BR112020012404B1 - Trocador de calor casco-e-tubo com proteção de corrosão, seu uso,trocador de calor gás-gás, processo para recuperação de calor e processo para síntese de ácido sulfúrico - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um trocador de calor casco-e-tubo para reduzir corrosão em tubos, particularmente na produção de ácido sulfúrico, um trocador de calor casco-e-tubo (1) em que o arranjo dos tubos (20) no feixe de tubos (2) define um conjunto de tubos que incluem um canal externo (23) desprovido de tubos entre a periferia do feixe de tubos (2) e a parede do casco (41); no qual uma placa de proteção (5) é disposta entre o feixe de tubos (2) e a parede do casco (41), de modo a cobrir o feixe de tubos (2) paralelo ao eixo longitudinal (43) pelo menos na área oposta à abertura de entrada (13); e no qual o conjunto de tubos inclui pelo menos um espaço vazio (6) que divide o feixe de tubos (2) em uma direção substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal (43), no qual um espaço vazio (6) está localizado em particular entre a placa de proteção (5) e o eixo longitudinal (43).

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um trocador de calor cas- co-e-tubo com proteção de corrosão de acordo com a reivindicação 1.

[0002] Os trocadores de calor casco-e-tubo são também conheci dos como trocadores de calor de casco-e-tube, e são o tipo de trocadores de calor mais comumente usados na indústria. Nos trocadores de calor casco-e-tubo, a superfície de transferência de calor separa um espaço de fluido quente de um espaço de fluido frio. Um fluido escoa através dos tubos (lado do tubo), enquanto que o outro fluido escoa ao redor dos tubos (lado do casco). Os feixes de tubos são dispostos no interior do casco, e suportados em uma chapa de tubo, tal que a última forma uma barreira de modo a evitar mistura dos dois fluidos que têm temperaturas diferentes. Os segmentos de deflexão, também conhecidos como defletores, podem ser empregados de modo a au-mentar a taxa de fluxo no casco, ou para aumentar a frequência de contato do meio no casco à superfície de transferência de calor. Neste caso, o fluido no interior do casco tem que passar sobre uma distância mais alonga entre os orifícios de entrada e saída.

[0003] Um trocador de calor casco-e-tubo com fluxo radial fornece um fluxo uniforme a partir do canal central radialmente para fora, ou a partir do espaço entre o casco do trocador de calor e o feixe de tubos em direção ao canal central. Isto proporciona resistência mecânica mais baixa, bem como perda de pressão mais baixa no interior do casco do trocador de calor em comparação aos trocadores de calor cas- co-e-tubo convencionais, tal como trocador de calor de fluxo cruzado. Isto não somente proporciona liberdade na escolha da orientação dos orifícios de saída e entrada do lado do casco, mas também permite um desenho mais compacto do feixe de tubos.

[0004] Tais trocadores de calor casco-e-tubo têm uma faixa muito ampla de aplicações, e são empregados na síntese de ácido sulfúrico, entre outras. Na produção de ácido sulfúrico, primeiro SO3 é produzido e é, em seguida, absorvido em ácido sulfúrico diluído. Subsequentemente, o ácido sulfúrico formado durante absorção é, em seguida, diluído com água à concentração desejada.

[0005] Quando usando um sistema para síntese de ácido sulfúrico de acordo com o processo de contato duplo, gás contendo SO3 passa através de uma torre de absorção intermediária. Dentro desta unidade, o gás SO3 é absorvido em ácido sulfúrico. A temperatura da saída de gás de processo a jusante desta torre de absorção pode estar entre 50°C e 120°C, de preferência, 80°C. A temperatura do gás tem que ser re-aumentada para a temperatura de ignição do catalisador no subsequente contato. Esta temperatura pode ser diferente, baseado em catalisadores diferentes. O calor a partir do gás de alimentação para a torre de absorção intermediária, que é recuperado usando um trocador de calor casco-e-tubo, é suprido a partir da torre de absorção intermediária para o gás de processo. Neste caso, partículas arrastadas de ácido sulfúrico entram em contato com os tubos através dos quais o meio de aquecimento empregado escoa.

[0006] O problema no presente documento é que os tubos são ex postos a um meio altamente agressivo a altas temperaturas. Portanto, o re-aquecimento é usualmente efetuado em dois estágios, primeiro usando um menor trocador de calor que compreende um assim denominado feixe de tubos de sacrifício, para superaquecer o gás de processo, e usando um segundo trocador de calor maior para o ajuste da temperatura final. Tal sistema de acordo com Douglas Louie (from: Handbook de sulphuric acid manufacturing; por Douglas K. Louie; Second Edition, ISBN: 978-0-9738992-0-7; p. 3-55), é ilustrado na Figura 1.

[0007] Um problema de tal trocador de calor casco-e-tubo é que quando meios agressivos ou corrosivos são introduzidos, eles contatarão os tubos diretamente após entrarem através da entrada lateral do casco e deterioram os mesmos de modo que o feixe de tubos tem que ser substituído por um novo feixe de tubos em intervalos regulares. Isto implica em altos dispêndios de materiais e altos custos e, além disso, produção é interrompida devido aos respectivos tempos de troca para a substituição.

[0008] As Figuras 2 e 3 ilustram outro arranjo da técnica preceden te em que o feixe de tubos de um trocador de calor casco-e-tubo é coberto por uma placa perfurada na vizinhança da entrada de gás. Isto de fato permite um tanto reduzir o contado dos tubos com o meio corrosivo entrante; contudo, proteção dos tubos contra corrosão não pode ser assegurada para operação estendida. Além disso, outro problema ocorre devido ao acúmulo de líquido corrosivo condensado na região inferior do casco.

[0009] Um objetivo da invenção é fornecer um trocador de calor casco-e-tubo aperfeiçoado. Mais particularmente, é um objetivo da invenção reduzir a corrosão dos tubos, por exemplo, quando o trocador de calor é usado em uma aplicação em que o gás de processo incluindo aerossóis corrosivos de gotas de condensado ou partículas de fluido entram no casco, em particular, na produção de ácido sulfúrico.

[0010] Estes objetivos são alcançados em modo surpreendente mente simples com um trocador de calor casco-e-tubo de acordo com a reivindicação 1. Modalidades vantajosas são especificadas nas reivindicações dependentes.

[0011] A invenção fornece um trocador de calor casco-e-tubo em que um feixe de tubos compreendendo uma pluralidade de tubos é disposto no interior de um casco, com o trocador de calor casco-e-tubo sendo externamente ligado por uma parede do casco, e tendo um eixo longitudinal passando centralmente através do casco, e compreendendo uma abertura de entrada que é fornecida substancialmente paralela ao eixo longitudinal, e através da qual o fluido entra no casco substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal durante operação, no qual o arranjo dos tubos no feixe de tubos define um conjunto de tubos que inclui um canal externo desprovido de tubos entre a periferia do feixe de tubos e a parede do casco, no qual, de acordo com a invenção, uma placa de proteção é disposta entre o feixe de tubos e a parede do casco de modo a cobrir o feixe de tubos paralelos ao eixo longitudinal pelo menos na área oposta à abertura de entrada, no qual o padrão do tubo inclui pelo menos um espaço vazio que divide o feixe de tubos em uma direção substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal, no qual um espaço vazio está, em particular, localizado entre a placa de proteção e o eixo longitudinal.

[0012] Desse modo, a invenção torna possível manter as partícu las líquidas que entram através da abertura de entrada distantes do feixe de tubos. Em particular, dentro do escopo da invenção, as partículas líquidas entrantes podem vantajosamente serem direcionadas ao redor do feixe de tubos. A invenção, desse modo, torna possível impedir o feixe de tubos de ser exposto à corrosão de tal modo que ele se desgaste regularmente e tenha que ser substituído por um novo feixe de tubos, por exemplo, na síntese de ácido sulfúrico. Isto permite economias de material e de custo.

[0013] O casco e a placa de proteção do trocador de calor são acomodados no interior do meio de resfriamento e, portanto, em uma faixa de temperatura mais baixa. Como um resultado, eles são substancialmente não submetidos à corrosão.

[0014] A placa de proteção é, em particular, moldada de modo a se conformar à forma externa do feixe de tubos. No caso de um feixe de tubos tendo um contorno de seção transversal circular, a placa de proteção, de preferência, se estende ao longo de um arco circular, com um raio maior do que ou igual à maior distância do tubo mais externo do conjunto de tubos a partir do eixo longitudinal, como visto em uma direção radialmente do eixo longitudinal. Desse modo, a placa de proteção pode ser disposta diretamente em contato com o feixe de tubos.

[0015] De preferência, no contexto da invenção, a placa de prote ção é montada de modo a ser desacoplada dos tubos. Isto torna mais fácil assegurar que a placa está a uma baixa temperatura e, portanto, não corrói. Em modalidades correspondentes adicionais, a placa de proteção tem pelo menos um, de preferência, dois espaçadores, que são configurados para dispor a placa de proteção no trocador de calor casco-e-tubo relativa ao feixe de tubos, e em uma maneira definida relativa ao eixo longitudinal deste. Por exemplo, os espaçadores podem ser na forma de tiras que se estendem radialmente ao eixo longitudinal, e sendo fixados à placa de proteção em particular próxima às bordas externas desta, que se estendem paralelas ao eixo longitudinal, ou podem ser formados integralmente com a placa de proteção, por exemplo, por encurvar apropriadamente uma placa dimensionada suficientemente grande. Os espaçadores podem ser conectados a pelo menos uma chapa de tubo, por exemplo.

[0016] De acordo com a invenção, é contemplado que o conjunto de tubos inclui pelo menos um espaço vazio que divide o feixe de tubos em uma direção substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal, no qual, em particular, um espaço vazio está localizado entre a placa de proteção e o eixo longitudinal. O espaço vazio é distinguido pela ausência de tubos que, de outro modo, estariam presentes neste espaço de acordo com a distribuição dos tubos no conjunto de tubos em áreas fora do espaço vazio. Desde que em virtude da placa de proteção, o fluido do lado do casco que escoa ao redor dos tubos é inicialmente, após entrar através da abertura de entrada no trocador de calor casco-e-tubo, direcionado no canal externo e ao redor do feixe de tubos, tubos dispostos nesta zona contribuiriam dificilmente para transferência de calor, visto que eles são substancialmente não contatados pelo fluido que escoa no lado do casco. Tem se comprovado, portanto, viável dispensa com estes tubos. Isto permite alcançar material adicional e economias de custo com o auxílio da invenção.

[0017] De modo a ser capaz de descarregar facilmente o fluido que escoa no lado do casco a partir do trocador de calor casco-e-tubo, é contemplado de acordo com uma modalidade adicional que o trocador de calor casco-e-tubo tem um canal interno desprovido de tubos ao redor do eixo longitudinal. Após ter escoado ao redor dos tubos, o fluido que escoa no lado do casco pode ser descarregado coletivamente a partir do canal interno.

[0018] Economias de material significante podem ser alcançadas se o espaço vazio se estende entre o canal externo e canal interno.

[0019] De acordo com uma modalidade vantajosa da invenção, o trocador de calor casco-e-tubo tem uma câmara única. Por exemplo, ele pode ser designado como um módulo para um trocador de calor casco-e-tubo de multi-parte por ter a saída para o fluido que escoa no lado do casco adaptado para ser conectado à entrada do trocador de calor casco-e-tubo a jusante que é, de preferência, de configuração idêntica. Isto permite conectar uma pluralidade de trocadores de calor casco-e-tubo em série e, desse modo, fornece adaptação flexível para requisições de mudança para o calor a ser transferido.

[0020] De modo a capacitar alcançar trajetórias de fluxo mais lon gas com o gradiente mais alto possível para transferência de calor, o trocador de calor casco-e-tubo de uma modalidade adicional da inven- ção tem duas ou mais, de preferência, até vinte câmaras ao redor de um único feixe de tubos, com pelo menos um segmento de deflexão para o fluido do casco disposto entre câmaras adjacentes. Durante operação de tal trocador de calor casco-e-tubo, o fluido do casco entra na primeira câmara que inclui a placa de proteção, e um segmento de deflexão é disposto entre esta câmara e a câmara adjacente. O segmento de deflexão consiste de uma chapa com uma superfície perpendicular ao eixo longitudinal, correspondente inversamente ao conjunto de tubos, tendo um corte de área interno, ou um corte de área externo desta superfície. Mais particularmente, a forma de seção transversal da área interna virtualmente corresponde àquela do canal interno, e a forma de corte transversal da área externa virtualmente corresponde àquela do canal externo.

[0021] No contexto da invenção, o feixe de tubos pode ser dispos to concentricamente ao eixo longitudinal. Em uma modalidade adicional da invenção, o feixe de tubos é disposto excentricamente ao eixo longitudinal, pelo que uma opção adicional para influenciar o fluxo no casco é criada pelo arranjo do feixe de tubos.

[0022] A invenção, além disso, fornece um feixe de tubos e uma placa de proteção para um trocador de calor casco-e-tubo descrito acima. Tal feixe de tubos pode ser manufaturado e vendido separadamente, como pode tal placa de proteção. O conjunto final do trocador de calor total pode então ser realizado somente no local de aplicação, por exemplo, por instalação no casco e montagem das entradas e saídas às conexões para a zona de conexão.

[0023] Dentro do conjunto de tubos, os tubos no feixe de tubos podem ser alinhados relativos entre si, pelo menos em seções destes, e/ou podem ser afastados entre si pelo menos em seções destes, e/ou podem ser orientados radialmente com relação ao eixo longitudinal pelo menos em seções destes. Outra possibilidade dentro do escopo da invenção para dispor os tubos relativos entre si é uma variação especial de um arranjo afastado, a saber, um arranjo de série de tubos posicionados um atrás do outro, como visto a partir do eixo longitudinal, de tal modo que os tubos são dispostos em uma trajetória curvada. Este arranjo é alcançado quando uma parede composta de tubos é estabelecida de modo que seus pontos de centro estão localizados em círculos concêntricos ao redor do eixo longitudinal.

[0024] Em uma modalidade preferida deste tipo, o feixe de tubos da invenção inclui pelo menos uma área na qual os tubos são dispostos com seus pontos de centro localizados em pelo menos três círculos que são concêntricos ao eixo longitudinal, de tal modo que uma linha conectando os pontos de centro de um tubo de um círculo e de um tubo no círculo com o próximo maior diâmetro e adicionalmente de um tubo adjacente de um próximo círculo com um maior diâmetro dá uma trajetória curvada. Desse modo, a invenção torna possível dispor os tubos em uma embalagem particularmente fechada em círculos adjacentes, visto que com um espaçamento de tubo apropriadamente dimensionado, a distância entre os círculos nos quais os pontos de centro dos tubos são dispostos pode ainda ser escolhida para ser menor do que o raio dos tubos.

[0025] De acordo com uma modalidade adicional da invenção, é contemplado que o feixe de tubos, como visto radialmente do eixo longitudinal, compreende pelo menos duas frações de feixe de tubos que diferem no número de tubos por área e/ou no diâmetro externo dos tubos, e/ou no espaçamento dos tubos entre si, e/ou no arranjo de tubos relativos entre si. Desse modo, a área de superfície de troca de calor do trocador de calor casco-e-tubo pode ser flexivelmente adaptada às requisições diferentes, enquanto que mantendo constante as dimensões do casco.

[0026] O trocador de calor casco-e-tubo de acordo com a invenção pode, em princípio, ser usado para meio gasoso, bem como para fluidos que contêm componentes líquidos tais como aerossóis ou vapor úmido. Devido à área de superfície de troca de calor relativamente grande que pode ser alcançada com a invenção, o trocador de calor casco-e-tubo pode ser particularmente vantajosamente aplicado como o trocador de calor gás-gás, isto é, para troca de calor entre dois flui-dos substancialmente gasosos. Por exemplo, o trocador de calor cas- co-e-tubo de acordo com a invenção pode ser usado para recuperação de calor de correntes de gás de exaustão quente. Um campo particular de aplicação é o uso no contexto de processos para a síntese de ácido sulfúrico (H2SO4).

[0027] A invenção será agora explanada em mais detalhe por meio de modalidades exemplares e com referência aos desenhos acompanhantes. Os mesmos e componentes similares são designados pelos mesmos numerais de referência, e as características das modalidades exemplares diferentes podem ser combinadas entre si. Nas Figuras:

[0028] A Figura 1 mostra uma seção longitudinal esquemática atra vés de um arranjo compreendendo um trocador de calor casco-e-tubo de acordo com a técnica precedente;

[0029] A Figura 2 mostra uma seção longitudinal esquemática atra vés de um arranjo compreendendo um trocador de calor casco-e-tubo de acordo com a técnica precedente;

[0030] A Figura 3 mostra uma seção longitudinal esquemática atra vés de um arranjo compreendendo um trocador de calor casco-e-tubo de acordo com a técnica precedente;

[0031] A Figura 4 mostra uma vista em perspectiva esquemática aberta de um trocador de calor casco-e-tubo de acordo com a invenção, que compreende uma câmara;

[0032] A Figura 5 mostra uma seção longitudinal esquemática atra vés de um trocador de calor casco-e-tubo de acordo com invenção;

[0033] A Figura 6 mostra uma seção longitudinal esquemática atra vés de um arranjo com um trocador de calor casco-e-tubo de acordo com a invenção; e

[0034] A Figura 7 mostra uma seção longitudinal esquemática atra vés de um trocador de calor casco-e-tubo de acordo com outra modalidade da invenção.

[0035] Para propostas ilustrativas, setas nas figuras parcialmente indicam a direção do fluxo do fluido do casco e do fluido do tubo como ocorrendo em princípio durante operação do trocador de calor casco- e-tubo da invenção.

[0036] O trocador de calor casco-e-tubo 1 é externamente ligado por uma parede do casco 41. Um feixe de tubos 2 compreendendo uma pluralidade de tubos 20 é disposto no interior do casco 4. Para a proposta de clareza, somente um destes tubos é designado por um numeral de referência. O trocador de calor casco-e-tubo 1 define um eixo longitudinal 43 passando centralmente através do casco 4, e tem uma abertura de entrada 13 que é disposta substancialmente paralela ao eixo longitudinal, e através da qual o fluido entra no casco 4 substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal 43 durante operação. Isto é ilustrado nas Figuras 4 e 5 por respectivas setas.

[0037] O arranjo dos tubos 20 no feixe de tubos 2 define um con junto de tubos incluindo um canal externo 23 desprovido de tubos 20 entre a periferia do feixe de tubos 2 e a parede do casco 41.

[0038] Em contraste ao trocador de calor da técnica precedente de acordo com as aplicações ilustradas nas Figuras 1, 2 e 3, o trocador de calor 1 de acordo com a invenção compreende uma placa de proteção 5 que é disposta de modo a circundar parcialmente o feixe de tubos 2. Na modalidade mostrada na Figura 4, a placa de proteção 5 blinda o feixe de tubos 2 na região oposta à abertura de entrada 13 contra contato direto com o fluido que entra através da abertura 13. Na modalidade ilustrada, a placa de proteção 5 compreende dois espaça- dores 51 perto de qualquer extremidade deste. Estes espaçadores 51 têm um comprimento medido radialmente do eixo longitudinal 24 do feixe de tubos, que é maior do que a maior distância Dmáx do tubo mais externo 20 do feixe de tubos 2 pelo menos por uma quantidade suficiente de modo que a placa de proteção 5 pode ser fixada ao redor do feixe de tubos 2.

[0039] De acordo com a invenção, o conjunto de tubos além disso inclui um espaço vazio 6 que divide o feixe de tubos 2 em uma direção substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal 43. Este espaço vazio 6 está localizado entre a placa de proteção 5 e o eixo longitudinal 43.

[0040] De acordo com a invenção, o conjunto de tubos pode ter uma forma radial no caso mais simples, isto é, pode ser circular, como nos exemplos mostrados. Em particular, os tubos 20 não são dispostos sobre a circunferência total do círculo, mas uma folga livre 6 é deixada. Esta folga 6 representa um espaço vazio que é distinguido pela ausência de tubos 20 que, de outro modo, estaria presente neste espaço de acordo com a distribuição dos tubos 20 no conjunto de tubos como em áreas 25 fora deste espaço vazio 6.

[0041] Na modalidade ilustrada, o eixo longitudinal 24 do feixe de tubos 2 é afastado do eixo longitudinal 43 do casco 4, de modo que o feixe de tubos é disposto excentricamente com relação ao eixo longitudinal 43 do trocador de calor casco-e-tubo 1. Deve o feixe de tubos 2 ser disposto concentricamente no interior do casco 4, seu eixo longitudinal 24 coincidiria com o eixo longitudinal 43 do casco. Um técnico no assunto compreenderá a descrição das características com relação ao eixo longitudinal em uma maneira proveitosa e apropriada na base do respectivo contexto na base de seu conhecimento especializado, mesmo se nenhuma explanação adicional são dadas.

[0042] Se um fluido gasoso que é carregado com um liquido entra lateralmente no trocador de calor casco-e-tubo 1 através da abertura de entrada 13, este líquido pode condensar durante operação devido ao resfriamento. As gotículas que estão ocorrendo são transportadas para a superfície interna da parede do casco 41, e fluirão abaixo desta. Como mostrado na vista seccional esquemática de um trocador de calor casco-e-tubo 1 de acordo com a invenção na Figura 5, o líquido se acumula no fundo durante operação, e pode ser descarregado através de uma saída apropriada 15.

[0043] Gotículas de líquido, por exemplo, gotículas de ácido, intro duzidas com o fluido escoando no casco, serão direcionadas para fora no fluxo, como visto na direção do eixo longitudinal, e, desse modo, serão direcionadas em direção à superfície interna da parede do casco 41. Desde que devido à forma circular do casco e à placa de proteção 5, o fluido que escoa através da abertura de entrada 13 e no trocador de calor casco-e-tubo 1 da invenção será direcionado aproximadamente ao longo de uma trajetória circular, um efeito de ciclone é gerado. Como um resultado, tais gotículas de líquido são separadas da corrente de gás, e fluirão em uma película ao longo desta superfície interna. O líquido é coletado no fundo, e pode ser descarregado através da respectiva saída ou dreno de fundo 15. Em uma aplicação no contexto de síntese de ácido sulfúrico, o fluxo de gás através dos tubos 20 do feixe de tubos 2 está livre de gotas, e transporta gás saturado em casos limítrofes.

[0044] Desse modo, líquido corrosivo é separado da corrente de gás. A corrosão na parede do casco pode ser impedida por seleção apropriada do material do casco. A parede do casco está localizada no lado frio do trocador de calor e, portanto, existem muitos materiais que são resistentes à corrosão nesta faixa de temperatura. Desse modo, as paredes de tubo quentes são mantidas secas de modo que elas não sejam submetidas à corrosão. Desse modo, tem sido possível converter um trocador de calor desgastado em um trocador de calor durável de longo prazo, desse modo, eliminando novos custos de aquisição de equipamento, bem como tempo de parada de produção para a substituição do trocador de calor desgastado. Os gases que escapam do casco destes trocadores de calor estão superaquecidos, de modo que não existe risco de corrosão para o equipamento a jusante, que, por sua vez, permite uma seleção de material de custo mais efetivo no equipamento a jusante.

[0045] Em uma aplicação preferida da invenção, o trocador de ca lor casco-e-tubo 1 está posicionado tal que o eixo longitudinal 43 se encontra essencialmente perpendicular à direção de gravidade, isto é, o trocador de calor 1 é operado com um feixe de tubos que se estendem horizontalmente, por assim dizer.

[0046] Tal aplicação é mostrada na Figura 6. no presente docu mento, o trocador de calor é operado em combinação com um segundo trocador de calor casco-e-tubo que é disposto perpendicular ao trocador de calor casco-e-tubo 1 da invenção. O arranjo dos trocadores de calor perpendiculares entre si não é mandatário, eles podem também serem dispostos no tipo de um outro, por exemplo. Em uma modalidade adicional, eles podem ser dispostos próximos entre si como dois trocadores de calor separados. Em uma modalidade particular, o trocador de calor que se estende horizontalmente na vista mencionada acima pode ser disposto verticalmente, e os líquidos condensados ou separados podem ser descarregados através de um canal anular, ou uma calha que é fixada à chapa de tubo inferior.

[0047] O uso do trocador de calor casco-e-tubo 1 da invenção em uma orientação horizontal fornece fácil acesso e manutenção em situações previsíveis, bem como para simples substituição, que pode ser efetuada rapidamente e, portanto, não custoso.

[0048] A área de superfície de transferência de calor do trocador de calor 1 da invenção na modalidade mostrada na Figura 6 é preferivelmente pequena, e serve para alcançar um diferencial de temperatura em uma faixa entre 10 K e 50 K, de preferência, 15 K a 25 K. Portanto, o número de tubos é também preferivelmente pequeno, que resulta em economias de custo. O diâmetro destes poucos tubos é escolhido para ser relativamente grande. O parâmetro de referência para o respectivo parâmetro especificado é a dimensão correspondente no trocador de calor verticalmente orientado de acordo com o arranjo mostrado na Figura 4. Para síntese de ácido sulfúrico, o sistema é designado tal que o ponto de condensação do ácido sulfúrico definitivamente não será alcançado na saída do gás.

[0049] O material escolhido para o trocador de calor casco-e-tubo, de acordo com a invenção, é um aço inoxidável resistente à corrosão designado para as respectivas requisições durante operação.

[0050] A invenção, desse modo, proporciona um fluxo de fluido otimizado, em particular, um fluxo de gás otimizado nas direções tangencial e radial com relação ao feixe de tubos do trocador de calor. Quando usado no contexto de síntese de ácido sulfúrico, ácido de condensação pode ser impedido de se acumular nos pontos de conexão dos tubos, visto que estes são alinhados verticalmente.

[0051] Na modalidade mostrada na Figura 7, um feixe de tubos é disposto no interior do casco com um espaço vazio 6 de tal modo que o espaço vazio 6 está localizado na vizinhança da saída de gás. A placa de proteção 5 é disposta na vizinhança da entrada de gás a montante dos tubos 20 do feixe de tubos 2, como visto na direção de fluxo. Ela pode ter saídas providas na mesma, através das quais gás entrante é direcionado entre os tubos 20 do feixe de tubos. A descarga de gás é efetuada na zona do espaço vazio 6, que está na porção do trocador de calor casco-e-tubo desprovida de tubos. Para esta proposta, o último apresenta dias saídas 15 na modalidade mostrada na Figura 7.

[0052] Será aparente a um técnico no assunto que a invenção não é limitada aos exemplos descritos acima, mas pode preferivelmente ser variada em vários modos. As características dos exemplos individualmente ilustrados podem, em particular, também serem combinadas ou trocadas entre si. Lista de Numerais de Referência 1 Trocador de calor casco-e-tubo 13 Abertura de entrada, suprimento para fluido do casco, meios de suprimento 14 Abertura de saída, descarga para o fluido do casco, meios de descarga 15 Saída, dreno de fundo 2 Feixe de tubos 20 Tubo 21 Canal interno 23 Canal externo 25 Área do conjunto de tubos outra do que o espaço vazio 24 Chapa de tubo 25 Casco 41 Parede do casco 43 Eixo longitudinal do casco 44 Placa de proteção 51 Espaçador 52 Espaço vazio, folga Dmáx Maior distância do tubo mais externo do conjunto de tubos a partir do eixo longitudinal

Claims (13)

1. Trocador de calor casco-e-tubo (1) em que um feixe de tubos (2), compreendendo uma pluralidade de tubos (20) dispostos no interior de um casco (4), que é externamente ligado por uma parede do casco (41), e tem um eixo longitudinal (43) passando centralmente através do casco (4), e compreende uma abertura de entrada (13) que é fornecida substancialmente paralela ao eixo longitudinal (43), e através da qual o fluido entra no casco substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal durante operação; no qual o arranjo dos tubos (20) no feixe de tubos (2) define um conjunto de tubos que incluem um canal externo (23) desprovido de tubos entre a periferia do feixe de tubos (2) e a parede do casco (41); caracterizado pelo fato de que uma placa de proteção (5) é disposta entre o feixe de tubos (2) e a parede do casco (41), de modo a cobrir o feixe de tubos (2) paralelo ao eixo longitudinal (43) pelo menos na área oposta à abertura de entrada (13); no qual o conjunto de tubos inclui pelo menos um espaço vazio (6) que divide o feixe de tubos (2) em uma direção substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal (43), no qual um espaço vazio (6) está localizado em particular entre a placa de proteção (5) e o eixo longitudinal (43).

2. Trocador de calor casco-e-tubo (1) de acordo com a rei-vindicação 1, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor casco- e-tubo (1) inclui um canal interno (21) desprovido de tubos (20) ao redor do eixo longitudinal.

3. Trocador de calor casco-e-tubo (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o espaço vazio (6) se estende entre o canal externo (23) e o canal interno (21).

4. Trocador de calor casco-e-tubo (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor casco-e-tubo tem uma câmara única.

5. Trocador de calor casco-e-tubo (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor casco-e-tubo tem duas ou mais, de preferência, até vinte câmaras ao redor de um único feixe de tubos (2), com um segmento de deflexão para o fluido do casco disposto entre câmaras adjacentes, e no qual uma placa de proteção (5) é disposta em pelo menos uma câmara.

6. Trocador de calor casco-e-tubo (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o feixe de tubos (2) é disposto concentricamente ou excentricamente relativo ao eixo longitudinal (43).

7. Trocador de calor casco-e-tubo (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os tubos (20) no feixe de tubos (2) são alinhados entre si pelo menos em seções destes, e/ou são afastados entre si pelo menos em seções destes, e/ou são orientados radialmente com relação ao eixo longitudinal pelo menos em seções destes.

8. Trocador de calor casco-e-tubo (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o feixe de tubos (2) compreende pelo menos duas frações de feixe de tubos conforme visto radialmente do eixo longitudinal (43), que diferem no número de tubos (20) por área, e/ou no diâmetro externo dos tubos (20), e/ou no espaçamento dos tubos (20) entre si, e/ou no arranjo dos tubos (20) relativos entre si.

9. Uso de um trocador de calor casco-e-tubo (1) como defi- nido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8 como um trocador de calor gás-gás, em particular caracterizado pelo fato de ser para recuperação de calor.

10. Uso de um trocador de calor casco-e-tubo (1) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8 como um trocador de calor gás-gás, em particular para recuperação de calor, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor gás-gás é usado em um processo para síntese de ácido sulfúrico.

11. Trocador de calor gás-gás, em particular para recuperação de calor, caracterizado pelo fato de compreender um trocador de calor casco-e-tubo (1) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8.

12. Processo para recuperação de calor, caracterizado pelo fato de que um trocador de calor casco-e-tubo (1) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8 é usado como um trocador de calor gás-gás.

13. Processo para síntese de ácido sulfúrico, caracterizado pelo fato de que um trocador de calor casco-e-tubo (1) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8 é usado como um trocador de calor gás-gás em particular para recuperação de calor.