ES2221098T3 - Sistema de intercambio de calor para reactor. - Google Patents
Sistema de intercambio de calor para reactor.Info
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Abstract
EN UN REACTOR DEL TIPO QUE CONSTA DE UN RECIPIENTE (12), UN AGITADOR (14) PARA AGITAR LOS CONTENIDOS DEL RECIPIENTE (12), Y UN SISTEMA DE INTERCAMBIO DE CALOR (16) DENTRO DEL RECIPIENTE (12), LA MEJORA EN EL SISTEMA DE INTERCAMBIO DE CALOR (16) INCLUYE: UN PRIMER CABEZAL SUSTANCIALMENTE ANULAR (42) QUE INCLUYE TUBERIA; UN SEGUNDO CABEZAL SUSTANCIALMENTE ANULAR (44) QUE INCLUYE TUBERIA Y ESTA ESPACIADO DEL PRIMER CABEZAL (42); UN TERCER CABEZAL SUSTANCIALMENTE ANULAR (46) QUE INCLUYE TUBERIA Y ESTA ESPACIADO DEL PRIMER CABEZAL (42) Y ADYACENTE AL SEGUNDO CABEZAL (44); UN PRIMER CONJUNTO DE TUBOS (50) QUE SE EXTIENDEN ENTRE EL PRIMER CABEZAL (42) Y EL SEGUNDO CABEZAL (44) CONECTANDOLOS; Y UN SEGUNDO CONJUNTO DE TUBOS (52) QUE SE EXTIENDEN ENTRE EL PRIMER CABEZAL (42) Y EL TERCER CABEZAL (46) CONECTANDOLOS.
Description
Sistema de intercambio de calor para reactor.
Esta invención está relacionada con un sistema de
intercambio de calor en un reactor tal como un reactor de
polimerización.
Algunas reacciones de polimerización generan una
cantidad considerable de calor. Los sistemas de intercambio de calor
tienen que ser colocados en el reactor para refrigerar el contenido
del reactor. Un sistema de intercambio de calor de la técnica
anterior comprende unos cabezales superior e inferior y una
pluralidad de tubos que se extienden entre los cabezales
interconectando los mismos. Un agitador de flujo axial o
parcialmente axial con impulsores genera un patrón de flujo
vertical. Puede ser en sentido hacia abajo hasta el fondo del
reactor en el que el patrón del flujo retorna y circula hacia arriba
fuera de los impulsores. Parte del flujo se encuentra entre los
tubos y la pared del reactor, y parte se encuentra entre los
impulsores y los tubos. Se observa la existencia de puntos muertos
con poco o ningún flujo entre los tubos. Esto enfría el contenido
del reactor excesivamente en estas áreas, conduciendo a unas
viscosidades altas no deseables de ciertas partes del producto final
y un consecuente efecto adverso sobre la homogeneidad del producto
final. Esto conduce también a una deficiente transferencia de calor
entre el refrigerante en los tubos y la disolución del polímero.
Adicionalmente, estos puntos muertos representan áreas en las que la
mezcla o combinación de los contenidos del reactor queda
inhabilitada, y por tanto no se produce la mezcla global de los
reactivos dentro del reactor.
Es por tanto un objeto de la invención el
proporcionar un sistema de intercambio de calor mejorado para un
reactor, que consigue unos patrones de flujo mejorados, más
transferencia de calor, así como también una transferencia de calor
más uniforme.
Es un objeto adicional de la invención el
proporcionar un reactor que tenga un sistema de intercambio de calor
mejorado, en el que el sistema de intercambio de calor mejorado
permita una velocidad mejorada del fluido alrededor de los tubos de
intercambio de calor y una distribución más uniforme de los
reactivos, para producir una mezcla mejorada y unas reacciones más
rápidas o bien la mezcla dentro del reactor.
El objeto anterior se lleva a cabo mediante un
sistema de intercambio de calor mejorado en un reactor del tipo que
tiene una vasija y un agitador para agitar los contenidos de la
vasija, en la que el sistema de intercambio de calor comprende: un
primer cabezal substancialmente anular que comprende una tubería; un
segundo cabezal substancialmente anular que comprende tuberías y que
está separado del primer cabezal; un tercer cabezal substancialmente
anular que comprende tuberías y que está separado del primer
cabezal, y adyacente al segundo cabezal; un primer conjunto de tubos
que se extienden entre el primer cabezal y el segundo cabezal,
interconectando los mismos; y un segundo conjunto de tubos que se
extienden entre el primer cabezal y el tercer cabezal
interconectando los mismos.
De acuerdo con una realización preferida, se
encuentra provisto también un cuarto cabezal situado entre el
primer y el segundo conjunto de tubos, y adyacente al segundo y
tercer cabezales. Se extiende un tercer conjunto de tubos entre el
cuarto cabezal y el primer cabezal interconectando los mismos.
La invención reduce o elimina el problema de los
puntos muertos alrededor de los tubos interiores entre los tubos
externos y externos. Se evita la excesiva refrigeración de áreas
estancadas, generándose un producto más homogéneo, y obteniéndose
una mayor extracción de calor.
La figura 1 es una vista en sección transversal
de un reactor que tiene un sistema de intercambio de calor de
acuerdo con una primera realización de la invención.
La figura 2 es una vista en sección transversal
del reactor de la figura 1 según se observa a lo largo de la línea
2-2.
La figura 3 es una vista del reactor de la figura
1, según se observa a lo largo de la línea 3-3.
La figura 4 es una vista en sección transversal
de un reactor que tiene un sistema de intercambio de calor de
acuerdo con una segunda realización de la invención.
La figura 5 es una vista en sección transversal
del reactor de la figura 4 según se observa a lo largo de la línea
5-5.
La figura 6 es una vista del reactor de la figura
4, según se observa a lo largo de la línea 6-6.
Con referencia a la figura 1, se muestra un
reactor 10, el cual comprende una vasija 12, una agitador 14, y un
sistema de intercambio de calor 16. Este reactor expuesto en
particular se aplica para el uso de la polimerización del estireno y
butadieno. No obstante, la invención es aplicable a otras reacciones
que precisen de una refrigeración o calentamiento mediante un
sistema de intercambio de calor.
La vasija 12 tiene un eje longitudinal 18 que
está orientado verticalmente. La vasija 12 tiene además las entradas
20, 22, 24, 26 y 28 en su extremo superior 30 y una salida 32 en su
extremo inferior 34. El disolvente, el agente de acoplamiento, el
estireno, el iniciador y el butadieno pueden ser introducidos en la
vasija 12 a través de las entradas 20, 22, 24, 26 y 28,
respectivamente. El producto, copolímero de
estireno-butadieno en disolución, es extraído de la
vasija 12 a través de la salida 32.
El agitador 14 comprende un eje 36, el cual está
alineado con un eje longitudinal 18, y tres impulsores 38. Si se
desea, podrían utilizarse un numero menor o mayor de impulsores. El
agitador 14 es preferiblemente un agitador de flujo axial o
parcialmente axial, accionado por un motor 40 en 30 a 350 r.p.m.,
cuyas revoluciones podrían ser mayores o menores según la viscosidad
variable de la disolución del polímero.
El sistema de intercambio de calor 16 comprende:
un cabezal superior substancialmente anular 42 que comprende
tuberías; un cabezal inferior substancialmente anular 44, que
comprende tuberías y separado del cabezal 42; un cabezal 46
inferior substancialmente anular, que comprende tuberías y que está
separado del cabezal 42 y adyacente al cabezal 44; un cabezal
intermedio 48 que comprende tuberías y siendo adyacente aunque
desplazado verticalmente con respecto y por encima de los cabezales
44 y 46; un conjunto de tubos 50 que se extienden entre el cabezal
42 y el cabezal 44 interconectando los mismos; un conjunto de tubos
52 que se extienden entre el cabezal 42 y el cabezal 46
interconectando los mismos; y un conjunto de tubos 54 que se
extienden entre el cabezal 42 y el cabezal 48 interconectando los
mismos. El cabezal 42 rodea el eje longitudinal 18 una posición
próxima al extremo superior 30, y los cabezales 44, 46 y 48 que
rodean el eje longitudinal 18 en las posiciones próximas al extremo
inferior 34. Los tubos 50 comprenden dos filas de tubos en las que
los tubos de cada fila se encuentran separados anularmente. De forma
similar, los tubos 52 comprenden dos filas de tubos, en donde los
tubos de cada fila están separados anularmente. Los tubos 54
comprenden una fila de tubos separados anularmente. Los tubos 50, 52
y 54 están orientados substancialmente en forma vertical, con el fin
de que sean substancialmente paralelos al eje longitudinal 18. Tal
como puede verse en la figura 1, el cabezal 48 está posicionado
entre los tubos 50 y 52.
El cabezal 44 tiene dos entradas 56 separadas
180º entre sí, y el cabezal 46 de forma similar tiene dos entradas
(siendo parcialmente visible en la figura 1 solo una de las mismas)
58 separadas 180º entre sí. El cabezal 48 tiene cuatro entradas
(siendo visibles dos de las mismas en la figura 1) 60 separadas 90º
entre sí. El cabezal 42 tiene dos salidas 62 separadas 180º entre
sí. En consecuencia, el refrigerante circula a través de los tubos
50, 52 y 54 desde los cabezales 44, 46 y 48 hacia el cabezal 42.
Los refrigerantes adecuados incluyen un hidrocarburo, tal como el
n-pentano, y agua.
El fluido en la vasija 12 es forzado hacia abajo
mediante los impulsores rotativos 38. El flujo circula hacia el
fondo de la vasija 12, y entonces retorna y circula hacia arriba
fuera de los impulsores 38. El fluido circula entre los cabezales 44
y 46 y después dentro y alrededor del cabezal 48. Esto provoca que
el fluido circule entre los tubos 50 y 52, así como también entre
las filas de los tubos 50 y 52. El fluido continúa circulando hacia
arriba hasta la parte superior de la vasija 12, en donde retorna
hacia abajo en respuesta a la rotación de los impulsores 38. Las
áreas estancadas están minimizadas y la velocidad del flujo está
maximizada entre los tubos interiores, para producir un producto
deseablemente homogéneo según se ha expuesto anteriormente.
Adicionalmente, el tiempo de mezcla está minimizado mediante la
invención.
Con referencia a la figura 2, se observa más
claramente la configuración de los tubos 50, 52 y 54, y más
particularmente la separación anular de los tubos en cada fila de
tubos. Los cabezales 44, 46 y 48 pueden verse también que son
anulares en su forma.
Con referencia a la figura 3, se muestra
claramente la configuración de las entradas 56, 58 y 60. Son
posibles, por supuesto, otras configuraciones.
Con referencia a la figura 4, la segunda
realización mostrada es similar en todos los aspectos a la primera
realización de la figura 1, excepto en un cabezal intermedio mayor
64, y un conjunto asociado de tubos 66, que tiene dos filas de tubos
en las que los tubos de cada fila están separados anularmente. Esto
proporciona una fila extra de tubos en comparación con la
realización de la figura 1, y proporciona por tanto un área mayor de
intercambio de calor, y una refrigeración más eficaz del fluido en
la vasija en ciertos casos.
Con referencia a las figuras 5 y 6, estas vistas
en sección transversal de la realización de la figura 4 son
similares a las figuras 2 y 3 para la realización de la figura
1.
Obviamente son posibles muchas modificaciones y
variaciones de la presente invención a la luz de lo expuesto
anteriormente. Por ejemplo, de acuerdo con amplios aspectos de la
invención, podría ser eliminado el cabezal intermedio. O bien, el
cabezal superior podría dividirse en múltiples cabezales.
Finalmente, podría cambiarse el sistema de tuberías de entrada del
refrigerante. Por tanto tiene que comprenderse que dentro del
alcance de las reivindicaciones adjuntas, la invención puede ser
realizada dentro de lo descrito específicamente.
Claims (10)
1. Un reactor del tipo que tiene una vasija, un
agitador para agitar los contenidos de la vasija, y un sistema de
intercambio de calor dentro de la vasija, en el que el sistema de
intercambio de calor comprende:
un primer cabezal substancialmente anular que
comprende tuberías;
un segundo cabezal substancialmente anular que
comprende tuberías y que está separado del primer cabezal;
un tercer cabezal substancialmente anular que
comprende tuberías y que está separado del primer cabezal y
adyacente al segundo cabezal;
un primer conjunto de tubos que se extienden
entre el primer cabezal y el segundo cabezal y que conectan los
mismos; y
un segundo conjunto de tubos que se extienden
entre el primer cabezal y el tercer cabezal y que conectan los
mismos.
2. El reactor según lo expuesto en la
reivindicación 1, que comprende además:
un cuarto cabezal substancialmente anular que
comprende tuberías, y posicionado entre el primer conjunto de tubos
y el segundo conjunto de tubos, y que es adyacente al segundo y
tercer cabezales; y un tercer conjunto de tubos que se extienden
entre el primer cabezal y el cuarto cabezal y que conectan los
mismos.
3. El reactor según lo expuesto en la
reivindicación 2, en el que la vasija tiene un eje longitudinal que
está orientado verticalmente, un extremo superior, y un extremo
inferior, y en el que el primer cabezal rodea el eje longitudinal en
una posición cercana al extremo superior, y el segundo, tercer y
cuarto cabezales que rodean el eje longitudinal en posiciones
próximas al extremo inferior, y además en donde el primero, segundo
y tercer conjuntos de tubos están orientados substancialmente en
forma vertical, para que sean substancialmente paralelos al eje
longitudinal.
4. El reactor según la reivindicación 3, en el
que el cuarto cabezal está desplazado verticalmente desde y por
encima del segundo y tercer cabezales.
5. El reactor según la reivindicación 4, en el
que el primer conjunto de tubos comprende dos filas de tubos en las
que los tubos de cada fila están separados anularmente, el segundo
conjunto de tubos comprende dos filas de tubos en las que los tubos
de cada fila están separados anularmente, y el tercer conjunto de
tubos comprende una fila de tubos separados anularmente.
6. El reactor según la reivindicación 5, en el
que el tercer conjunto de tubos comprende además una segunda fila de
tubos separados anularmente.
7. El reactor según la reivindicación 6, en el
que el agitador es un agitador de flujo axial.
8. El reactor según la reivindicación 6, en el
que el agitador es un agitador de flujo parcialmente axial.
9. El reactor según la reivindicación 7 u 8, en
el que el reactor se utiliza para la polimerización de estireno y
butadieno.
10. El uso de un sistema de intercambio de calor
según lo definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en un
reactor del tipo que tiene una vasija, un agitador para agitar el
contenido de la vasija, y el mencionado sistema de intercambio de
calor dentro de la vasija.
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