BR112013012851B1

BR112013012851B1 - Bandeja de contato, coluna em que processos de transferência de massa e/ou troca de calor ocorrem e método de operação de uma coluna

Info

Publication number: BR112013012851B1
Application number: BR112013012851-8A
Authority: BR
Inventors: Izak Nieuwoudt
Original assignee: Koch-Glitsch, Lp
Priority date: 2011-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2020-12-15
Also published as: US8500105B2; MY184491A; US20120175792A1; CN103260717B; KR101876593B1; BR112013012851A2; MX2013005201A; DE112012000436B4; WO2012096935A2; MX338785B; BR112013012851A8; DE112012000436T5; KR20140047011A; CN103260717A; WO2012096935A3

Abstract

bandeja de contato e método de emprego da mesma trata-se de uma bandeja de contato dotada de um deck de bandeja e paredes de divisão que formam agrupamentos de uma ou mais câmaras e uma ou mais entradas de abaixador distribuídas por todo o deck de bandeja. as câmaras têm paredes que circundam as aberturas de vapor no deck de bandeja que permitem a passagem superior de uma corrente de vapor nas câmaras. os abaixadores se estendem para baixo a partir da entrada do abaixador e são posicionados para entregar uma corrente de líquido no centro das câmaras posicionadas em um deck de bandeja de uma bandeja de contato subjacente. as aberturas de descarga são fornecidas nas paredes das câmaras para permitir que a corrente de líquido saia das câmaras. as paredes de divisão direcionam a corrente de líquido existente para as entradas de abaixador no mesmo agrupamento e previnem ou impedem que a corrente de líquido flua para um lado inferior do deck de bandeja.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se geralmente a colunas de processamento químico em que a transferência de massa e/ou a troca de calor entre as correntes de fluido ocorre e, mais particularmente, a bandejas de contato usadas em tais colunas para facilitar o contato entre as correntes de fluido que fluem dentro da coluna e métodos de contato das correntes de fluido com o uso de bandejas de contato.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] As bandejas de contato são usadas dentro das colunas de transferência de massa e de troca de calor para facilitar o contato entre as correntes de fluido que fluem em relação contracorrente dentro da coluna. As correntes de fluido são tipicamente uma corrente de vapor ascendente e uma corrente de líquido descendente, em cujo caso as bandejas de contato são comumente chamadas de bandejas de contato de líquido-vapor. Em algumas aplicações, ambas as correntes de fluido são correntes de líquido e as bandejas de contato são comumente chamadas de bandejas de contato de líquido-líquido. Ainda em outras aplicações, a corrente de fluido ascendente é uma corrente de gás e a corrente de fluido descendente é uma corrente de líquido, em cujo caso as bandejas de contato são chamadas de bandejas de contato gás-líquido.

[003] As bandejas de contato possuem um andar de bandeja plano sobre e acima do qual a interação entre a corrente de fluido ascendente e a corrente de fluido descendente ocorre, uma pluralidade de aberturas para permitir a passagem superior da corrente de fluido ascendente através do andar de bandeja e para a corrente de fluido descendente para criar uma efervescência ou mistura em que a transferência de massa e/ou troca de calor desejada ocorre, e pelo menos um vertedor que direciona a corrente de fluido descendente do andar de bandeja associado a um andar de bandeja em uma bandeja de contato subjacente. As bandejas de contato são posicionadas dentro da coluna em relação verticalmente separada com cada um dos andares de bandeja que se estende horizontalmente para preencher todo a seção transversal interna da coluna.

[004] Um tipo de bandeja de contato vapor-líquido desenvolvido para fluxo para aplicações de alta eficiência e capacidade de fluxo de fluido alta usa uma pluralidade de câmaras cilíndricas no andar de bandeja para intensificar a mistura do vapor e correntes de líquido. As câmaras cilíndricas se estendem para cima a partir do andar de bandeja e circundam aberturas de vapor formadas no andar de bandeja. As palhetas de turbilhonadores posicionadas dentro de cada câmara cilíndrica conferem um movimento de turbilhão para o vapor que ascende dentro da câmara cilíndrica. Um vertedor direciona o líquido de uma bandeja sobrejacente para o centro de cada câmara cilíndrica onde é selecionado pelo vapor de turbilhão para ocasionar interação de vapor-líquido vigo-rosa que leva à eficiência de separação alta e desengate subsequente da fase líquida da fase de vapor.

[005] A força centrífuga conferia ao líquido pelo vapor de turbilhão dentro da câmara cilíndrica faz com que o líquido respingue e se eleve ao longo da superfície da parede interna da câmara cilíndrica. As aberturas na superfície da parede interna permitem que o líquido passe através da superfície da parede interna e, então, descendem sobre o andar de bandeja. O líquido percorre ao longo do andar de bandeja e entra em uma abertura no andar de bandeja que forma uma entrada para um vertedor que direciona o líquido para uma câmara cilíndrica em uma bandeja de contato subjacente. O vapor de turbilhão sai da câmara cilíndrica através de um topo aberto da câmara e, então, ascende para e através de uma abertura circundada por uma câmara cilíndrica no andar de bandeja de uma bandeja de contato sobrejacente. Dessa maneira, a corrente de vapor ascende e a corrente de líquido descende de câmara a câmara em sucessivas bandejas de contato.

[006] Em colunas de transferência de massa e troca de calor, a eficiência da interação vapor-líquido ou líquido-líquido sofre significativamente se as correntes de fluidos não são uniformemente distribuídas por toda a seção transversal interna da coluna. Tal má distribuição da câmara ocorre quando as bandejas de contato não estão horizontalmente alinhadas, fazendo com que a corrente de líquido canalize em direção ao lado inferior das bandejas e a corrente de vapor canalize em direção ao lado superior das bandejas. Como um resultado dessa canalização, a intermistura desejada das correntes de líquido e vapor não é alcançada e a eficiência da interação sofre. Esse problema da câmara resulta da instalação imprópria das bandejas de contato, quando co-lunas terrestres balançam sob cargas pesadas de vento, ou quando colunas marítimas são posicionadas em plataformas flutuantes, barcos ou embarcações e são submetidas a um movimento de balanço e oscilação como um resultado de ação de vento e onda.

[007] Existe uma necessidade por aparelho e métodos para reduzir a má distribuição e a canalização de correntes de fluido que podem ocorrer quando as colunas são submetidas ao movimento de balanço ou oscilação ou quando as bandejas de contato posicionadas dentro das colunas são de outro modo inclinadas para fora de uma orientação horizontal, tal como através da instalação imprópria.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[008] Em uma modalidade, a presente invenção é direcionada a uma bandeja de contato para uso em uma coluna para facilitar a transferência de massa e/ou a troca de calor entre as correntes de fluido que fluem em relação contracorrente dentro da coluna. A coluna pode ser posicionada em terra ou pode ser posicionada no mar, tal como em uma plataforma flutuante, barco ou embarcação. A bandeja de contato compreende um andar de bandeja geralmente plano, uma pluralidade de câmaras posicionadas sobre e se estendendo para cima a partir do andar de bandeja, e aberturas de vapor posicionadas no andar de bandeja dentro das paredes das câmaras para permitir a passagem superior de uma corrente de vapor através do andar de bandeja e para o volume interior da câmara. Cada bandeja de contato também tem uma pluralidade de vertedouros que se estendem para baixo que se estendem para as câmaras na bandeja de contato subjacente. Cada vertedor inclui uma abertura de entrada superior formada no andar de bandeja para permitir que uma porção da corrente de líquido no andar de bandeja entre e descenda dentro do vertedor. Cada vertedor também uma saída inferior posicionada dentro da câmara na bandeja de contato subjacente para entregar a porção da corrente de líquido da bandeja sobrejacente para a câmara para mistura com a corrente de vapor na câmara. Um distribuidor de líquido pode ser posicionado na saída inferior do vertedor para alimentar mais uniformemente o líquido para a corrente de vapor conforme o líquido sai de um vertedor verticalmente desalinhado.

[009] As câmaras são formadas por paredes que são de formato cilíndrico, poligonal ou de outro formato desejado e incluem aberturas de descarga para permitir que a porção da corrente de líquido dentro da câmara saia da câmara após interagir com a corrente de vapor dentro da câmara. A câmara é aberta no topo para permitir que a corrente de vapor saia da câmara após interagir com a corrente de líquido dentro da câmara.

[010] Cada bandeja de contato inclui paredes de divisão que se estendem para cima a partir do andar de bandeja e são posicionadas entre as câmaras e as entradas de vertedor no andar de bandeja. As paredes de divisão são dispostas no andar de bandeja de uma maneira que forme agrupamentos de uma ou mais câmaras e uma ou mais entradas de vertedor, com as uma ou mais câmaras dentro de cada agrupamento estão comunicação de fluxo de líquido com as uma ou mais entradas de vertedor dentro daquele agrupamento. As paredes de divisão também isolam cada agrupamento de uma ou mais câmaras e uma ou mais entradas de vertedor das câmaras e entradas de vertedor nos outros agrupamentos para impedir a comunicação de fluxo de líquido entre os agrupamentos. As paredes de divisão forçam, assim, toda, ou substancialmente toda, a corrente de líquido que sai das uma ou mais câmaras em cada agrupamento para fluir apenas para as uma ou mais entradas de vertedor dentro daquele mesmo agrupamento. Dessa maneira, as paredes de divisão impedem a má distribuição e a canalização da corrente de líquido que ocorreriam de outro modo se a bandeja de contato fosse instalada ou se torne subsequentemente posicionada em uma orientação não horizontal, tal como um resultado de um distúrbio de coluna ou por carga de vento ou ação de onda na coluna.

[011] Em um outro aspecto, a invenção é direcionada a uma coluna para facilitar a transferência de massa e/ou a troca de calor entre as correntes de fluido que fluem dentro da coluna. A coluna compreende uma carcaça vertical que define uma região interior aberta e uma pluralidade de bandejas de contato do tipo descrito acima posicionada em uma relação separada verticalmente e que se estende horizontalmente em geral na região interior aberta da carcaça.

[012] Em um aspecto adicional, a presente invenção é direcionada a um método de uso das bandejas de contato descritas acima para facilitar a transferência de massa e/ou a troca de calor entre as correntes de fluido que fluem em relação contracorrente dentro da coluna. O método compreende as etapas de introduzir uma corrente de líquido em vertedouros que se estendem para baixo de uma bandeja de contato, entregar a corrente de líquido nas câmaras posicionadas em uma bandeja de contato subjacente, misturar a corrente de líquido com uma corrente de vapor em turbilhão que surge dentro das câmaras para ocasionar a transferência de massa e/ou a troca de calor entre as correntes de líquido e vapor. O método inclui as etapas adicionais de descarregar as correntes de líquido das câmaras através de aberturas de descarga nas paredes da câmara e usar as paredes de divisão para direcionar toda, ou substancialmente toda, a corrente de líquido descarregada das uma ou mais câmaras em cada agrupamento para as uma ou mais entradas de vertedor no mesmo agrupamento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[013] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma coluna em que pretende-se que ocorra a transferência de massa e/ou calor e em que as porções da carcaça da coluna são quebradas para mostrar as bandejas de contato da presente invenção posicionadas dentro de uma região interna aberta dentro da coluna.

[014] A Figura 2 é uma vista em planta superior ampliada da coluna tomada em seção horizontal ao longo da linha 2-2 da Figura 1 na direção das setas das setas e que mostra uma das bandejas de contato da presente invenção.

[015] A Figura 3 é uma vista em elevação lateral fragmentar ampliada da coluna mostrada na Figura 1 e tomada em seção vertical para mostrar os detalhes das bandejas de contato dentro da coluna.

[016] A Figura 4 é uma vista em perspectiva ampliada de uma das bandejas de contato mostradas na Figura 1.

[017] A Figura 5 é uma vista em perspectiva ainda mais ampliada de uma porção fragmentar de uma das câmaras que formam parte das bandejas de contato.

[018] A Figura 6 é uma vista em elevação lateral fragmentar de uma das bandejas de contato que mostra uma modalidade de um distribuidor de líquido posicionado na saída do vertedor de uma das câmaras.

[019] A Figura 7 é uma vista em planta inferior ampliada do distribuidor de líquido mostrado na Figura 6, tomada em seção horizontal ao longo da linha 7-7 na direção das setas.

[020] A Figura 8 é uma vista em elevação lateral fragmentar de uma das bandejas de contato que mostra uma modalidade alternativa do distribuidor de líquido posicionado na saída do vertedor de uma das câmaras.

[021] A Figura 9 é uma vista em planta de fundo do distribuidor de líquido mostrada na Figura 8, tomada em seção horizontal ao longo da linha 9-9 na direção das setas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[022] Voltando-se agora aos desenhos em maiores detalhes e inicialmente à Figura 1 , uma coluna adequada para uso em processos em que a transferência de massa e/ou a troca de calor é destinada a ocorrer entre correntes de fluido que fluem contracorrente é representada geralmente pelo numeral 10. A coluna 10 inclui uma carcaça externa vertical 12 que é geralmente cilíndrica em configuração, embora outras configurações, que incluem poligonal, sejam possíveis e estejam dentro do escopo da presente invenção. A carcaça 12 é de qualquer diâmetro e altura adequados e é cons-truída a partir de um ou mais materiais rígidos que são desejavelmente inertes a, ou são de outro modo compatíveis com os fluidos e as condições presentes durante a operação da coluna 10.

[023] A Coluna 10 é de um tipo usado para processamento de correntes de fluido, tipicamente correntes de líquido e vapor, para obter produtos de fracionamento e/ou para, de outro modo, ocasionar transferência de massa e/ou troca de calor entre as correntes de fluido. Por exemplo, a coluna 10 pode ser uma em que fracionamento atmosférico bruto, de vácuo de lubrificante, de vácuo bruto, de fluido ou térmico, fracionamento de coquefação ou viscorredutor, limpeza de coque, limpeza de gás destilado de reator, arrefecimento de gás, desodorização de óleo comestível, raspagem para controle de poluição e outros processos ocorrem. A coluna 10 pode ser posicionada em terra ou pode ser posicionada no mar em uma plataforma flutuante, barco ou em-barcação.

[024] A carcaça 12 da coluna 10 define uma região interna aberta 14 em que a transferência de massa e/ou a troca de calor desejada entre as correntes de fluido ocorre. Normalmente, as correntes de fluido compreendem uma ou mais correntes de vapor ascendente e uma ou mais correntes de líquido descendente. Alternativamente, as correntes de fluido podem compreender tanto correntes de líquido ascendentes quanto descendentes ou uma corrente de gás ascendente e uma corrente de líquido descendente.

[025] As correntes de fluido são direcionadas à coluna 10 através de inúmeras linhas de alimentação 16 posicionadas em localizações apropriadas ao longo da altura da coluna 10. Uma ou mais correntes de vapor também podem ser geradas dentro da coluna 10 em vez de serem introduzidas na coluna 10 através das linhas de alimentação 16. A coluna 10 também irá incluir tipicamente uma linha aérea 18 para remover um produto ou subproduto de vapor e uma linha de retirada de corrente inferior 20 para remover um produto ou subproduto de líquido da coluna 10. Outros componentes de coluna que são tipicamente presentes, tais como linhas de corrente de refluxo, referve- dores, condensadores, hastes de vapor, e similares, não são ilustrados nos desenhos devido ao fato de que são convencionais por natureza e uma ilustração desses compo-nentes não é necessária para uma compreensão da presente invenção.

[026] Uma pluralidade de bandejas de contato que se estendem horizontalmente 22 são posicionadas em relação verticalmente espaçada dentro da região interna aberta 14 da coluna 10. As bandejas 22 incluem um andar de bandeja 24 que é normalmente construído a partir de inúmeros painéis individuais que são unidos por qualquer uma das várias maneiras conhecidas. O andar de bandeja 24 se destina a estender horizontalmente e preencher toda, ou substancialmente toda, a seção transversal interna da coluna 10.

[027] Voltando-se adicionalmente às Figuras 2 a 5, cada uma das bandejas de contato 22 inclui uma pluralidade de câmaras verticais 26 que são assentadas em um padrão pré-selecionado e são suportadas no andar de bandeja 24. Cada câmara 26 é formada por uma parede 28 de uma altura pré-selecionada que é normalmente de uma configuração geralmente cilíndrica, embora a configuração poligonal e outras configurações possam ser usadas. Cada parede 28 tem uma borda inferior que é presa ao andar de bandeja 24 da bandeja de contato 22 de qualquer maneira adequada, tal como através de soldagem ou por abas (não mostradas) que se estendem para baixo a partir da borda inferior da parede 28 e são inseridas através de fendas (não mostrado) formadas no andar de bandeja 24. As abas podem, então, ser enviadas contra um lado inferior do andar de bandeja 24 para prender a câmara 26 ao andar de bandeja 24.

[028] A altura da parede 28 de cada câmara 26 é menor que o espaçamento vertical entre as bandejas de contato 22 adjacentes de modo que a borda superior de cada parede 28 seja espaçada por uma distância pré-selecionada abaixo da bandeja de contato sobrejacente 22 para permitir que a corrente de vapor sai através de um topo aberto das câmaras 26. Normalmente, a altura das paredes 28 é pelo menos metade ou com mais preferência pelo menos dois terços, do espaçamento vertical entre bandejas de contato 22 adjacentes. Cada parede 28 tem normalmente a mesma altura que as outras paredes 28 das câmaras 26 na mesma bandeja de contato 22, mas as paredes 28 podem ser de altura variante se desejado para aplicações particulares. A altura das paredes 28 das câmaras 26 em uma bandeja de contato 22 pode ser igual ou diferente da altura das paredes 28 das câmaras 26 em outras bandejas de contato 22.

[029] As bandejas de contato 22 também incluem aberturas de vapor 30 formadas no andar de bandeja 24 para permitir que a corrente de vapor ascendente passe para cima através do andar de bandeja 24. Normalmente, todas, ou substancialmente todas, as aberturas de vapor 30 são posicionadas dentro da área envolvida pelas paredes 28 das câmaras 26 de modo que toda, ou substancialmente toda, a corrente de vapor que passa para cima através do andar de bandeja 24 seja alimentada nas câmaras 26. Uma única abertura de vapor grande 30 pode ser envolvida pela parede 28 de cada câmara 26, ou múltiplas aberturas de vapor menores 30 pode ser envolvida pela parede 28 de cada câmara 26. O número e o diâmetro das câmaras 26 e o tamanho das aberturas de vapor 30 são selecionados para fornecer a capacidade de fluxo de vapor desejada e o volume desejado para a interação vapor-líquido pretendida dentro daquela porção da coluna 10 em que as bandejas de contato 22 são posicionadas.

[030] Um ou mais conjuntos de turbilhonadores 32 são posicionados para ocasionar o turbilhão centrífugo do vapor dentro de cada câmara 40. Um conjunto de turbilhonadores 32a é normalmente posicionado em cada abertura de vapor 30 em ou próximo ao plano do andar de bandeja 24 de modo que um movimento de turbilhão seja induzido na corrente de vapor conforme passa para cima através do andar de bandeja 24 e entra nas câmaras 26. Um outro conjunto de turbilhonadores 32b pode ser localizado dentro de cada câmara 26 em uma posição espaçada por uma distância pré- selecionada acima dos turbilhonadores inferiores 32a.

[031] Cada conjunto de turbilhonadores 32 compreende uma pluralidade de palhetas curvas ou planas que se estendem radialmente 34. As palhetas 34 nos turbilhonadores inferiores 32a podem ser conformadas e/ou anguladas igual ou diferentemente das palhetas 34 nos turbilhonadores superiores 326. Como um exemplo, as palhetas 34 nos turbilhonadores inferiores 32a podem ser curvas para fornecer uma transição gradual para a corrente de vapor a partir de uma direção de fluxo vertical para uma com um vetor de fluxo radial substancial. Devido ao fato de que as palhetas 34 nos turbilhonadores superiores 326 são apresentadas com a corrente de vapor que flui com o vetor de fluxo radial, as palhetas 34 nos turbilhonadores superiores 32b podem ser planas ou formadas com perda de uma curva em comparação com as palhetas 34 nos turbilhonadores inferiores 32a.

[032] Os turbilhonadores 32 podem ser orientados de modo que o vapor gire na mesma direção rotacional em cada câmara 26 em cada andar de bandeja 24. Alternativamente, a direção de rotação de vapor em algumas câmaras 26 pode ser diferente da de outras câmaras 26. Por exemplo, a rotação de vapor pode ser no sentido horário em cada câmara 26 em um andar de bandeja 24 e no sentido anti-horário em cada câmara 26 em um andar de bandeja 24 adjacente. Como um outro exemplo, a direção de rotação de vapor pode ser no sentido horário em algumas câmaras 26 em um andar de bandeja 24 e no sentido anti-horário nas outras câmaras 26 no mesmo andar de bandeja 24.

[033] As câmaras 26 incluem uma pluralidade de aberturas de descarga 38 nas paredes 28 das câmaras 26 para permitir que a corrente de líquido dentro das câmaras 26 saiam das câmaras 26 após a interação com a corrente de vapor em turbilhão nas câmaras 26. As aberturas de descarga 38 podem ser de várias formas, tais como orifícios simples, veneziana direcional que se estende para as câmaras 26 conforme ilustrado nos desenhos, e abas flexionadas para fora (não mostrado) que são anguladas para baixo para defletir o líquido que sai em uma direção descendente em direção ao andar de bandeja 24. Outras modalidades das aberturas de descarga 38 são contempladas e estão dentro do escopo da presente invenção.

[034] Um anel de lábio virado para baixo 40 é posicionado no topo de cada câmara 26 para capturar qualquer porção da corrente de líquido que sai ao longo da borda superior da parede 28 da câmara 26 e redirecionar o líquido capturado para fora da câmara 26 e para baixo em direção ao andar de bandeja 24. O anel de lábio 40 tem um segmento interno 42 que é posicionado para dentro da parede 28 da câmara associada 26, um segmento superior curvo 44 espaçado levemente acima da borda superior da parede 28, e um segmento externo 46 que é posicionado fora da parede 28 da câ-mara 26. O anel de lábio 40 é mantido no local por abas 48 que se estendem para cima a partir da borda superior da parede 28 e são recebidas dentro de fendas 50 no segmento superior 44 do anel de lábio 40.

[035] As bandejas de contato 22 também incluem uma pluralidade de verte- douros 52 que se estendem para baixo a partir de cada andar de bandeja 24 para entregar a corrente de líquido descendente de cada bandeja de contato 22 para uma bandeja de contato subjacente 22. Cada vertedor 52 se estende para baixo em uma das câmaras 26 no andar de bandeja 24 da bandeja de contato subjacente 22. Os vertedou- ros 52 podem ser alinhados com as câmaras 26 nas quais entregam a corrente de líquido na bandeja de contato subjacente 22. Alternativamente, os vertedouros 52 podem ser deslocados das câmaras 26 em que entregam a corrente de líquido para permitir maior flexibilidade na disposição dos vertedouros 52 e das câmaras 26 nos andares de bandeja 24.

[036] Em uma modalidade, apenas um vertedor 52 se estende para cada câmara 26 e é centralmente posicionado dentro da câmara associada 26. Em outras modalidades, mais de um vertedor 52 se estende para cada câmara 26. Cada vertedor 52 tem uma entrada de vertedor superior 54 formada como uma abertura no andar de bandeja 24 e uma saída de descarga inferior 56 posicionada dentro da câmara subjacente associada 26. Uma barreira opcional (não mostrado) pode circundar cada entrada do vertedor 54 para fazer com que a corrente de líquido se acumule em um nível pré- selecionado no andar de bandeja 24 antes de espirrar sobre a barreira e entrar no vertedor 52. A saída de descarga inferior 56 pode incluir estrutura para interromper o impulso descendente da corrente de líquido conforme sai da saída de descarga 44. Alternativa ou adicionalmente, um recipiente de vedação imperfurada 58 pode ser posicionado abaixo da saída de descarga 44 para impedir que a corrente de líquido descarregada pingue para baixo através das aberturas de vapor 30.

[037] De acordo com a presente invenção, as paredes de divisão 60 se estendem para cima a partir do andar de bandeja 24 em cada bandeja de contato 22 e são posicionadas para formar múltiplas zonas ou agrupamentos que contêm uma ou mais câmaras 26 e uma ou mais entradas de vertedor 54. As paredes de divisão 60 são formadas como múltiplos segmentos que são unidos para formar uma manta interco- nectada que circunscreve e isola as câmaras 26 e entradas de vertedor 54 em cada agrupamento a partir daquelas nos outros agrupamentos. Os segmentos individuais das paredes de divisão 60 podem ser planos conforme ilustrado nos desenhos, ou podem ser curvos ou de qualquer outra configuração desejada. As paredes de divisão 60 podem ser posicionadas para formar agrupamentos em que apenas uma única câmara 26 e uma única entrada do vertedor 54 são presentes dentro de cada agrupamento, ou duas ou mais câmaras 26 e duas ou mais entradas de vertedor 54 podem ser incluídas dentro de cada agrupamento. Em uma modalidade, números iguais de câmaras 26 são incluídos dentro de cada agrupamento e números iguais de entradas de vertedor 54 são incluídos dentro de cada agrupamento. Em uma outra modalidade, alguns agrupamentos podem incluir mais câmaras 26 e entradas de vertedor 54 que outros agrupamentos.

[038] Cada agrupamento das uma ou mais câmaras 26 e das uma ou mais entradas de vertedor 54 é isolado pelas paredes de divisão 60 dos outros agrupamentos de câmaras 26 e entradas de vertedor 54 de modo que a corrente de líquido seja incapaz de fluir, ou seja substancialmente impedida, de fluir, entre os agrupamentos. As paredes de divisão 60 forçam, assim, toda, ou substancialmente toda, a corrente de líquido que sai das uma ou mais câmaras 26 em cada agrupamento para fluir apenas para as uma ou mais entradas de vertedor 54 dentro daquele mesmo agrupamento.

[039] Conforme pode ser mais bem visto na Figura 2, as paredes de divisão 60 são de preferência dispostas para envolver áreas de superfície aproximadamente iguais do andar de bandeja 24 dentro de cada agrupamento de câmaras 26 e entradas de vertedor 54. As paredes de divisão 60 também se estendem para cima por uma distância suficiente acima do andar de bandeja 24 para bloquear o fluxo de toda, ou substancialmente toda, a corrente de líquido que sai de cada agrupamento de câmaras 26 para qualquer um dos outros agrupamentos de câmaras 26 na mesma bandeja de contato 22. A borda superior das paredes de divisão 60 deve, dessa forma, normalmente ser posicionada acima das aberturas de descarga mais superiores 38 formadas nas paredes 28 das câmaras 26. As paredes de divisão 60 podem se estender para cima por uma distância suficiente para colocar a borda superior das paredes de divisão 60 em contato com o andar de bandeja subjacente 24 para fornecer suporte adicional para o andar de bandeja 24 e para assegurar o espaçamento apropriado entre os andares de bandeja adjacentes 24. Se as paredes de divisão 60 entrarem em contato com o andar de bandeja subjacente 24, as aberturas de vapor (não mostrado) podem ser fornecidas próximas à borda superior das paredes de divisão 60 para permitir que a cor-rente de vapor passe através das paredes de divisão 60 para equalizar a pressão por toda a seção transversal da coluna 10. As aberturas de descarga de líquido 38 nas paredes 28 das câmaras 26 podem ser arranjadas em torno da circunferência das câmaras 26, conforme ilustrados nos desenhos, ou podem pode ser concentradas em uma ou mais localizações, tal como na porção das paredes 28 mais próximas à entrada do vertedor associada 54.

[040] Através do bloqueio ou do impedimento substancial do fluxo da corrente de líquido entre os diferentes agrupamentos de câmaras 26 e entradas de vertedor 54, as paredes de divisão 60 forçam a corrente de líquido que sai das uma ou mais câmaras 26 em cada agrupamento a fluírem para as uma ou mais entradas de vertedor 54 no mesmo agrupamento. Se o andar de bandeja 24 da bandeja de contato 22 tiver desalinhado de uma orientação horizontal, a corrente de líquido fluiria normalmente em direção ao lado inferior do andar de bandeja 24 e concentraria naquelas entradas de vertedor 54 posicionada no lado inferior do andar de bandeja 24. Essa canalização da corrente de líquido em direção ao lado inferior do andar de bandeja 24 reduz a capacidade de fluxo de líquido da bandeja de contato 22 e diminui a interação entre as correntes de líquido e vapor, reduzindo por meio disso a eficiência de transferência de massa e troca de calor da bandeja de contato 22. As paredes de divisão 60 impedem que a corrente de líquido flua por todo o andar de bandeja 24 e forçam porções aproximadamente iguais da corrente de líquido para entrar em cada entrada do vertedor 54 mesmo se o andar de bandeja 24 estiver desalinhado de uma orientação horizontal. Pode ser visto, dessa forma, que as paredes de divisão 60 impedem a má distribuição indesejável e a canalização da corrente de líquido que, de outro modo, resultariam se a bandeja de contato 22 fosse instalada ou subsequentemente se tornasse posicionada em uma orientação não horizontal, tal como um resultado de um distúrbio de coluna ou por carga de vento ou ação de onda na coluna 10.

[041] Voltando-se às Figuras 6 a 7, a presente invenção também é direcionada a um distribuidor de líquido 70 posicionado na saída 56 de algum ou todos os vertedouros 52 para distribuir mais uniformemente o líquido conforme sai dos vertedou- ros 52 dentro das câmaras 26 quanto a bandeja de contato 22 é posicionada em uma orientação não horizontal. O distribuidor de líquido 70 compreende uma placa de piso geralmente plana 72 que se estende transversalmente ao longo de e fecha a saída do vertedor 56. A placa de piso 72 pode ser soldada ou, de outro modo, presa à parede que forma o vertedor 52. A placa de piso 72 inclui uma pluralidade de aberturas 74 localizadas dentro de uma região central 76, que deixam uma região anular 78 que circunda a dita região central 76 completa ou amplamente livre de tais aberturas 74. As aberturas 74 podem ser triangulares conforme ilustrado na Figura 7, ou podem ser redondas, quadradas, ovais ou de outras configurações. O número, tamanho e espaçamento das aberturas 74 são selecionados para acomodar o fluxo volumétrico projetado de líquido descendente no vertedor 52 enquanto ocasiona alguma reserva de líquido no vertedor 52. A reserva de líquido e o posicionamento central das aberturas 74 asseguram que o líquido seja alimentado em cada uma das aberturas 74 mesmo que o vertedor 52 esteja inclinado em um ângulo em relação à vertical como um resultado do desali- nhamento do vertedor 52 e/ou da bandeja de contato associada 22. Através da alimentação do líquido em cada uma das aberturas 74 dessa maneira, o líquido é mais uniforme e centralmente descarregado mesmo quanto o vertedor 52 é inclinado.

[042] O distribuidor de líquido 70 também inclui uma pluralidade de paredes abafadoras 80 que se estendem para baixo a partir da placa de piso 72 para o recipiente de vedação 58 ou andar de bandeja 24 para reduzir adicionalmente a oportunidade de má distribuição de líquido que sai dos vertedouros 52. As paredes abafadoras 80 se estendem radialmente para fora de um eixo geométrico longitudinal imaginário do vertedor 52 por uma distância radial pré-selecionada em intervalos de arco iguais para formar volumes aproximadamente iguais entre cada par de paredes abafadoras adjacentes 80. Em uma modalidade, o comprimento radial das paredes abafadoras 80 é selecionado de modo que uma borda externa de cada parede abafadora 80 seja posicionada em um plano vertical além da região central 76 e dentro da região anular externa 78 da placa de piso sobrejacente 72. Em uma outra modalidade, o comprimento radial das paredes abafadoras 80 é selecionado de modo que a borda externa de cada parede abafadora 80 fique nivelada com uma barreira de entrada em formato de anel 82 que se estende para cima de um perímetro externo do recipiente de vedação 58.

[043] Uma ou mais das aberturas 74 alimenta líquido em cada um dos volumes definidos pelas paredes abafadoras 80. Na modalidade ilustrada, uma única abertura em formato triangular 74 alimenta líquido em cada um dos volumes definidos pelas paredes abafadoras 80. Em outras modalidades, uma pluralidade de aberturas 74 alimenta líquido em cada volume. O líquido flui, então, para fora de cada volume entre as paredes abafadoras 80 e é selecionado pelo vapor de turbilhão que sai do turbilhonador 28. As paredes abafadoras 80 impedem que o líquido flua para um lado inferior do recipiente de vedação 58 e asseguram uma distribuição circunferencial mais uniforme do líquido para o vapor que sai do turbilhonador 28.

[044] O distribuidor de líquido 70 também pode incluir uma pluralidade de estacas circunferencialmente espaçadas 84 que se estendem para cima ou adjacentes à barreira de entrada 82 e são fixadas à placa de piso sobrejacente 72, conformemostrado nas Figuras 8 a 9.

[045] Durante o uso da coluna 10, uma corrente de líquido flui para as entradas de vertedor 54 e descende através dos vertedouros 52 antes e sair através da saída de descargas 56 nas câmaras 26 no andar de bandeja subjacente 24. O líquido que entra nas câmaras 26 é selecionado pela corrente de vapor que entra nas câmaras 26 através das aberturas de vapor 30 no andar de bandeja 24. Os turbilhonadores 32 conferem um movimento de turbilhão centrífugo para o vapor e correntes de líquido ocasionam a mistura essencial das correntes de líquido e vapor dentro das câmaras 26. As forças centrífugas que atuam no líquido fazem com que o líquido seja arremessado contra as superfícies internas das paredes 28 das câmaras 26 onde se eleva até encontrar as aberturas de descarga 38 nas paredes 28. A corrente de líquido é, então, carregada por uma porção da corrente de vapor através das aberturas de descarga 38. A corrente de líquido que sai através das aberturas de descarga 38 descende sobre o andar de bandeja 24 na área circunscrita pelos segmentos adjacentes das paredes de divisão 60. O restante da corrente de vapor sai através do topo aberto das câmaras 26 e se move lateralmente antes de ascender através das aberturas de vapor 30 no andar de bandeja 24 da bandeja de contato sobrejacente 22. Qualquer porção da corrente de líquido que desvia as aberturas de descarga 38 conforme percorre as paredes 28 das câmaras 26 é capturada pelo anel de lábios 40 na borda superior das paredes 28 e é redirecionada para baixo sobre o andar de bandeja 24.

[046] A corrente de líquido que sai das câmaras 26 após a intermistura com a corrente de vapor cai sobre o andar de bandeja 24 e é direcionada em porções aproximadamente iguais pelas paredes de divisão 60 para as uma ou mais entradas de vertedor 54 associadas a uma ou mais câmaras 26 das quais a corrente de líquido saiu. A corrente de líquido é, então, direcionada para baixo pelos vertedouros 52 para as câmaras 26 posicionadas na bandeja de contato subjacente 22. Dessa maneira, a corrente de vapor e a corrente de líquido interagem dentro das câmaras 26 em cada andar de bandeja 24 antes de ser entregue, respectivamente, para as próximas bandejas de contato subjacente e sobrejacente 22 na região interna aberta 14 da coluna 10.

[047] A presente invenção inclui, dessa forma, um método de operação da coluna 10 através da entrega de uma primeira corrente de fluido para baixo através de cada pluralidade de vertedouros 52 que se estende para baixo a partir de uma das ditas bandejas de contato 22 e da descarga da primeira corrente de fluido dos ditos vertedouros 52 em câmaras 26 posicionadas em um andar de bandeja 24 em uma bandeja de contato subjacente 22. A primeira corrente de fluido dentro da câmaras 26 é interagidas com um movimento de turbilhão com uma segunda corrente de fluido que ascende através do andar de bandeja 24 da dita bandeja de contato subjacente 22 e entra as câmaras 26. A primeira corrente de fluido é, então, removida das ditas câmaras 26 após a interação com a dita segunda corrente de fluido e é direcionada a partir das uma ou mais câmaras 26 em cada agrupamento e entregues para as uma ou mais entradas de vertedor 54 no mesmo agrupamento. As uma ou mais paredes de divisão 60 servem para impedir a entrega da primeira corrente de fluido removidas para entradas de vertedor 54 em outros agrupamentos. As paredes de divisão 60 impedem, dessa forma, a má distribuição indesejável e a canalização da corrente de líquido que, de outro modo, resultaria se a bandeja de contato 22 fosse instalada ou se tornasse subsequentemente posicionada em uma orientação não horizontal.

[048] A partir do supracitado, será observado que está invenção é bem adaptada para atingir todas as finalidades e objetivos apresentados acima no presente documento junto com outras vantagens que são inerentes para a estrutura.

[049] Deve ficar entendido que certas características e subcombinações são de utilidade e podem ser empregadas sem referência a outras características e subcombinações. Isso é contemplado por e está inserido no escopo da invenção.

[050] Posto que muitas modalidades possíveis podem ser feitas na invenção sem que se afaste do escopo da mesma, deve ficar entendido que todo o assunto deve apresentado no presente documento ou mostrado nos desenhos anexos deve ser interpretado como ilustrativo e não em um sentido limitante.

Claims

1. Bandeja de contato (22) para facilitar o contato entre fluidos ascendentes e descendentes dentro de uma coluna (10) em que os processos de transferência de massa e/ou troca de calor ocorrem, em que a dita bandeja (22) de contato é CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: um andar de bandeja geralmente plano (24); uma pluralidade de câmaras (26) posicionadas sobre e se estendendo para cima a partir do andar de bandeja (24), em que cada uma das dita câmaras (26) tem um topo geralmente aberto e é formada por uma parede (28) de uma altura pré-selecionada, em que a dita parede (28) tem uma pluralidade de aberturas de descarga (38) que se estendem através da parede (28) para permitir que o fluido atravesse a parede (28) de dentro da câmara (26); aberturas (30) que se estendem através do andar de bandeja (24) dentro de áreas circunscritas por cada uma das câmaras (26) para permitir que o fluido passe para cima através do andar de bandeja (24) e para as câmaras (26); turbilhonadores (32a, 32b) posicionados para ocasionar turbilhão centrífugo do fluido que passou para cima através do andar de bandeja (24) e para as câmaras (26); vertedouros (52) que se estendem para baixo a partir do andar de bandeja (24), em que cada vertedor (52) compreende uma entrada de vertedor superior (54) formada no andar de bandeja (24) e uma saída de descarga inferior (56); uma ou mais paredes de divisão (60) que se estendem para cima do andar de bandeja (24) e posicionadas para formar múltiplos agrupamentos de uma ou mais das ditas câmaras (26) e uma ou mais das ditas entradas de vertedor (54), em que as uma ou mais paredes de divisão (60) isolam as uma ou mais câmaras (26) e as uma ou mais entradas de vertedor (54) em cada agrupamento das câmaras e entradas de vertedor (54) nos outros agrupamentos de modo que o dito fluido que passa através da parede (28) de dentro da câmara (26) em cada agrupamento é impedido de fluir para as entradas de vertedor (54) em outros agrupamentos pelas uma ou mais paredes de divisão (60).

2. Bandeja de contato (22), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as ditas uma ou mais paredes de divisão (60) envolvem áreas de superfície aproximadamente iguais do andar de bandeja (24) dentro de cada agrupamento das câmaras (26) e das entradas de vertedor (54).

3. Bandeja de contato (22), de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que as ditas uma ou mais paredes de divisão (60) se estendem para cima para um nível acima daquele em que as aberturas de descarga (38) são posicionadas nas paredes (28) das câmaras (26).

4. Bandeja de contato (22), de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que as paredes (28) das câmaras (26) são geralmente cilíndricas em configuração.

5. Bandeja de contato (22), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que os agrupamentos: das ditas uma ou mais câmaras (26); e das uma ou mais entradas de vertedor (54) têm, cada uma, um mesmo número das ditas câmaras (26).

6. Bandeja de contato (22), de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADA pelo fato de que os agrupamentos: das ditas uma ou mais câmaras (26); e das uma ou mais entradas de vertedor (54) tem, cada uma, o mesmo número das ditas entradas de vertedor (54).

7. Bandeja de contato (22), de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que: apenas uma das ditas câmaras (26); e apenas uma das ditas entradas de vertedor (54) estão: em cada um dos agrupamentos das ditas uma ou mais câmaras (26); e das uma ou mais entradas de vertedor (54).

8. Bandeja de contato (22), de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que: mais de uma das ditas câmaras (26); e mais de uma das ditas entradas de vertedor (54) estão: em cada agrupamento das ditas uma ou mais câmaras (26); e das uma ou mais entradas de vertedor (54).

9. Bandeja de contato (22), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: um distribuidor de líquido (70) posicionado na saída de descarga inferior (56) de cada um dos ditos vertedouros (52), em que o dito distribuidor de líquido (70) compreende uma placa de piso (72) que se estende por toda a dita saída de descarga inferior (56) e tem aberturas (74) posicionadas em uma região central (76) e sendo amplamente ausente de uma região anular externa (78) que circunda a dita região central (76) e as paredes abafadoras (80) que se estendem para baixo a partir da dita placa de piso (72) e para fora de um eixo geométrico longitudinal nocional do dito vertedor (52).

10. Coluna (10) em que os processos de transferência de massa e/ou troca de calor ocorrem, em que a dita coluna é CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: uma carcaça externa vertical (12) que define uma região interna aberta (14); uma pluralidade de bandejas de contato, conforme definidas na reivindicação1, que se estendem horizontalmente (22) posicionada em relação verticalmente espaçada dentro da região interna aberta (14), em que cada uma das ditas bandejas de contato (22) compreende: um andar de bandeja geralmente plano (24); uma pluralidade de câmaras (26) posicionadas em um padrão pré-selecionado sobre e se estendendo para cima a partir do andar de bandeja (24), em que cada uma das ditas câmaras (26) têm um topo geralmente aberto e é formada por uma parede (28) de uma altura pré-selecionada que é menor que um espaçamento vertical entre as adjacentes das ditas bandejas de contato (22), em que a dita parede tem uma pluralidade de aberturas de descarga (38) que se estendem através da parede (28) para permitir que o fluido passe para fora através da parede (28) de dentro da câmara (26); aberturas (30) que se estendem através do andar de bandeja (24) dentro de cada uma das câmaras (26) para permitir que o fluido passe para cima através do andar de bandeja (24) e para as câmaras (26); turbilhonadores (32a, 32b) posicionados para ocasionar turbilhão centrífugo do fluido que passou para cima através do andar de bandeja (24) e para as câmaras (26); vertedouros (52) que se estendem para baixo a partir do andar de bandeja (24) e que compreendem uma entrada de vertedor superior (54) formada no andar de bandeja (24) e uma saída de descarga inferior (56) posicionada dentro de uma câmara (26) em uma bandeja de contato (22) subjacente; uma ou mais paredes de divisão (60) que se estendem para cima a partir do andar de bandeja (24) e posicionadas para formar múltiplos agrupamentos das ditas câmaras (26) e entradas de vertedor (54) que são circunscritas pela ditas uma ou mais paredes de divisão (60), em que as uma ou mais paredes de divisão (60) isolam as câmaras (26) e as entradas de vertedor (54) em cada agrupamento das câmaras (26) e entradas de vertedor (54) nos outros agrupamentos de modo que o dito fluido que passa para fora através da parede (28) de dentro da câmara (26) em cada agrupamento seja impedido de fluir para as ditas entradas de vertedor (54) em outros agrupamentos pelas uma ou mais paredes de divisão (60).

11. Coluna (10), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADA pelo fato de que as ditas uma ou mais paredes de divisão (60) envolvem áreas de superfície aproximadamente iguais do andar de bandeja (24) dentro de cada agrupamento das câmaras (26) e das entradas de vertedor (54).

12. Coluna (10), de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADA pelo fato de que as ditas uma ou mais paredes de divisão (60) se estendem para cima para um nível acima daquele em que as aberturas de descarga (38) são posicionadas nas paredes (28) das câmaras (26).

13. Coluna (10), de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADA pelo fato de que as paredes (28) das câmaras (26) são geralmente cilíndricas em configuração.

14. Coluna (10), de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que os números iguais de câmaras (26) estão em cada um dos agrupamentos das câmaras (26) e das entradas de vertedor (54).

15. Coluna (10), de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADA pelo fato de que os números iguais de entradas de vertedor (54) estão em cada um dos agrupamentos das câmaras (26) e das entradas de vertedor (54).

16. Coluna (10), de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADA pelo fato de que apenas uma das ditas câmaras (26) e uma das ditas entradas de vertedor (54) está em cada agrupamento das câmaras (26) e das entradas de vertedor (54).

17. Coluna (10), de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADA pelo fato de que mais de uma das ditas câmaras (26) e mais de uma das ditas entradas de vertedor (54) estão em cada agrupamento das câmaras (26) e das entradas de vertedor (54).

18. Coluna (10), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADA pelo fato de que inclui um distribuidor de líquido (70) posicionado na saída de descarga inferior (56) de cada um dos ditos vertedores (52), em que o dito distribuidor de líquido (70) compreende uma placa de piso (72) que se estende por toda a dita saída de descarga inferior (56) e tem aberturas (74) posicionadas em uma região central (76) e é amplamente ausente de uma região anular externa (78) que circunda a dita região central (76) e paredes abafadoras (80) que se estendem para baixo a partir da dita placa de piso (72) para o andar de bandeja (24) de uma bandeja de contato (22) subjacente, em que as ditas paredes abafadoras (80) se estendem para fora de um eixo geométrico longitudinal imaginário do dito vertedor (52).

19. Método de operação de uma coluna (10) que compreende uma carcaça externa vertical (12) que define uma região interna aberta (14) e uma pluralidade de bandejas de contato (22), conforme definidas na reivindicação 1, que se estendem horizontalmente posicionadas em relação verticalmente espaçada dentro da região interna aberta (14), em que cada uma das ditas bandejas de contato (22) compreende um andar de bandeja (24), uma pluralidade de câmaras (26) que se estende para cima a partir do andar de bandeja (24), uma pluralidade de vertedouros (52) que se estende para baixo a partir do andar de bandeja (24) e têm uma entrada do vertedor (54) no dito andar de bandeja (24), e uma ou mais paredes de divisão (60) que se estendem para cima a partir do andar de bandeja (24) e posicionadas para formar múltiplos agrupamentos de uma ou mais das ditas câmaras (26) e uma ou mais das ditas entradas de vertedor (54), em que cada um dos ditos agrupamentos é circunscrito pelas ditas uma ou mais paredes de divisão (60), em que o dito método é CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de: entregar uma primeira corrente de fluido para baixo através de cada uma pluralidade de vertedouros (52) que se estende para baixo a partir de uma das ditas bandejas de contato (22) e descarregar a primeira corrente de fluido dos ditos vertedouros (52) em câmaras (26) posicionadas em um andar de bandeja (24) em uma bandeja de contato (22) subjacente; interagir com um movimento de turbilhão a primeira corrente de fluido dentro das câmaras (26) com uma segunda corrente de fluido que ascende através do andar de bandeja (24) da dita bandeja de contato (22) subjacente e entra nas câmaras (26); remover a dita primeira corrente de fluido das ditas câmaras (26) após a interação com a dita segunda corrente de fluido; e direcionar a dita primeira corrente de fluido removida das uma ou mais câmaras (26) em cada agrupamento e entregar isso para as uma ou mais entradas de vertedor (54) no mesmo agrupamento, em que as ditas uma ou mais paredes de divisão (60) impedem a entrega da primeira corrente de fluido removida em entradas de vertedor (54) em outros agrupamentos.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita primeira corrente de fluido é uma corrente de líquido e a dita segunda corrente de fluido é uma corrente de vapor.

21. Método, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita primeira corrente de fluido é uma corrente de líquido e a dita segunda corrente de fluido é uma corrente de gás.

22. Método, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita primeira corrente de fluido é uma corrente de líquido e a dita segunda corrente de fluido é uma outra corrente de líquido.