e a saída de calor, o corredor de fluxo de gás incluindo uma porção estreitada que acelera o calor através do corredor de fluxo de gás;

injetar um líquido para o corredor de fluxo de gás próximo à porção

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5/5 estreitada;

misturar o calor e o líquido, a energia no calor pelo menos parcialmente evaporando o líquido; e remover gotículas de líquido arrastadas do calor, caracterizado pelo fato de que um resfriador está localizado a montante da porção estreitada, e a temperatura do calor fluido através do resfriador é rapidamente reduzida.