BRPI0608662A2 - processo para o enchimento de aparelhos com materiais sàlidos - Google Patents
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Abstract
PROCESSO PARA O ENCHIMENTO DE APARELHOS COM MATERIAIS SàLIDOS. A presente invenção refere-se a um processo para o enchimento de aparelhos da produção química com materiais sólidos com a utilização de uma instalação doseadora regulável, bem como um dispositivo deslocável localmente para a execução do processo. O dispositivo é especialmente apropriado para o enchimento de trocadores de calor, colunas de absorção, colunas de destilação ou reatores de feixe tubular com sólidos.
Description
/'.
P10608Ô62-4
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOPARA O ENCHIMENTO DE APARELHOS COM MATERIAIS SÓLIDOS".
A presente invenção refere-se a um processo para o enchimentode aparelhos utilizados na produção química com materiais sólidos com ouso de uma instalação doseadora regulável, bem como um dispositivo ajus-tável localmente para a execução do processo. O dispositivo é especialmen-te apropriado para o enchimento de trocadores de calor, colunas de absor-ção, colunas de destilação ou reatores de feixe tubular com material sólidos.
O enchimento uniforme de corpos sólidos em tubos, feixe tubularou trocador de calor é de importância decisiva para a eficiência de potênciadesses aparelhos. Os corpos sólidos podem ser, por exemplo, corpos deenchimento, tais como anéis de Raschig, esferas de cerâmica ou catalisado-res e possuir diferentes composições e geometrias, tais como por exemplo,de esferas, cilindros maciços, cilindros ocos ou anéis.Do estado da técnica são conhecidos processos e aparelhos
para o enchimento de reatores de feixe tubular com catalisadores moldados.
Na US 4.402.643 e na EP 0.904.831 B (US 6.170.670 B1) sãodescritos a admissão de material granulado e os respectivos dispositivos, emque o material é transportado por meio de uma calha deslocada em vibração para os tubos a serem enchidos.
Nesse caso, a poeira de partículas pequenas de acordo com aEP 0.904.831, cai através do fundo da calha em forma de peneira em umreservatório separado.
Por exemplo, caso os artigos conformados sejam destruídos oudanificados no enchimento, a carga do catalisador formada não é mais ho-mogênea. Abrasão fina (poeira) e ruptura de catalisador levam à formaçãode espaços ocos e canais, de maneira que uma corrente irregular através dotubo leva a baixas ou altas perdas de pressão. Isso prejudica a eficiência depotência ou a potência de passagem do aparelho.Conforme o estado da técnica, na verdade, a poeira é peneirada,
mas com isso, não é evitada uma poeira incômoda. Por esse processo, apoeira aderente aos grãos de catalisador também não é separada.
PI0608662-4Essa problemática é resolvida de acordo com a invenção.O objeto da invenção é um processo para encher tubos com só-lidos, no qual se descarrega o sólido de um funil de enchimento (2) em umplano inclinado com calha vibratória, a qual está disposta em uma posição aproximadamente horizontal e que se estende da abertura de descarga dofunil até pelo menos a conexão ao tubo de queda (5) ou a uma união demangueira flexível, através da qual o sólido é aduzido ao tubo a ser enchido,caracterizado pelo fato de que se
a) desloca respectivamente o tubo de descarga (6) unido ao tubo de queda (5) em sua altura de maneira apropriada,
b) aspira poeira através de um tubo de sucção (10) e um disposi-tivo de sucção (1), que se encontram na proximidade espacial em relação aofunil de enchimento (2) e do tubo de descarga (6) e adoção de uma baixapressão e c) após o enchimento dos tubos, desloca o dispositivo apoiado
sobre rolos ou cilindro (11) para encher outros tubos.
Nesse caso, o sólido é dosado de maneira uniforme através decomando ou regulação da freqüência de vibração da calha vibratória (4).
A quantidade de dosagem ou a velocidade de dosagem tambémpode ser eventualmente ajustada simultaneamente através do regulador depassagem (3) deslocável verticalmente, que tem a forma de uma represa.
Os tubos de queda deslocáveis em sua altura ou as uniões demangueira flexíveis comprovam-se como sendo particularmente favoráveis,pois desse modo, as pequenas diferenças na altura dos tubos a serem en-chidos também podem ser equilibradas e são evitadas fendas entre o tubode queda e o tubo do reator.
No caso dos sólidos a serem enchidos com um tamanho médiode partículas de preferentemente pelo menos 1 mm, pode tratar-se de umartigo conformado do mais diferente tipo e aptidão, tal como por exemplo,anéis de Raschig, esferas de cerâmica, corpos inertes ou catalisadores mol-dados, por exemplo, na forma de granulados, extrusados ou peças prensa-das nas medidas usuais comercialmente.Reações com tais catalisadores são, por exemplo, a preparaçãode oxido de etileno, anidrido de ácido itálico, acroleína, ácido acrílico, metil-mercaptano, ácido sulfídrico e outros.
O objetivo da invenção é obter uma carga homogênea de corposólido e evitar uma destruição mecânica dos corpos sólidos. Com o processoaqui descrito, pode obter-se favoravelmente um enchimento dos corpos sóli-dos por zonas, de modo que ao longo do perfil axial do tubo possam ser in-troduzidos simultaneamente diversos enchimentos de corpos sólidos comvolumes precisamente definidos. Ao ser aplicado em inúmeros tubos (porexemplo, n = 2-100000), o processo de acordo coma invenção, é caracteri-zado por uma distribuição uniforme das alturas de enchimento, de modo quena solicitação dos tubos com uma corrente gasosa constante, resultam con-trapressões de dosagem diferenciais com um desvio padrão médio do valormédio de geralmente menor de 10 %.Simultaneamente, deve ser evitada uma poeira incômoda no
processo de enchimento.
De acordo com a invenção, o enchimento do corpo sólido é efe-tuado por meio de um dispositivo, tal como representado nas figuras 1 e 5.Com um dispositivo de acordo com a invenção, x tubos (x = 1 -50) podem serenchidos simultaneamente. A figura 1 mostra, por exemplo, um dispositivocom o qual podem ser simultaneamente enchidos x = 5 tubos. Para isso, aquantidade de corpo sólido a ser enchido para cada tubo de reação é primei-ramente determinada volumetricamente ou gravimetricamente e previamenteintroduzida em um recipiente coletor. Preferentemente, a quantidade a serenchida é determinada gravimetricamente. O recipiente coletor tem pelo me-nos o volume dos corpos sólidos a serem enchidos. O recipiente coletor éaberto e com a abertura para baixo é introduzido em um funil de enchimento2. Os corpos sólidos são inicialmente separados por um dispositivo por meiode vibrações, deslocados em movimento de oscilação e translação e atravésde um plano inclinado 4 (calha vibratória) são uniformemente conduzidospara uma instalação doseadora. O número das calhas no plano inclinadocorresponde ao número dos tubos a serem enchidos simultaneamente emcada caso. A instalação doseadora está ligada com o aparelho a ser enchido(por exemplo, tubo de reação em reatores de feixe tubular) através de tubosde queda 5 ajustáveis verticalmente e permite uma admissão sem perdasdos corpos sólidos por meio de um tubo de saída 6 ajustável na altura. Co-mo instalação doseadora utilizam-se dispositivos, que permitem uma uniãodireta entre o aparelho para o enchimento de cargas de corpos sólidos e oaparelho a ser enchido. Para esse fim, são convenientes funis, tubos e uni-ões de mangueiras flexíveis. Preferentemente, essas instalações doseado-ras são formadas como tubos de queda deslocáveis no comprimento (5 e 6) ou uniões de mangueira flexíveis, de modo que existe uma união geral entreo aparelho a ser enchido (por exemplo, reator de feixe tubular) e a instalaçãode distribuição. Por esse meio, os corpos sólidos podem ser dosados semperdas de espalhamento ou similar nos aparelhos a serem enchidos. Alémdisso, a emissão de poeira durante o processo de enchimento é minimizada.Da figura 1 é deduzido, que na proximidade espacial em relação ao funil deenchimento e aos tubos de queda ajustáveis verticalmente, há uma conexãocada para dispositivo de sucção 1 e um tubo de sucção 10, através da qual apoeira e partículas sólidas eventualmente existentes devido à aplicação deuma baixa pressão, são aspiradas. Para o processo de enchimento é decisivo, que a carga dos cor-
pos sólidos seja aduzida ao aparelho em um fluxo de massa uniforme, lentoe reproduzível. Esse aparelho pode ser um trocador de calor, uma coluna deabsorção, uma coluna de destilação, bem como um reator de feixe tubular.De modo particular, preferem-se trocadores de calor de feixe tubular, osquais são utilizados como reatores. Esses tubos de reação também podempossuir peças agregadas (por exemplo, termoelementos). O dispositivo deacordo com a invenção, permite um comando do fluxo de massa através deuma variação da freqüência de vibração do aparelho, favoravelmente, atra-vés de um comando tiristor elétrico 7. Uma regulação do fluxo de massa também é possível através do regulador de passagem 3 ajustável vertical-mente na passagem do funil de enchimento para as calhas vibratórias. Acarga de corpos sólidos deveria ser aduzida ao aparelho por um movimentode oscilação uniforme do recipiente coletor, dos planos inclinados e da insta-lação doseadora. Favoravelmente, um dispositivo coletor (funil de enchimen-to) para o enchimento do corpo sólido, uma instalação de alimentação (planoinclinado) e uma instalação doseadora estão inseridos em um aparelho. Até50, preferentemente até 20 desses dispositivos podem ser integrados emuma instalação de distribuição, para encher eficientemente vários tubos ousimilares. A figura 1 mostra, por exemplo, um dispositivo, com o qual podemser simultaneamente enchidos 5 tubos. Através do enchimento simultâneode vários tubos assegura-se um enchimento uniforme, reproduzível. Para adosagem utilizam-se convenientemente até 50 unidades doseadoras (x = 1-50), particularmente são apropriadas 1 até 10 unidades doseadoras (x = 1 -10) em uma instalação de distribuição.
De maneira ideal, os corpos sólidos são deslocados em movi-mentos através da vibração de um plano inclinado. Nesse caso, o ajuste e-xato e fino da vibração é particularmente significativo, para manter a taxa deescoamento a mais uniforme possível. Essa exigência é obtida pelos moto-res de vibração elétricos usuais comercialmente. Uma variação da freqüên-cia de vibração através de um comando eletrônico, permite uma influênciada intensidade de oscilação dos corpos sólidos e desse modo, de sua velo-cidade de descarga. As figuras 1 e 4 mostram, por exemplo, uma faixa incli-nada com uma disposição de n = 5 calhas, que podem ser simultaneamentedeslocadas em movimentos de vibração. Favoravelmente, esse plano é fe-chado por uma cobertura preferentemente transparente (por exemplo, dematerial plástico), para evitar uma perda de corpos sólidos e emissões depoeira.
Favoravelmente, na proximidade espacial em relação às abertu-ras da instalação doseadora, há uma abertura de tubo 10, que unida comuma instalação de sucção, assegura uma remoção de poeiras de corpossólidos e impurezas.
De maneira ideal, o aparelho está apoiado sobre rolos ou cilin-dros 11, de modo que este pode ser servido e movimentado simultaneamen-te por uma pessoa. Para o manuseio simples do aparelho, o rolo do cilindropode ser deslocado na altura.
Com auxílio do processo descrito, é possível manter a oscilaçãoda dosagem dos corpos sólidos, em geral, menor do que ± 5 %.Exemplos Exemplo 1:
Construção das máquinas de enchimento (figura 1-6):
a) A máquina de enchimento é construída da seguinte maneira:
• sucção na parte superior (1) da máquina de enchimento e nos tubos dedescarga (10).
cinco funis de enchimento (2).
• válvulas corrediças (3) com porcas borboleta na saída para a calha vi-bratória (4) para ajustar a quantidade extraída (regulador de passagemajustável verticalmente).
• calha vibratória (4) através da qual o catalisador é transportado para o tubo de queda (5).
• potenciômetro (7) para ajustar a intensidade de vibração da placa vi-bratória.
• um cilindro de movimento deslocável (11).
• dois punhos de suporte (8, 9). • prolongamentos dos tubos de descarga (6) com porcas borboleta e sa-ída estreitada, que se ajusta aos tubos do reator.
b) Ajuste e otimização do tempo de enchimento nas máquinas de enchimen-to:
• a máquina de enchimento é ligada por meio dos tubos a serem enchi- dos.
• em geral, o tempo de enchimento pode ser ajustado através de doisparâmetros:
• através das válvulas corrediças ajustáveis com porcas borboleta 3 queatuam como reguladoras de passagem ajustáveis verticalmente, na sa-
ida para a placa vibratória,
• através de um potenciômetro 7, o qual controla a vibração das calhasde saída.É conveniente, ajustar a abertura da saída com a porca borbole-ta 3 de modo grosseiro e efetuar a sintonia fina através do potenciômetro 7.Os primeiros enchimentos são utilizados para a otimização posterior da má-quina. A altura de enchimento serve para revisar o enchimento correto dos tubos. Caso o tubo esteja cheio demais, a máquina é rápida demais ou casoo tubo esteja pouco enchido, a máquina transporta o catalisador muito deva-gar para o tubo. Nos dois casos, a velocidade de enchimento é reajustadacom os dois parâmetros mencionados acima de modo tal, que os tubos sãoenchidos o mais homogeneamente possível. c) Enchimento do Catalisador:
preferentemente, os corpos sólidos são enchidos por zonas, demaneira que ao longo do perfil axial dó tubo de reação são introduzidos si-multaneamente diferentes enchimentos de corpos sólidos com alturas deenchimento, volumes de enchimento e massas precisamente definíveis. Tubos de reação, que contêm peças intercaladas para controlar
o reator, são enchidos preferencialmente de maneira tal, que pelo menos umgrão de catalisador é dosado por segundo no tubo e por esse meio, é evita-da a formação de zonas mortas e canais, os quais resultam em uma elevadaperda de pressão diferencial. O cilindro de movimento 11 da máquina de enchimento é ajusta-
da de maneira tal, que após o enchimento de cada fileira, a máquina podeser comodamente empurrada para a frente.
O catalisador a ser enchido, é embalado em recipientes coleto-res, por exemplo, latas (1 lata/tubo).O objeto da invenção é também um dispositivo deslocável lo-
calmente para encher tubos com sólidos, abrangendo
a) um funil de enchimento (2), para armazenar o sólido,
b) um plano inclinado com calhas (4) dispostas sobre o mesmo,as quais estão dispostas em uma posição aproximadamente horizontal e se estendem da abertura de descarga do funil até pelo menos à conexão aotubo de queda (5), através do qual o sólido é conduzido aos tubos a seremenchidos, caracterizado pelo fato de que respectivamentec) o tubo de descarga (5) conectado ao tubo de queda (6) podeser deslocado em sua altura,
d) sobre um tubo de sucção (10) e um dispositivo de sucção (1)em proximidade espacial em relação ao funil de enchimento (2) e o tubo dedescarga (6) pode ser adotada baixa pressão e a poeira aspirada e
e) o dispositivo é apoiado em rolos ou cilindros (11).
A seção transversal do tubo de queda é no máximo igual à se-ção transversal do tubo a ser enchido. Preferentemente, este possui umaseção transversal menor e em suas extremidades aflui conicamente, de mo-do que se ajusta no tubo a ser enchido.Breve Descrição das Figuras
A figura 1 mostra uma disposição de acordo com a invenção(vista lateral) de uma instalação de distribuição para o enchimento simultâ-neo de cinco tubos com sólidos granulados.
A figura 2 mostra uma disposição de acordo com a invenção dosfunis de enchimento e da conexão para o dispositivo de sucção de uma ins-talação de distribuição para o enchimento simultâneo de cinco tubos comsólidos granulados (vista de cima).
A figura 3 mostra uma disposição de acordo com a invenção dostubos de queda e da descarga deslocável verticalmente de uma instalaçãode distribuição para o enchimento simultâneo de cinco tubos com sólidosgranulados (vista frontal).
A figura 4 mostra uma disposição de acordo com a invenção dascalhas vibratórias de uma instalação de distribuição para o enchimento si-multâneo de cinco tubos com sólidos granulados (vista de cima).
A figura 5 mostra uma disposição de acordo com a invenção(vista lateral) de uma instalação de distribuição para o enchimento de umtubo com sólidos granulados.
A figura 6 mostra uma disposição de acordo com a invenção(vista de cima) de uma instalação de distribuição para o enchimento de umtubo com sólidos granulados.
Os símbolos nas figuras significam:1) conexão para o dispositivo de sucção
2) funil de enchimento
3) regulador de passagem deslocável verticalmente
4) plano inclinado com calha(s) vibratória(s) 5) tubo de queda
6) descarga deslocável verticalmente (porca borboleta)
7) caixa de distribuição
8) punhos de sustentação
9) punho de deslocamento 10) tubo de sucção
11) cilindro de movimento deslocável verticalmente.
Claims (14)
1. Processo para encher tubos com sólidos, no qual o sólido édescarregado de um funil de enchimento (2) em um plano inclinado com ca-lhas vibratórias (4), o qual está disposto em uma posição aproximadamentehorizontal e que se estende da abertura de descarga do funil até pelo menosa conexão ao tubo de queda (5) ou a uma união de mangueira flexível, atra-vés da(s) qual(ais) o sólido é conduzido aos tubos a serem enchidos, carac-terizado pelo fato de que respectivamentea) o tubo de descarga (5) ligado a um tubo de queda (6) é deslo-cado em sua altura de maneira apropriada,b) através do tubo de sucção (10) e um dispositivo de sucção(1), que se encontram em proximidade espacial em relação ao funil de en-chimento (2) e ao tubo de descarga (6), adota-se baixa pressão e aspira-sea poeira presente ec) após o enchimento dos tubos o dispositivo apoiado sobre ro-los ou cilindros (11) é deslocado para encher outros tubos.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que são utilizados corpos sólidos com a geometria de esferas, cilin-dros maciços ou ocos, estrelas ou anéis.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que os trocadores de calor de tubos ou placas, que são utilizadoscomo reatores, são enchidos.
4. Processo de acordo com as reivindicações 1 até 3, caracteri-zado pelo fato de que a quantidade dos corpos sólidos para aparelhos a se-rem enchidos é determinada primeiramente por meio de determinação volu-métrica ou preferentemente gravimétrica e são conduzidos aos funis de en-chimento da instalação de distribuição separados ou em recipientes coleto-res, sendo que favoravelmente, os recipientes coletores permanecem nosfunis de enchimento.
5. Processo de acordo com as reivindicações 1 até 4, no qualsimultaneamente até 50 aparelhos são enchidos paralelamente.
6. Processo de acordo com as reivindicações 1 até 5, no qual ainstalação de distribuição é construída de maneira tal, que os funis contendoos corpos sólidos esvaziam-se em um plano inclinado, a qual apresentapassagens paralelas (calhas) no número dos tubos de reação a serem res-pectivamente enchidos e é fechada com uma cobertura.
7. Processo de acordo com as reivindicações 1 até 6, no qual oscorpos sólidos são enchidos em zonas e ao longo do perfil axial do tubo dereação são simultaneamente introduzidos diferentes enchimentos de corpossólidos com alturas de enchimento, volumes de enchimento e massas preci-samente definidas.
8. Processo de acordo com as reivindicações 1 até 7, caracteri-zado pelo fato de que tubos de reação, que contêm peças intercaladas parao controle do reator, são enchidos de maneira tal, que pelo menos um grãode catalisador é dosado por segundo no tubo.
9. Processo de acordo com as reivindicações 1 até 8, caracteri- zado pelo fato de que se ajusta a quantidade de dosagem ou velocidade dedosagem dos sólidos a serem enchidos através do regulador de passagem(3) ajustável verticalmente.
10. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a instalação de distribuição está apoiada em rolos ou cilin- dros deslocáveis na altura, de maneira que ela pode ser simultaneamenteservida e movimentada por uma pessoa.
11. Dispositivo deslocável localmente para encher tubos comsólidos, abrangendoa) um funil de enchimento (2), para armazenar o sólido, b) um plano inclinado com calhas (4) dispostas sobre o mesmo,as quais estão dispostas em uma posição aproximadamente horizontal e seestendem da abertura de descarga do funil até pelo menos à conexão aotubo de queda (5) ou união de mangueira flexível, através do qual o(s) sóli-do(s) é(são) conduzido(s) para os tubos a serem enchidos, caracterizado pelo fato de que respectivamentec) o tubo de descarga (5) conectado ao tubo de queda (6) podeser deslocado em sua altura,d) sobre um tubo de sucção (10) e um dispositivo de sucção (1)em proximidade espacial em relação ao funil de enchimento (2) e o tubo dedescarga (6) pode ser adotada baixa pressão e a poeira aspirada ee) o dispositivo é apoiado em rolos ou cilindros (11).
12. Dispositivo de acordo com a reivindicação 11, no qual a se-ção transversal do tubo de descarga (6) é no máximo igual ao tubo a ser en-chido.
13. Dispositivo de acordo com a reivindicação 11, no qual o tubode descarga aflui conicamente na extremidade e essa extremidade tem umaseção transversal menor do que o tubo a ser enchido.
14. Dispositivo de acordo com a reivindicação 11, no qual o pla-no inclinado está conectado com as calhas vibratórias por meio de uma co-bertura contra a entrada de poeira.
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