ES2201655T3 - Metodo y dispositivo para introducir un fluido en una columna. - Google Patents
Metodo y dispositivo para introducir un fluido en una columna.Info
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Abstract
Procedimiento para inyectar un fluido (4) en una columna o dispositivo similar a una columna (1), en la que un tubo de inyección (2) para el fluido desemboca en una unidad de reenvío (3), que está dispuesta a una distancia vertical de los elementos instalados (10), en particular de una empaquetadura de la columna, en cuyo procedimiento se forman en la unidad de reenvío dos corrientes parciales (41, 42), que fluyen sensiblemente horizontales y simétricas a lo largo de una pared interior del dispositivo (1) y que a continuación, después de volver a reunirse, forman una corriente de retorno (44), cuya componente de velocidad horizontal está dirigida radialmente con relación a la unidad de reenvío, caracterizado porque mediante la unidad de reenvío se forma por lo menos una tercera corriente parcial (43), dirigida radialmente y en sentido opuesto con relación a la corriente de retorno de las corrientes parciales que se han vuelto a reunir y porque a la corriente de retorno se le impide en granmedida que atraviese el centro de la columna.
Description
Método y dispositivo para introducir un fluido en
una columna.
La invención se refiere a un procedimiento para
inyectar un fluido en una columna o dispositivo similar a una
columna, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, así
como a una columna en la que se pueda realizar el
procedimiento.
En las columnas a contracorriente que llevan
elementos instalados para efectuar un intercambio de calor y/o
transferencia de masa entre un líquido y un gas, es preciso
inyectar el gas por debajo de los elementos instalados de tal manera
que éste fluya con la mayor uniformidad posible hacia arriba, a los
elementos instalados. Para esto se pueden prever diversas medidas
conocidas, bien por sí solas o combinadas, que sin embargo
presentan inconvenientes. Estas medidas se refieren a los puntos en
los que se alimenta el gas y a la forma como se realiza esto: 1. En
el espacio entre el punto de inyección del gas y los elementos
instalados se produce la estabilización de la corriente. La
elección de una altura de estabilización suficientemente grande
sería realmente ventajosa, pero por diversos motivos a menudo no es
posible, por ejemplo, debido a unos costes elevados o a problemas de
espacio. 2. Unas velocidades de inyección bajas para el gas
inyectado dan lugar a una estabilización rápida de la corriente. Se
pueden conseguir empleando una multitud de tubos de inyección y/o
con tubos de inyección de gran diámetro, pero por lo general no se
pueden realizar, nuevamente por los motivos ya citados. 3. Los
diseños especiales que permiten una distribución uniforme del gas
son complejos y por lo tanto caros y/o dan lugar a grandes pérdidas
de presión, de manera que no pueden plantearse aplicaciones a baja
presión (una presión, por regla general por debajo de 100
mbar).
Se conoce un distribuidor de gas sencillo
(Prospecto Sulzer Chemtech AG, 1992 "Mellatech™
Kolonneneinbauten"), que actúa como una unidad de reenvío sobre
la corriente de gas inyectada. Esta unidad de reenvío contiene una
placa de impacto, situada en posición vertical delante de la
embocadura del tubo de inyección, y que está unida a la pared de la
columna mediante dos placas horizontales, por encima y por debajo
de la embocadura. Con una unidad de reenvío de este tipo se obtiene
un procedimiento de distribución en el que se forman dos corrientes
parciales, que fluyen de forma bastante simétrica a lo largo de la
pared interior de la columna y que a continuación, después de
volver a reunirse, forman una corriente de retorno cuya componente
de velocidad horizontal está dirigida radialmente con relación a la
unidad de reenvío. Esta corriente de retorno hace necesario que
encima de la unidad de reenvío el recinto de estabilización tenga
una altura relativamente grande.
El objetivo de la invención es el de crear un
procedimiento mediante el cual sea posible una mejor distribución
de un gas o de otro fluido, mediante una unidad de reenvío
sencilla. Esta distribución deberá tener lugar en una columna o en
un dispositivo similar a una columna, por ejemplo, en un reactor de
lecho sólido inundado, donde hay que distribuir un líquido por
encima o por debajo del lecho sólido. Este objetivo se resuelve
mediante el procedimiento que se define en la reivindicación 1.
Mediante este procedimiento se inyecta un fluido
en un dispositivo, en particular en una columna, donde el tubo de
inyección para el fluido desemboca en una unidad de reenvío. Ésta
está dispuesta a una distancia vertical de los elementos
instalados, en particular de una empaquetadura de la columna. En la
unidad de reenvío se forman dos corrientes parciales que fluyen muy
sensiblemente simétricas a lo largo de una pared interior del
dispositivo y que a continuación, después de volver a reunirse,
forman una corriente de retorno, cuya componente de velocidad
horizontal está dirigida radialmente hacia la unidad de reenvío.
Mediante la unidad de reenvío se forma por lo menos una tercera
corriente parcial, dirigida radialmente y en sentido opuesto con
relación a la corriente de retorno de las corrientes parciales que
se han vuelto a reunir. La tercera corriente parcial es tan intensa
que a la corriente de retorno se le impide en gran medida que
atraviese el centro de la columna.
Las reivindicaciones dependientes 2 a 3 se
refieren a formas de realización ventajosas del procedimiento
objeto de la invención. Las reivindicaciones 4 a 10 tienen por
objeto una columna en la que se puede inyectar un fluido de acuerdo
con el procedimiento objeto de la invención.
A continuación se describe la invención
sirviéndose de los dibujos. En éstos pueden verse:
Figura 1 detalle y sección longitudinal de una
columna con una unidad de reenvío para un gas que se ha de inyectar,
y que mediante el procedimiento objeto de la invención se puede
repartir en toda la sección de la columna,
Figura 2 una sección transversal a través de esa
misma columna,
Figura 3 la correspondiente vista en
perspectiva,
Figura 4 una representación cualitativa de la
corriente de gas que se forma después de la salida de la unidad de
reenvío en la columna, de acuerdo con las Figuras 1 a 3,
Figura 5 una vista en planta de la imagen de las
corrientes de la Figura 4, y
Figuras 6-8 otras formas de
realización de la unidad de reenvío.
Una columna 1 conforme a las Figuras 1 a 3
contiene elementos instalados 10, por ejemplo en forma de una
empaquetadura ordenada en la que puede producirse la interacción
entre un gas 4 y un líquido, y que va montada sobre un soporte 11.
En un espacio vacío 12 entre una superficie de líquido 13 y el
soporte 11 se alimenta el gas 4 a través de un tubo de inyección 2
(con diámetro interior d) y una unidad de reenvío 3. Esta unidad de
reenvío 3 es la unidad de reenvío antes descrita, con una placa de
impacto 30, en cuyo centro está previsto un orificio 33 para la
salida de una tercera corriente parcial 43, donde esta corriente
parcial 33 - véase la Figura 3 - penetra en el recinto 12 (recinto
de estabilización, conjuntamente con dos corrientes parciales 41 y
42 que salen a través de los orificios laterales 31 y 32. Las dos
corrientes parciales 41 y 42 de dirección horizontal y opuestas
entre sí se desplazan en gran medida simétricas a lo largo de la
cara interior de la pared de la columna 1, y forman luego, después
de volver a reunirse, una corriente de retorno 44, cuya componente
de velocidad horizontal está dirigida radialmente hacia la unidad
de reenvío 3. La tercera corriente parcial 43 está dirigida
radialmente contra la corriente de retorno 44 de las corrientes
parciales 41 y 42 que se han vuelto a reunir. De acuerdo con la
invención, la tercera corriente parcial 43 es tan intensa que la
corriente de retorno 44 es desviada hacia arriba en una zona del
recinto 5, de tal manera que se le impide en gran medida que
atraviese el centro de la columna. Para esto, la tercera corriente
parcial 43 también es desviada hacia arriba de forma
correspondiente. A causa de la influencia mutua entre la corriente
parcial 43 y la corriente de retroceso 44 se obtiene en la parte
superior del recinto 12 un campo de corrientes que en comparación
con un campo de corrientes obtenido por una unidad de reenvío 3 sin
el orificio 33 y, por lo tanto, sin la corriente parcial 43, es
considerablemente más uniforme. Obviamente la tercera corriente
parcial 43 no puede ser tan intensa que se impida a las dos
primeras corrientes parciales 41 y 42 alcanzar el punto de la pared
de la columna opuesto al punto de entrada.
El orificio 33 puede tener, por ejemplo, una
forma circular, elíptica o rectangular. También puede estar
realizado en varias partes como ducha o placa de cribado. La
tercera corriente parcial 43 es dosificada por la unidad de reenvío
3 de tal manera que las tres corrientes parciales 41, 42 y 43
transportan impulsos que a la salida de la unidad de reenvío sean
sensiblemente de igual magnitud. Para esto la tercera corriente
parcial 43 lleva preferentemente un impulso algo mayor.
La Figura 4 es un intento por mostrar el campo de
corrientes para el procedimiento objeto de la invención. Esta
representación está basada en numerosos resultados de cálculos de
modelos, que aquí sin embargo sólo se reproducen de forma
cualitativa y donde se han despreciado diversos detalles. El campo
de corrientes está representado por las líneas de flujo dibujadas
como cadenas de flechas. A las dos corrientes parciales 41, 42
(Figura 3) le corresponden las líneas de flujo 45 y 47 ó 45' y 47'
respectivamente, a la tercera corriente parcial 43 (Figura 3) las
líneas de flujo 46 y 46'. Las flechas superiores, de trazo grueso,
están todas ellas aproximadamente a la misma distancia de la
superficie base 13. Sobre el plano 50 representado con línea de
puntos y rayas se encuentra la zona en la que tropiezan entre sí la
tercera corriente parcial 43 y la corriente de retorno 44 (véase la
Figura 3). Las verticales que pasan por los puntos 51 y 51' pasan
aproximadamente por los puntos en los que se aproximan más entre sí
las líneas de corriente 45 y 46 ó 45' y 46' respectivamente. La
Figura 5 muestra también de forma cualitativa la imagen de
corrientes de la Figura 4, en una vista en planta. Las líneas 52,
52' dibujadas allí con trazos, indican superficies en las que se
invierten los sentidos de las velocidades de la corriente. Como ya
se ha mencionado, en esta representación se han despreciado
detalles: concretamente, por ejemplo, aquellas zonas del campo de
corrientes en las que la velocidad de la corriente está dirigida
hacia abajo.
En lugar del gas 4, en la columna 1 se puede
inyectar también con el procedimiento objeto de la invención otro
fluido, por ejemplo un líquido o una mezcla de gas/líquido. Un gas
o una mezcla de gas/líquido que se alimenta por debajo de los
elementos instalados en la columna 10, preferentemente a un
distancia que sea tan grande que al entrar el fluido en los
elementos instalados, las componentes verticales de las velocidades
de la corriente sean sensiblemente iguales a lo largo de por lo
menos dos tercios de la sección de la columna.
De acuerdo con la invención, la unidad de reenvío
3 deja libre un orificio 33, entre la embocadura del tubo de
inyección 2 y el centro de la columna, a través del cual puede
penetrar radialmente en la columna 1, la tercera corriente parcial
43. Las Figuras 6 a 8 muestran otras formas de realización de la
unidad de reenvío 3. En la Figura 6, la unidad de reenvío 3 está
formada por dos elementos de reenvío 3a y 3b en forma de pala,
entre las cuales, la separación 33' existente directamente en la
embocadura del tubo de inyección 2, deja libre el paso para la
tercera corriente parcial 43. En la Figura 7, la placa de impacto
30 está cerrada. Aquí vuelve a haber un orificio 33' para la
tercera corriente parcial 43, directamente en la embocadura del tubo
de inyección 2. En el ejemplo de la Figura 8, la tercera corriente
parcial 43 se conduce al centro de la columna a través de un tubo
330. La unidad de reenvío 3 puede presentar otros orificios, en
particular unos orificios 34 que permitan salir por debajo
corrientes parciales adicionales 49.
Para que el procedimiento objeto de la invención
permita obtener una distribución suficientemente buena del fluido
inyectado 4, es preciso que el diámetro de la columna 1 no sea
demasiado grande. Debe ser inferior a unos 4 m, preferentemente
inferior a 2 m. Al mismo tiempo, el diámetro del tubo de inyección 2
debiera tener en la embocadura un valor que sea superior a
aproximadamente un 15% del diámetro de la columna. Igualmente la
distancia entre la cara superior de la unidad de reenvío 3 y el
soporte 11 de los elementos instalados debiera ser superior a c.
En el ejemplo de realización de las Figuras 1 a
5, la placa de impacto 30 de la unidad de reenvío 3 es rectangular;
puede ser plana o curvada. La placa de impacto 30 está situada
preferentemente a una distancia de 0,4 d a 0,8 d delante del punto
de embocadura (d = diámetro del tubo de inyección 2); su altura es
de 1,2 d a 1,5 d; la distancia entre los bordes laterales
verticales es de 1,5 d a 2 d.
Si el diámetro de la columna es grande, se prevén
ventajosamente dos tubos de inyección 2 y 2' (véase la Figura 2),
en disposición diametral (con dos elementos de reenvío iguales 3 en
los puntos de embocadura). Pero también pueden preverse más de dos
puntos de inyección.
Claims (10)
1. Procedimiento para inyectar un fluido (4) en
una columna o dispositivo similar a una columna (1), en la que un
tubo de inyección (2) para el fluido desemboca en una unidad de
reenvío (3), que está dispuesta a una distancia vertical de los
elementos instalados (10), en particular de una empaquetadura de la
columna, en cuyo procedimiento se forman en la unidad de reenvío dos
corrientes parciales (41, 42), que fluyen sensiblemente horizontales
y simétricas a lo largo de una pared interior del dispositivo (1) y
que a continuación, después de volver a reunirse, forman una
corriente de retorno (44), cuya componente de velocidad horizontal
está dirigida radialmente con relación a la unidad de reenvío,
caracterizado porque mediante la unidad de reenvío se forma
por lo menos una tercera corriente parcial (43), dirigida
radialmente y en sentido opuesto con relación a la corriente de
retorno de las corrientes parciales que se han vuelto a reunir y
porque a la corriente de retorno se le impide en gran medida que
atraviese el centro de la columna.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la tercera corriente parcial (43) es
dosificada por la unidad de reenvío (3) de tal manera que con las
tres corrientes parciales (41, 42, 43) se transportan impulsos, que
a la salida de la unidad de reenvío tienen sensiblemente la misma
magnitud, donde la tercera corriente parcial transporta
preferentemente un impulso algo mayor.
3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó
2, caracterizado porque el fluido (4) es un gas o una mezcla
de gas/líquido, porque el fluido se inyecta debajo de los elementos
instalados (10) y porque la distancia entre la unidad de reenvío
(3) y los elementos instalados es tan grande que al entrar el fluido
en los elementos instalados, las componentes verticales de las
velocidades de corriente son sensiblemente iguales a lo largo de por
lo menos dos tercios de la sección de los elementos instalados.
4. Columna (1) de sección circular, con elementos
instalados (10) para efectuar un intercambio de calor y/o una
transferencia de masa entre dos fluidos de diferente densidad, con
un tubo de inyección (2) para el fluido de menor densidad (4) por
debajo de los elementos instalados, y con una unidad de reenvío (3)
en la que desemboca el tubo de inyección y mediante la cual el
fluido inyectado (4) se puede ramificar en dos corrientes parciales
(41, 43) que salen en
dirección horizontal y en sentidos opuestos, caracterizada porque la unidad de reenvío deja libre entre la embocadura del tubo de inyección (2) y el centro de la columna un orificio (33) a través del cual puede penetrar radialmente en la columna una tercera corriente parcial (43).
dirección horizontal y en sentidos opuestos, caracterizada porque la unidad de reenvío deja libre entre la embocadura del tubo de inyección (2) y el centro de la columna un orificio (33) a través del cual puede penetrar radialmente en la columna una tercera corriente parcial (43).
5. Columna según la reivindicación 4,
caracterizada porque la unidad de reenvío (3) realiza su
función mediante una placa de impacto (30), dispuesta verticalmente
delante de la embocadura del tubo de inyección (2), y que está unida
a la pared de la columna por medio de dos placas horizontales, por
encima y por debajo de la embocadura, y porque la placa de impacto
presenta un orificio central (33) que tiene, por ejemplo, una forma
circular, elíptica o rectangular o que también puede estar
realizado en varias partes como ducha.
6. Columna según las reivindicaciones 4 ó 5,
caracterizada porque el diámetro de la columna es inferior a
unos 4 m, preferentemente inferior a 2 m, porque el diámetro del
tubo de inyección (2) tiene en su embocadura un valor d que es mayor
que aprox. un 15% del diámetro de la columna y porque la distancia
entre la cara superior de la unidad de reenvío (3) y un soporte (11)
de los elementos instalados (10) es superior a d.
7. Columna según las reivindicaciones 5 y 6,
caracterizada porque la placa de impacto (30) de la unidad
de reenvío (3) es al menos sensiblemente rectangular y
concretamente, con bordes laterales verticales así como con bordes
laterales horizontales, que en particular pueden estar curvados,
porque la placa de impacto está situada a una distancia de 0,4 d a
0,8 d delante de la embocadura, porque su altura es de 1,2 d a 1,5
d, y porque los bordes laterales verticales tienen una distancia de
1,5 d a 2 d.
8. Columna según las reivindicaciones 4 ó 5,
caracterizada porque está prevista una multitud de tubos de
inyección (2') con los mismos elementos de reenvío (3) en los puntos
de embocadura.
9. Columna según la reivindicación 8,
caracterizada porque están previstos dos tubos de inyección
(2, 2') en disposición diametral.
10. Columna según una de las reivindicaciones 4 a
9, caracterizada porque la unidad de reenvío (3) presenta
otros orificios (34), en particular orificios que permiten la
salida adicional hacia abajo de corrientes parciales (49).
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