ES2229842B1 - Sistema de dosificacion continua y compensacion de presiones para reacciones quimicas o fisico-quimicas desplazadas por presion. - Google Patents
Sistema de dosificacion continua y compensacion de presiones para reacciones quimicas o fisico-quimicas desplazadas por presion.Info
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Abstract
Sistema de dosificación continua y compensación de presiones para reacciones químicas o físico-químicas desplazadas por presión. Reacciones en uno o varios recipientes (X,Y,U,V) a presiones diferentes (PX,PY,PU,PV), los productos son transportados entre los recipientes y el exterior a través de turbinas (T) cuando la presión es mayor en el lugar de salida del producto que en el lugar de llegada, o a través de bombas (B) cuando la presión es menor en el lugar de salida que en el lugar de llegada, un eje común (E) a todas las turbinas y bombas movido por solo un motor, el caudal relativo de las turbinas y bombas igual al de los flujos que transportan.
Description
Sistema de dosificación continua y compensación
de presiones para reacciones químicas o
físico-químicas desplazadas por presión.
Muchos de los sistemas de obtención de amoniaco
actuales se basan en desplazar la reacción por aumento de la
presión de trabajo.
Al igual que en la obtención del amoniaco,
también es posible obtener desplazamientos por uso de presiones
distintas a la atmosférica en reacciones de la forma;
iA+jB <
- - >
kC,
i+j<>k.
Ahora bien, estos procesos de desplazamiento de
reacciones por aplicación de presión tienen los siguientes
inconvenientes:
- -
- estar presentes los tres productos A, B, C y los contaminantes asociados,
- -
- los productos deben entrarse y sacarse a la vez,
- -
- hay que aplicar una presión a los productos que no se recupera.
Esta invención propone un sistema continuo y
compensación de presiones fácilmente acoplable a sistemas de
destilación que permite resolver a lo menos en parte los
inconvenientes mencionados en el párrafo anterior, según lo
siguiente.
Suponemos que el sistema se compone de uno o
varios dispositivos en los que transcurren las reacciones, los
dispositivos intercambian transportes de productos entre sí y entre
el exterior (que se considerará asimismo un dispositivo).
Cuando un transporte de productos entre dos
dispositivos de un sistema está ayudado por una diferencia de
presión (presión del dispositivo de salida > presión del
dispositivo de llegada), una turbina puede transformar dicha
diferencia de presión en energía mecánica. Cuando al transporte de
productos entre otros dos dispositivos se opone una diferencia de
presión (presión del dispositivo de salida < presión del
dispositivo de llegada), es necesaria una bomba para superar dicha
diferencia de presiones, consumiendo energía mecánica. Cuando los
ejes de dichas turbinas y bombas se unen de manera que todas las
turbinas y bombas son desplazadas por solamente un motor o frenadas
por solamente un freno, se obtiene una compensación del trabajo
necesario, economizándose energía.
Además, como el caudal relativo de las turbinas y
bombas debe ser igual a los flujos de los productos asociados, se
obtiene una dosificación de los productos, que es continua porque
asimismo lo es el funcionamiento de las turbinas y bombas.
Como se verá más adelante en "realización
preferida de la invención" la invención puede fácilmente
integrarse en sistemas de destilación para separar los productos A,
B, C y contaminantes.
Las bombas pueden ser rotatorias o de pistón. Si
son de pistón, las turbinas se sustituyen por motores similares a
los de vapor. En este caso, el movimiento del motor, si lo hubiera,
debe transmitirse a través de un mecanismo de
viela-manivela al citado eje
común.
común.
La figura 1 esquematiza el transporte de
productos entre dispositivos o recintos de la invención.
La figura 2 esquematiza un sistema para realizar
reacciones químicas de la forma iA+jB < - - >
kC,
i+j <>k.
i+j <>k.
Fig. 1. Esquematiza el transporte de productos
entre dispositivos o recintos de la invención.
Hay un transporte de productos del dispositivo
(X) al dispositivo (Y), la presión de trabajo (PX) del dispositivo
(X) es mayor que la presión de trabajo (PY) del dispositivo
(Y).
Se aprovecha esta diferencia de presión
insertando una turbina (T) en el conducto (CXY) entre ambos
dispositivos. Obviamente el caudal que pasa por la turbina es
coincidente con el flujo de material en el conducto (CXY).
Hay un transporte de productos del dispositivo
(U) al dispositivo (V), la presión de trabajo (PU) del dispositivo
(U)es menor que la presión de trabajo (PV) del dispositivo
(V).
Para que este transporte pueda verificarse, es
necesario que una bomba (B) venza esa diferencia de presiones
situada en el conducto (CXY) que une ambos dispositivos. Obviamente
el caudal que pasa por la turbina es coincidente con el flujo de
material en el conducto (CXY).
Más pares de dispositivos pueden considerarse,
especialmente el exterior puede considerarse como un
dispositivo.
Cada flujo de productos entre dispositivos en
definitiva está asociado a una bomba o turbina.
Montando todas las bombas y turbinas sobre un
mismo eje (E) y haciendo que el caudal de bombas y turbinas sea
igual a los flujos de productos que transitan por ellas, se obtiene
una compensación de presiones, que disminuye el coste energético de
mover las bombas, y además un sistema de dosificación continuo.
Fig.2. Es un ejemplo significativo que resume
todas las características relevantes de mi invención es el
siguiente reactor fisico-químico para llevar a cabo
reacciones de la forma:
iA+jB <
- - >
kC
A, B, C representan las moléculas
reaccionantes,
i, j, k representan los coeficientes
estequiométricos.
En el reactor se integra:
- -
- un dispositivo donde se produce la reacción,
- -
- dispositivos de un sistema de destilación para recuperar los productos de la reacción,
- -
- mi invención para compensar presiones y dosificar el flujo entre los dispositivos del reactor y entre estos dispositivos y el exterior. Mi invención como se ha indicado es el conjunto de turbinas y bombas unidas por un eje común.
Eventualmente puede haber productos contaminantes
que se introducen en el reactor conjuntamente con los productos A y
B o se producen en la reacción, con puntos de ebullición
comprendidos en los cuatro intervalos que definen los puntos de
ebullición de A, B y C, siendo estos puntos p1 > p2 >
p3.
p3.
Supongo inicialmente que i+j > k, con lo que
la reacción se favorece con presiones altas.
El aparato consta de una cámara de reacción (1),
que puede ser similar a las de fabricación de amoniaco, un horno
donde se queman los reactivos o un simple recinto cerrado que
contiene los reactivos. La temperatura de la cámara es tal que en
ella los productos A, B y C están en estado gaseoso y la velocidad
de reacción es la adecuada. Dentro de la cámara puede haber
asimismo un catalizador. La presión de la cámara es superior a la
atmosférica y su función es desplazar la reacción química.
Esta presión se conserva superior a la
atmosférica en todas las etapas del aparato, si bien disminuye en
cada una de ellas. En los dispositivos siguientes a la cámara de
reacción la misión de esta diferencia de presión es que los
productos circulen de una a otra etapa.
Los productos A y B se introducen por medio de
una o dos bombas (que llamaremos bombas primera (2) y segunda (3)),
junto con los contaminantes que no se puedan evitar fácilmente en
etapas previas.
En la cámara de reacción existe una mezcla
gaseosa de A, B, C y productos contaminantes. Esta mezcla se
introduce en el extremo de un primer destilador (4) a través de una
primera turbina (5). Este primer destilador enfría la mezcla de
forma que se licúen los productos con pX > p1, que obviamente son
productos contaminantes X y que se sacan del sistema mediante una
segunda turbina (6).
La mezcla gaseosa resultante se introduce en el
extremo de un segundo destilador (7) a través de una tercera
turbina (8). Este segundo destilador enfría la mezcla de forma que
se licúen los productos con pY=p1. Es decir, se recupera uno de los
productos A, B ó C.
Si el producto es A ó B, el liquido se vuelve a
inyectar en la cámara de reacción a través de una tercera bomba
(9). Si el producto es el C, éste se retira de forma liquida con
una cuarta turbina (10).
Una quinta turbina (11) lleva la mezcla gaseosa
resultante a un tercer destilador (12) que enfría los productos Z
con p1 > pZ > p2, que son contaminantes, extrayéndolos con
una sexta turbina (13).
Así sucesivamente, hasta recuperar los productos
A, B y C, volviendo a llevar los A y B a la cámara de reacción.
Todas las turbinas y bombas tienen un mismo eje
de giro (14), y sus caudales son tales que, una vez alcanzado el
régimen de trabajo habitual, se mantienen constantes los flujos de
entradas y salidas de productos.
Un motor mueve el eje común, y un freno, asimismo
detiene el eje común.
Cuando en la reacción iA+jB < - - >
kC, se tiene i+j < k, la ecuación se ve favorecida con presiones
inferiores a la atmosférica. Es de aplicación un diseño similar,
pero la entrada a la cámara de reacción se hace a través de
turbinas, y las retiradas de productos finales (deseados o
contaminantes) se hace con bombas.
Los procesos descrito son asimismo de aplicación
para la descomposición de C en los productos A y B, para lo cual
basta invertir en sentido de las presiones de entrada a la cámara
de reacción respecto a lo considerado hasta aquí.
En general pues se tienen varios recintos o
dispositivos, interconectados entre sí a través de bombas o
turbinas, estando todas las bombas y turbinas unidas entre sí por
un eje común y teniendo dichas bombas y turbinas los caudales
necesarios para que los flujos mantengan constantes las proporciones
de los flujos de productos.
Una aplicación industrial puede ser la obtención
del anhídrido sulfúrico a partir del anhídrico sulfuroso y aire
atmosférico.
La reacción es SO_{2}+ ½ O_{2} < - -
> SO_{3}.
Se tiene que esta reacción se ve favorecida por
altas presiones.
Un contaminante obvio es el nitrógeno
atmosférico. Otros contaminantes dependen de la obtención del
SO_{2} y en general tienen puntos de ebullición superiores al
SO_{2} y SO_{3}. Tanto el N_{2} como el O_{2} tienen puntos
de ebullición inferiores al SO_{2} y SO_{3}, y el SO_{2}
tiene punto de ebullición inferior al SO_{3}.
En la cámara de reacción se introducen con bombas
moléculas de SO_{2} y O_{2} en la proporción de la ecuación.
Ello implica además la introducción de, por ejemplo, 4 moléculas de
N_{2} por cada una de O_{2} (aproximadamente).
En el primer destilador se licúan las impurezas
asociadas al SO_{2}, retirándose con una turbina.
En el segundo destilador se licúa SO_{3},
retirándose con una turbina para su comercialización o posterior
uso en otros procesos.
En el tercer destilador se licúa SO_{2},
volviéndolo a introducir con una bomba a la cámara de reacción.
El gas resultante (formado por N_{2} y O_{2})
es muy difícil de licuar, por lo que conviene extraerlo a través de
una turbina. Este gas, enriquecido en N_{2}, puede arrojarse a la
atmósfera o bien aprovecharse, junto con las grandes cantidades de
calor generadas en los líquidos de refrigeración de los
destiladores, fabricando amoniaco y ácido nítrico.
Claims (7)
1. Procedimiento de dosificación continua y
compensación de presiones para reacciones químicas o
fisico-químicas desplazadas por presión que se
desarrollan en uno o varios recintos o dispositivos a distintas
presiones de trabajo caracterizado en que los transportes de
productos entre recintos o dispositivos o el exterior, considerado
el exterior como un recinto o dispositivo, ser realizan a través de
bombas si la diferencia de presión entre el dispositivo origen y el
dispositivo destino dificulta el transporte de productos, o a
través de turbinas si la diferencia de presión entre el dispositivo
origen y el destino favorece el transporte de productos, teniendo
todas las bombas y turbinas un eje común y un caudal tal que la
proporción de todos los flujos de productos se mantenga constante,
moviéndose o frenándose el citado eje común por un motor o freno
común.
2. Procedimiento de dosificación continua y
compensación de presiones para reacciones químicas o
fisico-químicas desplazadas por presión que se
desarrollan en uno o varios recintos o dispositivos a distintas
presiones de trabajo de acuerdo con la reivindicación 1
caracterizado en que las bombas y las turbinas son
rotatorias.
3. Procedimiento de dosificación continua y
compensación de presiones para reacciones químicas o
fisico-químicas desplazadas por presión que se
desarrollan en uno o varios recintos o dispositivos a distintas
presiones de trabajo de acuerdo con la reivindicación 1
caracterizado en que las bombas son de pistón y las turbinas
son similares a una máquina de vapor, transmitiéndose el movimiento
del motor al eje común a través de un sistema de
biela-manivela.
4. Procedimiento de dosificación continua y
compensación de presiones para reacciones químicas o
fisico-químicas desplazadas por presión que se
desarrollan en uno o varios recintos o dispositivos a distintas
presiones de trabajo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3
caracterizado en que los productos atraviesan
consecutivamente varios recintos o dispositivos de transformación de
forma consecutiva, decreciendo la presión desde el primer al último
recinto, transportándose los productos mediante esta diferencia de
presión.
5. Aparato de dosificación continua y
compensación de presiones para reacciones químicas o
fisico-químicas desplazadas por presión
comprendiendo una cámara de reacción a una presión distinta a la
exterior, a la temperatura necesaria para que los productos en su
interior estén en estado gaseoso, consecutivamente uno o varios
condensadores para licuar impurezas y productos,
caracterizado en que
- -
- la alimentación del aparato es a través de una bomba si la presión de la cámara es superior a la exterior y a través de una turbina en caso contrario,
- -
- los productos iniciales licuados se reintroducen en la cámara de reacción a través de una bomba,
- -
- los transportes entre elementos sucesivos se hacen a través de turbinas,
- -
- los transportes de productos hacia el exterior se hacen a través de turbinas si la presión del destilador es superior a la exterior y a través de bombas en caso contrario,
- -
- las turbinas y bombas tienen todos sus ejes unidos a un eje común y un caudal de forma que la proporción de todos los flujos de productos se mantenga constante,
- -
- el movimiento del eje común se controla por un motor o un freno común.
6. Utilización de los métodos y aparatos de la
invención para la obtención, de anhídrido sulfúrico a partir de
anhídrido sulfuroso y aire atmosférico caracterizado en que
en un primer condensador se licúan las impurezas asociadas al
SO_{2}, en un segundo condensador se licúa el SO_{3}, y en un
tercer condensador el SO_{2}, mientras el nitrógeno y oxigeno
residual se retiran al exterior como impurezas.
7. Utilización de los métodos y aparatos de la
invención para la obtención de anhídrido sulfúrico a partir de
anhídrido sulfuroso y aire atmosférico, de acuerdo con la
reivindicación 7, caracterizado en que el aire enriquecido en
nitrógeno obtenido, así como los calores de reacción, se aprovechan
en procesos para la obtención de amoniaco y ácido nítrico.
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2003
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|---|
| JAMES, G.R. Developments in the ammonia process. Hydrocarbon Processing. Julio 2001, páginas 77-83. * |
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| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20050416 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
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| FA2A | Application withdrawn |
Effective date: 20061117 |