BR112014004531B1 - Peça de conexão temperada para transporte de um fluido viscoso e método para transporte de um fluido viscoso por uma linha de trocador de calor - Google Patents
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Abstract
peça de conexão de uma linha de transporte. a presente invenção refere-se a uma peça de conexão (1) temperada para o transporte de um fluido viscoso com um componente de liberação de subpressão (2) que separa o interior da peça de conexão de uma linha de escoamento (4) e que está fixado com uma borda externa (5) na linha de escoamento, caracterizado pelo fato de que o componente de liberação de subpressão está configurado para liberar a linha de escoamento no caso de uma subpressão predeterminada, sendo que no interior da peça de conexão está previsto um elemento misturador que mistura uma corrente de fluido na região do componente de liberação de subpressão.
Description
[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo e método para transporte de fluidos viscosos e termicamente sensíveis através de uma linha, constituída de trocador de calor, linhas parciais, segmentos acopladores, segmentos intermediários, segmentos defletores, segmentos distribuidores, bombas, filtros etc.
[002] O emprego de dispositivos de alivio de pressão é geralmente conhecido. Meios convencionais abrangem, por exemplo, discos de ruptura que apresentam um diafragma que se rompe, sob a ação de uma pressão superior a pressão de serviço normal, porem inferior a pressão a qual se rompe um tubo ou vaso, com que é viabilizado um alivio de com um compartimento externo.
[003] Discos de ruptura são descritos, por exemplo, nos seguintes documentos US 6.241.113, US 3.845.879, US 2008/0202595, EP 1 591 703 e US 7.870.865 diferentes discos de ruptura podem apresentar perfurações para garantir a ruptura em vários pontos ou ao longo de pontos teóricos de ruptura a fim de liberar em extensão máxima a sessão transversal de alívio.
[004] Discos de ruptura podem ser empregados nos dispositivos mais diversificados que procuram controlar a ação dos discos de ruptura. Assim, o documento US 4,079,854 descreve um dispositivo que possui um conjunto de corte com uma faca que rompe um disco de ruptura, após a aplicação de pressão, para derivação, de conformação côncava e convexa na direção do compartimento de pressão.
[005] O documento US 3,872,874 descreve um dispositivo de disco de ruptura com um disco de ruptura convexo que é prensado contra uma haste de corte por ocasião da ampliação da pressão.
[006] O documento US 4,590,957 no qual um disco de ruptura plano é protegido contra torções.
[007] Na patente europeia EP 1 892 445 é descrito um conjunto de discos de ruptura que apresenta vários anéis que na aplicação de pressão produzem uma passagem de fluido.
[008] O documento WO 2005/054731 se refere a um conjunto de disco de ruptura com um detector de pressão.
[009] A patente europeia EP 789 822 se refere a um dispositivo de segurança de pressão para massas viscosas termicamente instáveis como celulose, água NMMO (oxido e nitrato metilmorfolina - N - oxido), na qual um elemento de ruptura se projeta no compartimento interno de um tubo de transporte.
[0010] O documento US 4,046,280 A descreve um elemento de se gurança para um recipiente pressurizado. O segmento de segurança contém um disco de ruptura que libera um escoadouro em caso de so- brepressão e de outra forma realiza o bloqueio. Na região antes do disco de ruptura se encontra uma blindagem de um dispositivo protetor, que deve proteger o disco de ruptura. O dispositivo protetor é uma grande membrana revestida de um diafragma que evita uma chamada bobina- gem do disco.
[0011] O documento DE 26 58 225 A1 abrange uma armação de segurança para tubulações e recipientes com diafragma de ruptura que deve ser apoiado contra a pressão de serviço por um corpo de apoio transfixado semelhante a uma peneira. Para tanto, o corpo de apoio apresenta várias perfurações paralelas em direção axial que são atravessadas por fluxo em caso de ruptura. Estes evitam uma rinsagem em estado vedado do disco.
[0012] O documento GB 2 028 426 descreve uma armação com um disco de ruptura. Atrás do disco de ruptura, na direção do tubo de escoamento, esta armação possui uma perfuração.
[0013] O documento US 2010/305883 A1 descreve uma válvula na qual está prevista um sensor de temperatura na área de descarga.
[0014] A patente europeia EP 0 789 822 A1 descreve um tubo de transporte para misturas de celulose - NMMO com um disco de ruptura (13) que se projeta em uma retenção dentro do tubo.
[0015] O documento US 5,337, 776 se refere a uma linha de troca dor de calor com um dispositivo de alivio de sobrecarga, sendo que um disco de ruptura está posicionado em forma alinhada no lado interno da parede do tubo a fim de que possa ser produzida uma rinsagem do disco de ruptura com líquido transportado. Esta rinsagem deve evitar a formação de espaços mortos nos quais se depositam líquidos e outros componentes do liquido transportado. Este objetivo também foi almejado na patente europeia EP 789 822.
[0016] No transporte de massas viscosas e termicamente instáveis, ou seja, termicamente sensíveis, especialmente aquelas que são mantidas somente por aquecimento em estado líquido e no resfriamento apresenta uma tendência à formação de aglomerados ou resultando em depósitos, constitui um objetivo por exemplo da patente europeia EP 789 822 e da patente norte-americana US 5, 337,776 evitar compartimentos recuados dentro de uma tubulação nas quais essas massas se poderiam depositar - também designados como compartimentos mortos. Depósitos diante de discos de ruptura foram considerados como perigosos para a sua funcionalidade, podendo ocorrer sobre pressões de natureza perigosa.
[0017] De acordo com a invenção ficou evidenciado que evitar es paços mortos não é suficiente para proteger contra depósitos discos de ruptura ou de uma maneira geral componentes de liberação em regime de sobre pressão, inclusive válvulas. Na patente US 5, 337, 776 é apresentado o ensinamento de que o disco de ruptura, montado dentro de uma tubulação, deve ser conformado de tal modo que o diafragma de ruptura esteja alinhado na parede da tubulação. Para este fim a tubulação, de acordo com a patente US 5,337,776 deverá ser construída e montada de tal maneira que o tubo de massa transfixante bem como a camisa do termostato do tubo precisam ser interrompidos e, portanto, se encontra na tubulação uma zona de termostatização heterogênea. Esta zona de termostatização insuficiente (pontos frios de decurso da tubulação) exerce ocorrência negativa sobre o comportamento de fluxo de massas poliméricas quentes altamente viscosas e de estrutura viscosa (como soluções de celulose/ água/ NMMO).
[0018] Uma essencial desvantagem do documento US 5,337,776 reside em que o disco de ruptura descrito na patente forçado pela necessidade precisa ser soldado sobre um corpo de apoio cilíndrico. A fixação alinhada do disco de ruptura no compartimento interno de um tubo ou na parede tubular é complexa e exige a solda do disco de ruptura através de um processo de solda com raios de elétrons. Além disso, não podem ser usados discos de ruptura normalmente comercializados.
[0019] Constitui objetivo da presente invenção oferecer dispositivos de alivio de pressão alternativos que evitam as desvantagens dos dispositivos convencionais e possibilitando de uma forma simples o emprego de elementos de alívio de pressão como discos de ruptura e semelhantes unidades.
[0020] A invenção fornece uma peça de conexão temperada ("fit ting" - guarnição) para o transporte de um fluido viscoso com um componente de liberação de sobrepressão que separa o interior da peça de conexão de uma linha de escoamento o componente de liberação de sobrepressão poderá estar fixado com uma borda externa na linha de escoamento. O componente de liberação de sobrepressão está de tal modo preparado para liberar, com uma sobrepressão predeterminada na peça de conexão, o fluxo em passagem de fluido. No interior da peça de conexão poderá estar previsto um elemento misturador que mistura uma corrente de fluido na região do componente de liberação da sobre- pressão. O componente de liberação de sobrepressão pode estar fixado com uma borda externa na linha de escoamento. O componente de liberação de sobrepressão pode estar fixado com uma borda externa na linha de escoamento. O componente de liberação de sobrepressão está de tal modo preparado a fim de que com uma sobrepressão determinada liberar fluxo de passagem pela peça de conexão. No interior da peça de conexão pode estar previsto um elemento misturador que mistura um fluxo de corrente na área da componente de liberação de so- brepressão. Desta maneira será disponibilizado um dispositivo de alivio de sobrepressão para transporte de um fluido viscoso, termicamente sensível, com uma componente de liberação de sobrepressão que separa o interior de uma linha de fluido, especialmente uma linha de trocador de calor, contra uma linha de escoamento e que está fixada em uma borda externa na linha de escoamento. A peça de conexão de acordo com a invenção será preferencialmente montada em uma linha de troca de calor onde é transportado em forma temperada um fluido. O transporte é realizado especialmente por uma pressão aumentada na faixa de 100 a 250 KPa (1 a 250 bar), sendo que a peça de conexão de acordo com a invenção serve de alivio contra sobrepressão, tão logo a pressão ultrapassar uma medida critica. O componente de liberação de sobrepressão será selecionado de tal maneira para que em pressão normal de serviço separe a linha de escoamento do interior da peça de conexão na qual está sendo transportado o fluido e no caso de uma pressão escolhida, libera a linha de escoamento de maneira que o fluido pode escapar.
[0021] A peça de conexão de acordo com a invenção é especial mente utilizada para o transporte de fluidos altamente viscosos e/ou ter- micamente instáveis que precisam ser transportados em linhas de trocadores de calor a fim de possibilitarem uma regulagem da temperatura do fluido. Também na peça de conexão de acordo com a invenção é produzida uma regulagem da temperatura.
[0022] Um problema que até agora se apresentou nos elementos de ruptura no transporte de fluidos viscosos, ou seja, sensíveis à temperatura, eram oscilações de temperatura ocasionadas na linha de fluido, mesmo quando elementos de ruptura foram introduzidos em trocadores de calor temperados externamente, como por exemplo, descrito no documento WO94/ 28213 A1. Desta maneira, surgiram heterogeneidades no perfil de temperatura, mas também de viscosidade dos fluidos que podem resultar em depósitos ou sob pressões localizados. De acordo com a invenção, para agir sobre a uniformidade da temperatura e da viscosidade com simultânea integração de um elemento de ruptura, o elemento de conexão será temperado. Ficou evidenciado que pelos dispositivos de acordo com a invenção os componentes de liberação de sobrepressão não estão apenas restritos aos elementos de ruptura, porém podem também ser empregados outros componentes como, por exemplo, válvulas de sobrepressão. A têmpera pode ser produzida pelo isolamento térmico da peça de conexão e/ou por elementos de aquecimento ou de arrefecimento 8. Para manter o fluido em uma temperatura desejada pode ser suficiente apenas um simples isolamento térmico, quando o próprio fluido conduz o calor à temperatura desejada para o transporte ou a produz em virtude de perdas por fricção. Preferencialmente, o componente conector é um bloco massivo de um material condutor de calor com suficiente capacidade térmica, de maneira que no caso de um isolamento térmico externo se apresenta uma distribuição de calor homogênea nas paredes internas do componente de conexão. Em modalidades preferidas serão previstos elementos de aquecimento ou de resfriamento, por exemplo, linhas portadoras de calor que mantém o interior em uma temperatura desejada.
[0023] No componente de conexão está previsto, preferencial mente, um elemento de aquecimento na área de um componente de liberação de sobrepressão. Por um elemento desta espécie poderá ser temperado um fluido na região do componente de liberação de sobre- pressão e assim será evitado um endurecimento de materiais em enrijecíeis ou pode ser reduzida a viscosidade do fluido, podendo ser produzida uma rinsagem ou pelo fluxo de passagem do fluido na linha do trocador de calor ou pela perfuração de alivio. Pelo aquecimento poderá ser evitado que se apresentem no fluido diferenças de viscosidade na faixa diante do componente de liberação de sobrepressão, ou seja, se depositem fluidos, com o que no uso de fluidos termicamente instáveis, não são formadas regiões exotérmicas reativas diante dos componentes de liberação de sobrepressão.
[0024] O elemento de aquecimento pode apresentar um elemento aquecedor elétrico, bobinas de indução ou canais de aquecimento, nos quais pode ser conduzido um meio de aquecimento. Alternativamente, tais canais podem ser usados para conduzir um liquido de arrefecimento quando o fluido selecionado tiver que ser resfriado na área da componente de liberação de sobrepressão.
[0025] A têmpera da peça de conexão preferencialmente regulada de tal maneira que no interior de transporte de um fluido como seja ce- lulose/ NMMO/ água a 90°C se apresente no máximo uma diferença de temperatura (expansão de temperatura) no máximo de 10°C, preferencialmente no máximo 8°C, no máximo 6°C, no máximo 5°C, no máximo 4°C, no máximo 3°C, no máximo 2°C, no máximo 1°C no interior da peça de conexão, nos segmentos de parede, inclusive no componente de liberação de sobrepressão, da peça de conexão.
[0026] O elemento de conexão pode apresentar um elemento mis turador como, por exemplo, descrito no documento US 7,841,765. A in- venção não está restrita a elementos misturadores especiais, porém podem ser usados diferentes elementos misturadores que podem ser integrados nas linhas do trocador de calor. Preferencialmente serão usados elementos misturadores estáticos. O elemento misturador deve especialmente misturar a corrente de fluido no interior da peça de conexão, especialmente na área da componente de liberação de sobrepres- são. Desta maneira, serão evitadas heterogeneidades na temperatura, na viscosidade e na pressão do fluido por que o fluido é constantemente misturado e homogeneizado. O calor de fricção produzido por elementos misturadores é escoado por uma sessão temperada do segmento de conexão. Elementos misturadores convencionais são misturadores estáticos como, por exemplo, descritos no documento WO 2009/000642, ou seja, misturadores estáticos de têmpera interna. Depois de que, conforme acima descrito, foi possível o arrefecimento dos fluidos altamente viscosos nas áreas de um componente de liberação de sobrepressão, com o que resultam comportamentos diferenciados de temperatura e de viscosidade, resulta daí também um comportamento de fluxo diferenciado do fluido. Por isso, de acordo com a invenção o elemento misturador será introduzido em tal extensão dentro das peças de distribuição, ou seja, sobre a área dos componentes de liberação de sobrepressão, ou seja, em todo o segmento de conexão é assegurado um bom fluxo de passagem.
[0027] De acordo com a invenção ficou especialmente vantajoso que as peças de conexão são de tal modo construídas e a montagem dos elementos misturadores estáticos é realizada de tal forma que é formada ou seja, é forçado uma ocorrência de fluxo ativa na área dos componentes de liberação de sobrepressão.
[0028] O componente de liberação de sobrepressão pode ser um elemento de ruptura de geometria aleatória, preferencialmente um disco de ruptura, que se rompe a uma pressão predeterminada e libera desta maneira uma linha de escoamento. Deste modo, em caso de sobrepres- são, fluido poderá ser escoado pela linha de escoamento de maneira que não surgem danos na linha de fluido. Também é possível empregar válvulas de sobrepressão, as quais, com uma pressão predeterminada se abrem. De uma maneira geral, comumente o componente de liberação de sobrepressão apresenta um elemento de bloqueio, por exemplo, um disco que bloqueia a linha de escoamento. Este elemento de bloqueio será deslocado no caso de uma sobrepressão predeterminada, será deslocado ou removido, ou seja, aberto, por exemplo por fragmentação ou ruptura de maneira que é formado uma abertura na direção da linha de escoamento.
[0029] Em consequência das medidas de acordo com a invenção acima mencionadas pode agora se recorrer, conforme nos exemplos de construção acima indicados, também a discos de ruptura normalmente comercializados. Este serão incluídos preferencialmente em uma retenção, sendo de tal modo posicionadas em um segmento parcial da linha de trocador de calor que os discos de ruptura não mais são parte de uma parede tubular, ou seja, parte da peça acopladora, da peça distribuidora. Especialmente, o elemento de ruptura ou o componente de liberação de sobrepressão de uma maneira geral poderá estar recuado em relação ao compartimento interno da peça de conexão. Desta maneira poderá ser formada uma área escalonada da corrente de fluido no interior, preferencialmente pelo elemento misturador será conduzido fluido neste compartimento, de maneira que é produzido um contato contínuo do componente de liberação de sobrepressão com o fluido em fluxo de passagem.
[0030] Como válvulas podem ser usadas válvulas aleatórias, por exemplo, como um elemento de bloqueio o qual preferencialmente é mantido por uma mola ou por uma fixação de corte ou uma vara dobrá- vel, em uma posição de bloqueio. Pela aplicação de pressão a mola, a fixação de corte ou a vara dobrada cedem com o que o elemento de bloqueio será deslocado e a linha de escoamento será liberada. Fixações de corte e varas dobráveis (por exemplo, conforme os documentos US 4,724,857 ou US 5,577,523) requerem na operação alterações irreversíveis de maneira que em uma subsequente queda da pressão, a linha de escoamento permanece aberta. Uma válvula molar, em caso de queda de pressão, pode tornar a fechar. No caso de uma fixação de corte, um acoplamento que está em conexão com o elemento de bloqueio é fixado na sua posição por resistência de fricção. Uma sobre- pressão poderá vencer a resistência de fricção e deslocar o elemento de travamento juntamente com o acoplamento. No caso de uma vara dobrável é selecionado um acoplamento que é curvada no caso de aplicação de pressão (flexão de dobramento) e de acordo com a fórmula de EULER para dobramentos flexíveis permite um deslocamento do elemento de bloqueio que está unido com o acoplamento.
[0031] As peças de conexão podem ser montadas através de dife rentes formas de acoplamento em uma linha de fluido, especialmente uma linha de troca de calor, como por exemplo, através de conexões de flanges, conexões de aperto, conexões rosqueadas, conexões soldadas, para que possa ser produzida a ligação entre a linha de troca de calor, ou seja, os segmentos da linha. Os segmentos de conexão podem ser produzidos de aços nobres correspondentes, de aços normais, de aços de liga elevada, quimicamente resistente, demais metais e liga de metal, bem como plásticos altamente resistentes e que sejam resistentes a processos, isto é, resistente em sentido químico de temperatura e de pressão. Fica a cargo do especialista elaborar estes segmentos de conexão com relação à temperatura e pressão, deixando penetrar na construção e no acabamento.
[0032] Preferencialmente será empregado um elemento de ruptura que se rompe em grande extensão no caso de uma sobrepressão predeterminada a fim de assegurar ampla saída de fluido. Como inicialmente já foi mencionado, existem elementos de ruptura, especialmente discos de ruptura, que através da previsão de sinais correspondentes, apresentam pontos teóricos de ruptura a fim de possibilitar uma ruptura controlada em grande área. De acordo com a invenção, todos os conhecidos elementos de ruptura no dispositivo podem ser simplesmente fixados por que os elementos de ruptura não são prejudicados por métodos prejudiciais como aquecimento por meio de solda. Especialmente o elemento de ruptura será fixado pela limitação lateral. A presente invenção possibilita uma fixação simples do elemento de ruptura. Assim por exemplo o elemento de ruptura poderá ser fixado, ou seja, prensado em uma retenção na parede interna da linha de escoamento, sendo preferencialmente flangeado. O elemento de ruptura também pode ser inserido na parede da linha de escoamento na forma de uma perfuração parcial (figura 3a) como um módulo de construção sendo inserido na parede. No tubo de escoamento poderá ser integrado um elemento fixador, por exemplo, um flange ou um flange de aperto para fixar o elemento de ruptura.
[0033] De acordo com a invenção verificou-se que na utilização de elementos de ruptura que se rompem em grande área, não surgem des-vantagens por compartimentos mortos no transporte de fluidos viscosos e termicamente sensíveis. Depósitos juntamente com o fluido, na formação de uma sobrepressão e na ruptura do elemento de ruptura são facilmente removidos por rinsagem. Em forma de realização preferida, serão empregados elementos de ruptura que se rompem pelo menos em cerca de 70% de sua área voltada na direção do interior da peça de conexão, ou seja, da face exposta entre os compartimentos ocos separados pelo disco de ruptura. Nas formas de realização adicionais ou es- pecialmente preferidas, o disco de ruptura se rompe com aproximadamente 20%, 30%, 40%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 72%, 74%, 76%, 78%, 80%, 82%, 84%, 86%, 88%, 90%, 92%, 94%, 96%, 98% ou até 100%, isto é, a face completa bloqueada pelo disco de ruptura poderá ser liberada na sobrepressão.
[0034] Além do uso de elementos de ruptura (aleatórios) podem também ser empregadas ao mesmo tempo agora também válvulas ou geralmente componentes de liberação de sobrepressão de acordo com a invenção. Os componentes de liberação de sobrepressão, inclusive válvulas podem ser fixadas em uma retenção na parede interna da linha de escoamento os elementos de liberação de sobrepressão, ou seja, os seus elementos de bloqueio podem ser correspondentemente dimensionados para os respectivos usos previstos. Preferencialmente, a seção transversal pode liberar no mínimo cerca de 20%, 30%, 40%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 72%, 74%, 76%, 78%, 80%, 82%, 84%, 86%, 88%, 90%, 92%, 94%, 96%, 98% ou até 100% de sua face voltada na direção do interior do segmento de conexão no caso de sobrepressão. Os componentes de liberação de regime e sobrepressão, ou seja, os seus elementos de trava podem ser conformados alinhados com a parede interna da linha no interior do segmento de conexão ou em forma recuada. A conformação alinhada é especialmente vantajosa no caso de válvulas por que é possível uma liberdade de espaço morto completa também na região inferior a 1mm, que na fixação do elemento de ruptura tecnicamente pode ser conformada apenas com dificuldade. A forma do elemento de bloqueio das válvulas, portanto está ajustada em forma alinhada a parede interna do segmento de conexão, de maneira que não surgem espaços mortos.
[0035] Preferencialmente, a sessão transversal da linha de escoa mento ou da face de separação do elemento de ruptura, em comparação com a sessão transversal da linha de fluido do interior do segmento de conexão, corresponde pelo menos a 20%, pelo menos 25%, pelo menos 30% pelo menos 35%, pelo menos 40%, pelo menos 50%, pelo menos 55%, pelo menos 60%, pelo menos 65%, pelo menos 70%, pelo menos 75% ou pelo menos 80%.
[0036] Em outras formas de realização, um elemento de corte, por exemplo, uma haste (ruptura) ou uma faca pode estar de tal modo posicionado dentro da linha de escoamento de modo que no caso de sobre- pressão na peça de conexão, o elemento de ruptura seja prensado contra a haste de ruptura ou contra a faca e rompendo-se dessa forma. Isto permite o uso de elementos de ruptura especialmente simples e favoráveis - também sem características próprias para ruptura em grande área como pontos teóricos de ruptura. Através de uma haste ou de uma faca contra a qual o disco de ruptura é prensado na sobre pressão, podem se romper em grande área também as mais simples discos de ruptura. De acordo com a pressão que se apresenta no transporte de fluidos viscosos, pode se falar de uma "ruptura" por estes meios simples.
[0037] Preferencialmente, o elemento de ruptura é um disco de rup tura. Outros elementos de ruptura podem ser conformados redondos elípticos, circulares quadrados ou poligonais (especialmente poligonais regulares). Normalmente trata-se de discos planos. Simples elementos de ruptura podem ser simplesmente recortados de uma chapa.
[0038] O elemento de ruptura poderá ser plano ou arqueado. Em formas de realizações especiais o elemento de ruptura está arqueado no centro na direção do interior da peça de conexão, contra ou na direção da face voltada, ou seja, em forma côncava, ou seja, convexa para com a direção do interior da peça de conexão. Pela (sobre) pressão, o arqueamento poderá se ampliar o que resulta na ruptura ou na compressão contra uma haste de ruptura ou uma faca. Em formas de realização preferidas a faca será prevista na forma de uma cruz de faca. Nos arqueamentos convexos o arqueamento pode se inverter pelo exercício de pressão, produzindo tensões no elemento de ruptura que produzem uma ruptura.
[0039] Preferencialmente será previsto uma perfuração entre o componente de liberação de sobre pressão e o interior do componente de conexão. Esta perfuração poderá servir para o alivio de pressão controlado do compartimento interno ou para o controle de temperatura ou de pressão. O acoplamento de acordo com a invenção, a peça de distribuição, poderá receber perfurações correspondentes para que possam ser tomadas a pressão e a temperatura, sendo controlados e vigiados. No transporte de massas poliméricas altamente sensíveis (por exemplo, soluções de celulose constituídos de celulose, amino oxido e água) mostrou ser vantajoso de acordo com a invenção que nesta peça acopladora possa ser adicionalmente previsto uma perfuração para que a qualidade da massa polimérica, começando desde a produção da solução até o processamento por segmentos, relativamente a qualidade da massa de fiação com relação a viscosidade da solução composição da massa fiada bem como o comportamento de degradação, possam ser controlados. Portanto, a perfuração poderá ser uma perfuração de retirada. Por isso um ponto de retirada de prova não precisa ser montado diretamente na linha de fluido. Caso for previsto um ponto de retirada de prova então uma válvula de retirada de prova de construção especial poderá ser conformada de tal maneira que no canal de retirada de prova após a retirada da prova não se encontre massa residual por que esta será forçada de volta para a corrente principal.
[0040] Em formas de realização preferenciais esta perfuração será prevista imediatamente antes do componente de liberação de sobre- pressão. A perfuração poderá ser usada para remover fluidos viscosos depositados antes do componente de liberação de sobrepressão, por exemplo para retirada de prova, ou seja, para medir a sua temperatura ou pressão. Portanto, a perfuração, em formas de realização preferenciais, apresenta um sensor de temperatura e/ou de pressão. Sensores de temperatura ou de pressão podem ser empregados a fim de que no caso de desvios de uma temperatura teórica onde uma pressão teórica permita o escoamento de fluido pela perfuração. Este escoamento poderá ser feito contínuo ou esporadicamente. Para tanto a perfuração de alívio apresenta preferencialmente uma válvula fechável.
[0041] O segmento de conexão de acordo com a invenção pode ser disponibilizado preferencialmente na forma de um elemento de conexão, para interligar tubos especialmente na forma de um bloco massivo completamente montado. A peça de conexão pode ser empregada em um conjunto de aparelhagens, como por exemplo, reatores, bombas, recipientes pressurizados, filtros, linhas de troca de calor, trocadores de calor e/ou extrusores.
[0042] Os componentes de liberação de sobrepressão por exemplo, o elemento de ruptura ou a válvula, podem ser produzidos de diferentes materiais como aço, aço nobre, cerâmica, metais sinterizados, alumínio, plástico, metais não ferrosos, metais nobres, materiais preferidos são todos os ferros ligas de ferros, aços cromo - níquel, aços níquel (por exemplo, materiais hastelloy) titânio, tântalo, carboneto de cilício, vidro, cerâmica, ouro, platina e também plásticos. Materiais especiais são ligas com elevado de teor de molibdênio, ou seja, níquel cromo e molib- dênio em forma de ligas para resistência contra corrosão localizada e corrosão de fissão, ligas de níquel - cobre com elevada resistência à tração. Exemplos de materiais são hastelloy C (alta resistência a corrosão), hastelloy B (liga de temperatura elevada com endurecimento de separação) inconel (resistência contra fissuras corrosivas de tensões em empregos petroquímicos), incoloy (elevada resistência também contra elevadas temperaturas e oxidação e carburação), monel (elevada resistência à tração, resistente contra corrosão).
[0043] Em modalidades preferidas o componente de liberação de sobre pressão para o transporte de fluidos através do elemento de conexão em regime de elevadas pressões é configurado no mínimo para 4000 até 100000 KPa (40 bar até 1000 bar), preferencialmente no mínimo, 5000 KPa (50 bar), pelo menos 7000 KPa (70 bar), pelo menos 10000 KPa (100 bar) pelo menos 20000 KPa (200 bar), pelo menos 30000 KPa (300 bar), pelo menos40000 KPa (400 bar), pelo menos 50000 KPa (500 bar), pelo menos 60000 KPa (600 bar), pelo menos 70000 KPa (700 bar), pelo menos 80000 KPa (800 bar), por exemplo, através da seleção de materiais adequados, ou seja, espessuras de material e dimensões. Em outras formas de realização, o componente de liberação de sobre pressão é conformado para o transporte de fluidos pelo elemento de conexão com elevadas pressões até o máximo de100000 KPa (1000 bar), preferencialmente até 6000 KPa (60 bar), até 8000 KPa (80 bar), até 12000 KPa (120 bar), até 25000 KPa (250 bar), até 35000 KPa (350 bar), até 45000 KPa (450 bar), até 55000 KPa (550 bar), até 65000 KPa (650 bar), até 75000 KPa (750 bar), até 90000 KPa (900 bar).
[0044] A presente invenção oferece, além disso, um método para o transporte de fluido viscoso, através da peça de conexo para a qual está alocada uma peça de conexão, ou seja, um dispositivo de alivio de sobre pressão com um componente de liberação de sobre pressão de acordo com a invenção. A invenção se refere ao emprego da peça de conexão de acordo com a invenção, ou seja, do dispositivo de alivio de sobre pressão de acordo com a invenção em uma linha de trocador de calor, especialmente para ou durante o transporte de um fluido viscoso através da linha do trocador de calor. O elemento conector pode, por exemplo, estar integrado entre componentes diferentes de uma linha de trocador de calor para o transporte de um fluido viscoso. Assim, a invenção também abrange um método para o transporte de um fluido viscoso através de uma linha de trocador de calor que abrange um segmento conector, sendo que este segmento conector apresenta um componente de liberação de sobre pressão que separa dois compartimentos ocos do dispositivo de alívio de sobrepressão, sendo que um compartimento oco está ligado com a parte interna da peça de conexão, ou seja, está ligado com a linha do trocador de calor, sendo que o componente de liberação de sobrepressão libera com uma sobrepressão no interior uma abertura de modo que se apresenta um fluxo de passagem de fluido entre os compartimentos ocos do dispositivo de alivio de sobrepres- são.
[0045] Preferencialmente o fluido viscoso é termicamente instável. Fluidos termicamente instáveis são, por exemplo, soluções de celulose como soluções de amino óxido de celulose, em soluções especiais de amino oxido de celulose, em soluções especiais de amino oxido terciário e água. Estas soluções, além de estabilizadores como, por exemplo, éster propílico do ácido gálico pode conter bases orgânicas ou inorgânicas como, por exemplo, lixívia de sódio. Além disso, estas soluções de celulose/ oxido de amino e de água podem também conter aditivos de alteração de produto, os chamados de meios de incorporação. Soluções de celulose, produzidos em sistemas de oxido de amino, se destacam pelo fato de que no arrefecimento se cristalizam, porem com uma temperatura de cerca de 72 - 75°C podem ser fundidos. Um exemplo é a solução de celulose - NMMO conforme descrito na patente europeia EP 789 822. O fluido pode ser uma solução de oxido de amino aquosa de concentrações diferenciadas. Fluidos térmicos instáveis são aqueles nos quais existe o perigo de um aumento de temperatura durante o transporte através da peça de conexão, ou seja, através da linha do trocador de calor. Aumentos de temperatura podem se apresentar, por exemplo, baseados em reações exotérmicas, especialmente reações químicas ou baseado em calor de fricção no transporte de fluidos altamente viscosos. Outros fluidos são especialmente fluidos enrijecíveis especialmente os chamados "hot - melts", como polímeros, policarbonatos, poliéster, poliamidas, acido poliláctico, polipropileno etc. O fluido pode ser um fluido tixotrópico especialmente uma solução para fiar. Fluidos especiais apresentam uma temperatura de fusão mínima de cerca de 40°C, pelo menos 50°C, pelo menos 55°C, pelo menos 60°C, pelo menos 65°C, pelo menos 70°C, pelo menos 75°C. o fluido pode ser transportado com temperaturas a título de exemplo mínima de cerca de 40°C pelo menos 50°C, pelo menos 55°C, pelo menos 60°C, pelo menos 65°, pelo menos 70°C, pelo menos 75°C, pelo menos cerca de 80°C, pelo menos 85°C, pelo menos 90°C, pelo menos 95°C. A peça de conexão está configurada para o transporte desses fluidos acima das temperaturas de fusão - por exemplo, de acordo com meios de tempera selecionados. Preferencialmente, a viscosidade transversal 0 do fluido está situado na faixa de 100 até 15.000 Pas, especialmente entre 500 a 10.000 Pas.
[0046] O componente de liberação de sobrepressão, ou seja, o ele mento de trava ou elemento de ruptura, preferencialmente serão dimen-sionados de modo correspondente para o vazão de fluido previsto (ou seja, pressões). Preferencialmente a face do componente de liberação de sobrepressão, ou seja, o elemento de trava ou do elemento de ruptura está situado entre 0,1 e 0,4 mm2 por kg do fluido transportado, especialmente entre 0,02 e 0,3 mm2 por kg.
[0047] Além disso, a presente invenção será ilustrada pelas seguin tes figuras e exemplos sem estar restrita a estas modalidades especiais da invenção. Figuras:
[0048] As figuras 1 e 2 apresentam cortes por segmentos de cone xão de acordo com a invenção com um elemento de ruptura na forma de um disco de ruptura 2 com linha de fluido 3 alocada e que passa ao longo e que aqui está prevista curvada e saindo do plano mostrado, uma linha de escoamento 4 em cuja borda 5 está preso o disco de ruptura, uma perfuração 6, uma haste de ruptura 7 bem como uma linha de aquecimento 8.
[0049] A figura 3 apresenta diferentes elementos de ruptura, qual seja um disco de ruptura (a), torneado por uma perfuração a partir de um bloco de parede, um disco de ruptura côncavo que se rompe no caso de um arqueamento coercitivo reforçado (b) bem como um disco de ruptura com faca de ruptura (b). Os discos de ruptura b) e c) estão fixados na borda por meio de aperto.
[0050] A figura 4 apresenta dois cortes a) e b) com uma peça de conexão 1 de acordo com a invenção que interliga dois trocadores de calor 9, adicionalmente com elementos misturadores 10 de acordo com o documento WO 2009/000642.
[0051] As figuras de 5 a 7 apresentam cortes por peças de conexão 1 de acordo com a invenção com válvulas diferenciadas com discos de bloqueio 2 em posição fechada (figura 5a, 6a, 7a) e posição aberta (figura 5b, 6b, 7b). a linha de fluido 3 e a linha de escoamento 4, bem como linhas de escoamento 8 também são mostradas. O disco de bloqueio 2 está unido com uma acoplamento 9 que está fixado por um anel cisalhamento 10 (figura 5) ou uma mola 11 (figura 6) ou uma retenção 12 (figura 7), esta última na versão de construção de vara dobrável) está fixado, sendo que no caso de ocorrência de sobrepressão se verifica um deslocamento. Exemplo 1:
[0052] De acordo com este exemplo é produzido uma peça de co nexão conforme mostrado na figura 4.
[0053] Desta forma, serão unidas pela peça de conexão duas linhas de trocador de calor (de comprimento de sempre de 3m). Saindo em derivação da peça de conexão está previsto uma linha de escoamento 4 que não está situada no percurso de fluxo regular do fluido que atravessa as linhas do trocador de calor, porem com estes está em contato. Um disco de ruptura evita o escoamento na operação normal. No caso de sobre pressão critica será prensada contra uma cruz de faca de corte 7 quando será fragmentada, com o que será liberada a linha de escoamento para escoamento do fluido. A distâncias regulares, a pressão e a temperatura serão controladas por sensores diante do disco de ruptura ou serão retiradas provas do fluido pela perfuração de alivio 6. Um elemento misturador 10 produz uma compensação de temperatura de viscosidade e de pressão do fluido. O diâmetro interno do trocador de calor e da peça de conexão foi de 108 mm.
[0054] Na operação, este elemento foi testado com uma solução de celulose - NMMO água (celulose: 12,9%, NMMO 76,3%, água 10,8%, todos percentuais em percentuais de peso) com uma temperatura de 90°C e uma pressão de 3000 KPa (30 bar). A solução foi introduzida no primeiro trocador de calor através de uma bomba pressurizada. No fim do segundo trocador de calor encontrava-se um filtro para preservar a pressão dentro da linha.
[0055] Durante a operação de ensaio não puderam ser verificadas nos sensores de temperatura e de pressão 6 temperaturas e pressões irregulares. No caso de uma sobrepressão simulada de 10000 KPa (100 bar), o disco de ruptura se rompeu, com o que a pressão caiu abaixo da pressão de serviço normal.
[0056] Na perfuração de alívio 6 foram retiradas provas de fluidos em intervalos regulares, sendo examinadas relativamente a sua estabilidade térmica através da análise - DSC e sendo comparado com estabilidade de uma solução de celulose - NMMO - água "fresca". Até mesmo depois de um tempo de operação de vários dias não foi possível verificar uma redução da estabilidade térmica da solução de celulose - NMMO - água na área do disco de ruptura em comparação com solução "fresca".
[0057] Exemplo 2: através de um sistema condutor de trocador de calor constituído de trocadores de calor e dos segmentos de conexão de acordo com a invenção, como segmentos de distribuição, foi transferida uma solução polimérica - para ser usada como solução de fiação com a seguinte composição, desde a produção da solução de fiação até o processamento dessa mesma solução em uma máquina de fiar.
[0058] A massa de fiação se constitui de uma mistura de substan cias celulares do tipo MoDo Crown Dissolving - DP 510 - 550 e Sappi Saiccor DP 560 - 580 tendo sido produzidos em uma composição continuamente celulose 12,9%; Amino oxido (NMMO - N-Metil - Morfolin - N - óxido) 76,3%; água 10,8%.
[0059] A produção da solução verificou-se após o tratamento prévio e aquoso enzimático e produção de suspensão pela evaporação de água excedente sob vácuo em um recipiente reacional continuamente atravessado pelo fluxo a uma temperatura de 97 até 103°C. Para estabilizar o solvente NMMO / água, foram adicionados estabilizadores conhecidos. A estabilização da solução de celulose verifica-se como é conhecido com éster propílico do ácido gálico. Para produção da solução de acordo com a segurança, será controlado o conteúdo de íons de metais pesados não sendo ultrapassado um valor de 10 ppm com o parâmetro somatório (de íons metálicos e íons não ferrosos)
[0060] A densidade da solução produzida nas temperaturas ambi entes é de 1.200kg/m3. A viscosidade de cisalhamento 0 da massa de fiação, regulada através dos componentes de mistura de celulose, medida a 75°C, pode ser de até 15.000 Pas. De acordo com a temperatura de processamento selecionada no processo de fiação pode oscilar a viscosidade de cisalhamento 0 na faixa de 500 a 15.000 Pas. Condicionado pelo comportamento viscoso estrutural da solução de fiação, a viscosidade nas taxas de fiação conforme temperatura de processamento selecionado declina para uma faixa abaixo de 100 Pas e também depende acentuadamente da concentração de celulose na solução de fiação.
[0061] Nas peças de conexão, nas aberturas de retiradas de pro vas, durante a passagem do produto, foi retirada massa polimérica para medição de temperatura e medição de viscosidade, sendo que os discos de ruptura montados na peça de conexão foram dimensionados para uma vazão especifica por mm2 de face de ruptura. Tradução da tabela
[0062] Divergências, ou seja, da temperatura e viscosidade, foram verificadas através de 10 medições individuais e mediante uma ação da média.
Claims (15)
1. Peça de conexão (1) temperada para transporte de um fluido viscoso com uma linha de fluido (3) e um componente de liberação de sobrepressão (2), que separa o interior da linha de fluido (3) de uma linha de escoamento (4) e que está fixado com uma borda externa (5) na linha de escoamento (4), caracterizada pelo fato de que o componente de liberação de sobrepressão (2) está configurado para liberar a linha de escoamento (4) em uma sobrepressão predeterminada e sendo que um elemento misturador está previsto no interior da linha de fluido (3), que mistura uma corrente de fluido na área do componente de liberação de sobrepressão (2).
2. Peça de conexão (1) de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizada pelo fato de que o componente de liberação de sobrepres- são (2) está recuado do compartimento interno do segmento de conexão.
3. Peça de conexão (1) de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizada pelo fato de que o componente de liberação de sobrepres- são (2) é um elemento de ruptura, preferencialmente um disco de ruptura ou uma válvula de sobrepressão.
4. Peça de conexão (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o componente de liberação de sobrepressão (2), no caso de sobrepressão, libera em área extensa pelo menos 70% de sua face voltada na direção do interior da peça de conexão (1).
5. Peça de conexão (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a peça de conexão (1) pode ser temperada por um isolamento térmico do segmento de conexão e/ou por elementos de aquecimento ou de arrefecimento (8)
6. Peça de conexão (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizada pelo fato de que apresentar uma perfuração (6) para retirada de fluido do interior da peça de conexão (1) diante do componente de liberação de sobrepressão (2), de preferência imediatamente antes da sobrepressão do componente de liberação.
7. Peça de conexão (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizada pelo fato de que apresentar uma perfuração (6) para receber um sensor de temperatura e/ou pressão de preferência imediatamente diante do disco de ruptura, sendo que opci-onalmente a perfuração está ao mesmo tempo adequada para retirar fluido do interior da peça de conexão (1).
8. Peça de conexão (1) de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizada pelo fato de que a perfuração apresenta uma válvula fechável.
9. Peça de conexão (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizada pelo fato de que o componente de liberação de sobrepressão (2) é um elemento de ruptura e um elemento de corte, preferencialmente uma haste de ruptura (7) ou faca de tal modo posicionada na linha de escoamento (4) de maneira que a so- brepressão na peça de conexão (1) o elemento de ruptura é prensado contra o elemento de corte quando se rompe.
10. Peça de conexão (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizada pelo fato de que o componente de liberação de sobrepressão (2) é um elemento de ruptura que está arqueado no centro e preferencialmente na direção do interior da peça de conexão (1) está arqueado em forma ou côncava.
11. Peça de conexão (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizada pelo fato de que pelo menos um canal portador de calor (8) está previsto na região do componente de liberação de sobrepressão (2).
12. Peça de conexão (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, caracterizada pelo fato de que um componente de liberação de sobrepressão (2) está preso em uma retenção na parede interna da linha de escoamento (4), preferencialmente estando ligado por flange.
13. Método para transporte de um fluido viscoso por uma linha de trocador de calor, caracterizado pelo fato de que contém uma peça de conexão (1), como definida em qualquer uma das reivindicações de 1 a 2.
14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o fluido viscoso termicamente instável.
15. Método de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que o fluido viscoso é uma solução de celulose.
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