BRPI0719877B1

BRPI0719877B1 - elementos de engaxetamento randômicos e coluna contendo os mesmos

Info

Publication number: BRPI0719877B1
Application number: BRPI0719877A
Authority: BR
Inventors: Nieuwoudt Izak
Original assignee: Koch Glitsch Lp
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2007-10-03
Publication date: 2019-01-15
Also published as: ES2935518T3; AU2007325580B2; WO2008067031A3; KR20090079923A; MX2009003697A; EP2086672B1; AU2007325580A1; EP2086672A4; JP2010505622A; CA2665496A1; RU2443467C2; US20080085400A1; KR101011928B1; JP4745444B2; EP2086672A2; US20100230832A1; WO2008067031A2; PL2086672T3; RU2009117608A; BRPI0719877A2

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se em geral a dispositivos de transferência de massa para uso com processo químico e reatores e colunas de transferência de massa e, mais particularmente, a elementos de engaxetamento randômicos para uso em tais reatores e colunas. A invenção também se refere a métodos de fazer e usar tais elementos de engaxetamento randômicos.

Elementos de engaxetamento randômicos ou depositados são normalmente empregados em torres ou colunas de contato gás-líquido ou líquido-líquido para fornecer superfícies de transferência de massa entre um fluido fluindo descendentemente, tipicamente uma corrente líquida, e um fluido fluindo ascendentemente, tipicamente corrente de gás ou vapor ou outra corrente liquida. Os elementos de engaxetamento randômicos podem ser usados em uma variedade de processos químicos e de tratamento, tais como, por exemplo, retificação, destilação, fracionamento, absorção, separação, lavagem, extração ou quaisquer outros processos químicos, de permutação de calor ou do tipo tratamento. Em geral, os elementos de engaxetamento randômicos distintos têm um formato geométrico específico, e são desenhados para maximizar o desempenho para uma dada área de superfície de transferência de massa. Porque os elementos de engaxetamento randômicos são em geral depositados ou randomicamente providos de engaxetamento dentro do invólucro de coluna em um leito com gaxeta arbitrariamente orientado, é desejável que os elementos de engaxetamento randômicos individuais tenham alta eficiência de transferência de massa e boa capa cidade hidráulica quando posicionados em múltiplas orientações rotacionais dentro do leito com gaxeta.

Elementos de engaxetamento randômicos da técnica anterior existem em uma variedade de formatos e materiais. Em geral, elementos de engaxetamento randômicos são construídos de metal, material do tipo cerâmico, plástico, vidro, ou similar. Comumente, os elementos de engaxetamento randômicos são cilíndricos, arqueados ou em formato de sela ou possuem outros formatos não-arqueados, tais como esférico, toroidal e similar. Uma desvantagem dos elementos de engaxetamento randômico da técnica anterior é que frequentemente o desempenho do elemento é altamente dependente de sua configuração e sua orientação com respeito à direção de fluxo de correntes de fluido através do elemento dentro do leito com gaxeta. Por exemplo, em anel Pall é um engaxetamento do tipo cilindro bem conhecido que tem uma pluralidade de paredes fendidas e lingüetas internas ou projeções. Quando visto ao longo de seu eixo longitudinal, o anel Pall apresenta área de superfície muito pequena para transferência de massa, mas, quando visto perpendicularmente a seu eixo longitudinal, o elemento apresenta uma área de superfície muito grande. Devido a esta diferença, as áreas de superfície disponíveis para contato de vapor/líquido ou líquido/líquido variam com a orientação do elemento, que, finalmente, afeta o desempenho do elemento. Em adição, a área de superfície grande na direção perpendicular ao eixo longitudinal do anel Pall é desvantajoso em que tende a proteger ou inibir o fluxo de fluido através de anéis imediatamente adjacentes na direção de fluxo à jusante.

Um elemento de engaxetamento randômico tendo uma distribuição mais uniforme de área de superfície por todo o seu volume inteiro é descrito na Patente U.S. N°.5.112.536 (também referida aqui como a patente '536). O elemento de engaxetamento randômico do tipo sela descrito aqui inclui elementos de nervura interna e externa arqueados alternando que definem um volume interior. Enquanto o elemento de engaxetamento descrito na patente '536 fornece aperfeiçoamentos sobre outros elementos de engaxetamento randômicos da técnica anterior, também inclui limitações que podem atrapalhar seu desempenho. Por exemplo, a curvatura do elemento de engaxetamento descrito na patente '536 faz os elementos de nervura interna serem posicionados estreitamente juntos no mesmo plano curvado, desse modo restringindo as trajetórias de fluxo para correntes de fluido que passam através do elemento. Em adição, porque as nervuras do elemento de engaxetamento da patente '536 são em geral alinhadas de modo centralmente longitudinal, o primeiro elemento de nervura encontrado por uma corrente de fluido tipicamente protege os elementos de nervura subsequentes de contato fluido. Este efeito de proteção pode reduzir a eficiência de transferência de massa reduzindo a área de superfície efetiva do elemento para transferência de massa e/ou calor.

Outro tipo de elemento de engaxetamento randômico é descrito na Patente U.S. N°. 5.882.772. Nesta patente, uma pluralidade de tiras individuais é fornecida e cada tira se estende em uma maneira em geral senoidal entre as áreas de fixação de tela externa planar. Um elemento de engaxetamento randômico similar é descrito na Patente U.S. N°. 5.543.088 em que uma pluralidade de tiras se estende entre as áreas de fixação de extremidade planar. Em ambas estas patentes, as tiras individuais são conectadas juntas ao longo de seus pontos médios, desse modo fornecendo uma área em que as tiras são aglomeradas e através da qual a passagem de gás é impedida. Em adição, os elementos de engaxetamento devem ser feitos de material de espessura e resistência suficientes para resistir à deformação das telas externas planas ou áreas de fixação. Seria desejável que o elemento de engaxetamento randômico tivesse uma configuração que resistisse à deformação usando material de calibre relativamente mais fino.

Assim existe uma necessidade de um elemento de engaxetamento randômico que mantém alta eficiência de transferência de massa e boa capacidade hidráulica quando posicionado em múltiplas orientações rotacionais diferentes dentro do leito com gaxeta. Vantajosamente, o elemento de engaxetamento deve ser facilmente fabricado com pouco ou nenhum material desperdiçado e possui uma configuração que resiste mais facilmente o tipo de deformação descrito acima.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em um aspecto, a presente invenção fornece um elemento de engaxetamento randômico em formato de sela com um volume de fluxo aberto em geral uniforme quando posicionado em múltiplas orientações rotacionais em relação à direção de fluxo de fluidos encontrando o elemento de engaxetamento. O elemento em formato de sela da presente invenção compreende um par de elementos laterais arqueados, longitudinalmente alongados, lateralmente espaçados que podem incluir flanges radialmente verticais. Os elementos laterais cooperativamente definem um eixo longitudinal do elemento de engaxetamento da invenção. Em adição, o elemento de engaxetamento compreende uma pluralidade de elementos de nervura arqueada interna e externa se estendendo a partir de e entre os elementos laterais para definir cooperativamente um volume interior dentro do elemento de engaxetamento. Os elementos de nervura interna e/ou externa podem ser alinhados com ou desalinhados alternadamente a partir do eixo longitudinal do elemento de engaxetamento. Os elementos de nervura externa podem ter uma largura que é a mesma que ou até ou mais que duas vezes a largura dos elementos de nervura interna. O número total de elementos de nervura interna e externa pode estar na faixa de cerca de 3 a cerca de 20. O uso do termo arqueado na descrição dos elementos de nervura pretende abranger os elementos de nervura que têm um formato curvado bem como aqueles formados a partir de linhas retas, tais como aqueles tendo um formato de V, ou combinações de curvas e linhas retas.

O elemento de engaxetamento randômico em formato de sela da presente invenção compreende pelo menos um elemento de nervura que é de altura menor que os elementos de nervura interno e externo e está longitudinalmente disposto entre elementos de nervura interno e/ou externo consecutivos. O elemento de nervura menor inclui pelo menos um ponto de gotejamento e está pelo menos parcialmente disposto no volume interior do elemento de engaxetamento. Os elementos de nervura menores podem ser pelo menos parcialmente contínuos ou pelo menos um elemento de nervura pode ser feito descontínuo para desse modo criar dois segmentos de nervu ra mais curtos que possuem, cada um, uma extremidade livre. Os segmentos de nervura podem ser posicionados de modo independente, tal como sendo curvado em direções radialmente opostas ou na mesma direção radial.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, pelo menos cerca de 20% da área de superfície total do elemento de engaxetamento randômico é definida dentro do volume interior. Comparado com elementos de engaxetamento randômico da técnica anterior, o formato e configuração do elemento da invenção aumentam a eficiência de transferência de massa fornecendo uma distribuição de área de superfície mais uniforme e trajetórias de fluxo de fluido menos restritas quando os elementos de engaxetamento são posicionados em múltiplas orientações rotacionais diferentes dentro de um leito com gaxeta em um reator ou coluna.

Em outro aspecto, a presente invenção é direcionada a um leito de transferência de massa e um reator ou coluna contendo o mesmo, em que vários elementos de engaxetamento randômico descritos acima são posicionados em uma orientação em geral randômica para fornecer uma zona na qual a transferência de massa e/ou calor entre as correntes de fluido pode ocorrer.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Nos desenhos anexos que formam parte do relatório e devem ser lidos em conjunto com o mesmo, e em que numerais de referência iguais são usados para indicar partes iguais nas várias vistas:

a figura 1 é uma vista em elevação lateral de uma modalidade do elemento de engaxetamento randômico da presente invenção;

a figura 2 é uma vista plana de topo do elemento de engaxetamento randômico ilustrado na figura 1, mostrado em uma escala ligeiramente aumentada daquela mostrada na figura 1;

as figuras 3 a 13 são várias vistas em perspectiva do elemento de engaxetamento randômico mostrado nas figuras 1 e 2;

as figuras 14 a 26 são várias vistas em perspectiva de outra modalidade de um elemento de engaxetamento randômico construído de acordo com a presente invenção; e a figura 27 é uma vista esquemática fragmentada de uma coluna ou reator contendo um leito com gaxeta dos elementos de engaxetamento randômico da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Referindo-se agora aos desenhos em mais detalhes e inicialmente às figuras 1 a 13, uma modalidade de um elemento de engaxetamento randômico em formato de sela de acordo com a presente invenção é representada em geral pelo numeral 10. O elemento de engaxetamento 10 compreende um corpo arqueado 11 formado no formato de um toro parcial. O corpo arqueado 11 pode representar na faixa de cerca de 5 a cerca de 50% ou de 10 a 25% do volume do toro. Na modalidade ilustrada particular, o corpo arqueado 11 do elemento de engaxetamento 10 representa aproximadamente 25% do volume de um toro completo.

O elemento de engaxetamento 10 compreende um par de elementos laterais arqueados, em geral paralelos, longitudinalmente alongados, lateralmente espaçados 12 e 14. Os elementos laterais 12 e 14 opcionalmente, mas de preferência, têm elementos de flange verticais 16 e 18 para desse modo formar duas calhas 20 e 22 que servem para canalizar líquido ao longo da superfície do elemento de engaxetamento 10 na direção do corpo arqueado 11 do elemento de engaxetamento 10. A configuração arqueada dos elementos laterais 12 e 14 e os flanges 16 e 18 fornecem uma configuração que é resistente à deformação, desse modo permitindo o uso de materiais menos dispendiosos e de calibre mais leve em comparação a certos elementos de engaxetamento randômico da técnica anterior. Como uma condição ou alternativa aos elementos de flange 16 e 18, os elementos laterais 12 e 14 podem ser reforçados por relevos, sendo formados em um perfil senoidal ou outro perfil ondulado, ou por outros métodos.

O elemento de engaxetamento randômico 10 também inclui uma pluralidade de elementos de nervura interna e externa em geral designados pelos numerais 24 e 26, respectivamente, Os elementos de nervura 24 e 26 em geral se estendem de e entre os elementos laterais 12 e 14 ao longo do comprimento do corpo arqueado 11 do elemento de engaxetamento 10. As extremidades opostas dos elementos de nervura 24 e 26 são integrais com, ou são de outro modo conectadas, aos elementos laterais 12 e 14, respectivamente. Como usado aqui, o termo elemento de nervura externo se refere a um elemento de nervura se estendendo em uma direção em geral para fora do local do raio do corpo arqueado do elemento de engaxetamento 11. Como utilizado aqui, o termo elemento de nervura interno refere-se a um elemento de nervura se estendendo em uma direção em geral para dentro do local do raio do corpo arqueado do elemento de engaxetamento 11. Cada um dos elementos de nervura externo e/ou interno 24 e 26 pode se estender para fora e/ou para dentro, respectivamente, ao longo de um raio do corpo arqueado 11 do elemento de engaxetamento 10. Alternadamente, alguns ou todos os elementos de nervura interno e/ou externo 24 e 26 podem se estender a um ângulo que intercepta o raio. As setas 27a e 27b, respectivamente, em geral designam as direções radialmente para dentro e radialmente para fora em relação ao elemento de engaxetamento 10 na figura 1. O número total de elementos de nervura interno e externo 24 e 26 pode em geral estar na faixa de cerca de 3 a cerca de 20 ou de cerca de 5 a 17.Quatro elementos de nervura internos 24 e cinco elementos de nervura externos 26 estão presentes na modalidade ilustrada do elemento de engaxetamento 10.

Como ilustrado nas figuras 1 a 13, os elementos de nervura arqueados interno e externo 24 e 26 definem um volume interior, em geral arqueado 28 dentro do corpo arqueado 11 entre, acima e abaixo dos elementos laterais 12 e 14. O grau de acessibilidade do volume interior para passagem de vapor e/ou líquido pode ser facilitado em parte pelo tamanho, formato e orientação de elementos de nervura arqueados interno e externo 24 e 26. Em uma modalidade, os elementos de nervura arqueados interno e externo 24 e 26 se estendem em geral radialmente e são essencialmente da mesma altura.

Elementos de nervura 24 e 26 podem ser alinhados de modo centralmente longitudinal, ou de preferência, podem ser desalinhados alter nadamente de um eixo longitudinal central 30 do corpo arqueado, como ilustrado melhor na figura 2. Este desalinhamento cria pontos de contato vapor/líquido em vez do plano de contato fluido criado por elementos de nervura centralmente alinhados. Em adição, o desalinhamento serve para abrir a trajetória de fluxo de fluido longitudinal através do volume interior 28 do corpo arqueado 11 de elemento de engaxetamento 10 minimizando o efeito de proteção que resulta dos elementos de nervura centralmente alinhados, consecutivos. Adicionalmente, o desalinhamento longitudinal pode reduzir a tendência de uma ou mais nervuras de um elemento de engaxetamento randômico 10 se tornar interposta dentro de um ou mais elementos de nervura dos outros elementos de engaxetamento randômico 10 em um leito com gaxeta randômica, uma ocorrência algumas vezes referida como encaixe. O encaixe reduz a eficiência de transferência de massa e pode promover a canalização de líquido e vapor dentro do leito com gaxeta.

A largura de cada elemento de nervura interno 24 e de cada elemento de nervura externo 26 pode ser independentemente selecionada para o desempenho desejado em aplicações particulares. Como um exemplo, a largura dos elementos de nervura externos 26 pode ser em geral a mesma que ou até ou mais que duas vezes a largura dos elementos de nervura internos 24. Devido à curvatura do corpo arqueado do elemento de engaxetamento 10, os elementos de nervura arqueados internos 24 são posicionados mais estreitamente na medida em que se estendem radialmente para dentro como visto melhor na figura 1. Portanto, os elementos de nervura arqueados internos mais estreitos 24 podem minimizar as restrições de trajetória de fluxo experimentadas por correntes de fluido que fluem através do elemento de engaxetamento 10 em uma direção radialmente externa designada pela seta 27b. Como pode ser visto melhor na figura 1, os elementos de nervura internos 24 posicionados adicionalmente a partir das extremidades do corpo arqueado 11 podem ter uma largura menor que os elementos de nervura internos 24 posicionados mais perto das extremidades de modo que seja fornecido um espaço mais aberto entre os elementos de nervura internos 24. Adicional ou alternativamente, o número de elementos de nervura internos 24 pode ser reduzido e/ou os elementos de nervura internos podem ser curvados para fora a partir da direção radial para fornecer espaçamento maior entre os elementos de nervura internos adjacentes 24.

Como um exemplo, a largura dos elementos de nervura arqueados internos 24 pode ser independentemente maior que cerca de 1 milímetro (mm), maior que cerca de 1,5 mm, ou maior que 2 mm. A largura dos elementos de nervura arqueados externos 26 pode ser independentemente menos que cerca de 5 m, menos que cerca de 4,5 mm, ou menos que 4 mm a fim de evitar a criação de zonas de sulcos de transferência de massa baixa, estagnadas que formam o lado externo ou à jusante de elementos de nervura excessivamente larga. Estas zonas de sulco são em geral indesejáveis em que reduzem a eficiência de transferência de massa de elemento de engaxetamento randômico 10.

O elemento de engaxetamento 10 compreende adicionalmente um ou mais elementos de nervura menores 32 de uma altura que é menor que os elementos de nervura interno e externo 24 e 26. O elemento de nervura menor 32 é longitudinalmente disposto entre elementos de nervura externa e interna alternados consecutivos 24 e 26 e, em outra modalidade, é conectado em suas extremidades opostas em elementos laterais 12 e 14. Em outra modalidade, uma ou ambas as extremidades de um ou mais dos elementos de nervura menores 32 podem ser unidos a um elemento de nervura adjacente 32, 24, ou 26, em vez dos elementos laterais 12 e 14. O elemento de nervura menor 32 é pelo menos parcialmente localizado no volume interior 28 do corpo arqueado 11 do elemento de engaxetamento 10 para distribuir mais uniformemente a superfície de transferência de massa por todo o volume do elemento de engaxetamento 10. Em geral, pelo menos cerca de 20%, pelo menos cerca de 40%, ou pelo menos 50% da área de superfície total do elemento de engaxetamento randômico 10 está localizado dentro do volume interior 28 do corpo arqueado 11 do elemento de engaxetamento 10. Na modalidade ilustrada, aproximadamente 38% da área de superfície total do elemento de engaxetamento randômico 10 está localizada dentro do volume interior 28.

Os elementos de nervura menores 32 podem independentemente ser contínuo, descontínuo ou qualquer combinação dos mesmos, e curvado ou formatado em qualquer maneira. Em uma modalidade, um ou mais dos elementos de nervura menores podem ser contínuos e curvados, por exemplo, na forma de uma onda senoidal com um ou mais picos e calhas que fornece pontos de gotejamento dentro do espaço arqueado interior 28. Como referido aqui, o termo ponto de gotejamento se refere a qualquer borda ou ponto contínuo ou descontínuo do qual o líquido pode cair ou gotejar. Os pontos de gotejamento fazem o líquido cair do mesmo para formar gotas pequenas, que facilitam o contato de vapor melhorado para desse modo aumentar a eficiência de transferência de massa.

Em outra modalidade, um ou mais dos elementos de nervura menores 32 pode ser cortado e feito descontínuo, desse modo formando dois segmentos de nervura 34a e 34b que pode ser orientados independentemente dentro do volume interior 26 do elemento de engaxetamento 10. Como um exemplo, os segmentos de nervura 34 e 34b podem permanecer substancialmente na forma de uma onda senoidal, mas com suas extremidades livres deslocadas para formar pontos de gotejamento espaçados. Em outro exemplo, os segmentos de nervura 34a e 34b podem ser curvados nas mesmas direções radiais para formar imagens de espelho um do outro quando vistos em torno de um plano radial que passa entre os segmentos de nervura.

A largura dos elementos de nervura menores 32 pode ser a mesma ou diferente da largura dos elementos de nervura interno e externo 24 e 26 que se estendem na mesma direção radial. No elemento de engaxetamento ilustrado 10, cada elemento de nervura menor 32 tem aproximadamente a mesma largura que os dois elementos de nervura internos 24 que são posicionados internamente a partir das extremidades do corpo arqueado 11.

O número e disposição dos elementos de nervura interno e externo 24 e 26 e os elementos de nervura menores 32 ao longo do comprimento longitudinal do elemento de engaxetamento 10 pode ser variado para se adequar a aplicações particulares. De preferência, os elementos de nervura 24, 26 e 32 permanecem espaçados dos elementos de nervura adjacentes 24, 26 e 32 ao longo de seus comprimentos inteiros, exceto em suas extremidades respectivas, de modo que o elemento de engaxetamento 10 tenha uma configuração mais aberta que reduz a oportunidade para bloquear o fluxo desejado de fluidos através do elemento de engaxetamento 10. A fim de reduzir a oportunidade de segmentos de nervura 34a e 34b em um elemento de engaxetamento 10 para enganchar os elementos de nervura 24, 26, 32, 34a ou 34b em outros elementos de engaxetamento 10, é em geral desejado que os segmentos de nervura 34a e 34b não sejam posicionados em cada extremidade longitudinal do elemento de engaxetamento 10. Assim, os segmentos de nervura 34a e 34b são de preferência posicionados internamente das extremidades longitudinais dos elementos de engaxetamento de modo que sejam protegidos por elementos de nervura 24, 26 ou 32 que são posicionados nas extremidades do elemento de engaxetamento 10.

Na modalidade ilustrada do elemento de engaxetamento 10, cada elemento de nervura menor 32 é posicionado entre um par de elementos de nervura interno e externo 24 e 26. É, claro, possível posicionar de modo independente cada um dos elementos de nervura menores 32 entre pares de elementos de nervura externos 26, entre pares de elementos de nervura internos 24, ou entre qualquer combinação de elementos de nervura 32, elementos de nervura internos 24, e elementos de nervura externos 26. Na modalidade ilustrada do elemento de engaxetamento 10, elementos de nervura internos 24 estão nas extremidades do elemento de engaxetamento 10, e quatro elementos de nervura menores 32 são distribuídos entre os elementos de nervura interna e externo alternados 24 e 26, com os dois elementos de nervura menores centralmente posicionados 32 sendo cortados para formar segmentos de nervura de comprimento igual 34a e 34b. O número e disposição dos vários elementos de nervura 24, 26, 32, 34a e 34b pode ser variado para se adequar a aplicações específicas.

Outra modalidade de um elemento de engaxetamento da pre12 sente invenção é mostrada nas figuras 14 a 26 e é genericamente designada pelo numeral 110. O elemento de engaxetamento 110 é similar ao elemento de engaxetamento 10 e os mesmos numerais de referência precedidos pelo prefixo 1 são usados para designar os elementos similares.

O elemento de engaxetamento 110 compreende um corpo arqueado 111 formado no formato de um toro parcial, O corpo arqueado 111 define aproximadamente 15% do volume de um toro. O elemento de engaxetamento 110 inclui elementos laterais curvados 112 e 114 que incluem elementos de flange 116 e 118, respectivamente, que formam calhas 120 e 122 que canalizam líquido para as extremidades longitudinais do corpo arqueado

111.

Um elemento de nervura arqueada interna 124 é posicionado em ambas as extremidades longitudinais do corpo arqueado 111 e os elementos de nervura arqueadas externas 126 são posicionados em posições intermediárias ao longo dos elementos laterais 112 e 114. Os elementos de nervura internos 124 se estendem em geral em uma direção radialmente interna representada pela seta 127a e os elementos de nervura externos 126 se estendem em uma direção radialmente externa como designada pela seta 127b. Juntos, os elementos de nervura interna e externa 124 e 126 definem um volume interior em geral arqueado 128 tendo um eixo longitudinal central 130.

Quatro elementos de nervura menores 132 são posicionados entre pares adjacentes de elementos de nervura interno e externo 124 e 126. Cada um dos dois elementos de nervura menores mais internos 132 é descontínuo e forma segmentos de nervura 134a e 134b. Os segmentos de nervura 134a e 134b e os elementos de nervura 124, 126 e 132 podem ser construídos, posicionados e orientados como descrito previamente com respeito aos elementos correspondentes no elemento de engaxetamento 10. Na modalidade ilustrada, aproximadamente 36% da área de superfície total do elemento de engaxetamento randômico 110 está localizado dentro do volume interior 128. De preferência, os elementos de nervura 124, 126 e 132 permanecem espaçados de elementos de nervura adjacentes 124, 126 e

132 ao longo de seus comprimentos inteiros, exceto em suas extremidades respectivas, de modo que o elemento de engaxetamento 110 tenha uma configuração mais aberta que reduz a oportunidade de bloquear o fluxo de desejado de fluidos através do elemento de engaxetamento 110.

Os elementos de engaxetamento randômicos 10 e 110 da presente invenção podem ser feitos a partir de uma variedade de materiais, incluindo, por exemplo, cerâmica, plástico ou metal. Os elementos de engaxetamento randômico 10 e 110 podem ser reforçados por têmpera de trabalho, pela texturização de pelo menos uma parte da superfície do elemento, estampando pelo menos uma parte da superfície do elemento com covinhas em um ou ambos os lados de pelo menos uma parte do elemento e/ou gravando uma seção transversal curvada para os vários elementos de nervura 124, 126 e 130, como mostrado com respeito ao elemento de engaxetamento 110. A seção transversal curvada de preferência se estende suficientemente afastada dentro dos elementos laterais 112 e 114 para fornecer uma estrutura que sirva para interromper o fluxo de fluido ao longo das calhas 120 e 122 e fazê-lo ser redirecionado nos elementos de nervura 124, 126 e 132 em vez de ser permitido fluir para as extremidades dos elementos de engaxetamento 110. Covinhas ou outras estruturas de interrupção de fluxo podem ser posicionadas nas calhas 120 e 122 para atingir o mesmo propósito. A mesma construção pode também ser usada em conexão com o elemento de engaxetamento 10.

Os elementos de engaxetamento randômico 10 e 110 podem ser fabricados por uma variedade de técnicas. Em uma modalidade, os elementos de engaxetamento randômico da presente invenção podem ser fabricados pelo procedimento descrito na Patente U.S. N°. 5.112.536, incorporada aqui por referência, em que os elementos de engaxetamento são formados de uma única folha plana de material e elementos de nervura interno, externo e menores juntos com os elementos laterais, compreendem substancialmente a área de superfície total do material de folha.

Voltando à figura 27, uma pluralidade de elementos de engaxetamento randômico 10 e 110 pode ser usada para fornecer área de superfí14 cie de transferência de massa e/ou calor em um reator e/ou em uma torre de contato de vapor/líquido ou líquido/líquido 36. Os elementos de engaxetamento randômico 10 e/ou 110 podem ser depositados em suportes adequados na coluna ou reator 36 para formar um leito com gaxeta 38 ou podem ser pré-dispostos em uma formação de leito com gaxeta em uma orientação em geral randômica antes da colocação na coluna ou reator 36. O formato e configuração previamente discutida dos elementos de engaxetamento da presente invenção criam trajetórias de fluxo de fluido facilmente acessíveis, abertas e apresentam uma distribuição de área de superfície relativamente uniforme quando vistas em múltiplos ângulos, que resultam em geral em desempenho de elemento independente de orientação.

Os exemplos seguintes ilustram o desempenho independente de orientação do elemento de engaxetamento randômico da invenção e não pretende limitar o escopo da invenção em qualquer maneira.

Exemplo 1

O coeficiente de transferência de massa foi calculado para três elementos de engaxetamento randômico diferentes: Elemento Comparativo 1, um engaxetamento randômico em formato de sela do tipo ilustrado na Patente U.S. N°. 4.303.599; Elemento Comparativo 2, um elemento de engaxetamento randômico em formato de sela do tipo ilustrado na Patente U.S. N°. 5.882.772; e Elemento da Invenção 3, o elemento de engaxetamento 10 ilustrado nas figuras 1 a 13.

O coeficiente de transferência de massa para cada elemento de engaxetamento foi calculado para cada uma de dez orientações de engaxetamento diferentes, rotuladas A a I na Tabela 1, abaixo. As orientações A a I correspondem ao elemento sendo posicionado em 0^o, 45° e 90° a partir da posição de base para cada um dos três eixos cartesianos. Para cada elemento de engaxetamento, a faixa de coeficiente de transferência de massa foi determinada subtraindo o coeficiente de transferência de massa mínimo do máximo entre cada posição A a I. A proporção do coeficiente de transferência de massa para cada elemento de engaxetamento através da proporção de coeficientes de transferência de massa calculada para cada orienta15 ção A a I.

Em geral, coeficientes de transferência de massa maiores indicam elementos com eficiência de transferência de massa maior e faixas de coeficiente de transferência de massa mais estreitas indicam menos variabi5 lidade no desempenho do elemento com orientação variando. O coeficiente de transferência de massa para orientações A a I, a taxa de coeficiente de transferência de massa, e o coeficiente de transferência de massa média para Elementos Comparativos 1 e 2 e Elemento da Invenção 3 são apresentados na Tabela 1.

Tabela 1: Coeficientes de Transferência de Massa para Elementos de Enqaxetamento Randômicos

Orientação	Elemento Comparativo 1	Elemento Comparativo 2	Elemento da Invenção 3
A	1,00	1,02	1,18
B	1,05	1,02	1,09
C	0,97	0,87	1,09
D	0,96	1,02	1,20
E	1,05	1,02	1,18
F	1,08	,098	1,09
G	1,07	1,00	1,10
H	1,08	1,00	1,13
I	1,10	1,06	1,12
Faixa	0,19	0,14	0,11
Média	1,04	1,00	1,13

Como mostrado na Tabela 1, o Elemento da Invenção 3 tem uma faixa de coeficiente de transferência de massa mais baixa, um coeficiente de transferência de massa maior para cada orientação, e um coeficien15 te de transferência de massa média maior que os Elementos Comparativos 1 e 2. Portanto, o Elemento da Invenção 3 tem um desempenho específico de menos orientação, mais eficiente que os Elementos Comparativos 1 e 2. Exemplo 2

Teste foi conduzido comparando o desempenho do Elemento da 20 Invenção (elemento de engaxetamento 110 mostrado nas figuras 14 a 26) com aquele de quatro tipos de engaxetamentos randômicos comercialmente disponíveis. Uma mistura de hidrocarbonetos leves foi destilada em refluxo total. A torre funcionou a uma pressão significantemente maior que a pressão atmosférica - muito típica das condições em que estas misturas estão 5 sendo processadas na indústria, e bastante típico para as condições em que o engaxetamento randômico é frequentemente usado. O diâmetro da torre e a profundidade de leito eram grandes o bastante para assegurar que os dados industrialmente relevantes foram gerados. Amostras de líquido de cima e de baixo do leito com gaxeta foram analisadas para medir a eficiência de 10 engaxetamento. A capacidade máxima do engaxetamento foi determinada aumentando a entrada de calor até que a queda de pressão aumentou vertiginosamente com qualquer entrada de calor adicional e o arrasto do topo do leito foi insignificante (perda de eficiência). Os resultados do teste comparativo são apresentados na Tabela 2.

Tabela 2

Tipo de engaxetamento	Capacidade Relativa	Eficiência Relativa	Área de Superfície Específica Relativa
engaxetamento randômico de metal de alto desempenho em formato de sela: tamanho pequeno	1,00	1,28	1,66
engaxetamento randômico de metal de alto desempenho em formato de sela: tamanho maior	1,09	1,00	1,10
engaxetamento randômico de metal em formato senoidal: tamanho pequeno	1,09	1,13	1,45
engaxetamento randômico de metal em formato senoidal: tamanho maior	1,17	0,89	1,00
elemento da invenção	1,09	1,22	1,12

Os resultados do teste demonstram que o Elemento da Invenção obteve a mesma ou maior capacidade relativa e/ou uma eficiência relativa maior usando uma área de superfície específica relativa menor que os elementos de engaxetamento comparativos. O elemento da Invenção assim 20 obteve capacidade relativa e eficiência relativa favoráveis usando uma área de superfície específica relativa pequena.

A partir do precedente, será visto que esta invenção é uma bem adaptada para atingir todos os fins e objetivos descritos aqui acima, junto com outras vantagens que são inerentes à estrutura.

Será entendido que certos aspectos e subcombinações são de utilidade e podem ser empregados sem referência a outros aspectos e subcombinações. Isto é considerado por e está dentro do escopo das reivindicações.

Desde que quaisquer modalidades possíveis podem ser feitas da invenção sem se afastar do escopo da mesma, deve ser entendido que toda a matéria aqui descrita ou mostrada nos desenhos anexos deve ser interpretada como ilustrativa e não em um senso limitante.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Elemento de engaxetamento randômico em formato de sela, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

um par de membros laterais arqueados, longitudinalmente alongados, lateralmente espaçados (12, 14) que definem cooperativamente um eixo longitudinal curvado entre os mesmos;

uma pluralidade de elementos de nervura interna e externa (24, 26) arqueadas se estendendo opostamente de e entre os ditos elementos (12, 14) para definir cooperativamente um volume interior entre os mesmos; e pelo menos um elemento de nervura menor (32) longitudinalmente disposto entre os ditos elementos de nervura arqueados interno e externo (24, 26) e pelo menos parcialmente disposto no dito volume interior (28), em que pelo menos 20% da área de superfície total do dito elemento de engaxetamento randômico (10) em formato de sela são definidos dentro do dito volume interior (28).
2. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o número total dos ditos elementos de nervura interna (24) mais os elementos de nervura externa (26) está na faixa de três a vinte.
3. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o número total dos ditos elementos de nervura interna (24) mais os elementos de nervura externa (26) é cinco.
4. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui uma pluralidade dos ditos elementos de nervura menor (32) e em que

Petição 870180164332, de 17/12/2018, pág. 10/18 pelo menos um dos elementos de nervura menor (32) é descontínuo para desse modo criar primeiro e segundo segmentos de nervura (34a e 34b).
5. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os ditos primeiro e segundos segmentos de nervura (34a e 34b) são curvados em direções radialmente opostas.
6. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo segmentos de nervura (34a e 34b) são curvados na mesma direção radial.
7. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito elemento de engaxetamento (10) representa 5 a 50% do volume de um toro.
8. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito elemento de engaxetamento (10) representa de 10% a 25% do volume de um toro e inclui uma pluralidade dos referidos elementos de nervura menores (32).
9. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos de nervura externo e interno (24, 26) são desalinhados alternadamente a partir do eixo longitudinal.
10. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a largura de pelo menos um dos ditos elementos de nervura externos (26) é a mesma que ou maior que a largura de pelo menos um dos ditos elementos de nervura internos (24).

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11. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a largura do ditos elementos de nervura externos (26) é menor que 5 milímetros e/ou a largura dos ditos elementos de nervura internos (24) é maior que 1 milímetro.
12. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos elementos de nervura menores (32) é pelo menos parcialmente contínuo.
13. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte da dita área de superfície total do dito elemento de engaxetamento (10) é texturizada.
14. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos ditos elementos de nervura interno e externo (24, 26) tem uma seção transversal em formato de copo.
15. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito elemento de engaxetamento (10) é formado de metal.
16. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito elemento de engaxetamento (10) é formado de plástico.
17. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui uma estrutura posicionada em um ou ambos os membros laterais (12, 14) , para dirigir o fluido a partir de um ou de ambos os membros

Petição 870180164332, de 17/12/2018, pág. 12/18 laterais (12, 14), para um ou mais dos elementos de nervura interno e externo (24, 26) e elemento de nervura menor (32).
18. Coluna ou reator contendo um leito com gaxeta, caracterizada pelo fato de compreender uma pluralidade de elementos de engaxetamento (10) tais como aqueles definidos na reivindicação 1.
19. Elemento de engaxetamento randômico em formato de sela, caracterizado pelo fato de que compreende:

um par de membros laterais arqueados, longitudinalmente alongados, lateralmente espaçados (12, 14) que definem cooperativamente um eixo longitudinal curvado entre os mesmos;

uma pluralidade de elementos de nervura interna e externa (24, 26) arqueadas se estendendo opostamente de e entre os ditos elementos (12, 14) para definir cooperativamente um volume interior (28) entre os mesmos; e pelo menos um elemento de nervura menor (32) longitudinalmente disposto entre os ditos elementos de nervura arqueados interno e externo (24, 26), e pelo menos parcialmente disposto no dito volume interior (28), em que pelo menos 20% da área de superfície total do dito elemento de engaxetamento randômico (10) em formato de sela são definidos dentro do dito volume interior (28); e onde o referido elemento de engaxetamento (10) representa 10% a 25% do volume de um toro.
20. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o número total dos ditos elementos de nervura internos (24) mais os ditos elementos de nervura externos (26) é de cinco.

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21. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que 36% da área de superfície total do referido elemento de engaxetamento randômico (10) em formato de sela são definidos dentro do referido volume interior (28).
22. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos ditos elementos de nervura menores (32) é descontínuo para deste modo criar primeiro e segundo segmentos de nervura (34a, 34b) .
23. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que os ditos primeiro e segundo segmentos de nervura (34a, 34b) são dobrados em direções radialmente opostas.
24. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que os ditos primeiro e segundo segmentos de nervura (34a, 34b) são dobrados na mesma direção radial.
25. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos ditos elementos de nervura menores (32) é continuo.
26. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o número total dos ditos elementos de nervura internos (24) mais os elementos de nervura externo (26) é de três.
27. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato que 36% da área da superfície total do referido elemento de engaxetamento (10)

Petição 870180164332, de 17/12/2018, pág. 14/18 randômico em formato de sela são definidos dentro do volume interior (28).
28. Elemento de engaxetamento randômico em formato de sela, caracterizado por compreender:

um par de membros laterais arqueados, longitudinalmente alongados, lateralmente espaçados (12, 14) que definem cooperativamente um eixo longitudinal curvado entre os mesmos;

uma pluralidade de elementos de nervura interna e externa (24, 26) arqueadas se estendendo opostamente de e entre os ditos elementos para definir cooperativamente um volume interior (28) entre os mesmos;

pelo menos um elemento de nervura menor (32) longitudinalmente disposto entre os ditos elementos de nervura arqueados interno e externo (24, 26), e pelo menos parcialmente disposto no dito volume interior (28), em que pelo menos 20% da área de superfície total do dito elemento de engaxetamento randômico (10) em formato de sela são definidos dentro do dito volume interior (28); e onde o número total dos referidos elementos de nervura internos (24) mais os elementos de nervura externos (26) é de cinco.
29. Elemento de engaxetamento de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos ditos elementos de nervura menores (32) é descontínuo para deste modo criar primeiro e segundo segmentos de nervura (34a, 34b) .
30. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que os ditos

Petição 870180164332, de 17/12/2018, pág. 15/18 primeiro e segundo segmentos de nervura (34a, 34b) são dobrados em direções radialmente opostas.
31. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que os ditos primeiro e segundo segmentos de nervura (32) são dobrados na mesma direção radial.
32. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos ditos elementos de nervura menores (32) é continuo.
33 . Elemento de engaxetamento randômico em formato de sela, caracterizado por compreender:

um par de membros laterais arqueados, longitudinalmente alongados, lateralmente espaçados (12, 14) que definem cooperativamente um eixo longitudinal curvado entre os mesmos;

uma pluralidade de elementos de nervura interna e externa (24, 26) arqueadas se estendendo opostamente de e entre os ditos elementos (12, 14) para definir cooperativamente um volume interior entre os mesmos; e pelo menos um elemento de nervura menor (32) longitudinalmente dispostos entre os ditos elementos de nervura arqueados interno e externo (24, 26), e pelo menos parcialmente disposto no dito volume interior (28), em que pelo menos 36% da área de superfície total do dito elemento de engaxetamento randômico (10) em formato de sela são definidos dentro do dito volume interior (28).
34. Elemento de engaxetamento de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de que um dos

Petição 870180164332, de 17/12/2018, pág. 16/18 elementos de nervura menores (32) é descontínuo para deste modo criar primeiro e segundo segmentos de nervura (34a, 34b).
35. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que os ditos primeiro e segundo segmentos de nervura (34a, 34b) são dobrados em direções radialmente opostas.
36. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que os ditos primeiro e segundo segmentos de nervura (34a, 34b) são dobrados na mesma direção radial.
37. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos ditos elementos de nervura menores (32) é continuo.
38 . Elemento de engaxetamento randômico em formato de sela, caracterizado por compreender:

um par de membros laterais arqueados, longitudinalmente alongados, lateralmente espaçados (12, 14) que definem cooperativamente um eixo longitudinal curvado entre os mesmos;

uma pluralidade de elementos de nervura interna e externa (24, 26) arqueadas se estendendo opostamente de e entre os ditos elementos (12, 14) para definir cooperativamente um volume interior (28) entre os mesmos;

uma pluralidade de elementos de nervura menores (32) , cada elemento de nervura menor (32) sendo longitudinalmente disposto entre os ditos elementos de nervura arqueados interno e externo (24, 26), e pelo menos parcialmente disposto no dito volume interior (28),

Petição 870180164332, de 17/12/2018, pág. 17/18 em que pelo menos 36% da área de superfície total do dito elemento de engaxetamento randômico (10) em formato de sela são definidos dentro do dito volume interior (28);

onde o dito elemento de engaxetamento (10) representa 10% a 25% do volume de um toro; e onde o número total dos referidos elementos de nervura internos (24) mais os elementos de nervura externos (26) é de cinco.
39. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos ditos elementos de nervura menores (32) é descontínuo para deste modo criar primeiro e segundo segmentos de nervura (34a, 34b) .
40. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 39, caracterizado pelo fato de que os ditos primeiro e segundo segmentos de nervura (34a, 34b) são dobrados em direções radialmente opostas.
41. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 39, caracterizado pelo fato de que os ditos primeiro e segundo segmentos de nervura (34a, 34b) são sobrados na mesma direção radial.
42. Elemento de engaxetamento, de acordo com a reivindicação 39, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos ditos elementos de nervura menores (32) é contínuo.