ES2205179T3 - Metodo y aparato de distribucion de vapor. - Google Patents
Metodo y aparato de distribucion de vapor.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A COLUMNA DE TRANSFERENCIA DE MASA O DE INTERCAMBIO DE CALOR (222) CON UN DISTRIBUIDOR DE VAPOR QUE PRESENTA, EN UNA REALIZACION DE LA INVENCION, UNA SUPERFICIE DEFLECTORA (230), LA CUAL QUE DIRIGE UNA CORRIENTE DE VAPOR PROXIMA A LA PERIFERIA INTERNA DE LA COLUMNA. A CONTINUACION DE LA DESCARGA PROCEDENTE DEL DISTRIBUIDOR, LA CORRIENTE DE VAPOR CONTACTA CON ALETAS GUIADORAS (242) QUE REDIRIGEN LA CORRIENTE DE VAPOR HACIA EL CENTRO DE LA COLUMNA, PRODUCIENDO UNA DISTRIBUCION MAS UNIFORME DE DICHO VAPOR A TRAVES DE LA SECCION TRANSVERSAL HORIZONTAL DE LA COLUMNA.
Description
Método y aparato de distribución de vapor.
Esta invención hace referencia en general a
columnas de transferencia de masa y de intercambio de calor, más
concretamente, a un método y aparato para mejorar la distribución
de vapor en dichas columnas.
En muchos procesos de transferencia de masa y de
intercambio de calor se requiere una interacción de vapor y de
líquido. Típicamente la corriente de vapor se introduzca en una
columna bajo una región que contiene bandejas o una empaquetadura o
guarnición arbitraria o estructurada mientras que el líquido se
introduce en la columna sobre las bandejas o la empaquetadura. Las
corrientes de vapor y de líquido fluyen entonces en relación
contracorriente a través de la región, sirviendo la bandeja o
empaquetadura para distribuir el flujo de líquido en sentido
descendente sobre una superficie mayor para mejorar la interacción
con la corriente de vapor que fluye en sentido ascendente.
Para aumentar la eficiencia de la transferencia
de masa o intercambio de calor que tiene lugar entre el valor y las
corrientes de líquido, es importante que el vapor se distribuya de
forma uniforme por la sección transversal horizontal de la columna,
especialmente en la interfaz inferior vapor-líquido
donde el vapor entra en la empaquetadura. En aquellos puntos en los
que el vapor se introduce en la columna por debajo de la
empaquetadura, la velocidad del vapor puede evitar la distribución
horizontal deseada del vapor antes de que entre en la
empaquetadura. Para mejorar la distribución de vapor, los
deflectores se han posicionado en algunas columnas en la vía de
corriente de vapor para que desvíen el vapor en una diversidad de
direcciones. Un ejemplo de dicho deflector es uno con forma de V
que se posiciona en la entrada de vapor para disgregar la corriente
de vapor en dos corrientes que fluyen en direcciones opuestas. Este
deflector tiene un diseño sencillo y funciona adecuadamente en
muchas instalaciones distintas que toleran una incorrecta
distribución de la corriente de vapor.
Se presenta otro ejemplo de distribuidor
convencional de vapor conocido como el "cuerno de vapor" en la
patente estadounidense N° 5 106 544. El cuerno de vapor que se
presenta en dicha patente consta de un alojamiento de forma anular
que está abierto en la parte inferior. El cuerno de vapor contiene
una diversidad de válvulas que se extienden hacia arriba a
distancias cada vez mayores, penetrando en el alojamiento a través
de la parte inferior abierta, para producir un desvío en sentido
descendente de la corriente de vapor que circula
circunferencialmente. El vapor desviado en sentido descendente se
dice que asciende de una forma uniforme al interior del lecho de la
empaquetadura o guarnición que se posiciona radialmente hacia
adentro desde el cuerno de vapor.
En WO 95 04580A, se muestra otro distribuidor de
vapor que consta de puertos de salida de vapor en la pared anular
interna del distribuidor para permitir la descarga interna del
vapor desde el distribuidor en situaciones separadas y
espaciadas.
Mientras que los distribuidores de vapor
convencionales pueden funcionar de manera satisfactoria en
numerosas aplicaciones, ha surgido la necesidad de un distribuidor
de vapor mejorado que pueda proporcionar una distribución más
uniforme del vapor por toda la sección transversal horizontal de
una columna de transferencia de masa o de intercambio de calor.
El objetivo primario de esta invención es
proporcionar un distribuidor de vapor que resulte efectivo para
incrementar la distribución horizontal del vapor que penetra en una
columna de transferencia de masa o de intercambio de calor, de tal
forma que se consiga una mejor interacción entre el vapor y el
líquido
Otro de los objetivos de esta invención es
proporcionar un distribuidor de vapor que tenga un diseño sencillo
que pueda instalarse fácilmente en la columna, y que siga
proporcionando una distribución horizontal uniforme que penetre en
la columna.
Para conseguir estos y otros objetos
relacionados, en un aspecto la invención va dirigida a una columna
de transferencia de masa o de intercambio de calor que conste de:
una funda que presente un volumen interno abierto y que tenga
normalmente un eje vertical central; una tobera de entrada de vapor
que atraviesa dicha funda para dirigir una corriente de vapor a
dicho volumen interno abierto en una dirección normalmente radial;
un distribuidor dentro de dicha funda que comprenda una superficie
deflectora normalmente vertical separada radialmente hacia el
interior de la tobera de entrada de aire y de la funda para cerrar
sustancialmente la parte superior e inferior del distribuidor,
teniendo dicha superficie deflectora una forma y posicionamiento, en
relación a dicha tobera de entrada de vapor, para dividir y
redirigir la corriente de vapor desde esa dirección normalmente
radial hacia las vías de caudal dirigido de forma opuesta en tomo a
una periferia interna de la funda de la columna; y unas válvulas de
guía dentro de dicha funda y posicionadas en dichas vías de flujo
de la corriente de vapor en una relación espaciada desde el
distribuidor para redirigir al menos una porción de dicha corriente
de vapor hacia dicho eje central desde dichas vías de caudal en
torno a la periferia interna de la funda de la columna para dar
lugar a una distribución más uniforme de la corriente de vapor a
través de la sección transversal horizontal de la columna.
En otro aspecto la invención se dirige a un
método para distribuir una corriente de vapor dentro de una
transferencia de masa o columna de intercambio de transferencia de
masa o de intercambio de calor que tenga una funda externa y una
tobera de entrada de vapor que atraviese dicha funda, contando
dicho método con las fases para proporcionar un distribuidor en el
interior de la funda externa de dicha columna, contando dicho
distribuidor con una superficie deflectora normalmente vertical,
espaciada radialmente e interiormente de la tobera de entrada de
vapor y de las placas inferiores más altas, extendiéndose entre la
superficie deflectora y la funda para cerrar substancialmente la
parte superior e inferior del distribuidor, introduciendo la
corriente de vapor en el distribuidor a través de la tobera de
entrada de vapor y dirigiendo la corriente de vapor contra la
superficie deflectora para dividir y redirigir la corriente de
vapor hacia las vías de caudal dirigido de foliva opuesta en tomo a
una periferia interna de la funda de la columna tal y como se
descarga desde el distribuidor, y después poner en contacto la
corriente de vapor contra las válvulas de guía espaciadas del
distribuidor en dichas vías de caudal dirigido opuestamente para
redirigir al menos una porción de dicha corriente de vapor hacia
dicho eje central desde dichas vías de caudal para dar lugar a una
distribución más uniforme de la corriente de vapor a través de la
sección transversal horizontal de la columna.
En las ilustraciones que acompañan al texto que
forman parte de la especificación, la cual debe interpretarse en
conjunción con éstas y en las cuales números de referencia iguales
para indicar las partes iguales de las diferentes vistas:
La Fig. 1 es una vista fragmentada en alzado
lateral de una columna que presenta una tobera de entrada de vapor
y un distribuidor y una zona de empaquetadura antiguos del mismo
tipo que se ilustran con las líneas discontinuas.
La Fig. 2 es una vista en planta ampliada de la
columna y del distribuidor de vapor tomada en una sección
horizontal a lo largo de la línea 2-2 de la Fig. 1
en la dirección de las flechas, la dirección del caudal de vapor a
través del distribuidor que se ilustra mediante las flechas;
La Fig. 3 es una vista en alzado lateral de la
columna y del distribuidor de vapor tomada en una sección vertical
a lo largo de la línea 3-3 de la Fig. 2 en la
dirección de las flechas;
La Fig. 4 es una vista superior en planta
fragmentada de una porción final de una incorporación alterna de un
distribuidor de vapor de tipo antiguo.
La Fig. 5 es una vista superior en planta de otra
incorporación de un distribuidor de vapor de tipo antiguo, con unas
porciones separadas para ilustrar la parte inferior abierta del
distribuidor.
La Fig. 6 es una vista fragmentada en alzado del
distribuidor de vapor que se muestra en la Fig. 5 y que se toma en
sección vertical a lo largo de la línea 6-6 de la
Fig. 5 siguiendo la dirección de las flechas;
La Fig. 7 se trata de una vista fragmentada en
alzado lateral del distribuidor de vapor que se muestra en la Fig.
5 y que se toma en la sección vertical a lo largo de la línea
7-7 de la Fig. 5 siguiendo la dirección de las
flechas, con porciones separadas para mostrar la parte inferior
abierta del distribuidor;
La Fig. 8 es una vista superior fragmentada en
planta de otra incorporación distinta de un distribuidor de tipo
antiguo, con unas porciones separadas para ilustrar detalles de las
estructuras;
La Fig. 9 se trata de una vista fragmentada en
alzado lateral del distribuidor de vapor que se muestra en la Fig.
8 y que se toma en la sección vertical a lo largo de la línea
9-9 de la Fig. 8 siguiendo la dirección de las
flechas, con porciones de una pared interna del distribuidor
separadas para objetivos de ilustración;
La Fig. 10 es una vista superior fragmentada en
planta de otra incorporación distinta de un distribuidor de vapor
de tipo antiguo, con unas porciones separadas para ilustrar
detalles de la estructura;
La Fig. 11 se trata de una vista fragmentada en
alzado lateral del distribuidor de vapor que se muestra en la Fig.
10 y que se torna a lo largo de la línea 11-11 de
la Fig. 10 siguiendo la dirección de las flechas;
La Fig. 12 es una vista superior fragmentada en
planta de otra incorporación distinta de un distribuidor de vapor
de tipo antiguo, con unas porciones separadas para ilustrar la parte
inferior abierta del distribuidor;
La Fig. 13 se trata de una vista fragmentada en
alzado lateral del distribuidor de vapor que se muestra en la Fig.
12 y que se toma en la sección vertical a lo largo de la línea
13-13 de la Fig. 12 siguiendo la dirección de las
flechas;
La Fig. 14 se trata de una vista fragmentada en
alzado del distribuidor de vapor que se muestra en la Fig. 12 y que
se toma a lo largo de la línea 14-14 de la Fig. 12
siguiendo la dirección de las flechas;
La Fig. 15 es una vista fragmentada en alzado
lateral de una columna similar a la que se muestra en la Fig. 1,
pero con una incorporación de un distribuidor de vapor de
conformidad con la presente invención;
La Fig. 16 es una vista superior en planta
ampliada de la columna que se muestra en la Fig. 15 tomada en
sección horizontal a lo largo de la línea 16-16 de
la Fig. 15 en la dirección de las flechas, indicándose la dirección
del vapor mediante flechas;
La Fig. 17 es una vista fragmentada en alzado
lateral de la columna que se muestra en la Fig. 15 tornada en
sección vertical a lo largo de la línea 17-17 de la
Fig.16 en la dirección de las flechas, y que muestra el deflector
posicionado en relación con la entrada de vapor;
La Fig. 18 es una vista fragmentada en alzado
lateral de una columna tornada en sección vertical, que muestra una
incorporación alterna de una válvula de guía; y
La Fig. 19 es una vista superior en planta de una
columna tomada en sección horizontal y que muestra una
incorporación alterna de la invención de la Fig. 15.
Si nos fijamos en las ilustraciones en mayor
detalle, de la incorporación que se ilustra en las Figs.
1-14, no forman parte de la presente invención pero
representan un trasfondo técnico útil para comprender la presente
invención. Si nos volvernos inicialmente hacia las Figs.
1-3, una columna se representa por el numeral 20. La
columna 20 consta de una funda rígida exterior 22 que es de
estructura cilíndrica y presenta un volumen interno abierto a
través del cual pueden fluir corrientes de fluido. La funda de la
columna 22 también puede ser de otras configuraciones deseadas
incluidas las que tengan una sección transversal cuadrada,
rectangular o de otro polígono. La columna 20 puede ser una columna
de transferencia de masa y/o transferencia de calor, dependiendo de
los tipos de operaciones de procesamiento químico que haya que
realizar en la columna 20.
La columna 20 incluye una zona 24 en la que las
bandejas o la empaquetadura se colocan para facilitar la
interacción entre el líquido y las corrientes de vapor que fluyen a
través del volumen interno de la columna. La empaquetadura puede
ser una empaquetadura arbitraria o estructurada y se pueden
disponer muchas zonas de dicha empaquetadura y/o bandejas. Se
apreciará que la columna 20 puede llevar calderas, líneas de
reflujo y otros componentes que son necesarios o se desean para el
procesamiento químico concreto que se está desarrollando dentro de
la columna.
La columna 20 también consta de un cuerno o
distribuidor de vapor 26 construido para facilitar una distribución
más uniforme de vapor a medida que va ascendiendo en su fluencia y
penetra en la zona de empaquetadura 24. Se apreciará que el líquido
puede estar y siempre está asociado al vapor, y el uso del término
"vapor" se hace para encompasar (circundar) la presencia de
líquido. El distribuidor de vapor 26 está posicionado en un plano
bajo las bandejas o la empaquetadura de la zona 24 y se encuentra
en comunicación con una tobera de entrada radial 28 que atraviesa
la funda de la columna 22 para permitir la introducción de vapor en
el interior de la columna 20 en una dirección normalmente
perpendicular a la funda de la columna. Tal y como se puede ver en
mejores condiciones de la Fig. 2, el distribuidor 26 consta de una
pared interior anular 30 que está espaciada radialmente hacia
adentro a partir de la funda de la columna 22 en el mismo plano
horizontal que la tobera de entrada 28. La pared anular 30 y la
funda de la columna 22 de los lados de una cámara anular impelente
32 que proporciona una vía de flujo de vapor en torno a la
circunferencia interna de la funda de la columna 22.
Como se muestra en la Fig. 3, la cámara impelente
32 suele ser, por regla general, rectilínea, quedando cerrada por
la parte superior por una placa superior de forma anular 34, que se
extiende horizontalmente entre la pared anular interna 30 y la
funda de la columna 22. Una placa inferior con forma anular 36
cierra la parte inferior de la cámara impelente 32 y de la misma
manera se extiende entre la pared anular interna 30 y la funda de
la columna 22. Las placas superior e inferior 34 y 36 van sujetas a
la pared anular interna 30 de una forma adecuada, como puede ser
mediante soldadura y se pueden fijar a la superficie interna de la
funda de la columna 22 de una forma similar. La pared anular
interna 30 y las placas 34 y 36 se pueden construir de diferentes
materiales adecuados que sean lo suficientemente rígidos como para
resistir las presiones ejercidas por la corriente de vapor que
fluye por la cámara impelente 32. El material seleccionado también
deberá ser compatible y resistente a la degradación por el vapor y
el líquido que se encuentre dentro de la columna 20.
Volviendo a la Fig. 2, la pared anular interna 30
consta de una diversidad de segmentos que se extienden
circunferencialmente 38a, 38b y 38c escalonadas para formar puertos
de salida 40 a lo largo de la circunferencia de la pared anular 30.
Cada puerto de salida 40 permite que una porción de la corriente de
vapor que fluye a la cámara impelente 32 sea dirigida a través del
puerto de salida 40 y a la zona abierta de la columna 20 situada
radialmente hacia el interior de desde la pared anular 30. El uso
de varios puertos de saluda 40 permite que la corriente de vapor
que va a la cámara impelente 32 se divida en un número menor de
corrientes individuales que se dirigen desde la cámara impelente a
lugares apartados espacialmente. La división de la corriente de
vapor de esta manera permite la mezcla turbulenta de las corrientes
de vapor en la zona abierta, la cual, a su vez, presenta una
distribución más uniforme del vapor por la sección transversal de
la columna 20 que podría lograrse si simplemente se permitiera el
paso del vapor a la columna interior directamente desde la tobera
de entrada de vapor 28.
Los segmentos anulares de la pared interna 38a,
38b y 38c suelen ser normalmente concéntricos con la funda de la
columna 22 pero se compensa radialmente desde el segmento
adyacente, de forma que la anchura de la cámara. impelente 32 va
haciéndose progresivamente más restrictiva en la dirección del
flujo de la corriente de vapor. El segmento de pared 38a está
ubicado en la tobera de entrada de vapor 28 y sirve para dividir la
corriente de vapor que entra en la columna 20 a través de la tobera
28 en dos corrientes que fluyen circunferencialmente en direcciones
opuestas dentro de la cámara impelente 32. Los segmentos de pared
38b situados adyacentes y corriente abajo desde el segmento 38a de
la pared se espacian radialmente hacia afuera desde el segmento de
pared 38a, superponiéndose los extremos del mismo para formar los
lados de los puertos de salida 40. De forma similar los segmentos de
pared 38c se superponen a los extremos de los segmentos de pared
38b espaciándose más cerca de la funda de la columna 22 que los
segmentos de pared 38b.
En el extremo corriente abajo de los segmentos de
pared 38c, los puertos de salida 40 se forman espaciando los
segmentos de pared 38c y la funda de columna 22. El extremo
corriente debajo de los segmentos de pared 38c y los
correspondientes puertos de salida 40 están localizados
aproximadamente a 180° de la tobera de entrada de vapor 28, aunque
son posibles otras ubicaciones y podrían ser preferibles en algunas
aplicaciones. Se monta un deflector 42 en la funda de la columna 22
en una porción entre los puertos de salida 40 en el extremo
corriente abajo de los segmentos de pared 38c de forma que la
descarga de vapor de dichos puertos se deriva radialmente y hacia
el interior. Aunque el deflector 42 se muestra como que es de
estructura plana, se apreciará que se pueden disponer superficies
curvilíneas si así se desea. Además, los extremos corriente abajo
de los segmentos de pared 38c podrían estallar radialmente y hacia
el interior para aumentar la superficie transversal de los puertos
de salida asociados 40 tal y como se muestran en la Fig. 4.
Puesto que la anchura de los puertos de salida 40
se corresponde con el espaciamiento radial de los segmentos de
pared 38a, 38b y 38c, al parecer la cantidad de vapor que pasa a
través de cada puerto 40 puede establecerse previamente
posicionando los segmentos de pared en las situaciones radiales
deseadas. Preferiblemente, cada puerto 40 tiene aproximadamente la
misma superficie transversal de forma que la corriente de vapor que
pasa por el interior de la cámara impelente 32 se divide de forma
uniforme entre los puertos de salida 40 y la velocidad de la
corriente de vapor que sale de dicho puerto de salida 40 es
substancialmente la misma. Se puede apreciar que dividiendo la
corriente de vapor de esta forma se permite el acceso al volumen
interior abierto de la columna 20 de una forma más uniforme. El
número de puertos de salida 40 puede variar también del que se
indica aumentando o disminuyendo el número de segmentos de la pared
anular interna 30. En términos generales, aumentando el número de
puertos de salida 40 se produce una distribución más uniforme de la
corriente de vapor en el interior de la columna. La cantidad de
vapor que sale de cada puerto 40 puede igualmente controlarse
variando la distancia de superposición de los segmentos de pared
38a, 38b y 38c en cada puerto 40.
Los puertos de salida 40 descargan las corrientes
múltiples de vapor en una dirección circunferencial dentro del
plano horizontal común. Si se desea, puede posicionarse un
deflector curvado 44 dentro de la porción de la corriente de
descarga de vapor adyacente a uno o más puertos de salida 40 para
derivar una porción de la corriente a una dirección de flujo
diferente e incrementar la distribución del vapor. No obstante, en
numerosas aplicaciones, se puede lograr una distribución de vapor
suficiente sin usar los deflectores 44.
Se puede ver inmediatamente que el distribuidor
de vapor 26 sirve para distribuir la corriente de vapor que penetra
en la columna 20. En un proceso conforme a la presente invención,
una corriente de vapor penetra en la columna 20 a través de una
tobera de entrada de vapor 28, penetrando en la cámara impelente
del distribuidor de vapor 32. La corriente de vapor fluye en la
cámara impelente 32 en tomo a la periferia interna de la columna 20
y se divide en una pluralidad de corrientes más pequeñas que se
distribuyen en el interior de la columna mediante puertos de salida
40. Las corrientes de vapor distribuidas ascienden entonces al
volumen interior abierto de la columna 20 y penetran en la zona de
empaquetadura o guarnición 24 posicionada por encima del
distribuidor de vapor 26. El vapor que penetra en la zona
empaquetadura 24 se encuentra e interactúa con una corriente de
líquido que se ha introducido en la columna en una posición sobre
la zona de empaquetadura. Es notable que puesto que el vapor que
penetra en la zona de empaquetadura 24 se ha distribuido de forma
uniforme por la sección transversal horizontal de la columna 20, la
interacción entre el vapor y el líquido en la zona de empaquetadura
se ve enormemente facilitada, especialmente en las posiciones
inferiores de la empaquetadura.
Se puede apreciar que se pueden hacer otras
modificaciones de los distribuidores de vapor anteriormente
descritos. Salvo en un ejemplo, la placa inferior con forma anular
puede quitarse de las incorporaciones descritas del distribuidor de
vapor. De esta forma se permite que fluyan porciones de la
corriente de vapor en sentido descendente, saliendo de la cámara
impelente y pasando por la parte inferior abierta, mientras que el
resto de las porciones fluyen radialmente hacia el interior pasando
por los puertos de salida de la pared anular interna del
distribuidor de vapor.
Se ilustran otras incorporaciones del
distribuidor de vapor de tipos anteriores en las Figs.
5-14, en las que se utilizan los mismos numerales
de referencia precedidos por el prefijo "1" para designar los
componentes que se han descrito anteriormente.
Volviendo en primer lugar a la Fig. 5, se designa
una incorporación alterna de una columna con el numeral 120. La
columna 120 es diferente de la columna 20 en un aspecto, utilizando
una entrada de vapor tangencial 128 en vez de la tobera de entrada
radial 28 utilizada con la columna 20. Puesto que la corriente de
vapor penetra en la cámara impelente 132 de forma tangencial a la
funda de la columna 122, no se divide en dos corrientes que fluyan
en sentidos opuestos, como es el caso de la columna 20. Por el
contrario, la cámara impelente 132 transporta la corriente de vapor
en una sola dirección en torno a la periferia interna de la funda
de la columna 122.
La cámara impelente 132 de la columna 120 se
extiende sustancialmente 360° en torno a la periferia interna de la
funda de la columna 122. Aunque el segmento de pared anular interna
inicial 138a adyacente a la tobera de entrada de vapor 128 se
muestra en la ilustración que tiene una estructura plana, podría
tener de forma alternativa una configuración curvilínea.
Los distribuidores 126 difieren de los
anteriormente descritos en que tienen una parte inferior al menos
parcialmente abierta a través de la cual se descarga todo el vapor.
Se obtiene una descarga uniforme del vapor a través de la parte
inferior abierta del distribuidor 126 disponiendo dentro del dentro
del distribuidor un conducto o canal de flujo 142 que tenga una
superficie o área transversal en la dirección del flujo de vapor. A
medida que se van descargando porciones de vapor a través de la
parte inferior del distribuidor 126, la zona en disminución del
canal de flujo 142 sirve para mantener el vapor que queda dentro
del canal de flujo a la presión deseada. Manteniendo de esta manera
la presión deseada en la corriente de vapor, la cantidad de vapor
descargada en la longitud anular del distribuidor queda.
sustancialmente uniforme y, con el resultado de una distribución
más uniforme de la corriente de vapor que pasa por la sección
transversal horizontal de la columna 120.
El canal de flujo 142 puede ser cuadrado,
rectilíneo, poligonal, redondo u oval en la sección transversal
vertical. Tal y como se ilustra en las Figs. 5-14,
el canal de flujo anular 142 es rectilíneo en la sección
transversal y se define por la placa superior 134, con una pared
anular interna 130 y la funda de columna 122. Aunque se muestra con
la parte inferior totalmente abierta, se apreciará que el canal de
flujo 142 puede cerrarse parcialmente en la parte inferior si así
se desea.
La sección transversal decreciente del canal de
flujo 142 se consigue colocando la pared anular interna 130 más
cerca de la funda de columna 122 en la dirección del flujo de
vapor. En cada una de las incorporaciones que se muestran en las
Figs. 5-14, se segmenta la pared anular interna 130
con los segmentos que son concéntricos con la funda de la columna
122 y se coloca progresivamente más cerca de la funda 122 en la
dirección del flujo de vapor. La superficie transversal del
distribuidor 126 se ve reducida así de una forma escalonada en la
dirección del flujo de vapor. El número de segmentos de pared
utilizados puede modificarse según se desee. De forma alternativa,
la pared anular interna 130 puede extenderse en una curva continua
de forma que el estrechamiento del canal de flujo 142 sea continuo
más que escalonado.
Cuando la pared anular interna 130 está formada
por segmentos concéntricos al igual que los distribuidores que se
muestran en las Figs. 5-14, se coloca una pared
deflectora vertical 144 en el extremo descendente de cada segmento
de pared anular interna y se conecta con el extremo ascendente del
siguiente segmento de pared anular interno. También se posiciona
otra pared deflectora 144a en el extremo descendente del segmento
de pared anular final y se une a la funda de columna 122 para
cerrar el extremo del canal de flujo de vapor 142.
Las paredes deflectoras 144 no sólo forman la
transición entre los segmentos de la pared anular interna 130, sino
que también sirven para interrumpir y desviar el caudal de dicha
porción de la corriente de vapor que viaja en el canal de flujo 142
adyacente a la pared anular interna 130. El desvío de la corriente
de vapor de esta manera produce un incremento en la turbulencia y en
la mezcla resultante de la corriente completa de vapor que fluye
por el interior del canal de flujo 142. También se encauza
directamente una porción de la corriente de vapor desviada para que
salga de la parte inferior abierta del distribuidor 126 por las
paredes del deflector 144. Así pues la corriente de vapor se
descarga desde el distribuidor 126 tanto por el incremento de la
resistencia de caudal a medida que va desplazándose a través del
canal de flujo restringente 142, como por las paredes del deflector
144 que interrumpen el flujo de porciones de la corriente de
vapor.
Las paredes del deflector 144 se pueden orientar
en diversas direcciones dependiendo del patrón concreto de flujo
deseado. Tal y como se muestra en las Figs. 5-7,
cada pared de deflector 144 puede posicionarse para que quede
colocada a lo largo de una línea radial. Las paredes radiales del
deflector 144 se extienden de esta forma perpendicularmente a la
pared anular interna, y paralelas al eje vertical de la columna
120.
De forma alternativa, tal y como se muestra en
las Figs. 8 y 9, las paredes radiales del deflector 144 pueden
estar inclinadas formando un ángulo con el eje vertical de la
columna 120 en la dirección de flujo de la corriente de vapor. Esta
inclinación de las paredes del deflector 144 aumenta la desviación
descendente de la corriente de vapor en comparación con las paredes
del deflector orientadas verticalmente 144, y encauza de una forma
más eficiente las porciones de la corriente de vapor en sentido
descendente, para que salgan de la parte inferior del distribuidor
126. Se percibirá que el ángulo de inclinación puede ser diferente
del que se ilustra y aún así pertenecer al ámbito contemplado en la
invención.
En las Figs. 10 y 11 se muestra otra variación en
la orientación de las paredes del deflector 144, en las que estas
paredes del deflector están verticales, pero forman un ángulo con
respecto a la línea radial del radio de la columna 120. Las paredes
anguladas del deflector 144 proporcionan una transición menos
brusca entre los segmentos de la pared anular interna 130 en
comparación con las paredes radiales del deflector, resultando
menos perjudicial para el caudal de la corriente de vapor. Como
resultado, la corriente de vapor se encauza preferentemente en
sentido radial hacia fuera más que hacia adentro.
En las Figs. 12-14, se presenta
otra variación de la orientación de las paredes del deflector 144
extendiéndose en un ángulo hacia el eje vertical y la línea radial
de la columna. Las paredes del deflector que forman un ángulo 144,
sirven entonces para encauzar preferentemente porciones de la
corriente de vapor en sentido descendente y radialmente, hacia el
exterior al mismo tiempo.
Los distribuidores 126 que se muestran en las
Figs. 5-14 pueden operarse de una forma similar a
los distribuidores anteriormente descritos para producir una
distribución uniforme de una corriente de vapor que penetra en la
columna 120 a través de la tobera de entrada 128. Para permitir que
el índice volumétrico de caudal que sale de la parte inferior
abierta del distribuidor 126 permanezca sustancialmente uniforme en
toda la longitud del distribuidor, la cantidad por la que el área
del canal de flujo 142 reduce su longitud se selecciona junto con
los índices volumétricos de flujo, la presión y temperatura del
vapor de entrada, la gravedad específica del vapor, y la longitud
del canal de flujo.
El diferencial de presión entre el vapor que pasa
por el distribuidor 126 y por las áreas adyacentes de la columna
120, hace que porciones de la corriente de vapor fluyan hacia el
exterior de la parte inferior del distribuidor. Reduciendo el área
disponible en el interior del distribuidor 126 para el flujo de la
corriente de vapor según va viajando por el canal de flujo 142, se
mantiene un diferencial de presión más controlado en toda la
longitud del distribuidor. El resultado es entonces una descarga
más uniforme de la corriente de vapor a lo largo de la longitud
anular del distribuidor, distribuyéndose la corriente de vapor
descargado de una forma más uniforme por la sección transversal
horizontal de la columna 120 antes de penetrar en la empaquetadura
superpuesta.
La presente invención se ilustra en las
Figs.15-18, donde los números de referencia con el
prefijo "2" se utilizan para designar componentes similares a
los descritos anteriormente. Una columna 220 incorpora un
distribuidor 226 que se extiende sólo en torno a una porción menor
del radio o periferia internos de una funda 222 de la columna 220.
El distribuidor 226 incluye una superficie deflectora 230 que se
posiciona radialmente y hacia el interior en la tobera de entrada
del vapor 228 de tal forma que la corriente de vapor dirigida
radialmente y que penetra en la columna a través de la tobera se
ponga en contacto con la superficie deflectora. La superficie
deflectora 230 tiene una forma y posición para dividir la corriente
de vapor y redirigirla hacia unas vías de flujo dirigidas
opuestamente en torno a la periferia interna de la funda de la
columna 222. La superficie deflectora 230 tiene preferiblemente una
folina de V cuando se observa desde arriba para presentar dos
superficies normalmente verticales de repercusión 230a y 230b que
se oponen la una de la otra y que interseccionan a lo largo de una
línea vertical cerca de la tobera 228. El ángulo incluido formado
por las superficies de repercusión en intersección 230a y 230b
puede variarse según se desee. En términos generales, el ángulo
incluido variará de 30° a 180°, y más probablemente, de
aproximadamente 90° a 150°. A modo alternativo, la superficie
deflectora 230 puede estar formada por más de dos superficies planas
de repercusión o una superficie arqueada o curvilínea convexa hacia
el exterior. La superficie deflectora 230 puede estar igualmente
inclinada hacia abajo formando un ángulo con la vertical de manera
que la corriente de vapor se desvíe en un ángulo hacia abajo
mientras que se está desviando de forma circunferencial. El ángulo
de deflexión puede variarse según se desee, corno entre un ángulo
de 0° y aproximadamente 30°, y, más preferiblemente, entre
aproximadamente 0° y 15°.
El distribuidor 226 también lleva una placa
superior 234 y una placa inferior 236 que se extienden entre la
superficie deflectora 230 y la funda 222 para cerrar completamente,
o, al menos, sustancialmente la parte superior e inferior del
distribuidor. Una o ambas placas, la placa superior 234 y la placa
inferior 236, pueden extenderse por regla general en el eje
horizontal o bien pueden inclinarse hacia abajo desde una línea
central radial para presentar porciones opuestas en pendiente hacia
abajo en la dirección de la descarga de vapor desde el distribuidor
226. Preferiblemente las placas superior e inferior están
inclinadas hacia abajo desde la línea central radial en el mismo
ángulo, pudiendo variar dicho ángulo entre 0° y 30°
aproximadamente, y, lo ideal es que sea aproximadamente 10°. Los
laterales del distribuidor 226 permanecen abiertos para permitir la
descarga de la corriente de vapor en vías de flujo dirigidas en
sentido opuesto en tomo a la periferia interna de la funda de la
columna 222. En determinadas aplicaciones, pueden omitirse la placa
inferior 236 y/o la placa superior 234. No obstante, más típico es
que sólo se omita la placa inferior 236.
El distribuidor 226 está posicionado para
recubrir la tobera de entrada 228, y dimensionado para se prolongue
en una porción de la periferia de la funda 222. La dimensión
periférica del distribuidor 226 puede variar desde aproximadamente
la anchura de la tobera 228 hasta algo menos de la circunferencia
de la funda 222.Lo deseable es que la dimensión periférica del
distribuidor 226 sea inferior a una mitad de circunferencia de la
funda, y que preferiblemente sea inferior que un cuarto de la
circunferencia.
Las válvulas de guía 242 que pueden ser similares
al deflector 42 anteriormente descrito se posicionan en ubicaciones
circunferencialmente espaciadas del distribuidor 226. Las válvulas
de guía 242 están ubicadas dentro de la vía de flujo de la
corriente de vapor descargada del distribuidor 226, siendo
deseablemente de una altura vertical tal que los extremos superior
e inferior de al menos una válvula de cada vía de flujo se
encuentren en planos horizontales por encima de los extremos
superiores e inferiores respectivamente, del distribuidor 226.
También puede posicionarse más de una válvula de guía 242 dentro de
cada vía de flujo. Si se utilizan varias válvulas de guía, éstas
deberán ser de dimensiones progresivamente superiores en la
dirección corriente abajo. También se puede variar la forma de las
válvulas de guía 242 según se desee. En la incorporación que se
ilustra, las válvulas de guía son generalmente planas, y van
radialmente alineadas. Las válvulas de guía 242 también podrían ser
arqueadas o curvilíneas o de cualquier forma adecuada para
redirigir la corriente de vapor hacia el eje vertical central de la
columna. Las válvulas de guía 242 no necesitan ir alineadas
radialmente, pero podrían ir basculadas o anguladas como las paredes
del deflector 144 anteriormente descritas. Además, las válvulas de
guía 242 pueden posicionarse contra una superficie interna de dicha
funda de columna 222 para bloquear el flujo de la corriente de
vapor en la periferia interna de la funda entre las válvulas de
guía y la superficie interna. De forma alternativa, las válvulas de
guía 242 pueden estar espaciadas de la superficie interna de dicha
funda 222 tal y como se muestra en la Fig. 18 para permitir que una
porción de dicha corriente de vapor fluya entre la válvula de guía
espaciada y la superficie interna de la funda 222. Se podrá
apreciar que la anchura de las válvulas de guía 242 de la dirección
radial puede modificarse según se desee.
La colocación circunferencial de las válvulas de
guía 242 se puede seleccionar según se desee para cada aplicación
concreta. Es deseable que las válvulas de guía 242 de las vías de
flujo dirigidas en sentidos opuestos se coloquen en puntos
equidistantes del distribuidor 226. Se ha hallado que se puede
lograr una distribución uniforme de la corriente de vapor por la
sección transversal horizontal de la columna colocando las válvulas
de guía 242 en posiciones opuestas a 180° la una de la otra, y
equidistantes del distribuidor 226. Son posibles otras posiciones
adecuadas, entrando igualmente dentro del ámbito de la
invención.
Mientras está en funcionamiento, el distribuidor
226 marcha de una forma similar al distribuidor 226 anteriormente
descrito, salvo que la corriente de vapor tiene libertad de flujo a
una distancia mucho mayor en torno a la periferia interna de la
funda 222, sin restricciones por el distribuidor 226.
Se apreciará que se puede utilizar más de una
tobera de entrada de vapor 228 en la columna. Esta disposición se
presenta en la Fig. 19 en la que se ilustran dos toberas de entrada
228 y dos distribuidores asociados 226. Las toberas de entrada 228
se posicionan directamente la una frente a la otra, pero se pueden
colocar más juntas si así se desea. Una o más de las válvulas de
guía 242 se posicionan en el medio entre los distribuidores
opuestos 226 para derivar las corrientes de vapor circunferencia
hacia el eje central vertical de la columna. En la incorporación
que se ilustra, se posicionan dos válvulas de guía 242 en la funda
222 en las dos direcciones circunferenciales, en dos puntos
equidistantes el uno del otro y el distribuidor adyacente 226. Este
espaciamiento, además del número de válvulas de guía 242, puede
modificarse según se desee.
De lo anterior se puede ver que esta invención
está muy bien adaptada para lograr todos los fines y objetivos que
se explican aquí arriba junto con otras ventajas inherentes a la
estructura.
Puesto que se pueden realizar numerosas
incorporaciones de la invención sin apartarse del entorno de las
reivindicaciones que se adjuntan en apéndices, debe entenderse que
todo material presentado en la presente o mostrado en los gráficos
que se acompañan, deberá interpretarse como ilustrativo y sin
sentido limitador alguno.
Claims (15)
1. Una columna de transferencia de masa o de
intercambio de calor (220) que consta de una funda (222) que
presenta un volumen interno abierto y que tiene un eje central
normalmente vertical; una tobera de entrada de vapor (228) que se
extiende a través de dicha funda para dirigir una corriente de
vapor hasta dicho volumen interno en una dirección generalmente
radial; un distribuidor (226) que consta de una superficie
deflectora por regla general vertical (230) en el interior de dicha
funda y espaciada radialmente hacia el interior desde dicha tobera
de entrada de vapor para redirigir la corriente de vapor de dicha
dirección generalmente radial hasta una vía de flujo dirigida en
tomo a una periferia interna de la funda de la columna, incluyendo
una placa superior (234) que se extiende entre la superficie
deflectora y la funda para bloquear substancialmente el desvío en
sentido vertical de la corriente de vapor caracterizada por
dicho distribuidor que se extienda entonces menos de una mitad de
una circunferencia interna de la funda, además de por una válvula
de guía (242) que se extiende hacia el interior desde dicha funda y
que está espaciada circunferencialmente de dicha válvula de guía
del distribuidor, posicionada en dicha vía de flujo de corriente de
vapor para redirigir al menos una porción de dicha corriente de
vapor hacia dicho eje central desde dicha vía de flujo en tomo a la
periferia interna de la funda de la columna para producir una
distribución más uniforme de la corriente de vapor a través de la
sección transversal horizontal de la columna.
2. La columna que se especifica en la
Reivindicación 1, en la que dicho distribuidor se extiende en menos
de un aproximadamente cuarto de la circunferencia interna de la
funda.
3. La columna que se especifica en la
Reivindicación 1, en el que dicha superficie deflectora se divide y
redirige dicha corriente de vapor en dos vías de flujo dirigidas en
sentidos opuestos en torno a la periferia interna de la funda de la
columna.
4. La columna que se especifica en la
Reivindicación 3, incluyendo una segunda válvula de guía que se
extiende interiormente desde la funda en una relación de
espaciamiento circunferencial desde el distribuidor, estando una de
dichas válvulas de guía posicionada en cada una de dichas vías de
flujo dirigidas en sentido opuesto para redirigir dicha corriente
de vapor hacia dicho eje central desde dichas vías de flujo
dirigidas en sentido opuesto en tomo a la periferia interna de la
funda de columna para producir dicha distribución más uniforme de
la corriente de vapor en tomo a la sección transversal horizontal
de la columna.
5. La columna que se especifica en la
Reivindicación 4, incluye más de una válvula de guía dentro de cada
una de dichas vías de flujo dirigidas en sentido opuesto.
6. La columna que se especifica en la
Reivindicación 4, en la que dicha válvula de guía mencionada en
primer lugar y dicha segunda válvula de guía se posicionan
aproximadamente a distancias iguales desde dicho distribuidor.
7. La columna que se especifica en la
Reivindicación 4, en la que dichas válvulas de guía están curvadas
por regla general.
8. La columna que se especifica en la
Reivindicación 4, en las que dichas válvulas de guía tienen una
altura superior a la dimensión correspondiente de la superficie
deflectora.
9. La columna que se especifica en la
Reivindicación 8, en la que al menos una de dichas válvulas de guía
está espaciada de una superficie interna de dicha funda para
permitir una porción de dicha corriente de vapor para que fluya
entre la válvula de guía espaciada y la superficie interna.
10. La columna que se especifica en la
Reivindicación 4, en la que dichas válvulas de guía suelen ser, por
regla general, planas.
11. La columna que se especifica en la
Reivindicación 10, en la que dichas válvulas de guía están
radialmente alineadas.
12. La columna que se especifica en la
Reivindicación 4, que consta de una placa inferior (236) que se
extiende entre la superficie deflectora y la funda para cerrar
substancialmente la parte inferior del distribuidor.
13. Un método para distribuir una corriente de
vapor dentro de una columna de transferencia de masa o de
intercambio de calor (220) con una funda externa (222) y una tobera
de entrada de vapor (228) que se extiende a través de dicha funda,
contando dicha columna con un distribuidor (226) en el interior de
la funda externa de dicha columna y que consta de una superficie
deflectora por regla general horizontal (230) espaciada radialmente
hacia el interior desde la tobera de entrada de vapor y la placa
superior (234) que se extiende entre la superficie deflectora y la
funda para cerrar substancialmente la parte superior del
distribuidor, en el que dicho distribuidor se extiende hasta menos
de la mitad de una circunferencia interna de la funda, incluyendo
además dicha columna unas válvulas de guía (242) que se extienden
hacia el interior de la funda de la columna y están espaciadas
circunferencialmente del distribuidor, contando dicha método con
las fases para introducir la corriente de vapor en el distribuidor
a través de la tobera de entrada de vapor y que dirige la corriente
de vapor contra la superficie deflectora para dividir y redirigir
la corriente de vapor a vías de flujo dirigidas en sentidos
opuestos, descargando la corriente de vapor dividida y redirigida
desde el distribuidor en torno a la circunferencia interna de la
funda, y entrando en contacto la corriente de vapor de descarga
después con las válvulas de guía para redirigir al menos una
porción de dicha corriente de vapor hacia el eje central de la
columna desde dichas vías de flujo para producir una distribución
más uniforme de la corriente de vapor a través de una sección
transversal horizontal de la columna.
14. El método especificado en la Reivindicación
13, en el que se incluye el contacto de la corriente de vapor con
más de una válvula de guía en dicha vía de flujo dirigido en sentido
opuesto.
15. El método especificado en la Reivindicación
13, en el que dicho distribuidor se extiende hasta menos de
aproximadamente un cuarto de la circunferencia interna de la
funda.
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