ES2093330T5 - Elemento de relleno. - Google Patents

Abstract

SE DESCRIBEN ELEMENTOS DE TRANSFERENCIA DE MASA, CON UNA CONFIGURACION ESENCIALMENTE CILINDRICA DE CUATRO OREJETAS O LOBULOS, QUE ES ESPECIALMENTE EFICAZ PARA EMPAQUETAR ELEMENTOS BASCULADOS AL AZAR, O POR EFECTO DE LA GRAVEDAD, PARA TORRES DE TRANSFERENCIA DE MASAS, PROPORCIONANDO UNA COMBINACION DEL AREA DE LA SUPERFICIE ELEVADA Y CAIDA DE BAJA PRESION.

Description

Elemento de relleno.

La presente invención se refiere a elementos de relleno al azar a utilizar en equipos para procesos químicos.

Los elementos de relleno son especialmente útiles en la transferencia de masas. Se ha definido la "transferencia de masas" como la transferencia de uno o varios componentes de una fase inmiscible a otra. Este "componente" puede ser de tipo químico o puede ser calor. En el caso en el que el componente es calor, éste puede ser calor de combustión o calor de reacción que debe ser eliminado desde una corriente o flujo de reacción antes de otros procesos posteriores, o de una corriente o flujo caliente de un fluido antes de que éste pueda ser recogido o utilizado. Dicho componente puede ser también un producto químico tal como un componente gaseoso a eliminar de una corriente de gas por absorción o un componente de una mezcla líquida a tratar, por un proceso de destilación o de separación. Para estas aplicaciones y para una serie de otras aplicaciones que comportan transferencia de masas, es convencional hacer pasar el fluido a tratar a través de una columna que contiene elementos de relleno dispuestos al azar. Estos elementos son designados en lo que sigue como elementos de transferencia de masas a efectos de simplicidad, independientemente del proceso real en relación con el cual están destinados a ser utilizados.

Evidentemente, los elementos de transferencia de masas más eficaces son los que presentan la mayor área superficial al fluido a efectos de contacto. Se han conocido hasta el momento diferentes intentos de diseñar elementos de relleno al azar con esta característica de área superficial maximizada. También se ha observado, no obstante, en la práctica que otras características son también extremadamente deseables. Por ejemplo, es también valioso que los elementos no se acoplen entre si cuando se encuentran dentro de la columna porque esto reduce el área superficial efectiva de exposición. También es importante que los elementos no se encajen de manera íntima que restrinja el flujo del fluido generando una importante caída de presión entre la entrada y la salida de la columna.

El equilibrado de estas exigencias frecuentemente contrarias entre si, para producir un elemento eficaz de transferencia de masas, es una materia que requiere considerable habilidad y comporta ciertos compromisos para conseguir la combinación óptima de características.

Por ejemplo, la patente DE-OS-1 945 048 se refiere a un cuerpo de relleno para columnas realizado a base de material plástico que tiene baja capacidad de humectación. El diseño de este cuerpo de relleno es prismático y en forma lobular en sección transversal, con una serie de pliegues dirigidos hacia adentro y hacia afuera. No obstante, estos cuerpos de relleno no superan los problemas antes mencionados de las exigencias contrarias entre si.

El documento DE-B-316497 se refiere a cuerpos huecos para torres de absorción y de reacción realizados a base de anillos realizados uno sobre otro. Estos anillos tienen diferentes formas y se combinan entre si de manera tal que constituyen un cuerpo continuo en el que los elementos que tienen las mismas formas están dispuestos paralelamente entre si. No obstante, este objetivo queda limitado en la ganancia de áreas superficiales más grandes, puesto que los elementos quedan dispuestos paralelamente entre si y a causa de la forma anular.

Por lo tanto, es el objetivo de la presente invención dar a conocer elementos de relleno que eviten los inconvenientes de los productos conocidos. Este problema se soluciona por el elemento de relleno de acuerdo con la reivindicación independiente 1. Otras características, aspectos y detalles ventajosos de la invención quedarán evidentes de las reivindicaciones dependientes, de la descripción y de los dibujos.

La invención se refiere específicamente a elementos de relleno al azar con un diseño nuevo y ventajoso, utilizable en aplicaciones de transferencia de masas.

Se ha desarrollado un nuevo diseño para elementos de transferencia de masas para relleno al azar que produce un equilibrio muy ventajoso de las características deseadas.

El elemento de transferencia de masas de la presente invención comprende una estructura de forma general tubular en la que la pared del tubo ha sido deformada hacia adentro en extremos opuestos de diámetros dispuestos perpendicularmente entre si para proporcionar una sección transversal que tiene cuatro lóbulos externos.

Las deformaciones hacia adentro de los extremos opuestos de cada diámetro tienen magnitudes preferentemente uniformes, de manera tal que la convexidad de la superficie de la pared interna de cada deformación tiene el mismo radio de curvatura. Las deformaciones dirigidas hacia adentro en extremos opuestos del diámetro perpendicular son asimismo iguales en el radio de curvatura en la superficie de la pared interna, pero en la realización de la reivindicación independiente 2 tienen un radio de curvatura distinto con respecto a las depresiones de los extremos del otro diámetro, de manera tal que los cuatro lóbulos externos proporcionan a la sección transversal del elemento el aspecto de una corbata de lazo. La proporción de los dos radios de curvatura en esta realización pueden variar ampliamente, pero preferentemente se encuentra desde aproximadamente 1:1 hasta aproximadamente 4:1 y más frecuentemente desde aproximadamente 2:1 hasta aproximadamente 3:1. En la forma alternativa de la reivindicación independiente 1, los radios de curvatura de los dos juegos de convexiones internas son iguales pero el ángulo formado por los extremos de la convexidad es mayor para un par en oposición que para el otro. En términos prácticos esto significa que la intrusión de un par más grande de convexiones hacia adentro del espacio interno del elemento es mayor que para los otros. En una forma extrema de esta realización, la entrada de las dos convexidades opuestas más grandes es tal que las superficies internas opuestas se tocan y el paso axial a través del elemento queda dividido de manera efectiva en dos.

La longitud axial del elemento puede ser cualquier magnitud conveniente pero usualmente varía entre aproximadamente 0,5 cm y 3 cm, y preferentemente y de forma aproximada entre 1 cm y 2 cm. La dimensión transversal mayor es mayor que la longitud axial y frecuentemente de 2 a 6 veces mayor. Muy frecuentemente la dimensión mayor en sección transversal es de 2 a 4 veces aproximadamente la longitud axial.

La superficie externa del elemento comprende cuatro lóbulos convexos y éstos pueden estar separados por superficies cóncavas correspondientes a las convexidades de las superficies internas o por superficies de enlace sin curvatura o con muy poca curvatura en ninguna de las direcciones. En general, este último tipo de superficie de conexión es preferente con elementos dotados de cuatro lóbulos de iguales dimensiones.

En el caso en que los lóbulos están separados por superficies cóncavas, estas concavidades pueden quedar dotadas de nervios que se extienden axialmente según la longitud del elemento. En una construcción preferente existen aproximadamente de 2 a 6 y, más preferentemente, de 3 a 4 nervios en cada una de las concavidades y, más preferentemente, sólo en las concavidades que tienen un mayor radio de curvatura.

Si bien la forma de los elementos de la invención ha sido descrita cilíndrica, se supone que la sección transversal puede variar según la longitud del cilindro sin salir del concepto esencial de la invención. De este modo, el cilindro puede tener una ligera conicidad o puede quedar constituido con una "cintura" con la dimensión transversal más importante dotada de un mínimo, aproximadamente en el punto medio de su longitud. Se debe recordar, no obstante, que dichas desviaciones pueden incrementar la caída de presión de un extremo del lecho al otro y pueden alterar quizás el relleno de los elementos en dicho lecho. Estas desviaciones son, por lo tanto, tolerables solamente en la medida de que no disminuyen significativamente la eficacia del elemento para su finalidad básica.

Los extremos del elemento según el eje pueden quedar constituidos con los extremos de las paredes conformados a las superficies teóricamente curvadas que son convexas o, más preferentemente, cóncavas. Por lo tanto, en realizaciones preferentes, los extremos de los elementos están ahuecados, de manera que la longitud axial es menor que la longitud en la periferia. El grado de ahuecamiento puede ser tal que la longitud axial según el eje queda comprendida aproximadamente entre 60% y 90%, y más habitualmente alrededor de 75%, de la longitud axial en la periferia.

El material a partir del cual se fabrican los elementos cilíndricos de relleno puede ser cualquiera de los típicamente utilizados para esta finalidad. Así por ejemplo, el material preferente es un material cerámico o de arcilla cocida, si bien se pueden utilizar otros materiales tales como cristal o metal en ciertas aplicaciones. De modo general el material debe ser inerte a los fluidos, a los cuales quedará expuesto. En el caso de utilización de transferencia de calor, debe ser capaz de absorber también calor en las cantidades requeridas por el proceso. También debe ser capaz de resistir choques térmicos y físicos durante la carga y su utilización.

Dibujos

La figura 1 muestra una vista en perspectiva de una primera realización.

La figura 2 muestra una vista en perspectiva de una segunda realización.

La figura 3 muestra una vista en perspectiva de la tercera realización.

La invención se describirá a continuación haciendo referencia a los dibujos que tienen la finalidad solamente ilustrativa y no están destinados a implicar limitaciones esenciales en el alcance de la invención reivindicada particularmente en cuanto a dimensiones.

La figura 1 muestra una realización en la que el grosor de la pared del elemento cilíndrico es esencialmente constante y en la que la superficie interna está dotada de convexidades de diferentes radios de curvatura con un par en oposición, en extremos opuestos de un primer diámetro, que tiene la misma convexidad (más grande) y el otro par en oposición en los extremos de un segundo diámetro en ángulo recto con respecto al primero, que tiene un menor grado de convexidad.

Las superficies externas de las convexidades internas más grandes están dotadas cada una de ellas de cuatro nervios que se extienden axialmente y que están separados de manera uniforme.

Los radios de curvatura de las convexidades internas mayores son de 2,31 cm y los radios de curvatura de las convexidades menores son de 1,17 cm. La longitud axial del elemento es de 1,42 cm, el grosor de pared es de 0,28 cm y la separación mayor entre las superficies externas de lóbulos adyacentes es de 5,31 cm.

La figura 2 muestra una estructura similar a la de la figura 1 pero con lóbulos externos más pronunciados y con convexidades internas que no son tan distintos. La estructura carece asimismo de nervios axiales externos.

Las dos convexidades internas opuestas más grandes tienen radios de curvatura de 1,25 cm (0,89 cm es el radio de curvatura de la superficie cóncava opuesta) y los radios menores de curvatura de 0,89 cm (0,53 es el radio de curvatura de la superficie cóncava opuesta). El grosor de pared es de 0,36 cm y la longitud axial de 1,42 cm. La separación mayor entre las superficies externas de los lóbulos adyacentes es de 4,37 cm.

La figura 3 es similar a la realización de la figura 2 excepto que las convexidades internas más grandes son tan grandes que establecen contacto en el eje del elemento.

En esta realización los radios de curvatura de todas las superficies externas que corresponden a las convexidades internas son de 1,91 cm, no obstante, en un par en oposición son tan pronunciadas que las superficies internas se tocan. La longitud axial del elemento es de 1,91 cm y el espesor de la pared es de 0,95 cm.

Claims (4)

1. Elemento de relleno al azar que tiene estructura general tubular en la que la pared del elemento tubular ha sido deformada hacia dentro en extremos opuestos de diámetros perpendiculares entre sí, para proporcionar una sección transversal que tiene solamente cuatro lóbulos externos y dos pares de convexidades internas, en el que los radios de curvatura de los dos pares de convexidades internas son iguales, pero el ángulo formado por los extremos de las convexidades es superior para un par de convexidades opuestas que para el otro y en el que la dimensión en sección transversal mayor es superior a la longitud axial.

2. Elemento de relleno al azar que tiene estructura general tubular en la que la pared del elemento tubular ha sido deformada hacia dentro en extremos opuestos de diámetros perpendiculares entre sí para proporcionar una sección transversal con cuatro lóbulos solamente, en el que las deformaciones en extremos opuestos de cada diámetro tienen magnitudes uniformes, de manera que la convexidad de la superficie de la pared interna de cada deformación tiene el mismo radio de curvatura, de manera que las deformaciones en extremos opuestos del diámetro perpendicular son también iguales en el radio de curvatura de la superficie de la pared interna la cual, no obstante, es distinta del radio de curvatura de las deformaciones de extremos opuestos del otro diámetro y en el que la dimensión mayor en sección transversal es superior a la longitud axial.

3. Elemento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene una serie de nervios en dirección axial formados en la superficie externa del elemento de relleno.

4. Elemento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los extremos del elemento de relleno están conformados para adaptarse a las superficies cóncavas teóricas de manera que la longitud axial del elemento de relleno es más corta según su eje.