PT1648843E - Dispositivo misturador para sólidos diversos divididos - Google Patents

Description

ΕΡ1648843Β1

DESCRIÇÃO

DISPOSITIVO MISTURADOR PARA SÓLIDOS DIVERSOS DIVIDIDOS 0 presente invento refere-se a um dispositivo misturador para matérias, nomeadamente constituídas por resíduos e sólidos diversos divididos, aplicável particularmente na concretização de processos, tais como a transformação de sólidos divididos, no fabrico de materiais do tipo compostagem, na fermentação aeróbia, ou anaeróbia, na secagem, etc... Tem igualmente por objecto, um procedimento de concretização de um tal dispositivo.

Sabe-se que em numerosos processos industriais, e designadamente no domínio da engenharia química, as diversas trocas e transferências são fortemente melhoradas pela concretização no seio de reactores, de sistemas capazes de misturarem ou agitarem a matéria em reacção. Nestes reactores recorre-se frequentemente a agitadores com pás.

Contudo, quando a matéria que se deseja submeter à agitação compreende uma parte significativa de fases sólidas, estes meios de agitação revelam-se inapropriados, designadamente devido aos efeitos hidrodinâmicos que permanecem limitados nas imediações do agitador e à importância do binário necessário para colocar em movimento esta fase sólida.

Propôs-se igualmente montar o reactor num eixo horizontal ou inclinado, e assegurar uma rotação deste à volta deste eixo. Contudo, esses dispositivos permanecem de concretização pesada e portanto onerosa, e tornam delicada a ligação a órgãos exteriores. Adicionalmente são dificilmente 1 ΕΡ1648843Β1 utilizáveis no caso de misturas que se referem a quantidades significativas de matéria.

Quando a matéria a misturar é constituída por diferentes fases sólidas, é sabido que, nomeadamente em função da gravidade, a matéria amontoa-se no fundo do reactor, de tal modo que a homogeneidade da fase sólida é difícil de assegurar, e que se segue a criação de zonas no interior destes reactores que evoluem cada uma ao seu próprio ritmo, produzindo finalmente lotes de matérias diferentemente transformadas.

Por outro lado, sabe-se que durante a transformação de sólidos divididos é frequente que a matéria comporte agregados que existem, quer originalmente, quer com proveniência de uma formação progressiva, quer sob o efeito de reacções químicas ou bioquímicas que libertam novas substâncias, quer devido à adição de uma fase líquida que visa favorecer ou provocar as reacções procuradas. Quebrar tais agregados, é uma operação difícil.

Propuseram-se diversos sistemas aplicáveis ao tratamento das matérias sólidas divididas que compreendem igualmente fases líquidas, inclusivamente gasosas, e que comportam agregados de matérias.

Propôs-se assim extrair a matéria sólida do reactor com auxílio, por exemplo, de dispositivos de alcatruzes, de baldes ou de parafusos sem-fim, seguidamente revirar esta matéria para a fragmentar por meios apropriados, para a recarregar seguidamente no reactor. Este tipo de manipulação revelou-se de concretização muito pesada sem, além disso, assegurar uma verdadeira homogeneização da matéria. 2 ΕΡ1648843Β1

Propuseram-se igualmente dispositivos de malaxagem ditos "contra rotativos", que são essencialmente constituídos por dois órgãos de mistura coaxiais dispostos num reactor cilíndrico de eixo vertical, a saber um órgão de raspagem disposto na periferia do reactor e um órgão central constituído por três hélices sobrepostas, sendo estes dois órgãos afectados de sentidos de rotação opostos de maneira a submeterem a matéria a misturar a um esforço transversal que permite quebrar os agregados. Todavia, um tal dispositivo é complexo, de tal modo que é difícil de gerir quer no plano dos investimentos quer no do funcionamento.

Por outro lado, o documento US 4,741,122 descreve uma aparelhagem destinada a realizar uma preparação estéril ou parcialmente estéril, a inoculação e colocação em sacos de substratos de cogumelos. 0 documento DE 100 13 266 descreve uma torre de compostagem constituída por uma cuba cilíndrica no centro da qual é disposto um parafuso sem-fim rotativo.

Estes dois documentos não descrevem meios aptos para elevarem a matéria e para a libertar. 0 presente invento tem por objectivo propor um dispositivo misturador que assegura não só uma distribuição regular da matéria mas que permite além disso quebrar-lhe os agregados.

Assim, o presente invento tem por objecto um dispositivo misturador para matérias, nomeadamente constituídas por resíduos sólidos diversos divididos, num silo vertical, caracterizado por comportar: 3 ΕΡ1648843Β1 - uma zona central de trabalho que se prolonga por toda a altura do silo e uma zona periférica, - meios distribuídos verticalmente em diferentes níveis sucessivos da zona de trabalho, a toda a altura do silo, aptos para elevarem a matéria a partir de cada um dos níveis da zona de trabalho e para a libertar, - meios aptos para levarem a matéria, da parte superior da zona periférica para a parte central inferior do silo. 0 silo e a zona de trabalho poderão ter a forma de um cilindro, sendo a zona de trabalho coaxial ao silo. Os meios elevadores poderão ser constituídos por um veio vertical que se confunde com o eixo do silo, que será animado por um movimento de rotação, e que será dotado, em cada um dos referidos níveis, de pelo menos uma pá cujo raio definirá o da zona de trabalho e que apresentará um ângulo de incidência em relação ao plano da secção recta do silo, sendo esta pá inclinada de baixo para cima e do lado para o qual a leva o movimento de rotação para o oposto deste. Este ângulo de incidência poderá eventualmente ser ajustável. A velocidade de rotação do veio será relativamente pequena, a saber da ordem de cinco a dez rotações por minuto.

Preferencialmente as pás serão constituídas por elementos planos na forma de sectores, de ângulo ao centro compreendido entre 20 e 120° e a sua dimensão, no sentido radial, estará sensivelmente compreendida entre o quinto e o terço do raio do silo. 4 ΕΡ1648843Β1

Num modo de concretização interessante do invento, o veio será dotado de uma única pá por nível e as pás de dois níveis sucessivos serão desfasadas angularmente uma em relação à outra num ângulo de cerca de 90°.

Os meios aptos para levarem a matéria dos diferentes níveis situados na periferia do silo para a sua parte central inferior poderão ser do tipo estático e serão então nomeadamente constituídos por um fundo de forma troncocónica. Estes meios poderão igualmente ser do tipo dinâmico e serem então constituídos, por exemplo, por elementos raspadores solidários com o veio rotativo, que serão encostados na parede interna da base do silo. O silo poderá comportar meios de carga pela sua parte superior constituídos, por exemplo, por uma escotilha e/ou pela sua parte inferior, e serão então constituídos, por exemplo, por um parafuso sem-fim. Este parafuso sem-fim apresenta a vantagem, se for invertido o seu sentido de rotação, de servir igualmente de meios de descarga. O silo poderá ser utilizado na qualidade de reactor com a finalidade de nele concretizar um processo de tratamento físico e/ou químico, tal como por exemplo, um processo de fabrico de compostagem, e comportará então para este efeito, meios de alimentação e/ou de extracção de fluidos bem como meios que permitem assegurar o aquecimento do seu conteúdo. Poderá então comportar meios de isolamento térmico relativamente ao exterior. O presente invento tem igualmente por objecto um procedimento para assegurar a mistura de matérias nomeadamente constituídas por resíduos sólidos diversos 5 ΕΡ1648843Β1 divididos, num silo vertical, caracterizado por comportar as etapas que consistem em: elevar a matéria a partir de diferentes níveis sucessivos de uma zona central do silo e libertá-la, - levar a matéria da parte superior da zona periférica do silo para a sua parte central inferior.

Descrever-se-ão seguidamente como exemplo não limitativo, formas de execução do presente invento, em referência aos desenhos anexos nos quais: A figura 1 é uma vista esquemática em corte axial e vertical de um dispositivo misturador de acordo com o presente invento. A figura 2 é uma vista em planta vertical de um veio equipado com uma pá utilizada no modo de concretização do invento representado na figura 1. A figura 3 é uma vista frontal da pá representada na figura 2. A figura 4 é uma vista em planta da pá representada nas figuras 2 e 3.

No modo de concretização do invento representado nas figuras o dispositivo misturador é constituído por um reactor cilíndrico 1 de secção recta circular e de raio R, que termina na sua base por uma parte troncocónica la. 6 ΕΡ1648843Β1 0 reactor 1 é atravessado axialmente por um veio 3 que assenta na sua base por uma chumaceira 4 e é solidário na sua extremidade superior com um motor 5 fixado na parede superior 7 do reactor 1 e que assegura o seu accionamento em rotação a uma pequena velocidade, preferencialmente compreendida entre 5 e 10 rotações por minuto. O veio 3 é dotado de pás 6 que são dispostas progressivamente por toda a sua altura a diferentes níveis que são espaçadas umas das outras de uma distância d sensivelmente igual a cerca de 1/5 do raio R do reactor 1. No modo de concretização representado na figura 1 o reactor é assim separado em vinte e um níveis ni, n2, n3,n2i aos quais correspondem as pás 6 associadas. O veio 3 é dotado de uma só pá 6 por nível e as pás de dois níveis sucessivos são desfasadas angularmente uma em relação á outra de um ângulo de cerca de 90°.

Estas pás 6, uma das quais está representada em planta na figura 4, são sensivelmente em forma de sector cujo ângulo ao centro δ pode estar compreendido entre 20 e 120° e preferencialmente entre 80 e 120° e têm um raio r preferencialmente compreendido entre o quinto e o terço do raio R do reactor 1. As pás 6 são providas de uma certa incidência, isto é, são inclinadas de um ângulo oc que pode estar compreendido entre cerca de 10 e 35° em relação à secção recta S_ do reactor.

As pás 6 são solidarizadas ao veio 3 por intermédio de elementos de fixação que são constituídos por uma base 12 soldada no veio 3 e por uma cobertura 14 que a vem cobrir e na qual cada pá 6 é soldada. A fixação da cobertura 14 na 7 ΕΡ1648843Β1 base 12 é assegurada por dois parafusos 16 que atravessam dois orificios 18 em arco de circulo da cobertura 14, para se aparafusarem na base 12 o que permite ajustar o ângulo de incidência a.

As pás 6 são inclinadas de baixo para cima e do lado para o qual as leva o movimento de rotação D, para o oposto deste (tal como representado na figura 3) de modo que, durante esta rotação, a matéria é elevada pelas pás, escorrega nestas, para recair logo que ultrapasse a sua aresta superior 6a. Resulta assim um duplo efeito.

Um primeiro efeito é a desagregação dos agregados de matéria que existem de origem ou que têm tendência a formar-se no seguimento da compressão desta matéria ou nas diversas reacções susceptíveis de se criarem no interior do reactor. Um segundo efeito é a elevação da matéria na zona de trabalho do silo.

Efectivamente, durante a sua rotação na matéria, as pás criam um rasto que forma um volume vazio de matéria, que começa, a colmatar-se logo após a sua passagem, pela matéria proveniente em parte da zona periférica, de tal modo que a matéria elevada pelas pás, e que recai no rasto destas vem então sobrepor-se á matéria proveniente da zona periférica ou de uma elevação progressiva desta matéria na zona de trabalho. Simultaneamente, a matéria da zona superior do silo recai, pela zona periférica, para a base desta. Cria-se assim uma espécie de movimento de convecção. 0 silo pode ser alimentado em matérias por uma escotilha 9 prevista na sua parede superior 7 e/ou pela sua base la por meio de um parafuso sem-fim 11. Este último é accionado em 8 ΕΡ1648843Β1 rotação por um motor 13 e é alimentado com matérias a misturar por uma tremonha 15. A extracção da matéria após a sua mistura, e eventualmente o seu tratamento, pode ser assegurado pela base do reactor 1 por intermédio de uma escotilha de evacuação 17. Esta extracção pode igualmente ser efectuada pelo sistema de parafuso sem-fim 11 por uma simples inversão do seu sentido de rotação. 0 fundo la do reactor 1 pode comportar um raspador que está representado a traço ponteado na figura 1 e que é destinado a evitar que a matéria não adira de maneira durável ao fundo do reactor e ali se acumule, perturbando assim a boa circulação da matéria na zona periférica do reactor. Este raspador é constituido por dois braços 19 solidários com o veio 3 que, quando este está em rotação, empurram a matéria da periferia para o centro do reactor 1. A base la do reactor 1 pode comportar uma grelha destinada a permitir o escoamento de líquidos. Pode igualmente comportar meios 20 de alimentação com gás, nomeadamente ar, por exemplo em ligeira sobrepressão, aos quais está associado, na parede superior 7 do silo, um orifício 22 de evacuação que permite criar no interior deste uma circulação deste gás.

Depois de se ter colocado em rotação o veio 3, procede-se à carga do reactor 1 a partir da escotilha superior 9, esta colocação prévia em rotação das pás 6 evita assim toda a acumulação da matéria. Quando o reactor é utilizado, além da sua função de mistura de matéria, para realizar um certo processo de tratamento, por exemplo para realizar compostagem a partir de matérias constituídas nomeadamente de resíduos verdes, de resíduos alimentares, de dejectos animais, de 9 ΕΡ1648843Β1 resíduos de madeira, etc., podem-se injectar neste, líquidos, gases, e mesmo sólidos. No caso de realização de compostagem é possível, nomeadamente, injectar a partir do dispositivo de parafuso sem-fim 11, resíduos verdes, palha, etc., directamente na base do reactor, isto é, onde as lamas são mais líquidas, o que permite ainda assegurar uma melhor homogeneização da matéria.

Portanto, de acordo com o invento, efectuando-se o movimento de rotação das pás 6 a diferentes níveis do reactor, o movimento de convecção assim gerado neste provoca ao mesmo tempo respectivamente uma mistura local da matéria e uma homogeneização do conjunto desta na medida em que cada "grão de sólido dividido" percorre de maneira estatística o conjunto do reactor.

Obviamente poder-se-ia dar às pás 6, que são de forma plana no modo de concretização precedentemente descrito, formas diferentes compreendendo formas em hélice de maneira a eventualmente melhorar o movimento de "elevação" da matéria efectuado pelas pás.

De acordo com o invento, poder-se-ia igualmente assegurar por outros meios, os movimentos da matéria realizados com pás, no modo de concretização anteriormente descrito. 0 reactor, designadamente quando assegura uma função além da de misturador, pode ser vantajosamente munido de dispositivos de introdução de líquidos ou de gás em fase de funcionamento. Estes dispositivos poderão ser simples orifícios previstos na parede do reactor, ligados por tubagens a sistemas de alimentação com líquido ou de 10 ΕΡ1648843Β1 insuflação de gás. Os dispositivos de introdução de líquido ou de gás podem preferencialmente ser distribuidores tais como montagens de tubagens perfuradas, de pequeno diâmetro, ou de placas difusoras perfuradas com orifícios finos. Uma injecção, nomeadamente de gás, poderá ser realizada igualmente por intermédio do veio 3, se este for oco. 0 veio 3 será então ligado ao sistema de alimentação com líquido ou com gás, e será dotado de pequenos orifícios dispostos previamente por toda a sua altura de maneira a permitir uma difusão do gás ou do líquido no seio da massa de matéria.

Obviamente, os líquidos ou os gases introduzidos podem ser previamente aquecidos antes da sua introdução de maneira a criarem trocas térmicas propícias às transformações desejadas.

Para a concretização de reacções a uma certa temperatura poderá ser interessante aquecer o reactor. Para este fim, este poderá vantajosamente comportar uma casca dupla, no espaço interior da qual serão dispostos meios de aquecimento. Poderá igualmente enviar-se para este espaço interior, ar aquecido ou dispor neste resistências eléctricas posicionadas preferencialmente contra a parede interna.

Alternativamente os meios de aquecimento podem ser instalados directamente no silo.

Lisboa, 4 de Setembro de 2012 11

Claims (18)

1. ΕΡ1648843Β1 REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo misturador para matérias, nomeadamente constituídas por resíduos sólidos diversos divididos, num silo (1) vertical, caracterizado por comportar: - uma zona central de trabalho que se prolonga por toda a altura do silo (1) e uma zona periférica, - meios (6) distribuídos verticalmente em diferentes níveis sucessivos (ni, n2, n3,..., n2i) da zona de trabalho, por toda a altura do silo (1) , aptos para elevarem a matéria a partir de cada um dos níveis da zona de trabalho e para a libertar, - meios (la,19) aptos para levarem a matéria, da parte superior da zona periférica para a parte central inferior do silo (1).
2. 2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o silo (1) ser em forma de cilindro, e a zona de trabalho ter igualmente a forma de um cilindro coaxial ao silo, em que os meios elevadores são constituídos por um veio vertical (3) que se confunde com o eixo do silo (1), que é animado por um movimento de rotação, e que é dotado, em cada um dos referidos níveis, de pelo menos uma pá (6) cujo raio (r) define o da zona de trabalho e que apresenta um ângulo de incidência (a) em relação ao plano da secção recta (S) do silo, sendo esta pá inclinada de baixo para cima e do lado para o qual a leva o movimento de rotação para o oposto deste. 1 ΕΡ1648843Β1
3. 3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a velocidade de rotação do veio (3) ser da ordem de cinco a dez rotações por minuto.
4. 4. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por as pás (6) serem constituídas por elementos planos na forma de sectores, de ângulo ao centro (δ) compreendido entre 20 e 120°.
5. 5. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 2 a 4, caracterizado por o ângulo de incidência (a) das pás (6) ser de tipo ajustável.
6. 6. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 2 a 5, caracterizado por a dimensão, no sentido radial, de uma pá (6) estar sensivelmente compreendida entre um guinto e um terço do raio (R) do silo.
7. 7. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 2 a 6 caracterizado por o veio (3) ser dotado de uma única pá (6) por nível e as pás (6) de dois níveis sucessivos estarem desfasadas angularmente uma em relação à outra de um ângulo de cerca de 90°.
8. 8. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por os meios aptos para levarem a matéria da parte superior da zona periférica para a parte central inferior do silo (1) serem do tipo estático e serem constituídos por um fundo (la) de forma troncocónica.
9. 9. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 7 caracterizado por os meios aptos para levarem a matéria da 2 ΕΡ1648843Β1 parte superior da zona periférica para a parte central inferior do silo (1) serem do tipo dinâmico e serem constituídos por elementos raspadores (19) solidários com o veio rotativo (3) , que são encostados na parede interna da base (la) do silo (1).
10. 10. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o silo (1) comportar meios de carga (9) pela sua parte superior.
11. 11. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 9 caracterizado por o silo (1) comportar meios de carga pela sua parte inferior, constituídos nomeadamente por um parafuso sem-fim (11).
12. 12. Dispositivo de acordo com a reivindicação 11 caracterizado por os meios de carga poderem igualmente servir de meios de descarga.
13. 13. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o silo (1) ser dotado de meios de isolamento térmico relativamente ao exterior.
14. 14. Dispositivo de acordo com a reivindicação 13 caracterizado por o silo (1) ser dotado de meios de aquecimento.
15. 15. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o silo (1) comportar meios de introdução (20) e/ou de extracção de fluidos.
16. 16. Procedimento para assegurar a mistura de matérias nomeadamente constituídas por resíduos sólidos diversos 3 ΕΡ1648843Β1 divididos, num silo (1) vertical, caracterizado por comportar as etapas que consistem em: - elevar a matéria a partir de diferentes níveis sucessivos (ni,n2,n3,...,n2i) de uma zona central do silo (1) e libertá-la, - levar a matéria da parte superior da zona periférica do silo para a parte central inferior deste.
17. 17. Procedimento de acordo com a reivindicação 16 caracterizado por se utilizar o silo na qualidade de reactor (1) com a finalidade de nele concretizar pelo menos um processo de tratamento físico e/ou químico.
18. 18. Procedimento de acordo com a reivindicação 17 caracterizado por o processo ser um processo de fabrico de compostagem. Lisboa, 4 de Setembro de 2012 4