ES2264973T3 - Columna de contacto liquido/liquido que se extiende en vertical. - Google Patents
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Abstract
Columna de contacto líquido/líquido que se extiende en vertical (2), teniendo la columna una entrada superior para introducir líquido, una salida superior de líquido, una entrada inferior para introducir líquido, una salida inferior de líquido y una pluralidad de platos internos (1, 101) espaciados axialmente entre sí en la columna, estando provisto cada plato con una pluralidad de perforaciones (3) para el paso de una fase líquida dispersa y más de un elemento de bajada (9, 109) o elemento de subida para el transporte de una fase líquida continua, donde el elemento de bajada (9, 109) o elemento de subida se extiende respectivamente por debajo o por encima del plato (1, 101) y donde las paredes del elemento de bajada (9, 109) o elemento de subida están inclinadas entre sí en la dirección hacia abajo o hacia arriba respectivamente, y donde los elementos de bajada rectangulares (9, 109) o elementos de subida están provistos de manera que se disponen en una disposición escalonada, dividiéndoseel plato en dicha disposición a lo largo de una línea diametral horizontal (4) en dos secciones de platos (5, 6), estando provista cada sección de plato (5, 6) con más de un elemento de bajada o elemento de subida dispuesto en paralelo (9, 109) situado en perpendicular respecto a la línea diametral (4), de manera que los extremos de los elementos de bajada o elementos de subida (9, 109) en una sección de plato se encuentran con la línea diametral alternando con los extremos de los elementos de bajada (9, 109) o elementos de subida en la sección de plato opuesta.
Description
Columna de contacto líquido/líquido que se
extiende en vertical.
La invención se refiere a una columna de
contacto líquido/líquido que se extiende en vertical. Dichas
columnas se usan, por ejemplo, en la extracción con disolventes de
hidrocarburos aromáticos de una reserva de hidrocarburos mixtos.
El documento
US-A-4.336.106 describe una columna
vertical para la extracción con disolventes de hidrocarburos
aromáticos a partir de una reserva de hidrocarburos mixtos. La
columna extractora descrita en esta publicación es una columna
cilíndrica vertical que contiene platos de cribado espaciados
axialmente, estando provistos dichos platos con elementos de
subida.
Una desventaja de la columna del
documento
US-A-433106 es su baja eficacia y capacidad.
US-A-433106 es su baja eficacia y capacidad.
El documento
US-A-4.627.941 describe un aparato
de contacto gas-líquido que comprende una columna
vertical con una pluralidad de platos, teniendo cada plato
aberturas para el gas ascendente, y una pluralidad de dispositivos
de descarga para el líquido descendente, donde cada uno de los
dispositivos de descarga de líquido está provisto con un paso para
el gas que tiene una entrada de gas en la parte inferior y una
salida de gas por encima del dispositivo de descarga de
líquido.
El objeto de la presente invención es
proporcionar una columna que, cuando se usa en una operación de
extracción, proporciona una eficacia y capacidad mejoradas.
Este objeto se consigue con la siguiente
columna.
La columna de contacto líquido/líquido que se
extiende en vertical, teniendo la columna una entrada superior para
introducir el líquido, una salida superior de líquido, una entrada
inferior para introducir el líquido, una salida inferior para el
líquido y una pluralidad de platos internos espaciados axialmente
entre sí en la columna, estando cada plato provisto con una
pluralidad de perforaciones para el paso de una fase líquida
dispersa y más de un elemento de bajada o elemento de subida para el
transporte de una fase líquida continua, donde el elemento de
bajada o elemento de subida se extiende respectivamente por debajo o
por encima del plato y donde las paredes del elemento de bajada o
elemento de subida se inclinan unas hacia otras en dirección hacia
abajo o hacia arriba, respectivamente; y donde los elemento de
bajada o elemento de subida rectangulares están provistos de manera
que se disponen en una disposición escalonada, dividiéndose el plato
en dicha disposición a lo largo de una línea diametral horizontal
en dos secciones de platos, estando provista cada sección de platos
con más de un elemento de bajada o elemento de subida dispuesto en
paralelo situado en perpendicular respecto a la línea diametral de
manera que los extremos de los elementos de bajada o elementos de
subida en una sección de plato se encuentran con la línea diametral
alternando con los extremos de los elementos de bajada o elementos
de subida en la sección de plato opuesta.
Los solicitantes han observado una capacidad
mejorada cuando se usa la columna de acuerdo con la invención. Sin
desear ceñirse a la siguiente teoría, los solicitantes creen que la
mejora en la capacidad cuando se compara con la capacidad de una
columna como se describe en el documento
US-A-4336106 se debe a la corta
longitud de la trayectoria de flujo de la fase continua en un plato
en la columna de acuerdo con la invención. Este efecto se hará aún
más grande cuando se aplica a columnas que tienen un diámetro más
ancho, tan ancho como dos metros. El diámetro es adecuadamente menor
de 15 metros.
La columna puede estar provista con elementos de
subida o elementos de bajada. Una columna estará provista con
elementos de bajada cuando la fase continua en la columna durante el
contacto es el líquido que tiene la mayor densidad. Cuando la fase
continua es el líquido que tiene la menor densidad y en consecuencia
se moverá hacia arriba en la columna, la columna estará provista
con elementos de subida. Un ejemplo de un sistema
líquido-líquido ampliamente usado que requerirá el
uso de elementos de subida es el sistema
sulfolano-hidrocarburo en un proceso para retirar
aromáticos ligeros de corrientes de nafta que ebullen entre 15 y
400ºC.
En la siguiente descripción, se describirá un
plato provisto con elementos de bajada. Debido a que el diseño de
platos que tienen elementos de bajada es el mismo para platos que
tienen elementos de subida, excepto que se reflejarán en el plano
horizontal del plato, las realizaciones preferidas descritas a
continuación son aplicables también a platos que tienen elementos
de subida.
La abertura del elemento de bajada al nivel del
plato puede ser de cualquier forma, por ejemplo, cuadrada, circular
o rectangular. Preferiblemente está presente más de uno de dichos
elementos de bajada en un plato. Preferiblemente, la abertura del
elemento de bajada tiene una sección transversal horizontal
rectangular que tiene una longitud mayor que su anchura. Con una
sección transversal rectangular se entiende también una abertura de
elemento de bajada cuyo lado de extremo menor más próximo a la
circunferencia del plato discurre a lo largo de esta
circunferencia, dando como resultado que estos lados de extremo
menor no estén dispuestos en paralelo unos respecto a otros. Este
diseño de la abertura del elemento de bajada asegura un área de
abertura máxima en el plato. Preferiblemente, se usa una abertura
de elemento de bajada que tiene lados de extremo menores paralelos.
Estos elementos de bajadas se denominan también elementos de bajada
encajados.
El trazado del plato puede ser tal que las
aberturas del elemento de bajada estén espaciadas uniformemente en
el área provista con las perforaciones. Los elementos de bajada
rectangulares están dispuestos en una fila paralela entre sí. En
ambos extremos de dicha fila puede estar presente un elemento de
bajada segmental. Ese elemento de bajada segmental tendrá una
abertura de elemento de bajada que en un extremo discurre paralela
a los elementos de bajada rectangulares y en el otro extremo sigue
la circunferencia del plato.
Los elementos de bajada rectangulares se
disponen sobre el plato en una disposición denominada escalonada.
En esta disposición el plato se divide a lo largo de una línea
diametral horizontal en dos secciones de plato, estando provista
cada sección de plato con más de un elemento de bajada dispuesto en
paralelo situado en perpendicular respecto a la línea diametral.
Estos elementos de bajada se extienden desde la pared, o cerca de la
pared, hasta la línea diametral del plato, de manera que los
extremos de los elementos de bajada en una sección de plato cortan
la línea diametral que alterna con los extremos de los elemento de
bajada en la sección de plato opuesta. Preferiblemente,
2-6 elementos de bajada paralelos con forma
rectangular están presentes en una sección de plato. Adicionalmente
uno o más elementos de bajada segmentales pueden estar presentes en
una sección de plato donde la línea diametral se encuentra con la
pared de la columna. Dicho elemento de bajada segmental tendrá una
abertura que discurre paralela al lado longitudinal de los elementos
de bajada rectangulares, a lo largo de la circunferencia del plato
y a lo largo de parte de la línea diametral.
Cuando los platos escalonados se ponen en una
columna, dos platos consecutivos serán imágenes especulares entre
sí con la línea diametral como espejo. Esto asegura que el extremo
inferior del elemento de bajada se sitúe por encima de las
perforaciones del plato inferior. El trazado de plato escalonado
evita la desviación vertical de la fase continua o, dicho de otra
manera, aumenta la mezcla horizontal de la fase continua y dispersa.
Un plato escalonado se construye preferiblemente de manera que el
elemento de bajada está soportado en un extremo menor mediante el
travesaño de soporte central situado a lo largo de la línea
diametral y en el otro extremo mediante un travesaño
circunferencial que discurre a lo largo de la pared interna de la
columna.
Preferiblemente, el extremo inferior de descarga
continua de los elementos de bajada de un plato está espaciado del
extremo superior o extremo que recibe la fase continua de los
elementos de bajada del plato justo por debajo de dicho plato. Esta
distancia se denomina como longitud de la trayectoria de flujo y
para esta invención se define como la distancia horizontal más
corta entre el centro del elemento de bajada de descarga de la fase
continua y el centro del elemento de bajada que recibe la fase
continua. Preferiblemente, esta longitud de la trayectoria de flujo
está entre 0,05 y 0,5 m. Una longitud de trayectoria de flujo más
corta dará como resultado un contacto más eficaz. Una longitud
mayor dará como resultado una mayor turbulencia de la fase continua
por encima de un plato, que a su vez impedirá el transporte de la
fase dispersa reduciendo de esta manera la capacidad.
El extremo de descarga de líquido de un elemento
de bajada se sitúa preferiblemente a una distancia por encima del
plato inmediatamente inferior. Preferiblemente, el extremo de
descarga del líquido se extiende entre el 30 y el 80% de la
distancia del plato por debajo del plato. Preferiblemente, el
extremo receptor del elemento de bajada se extiende entre el 0 y el
20% de la distancia del plato por encima de un plato. La distancia
de plato es la distancia entre dos platos consecutivos.
Las perforaciones en el plato son
preferiblemente aberturas sencillas que permiten fácilmente que el
líquido más ligero pase el plato en direcciones hacia arriba. Las
aberturas preferidas son aberturas de tipo tamiz que tienen un
diámetro preferido de entre 0,004 y 0,025 m. El área total de las
perforaciones en el plato respecto al área de sección transversal
de la columna dependerán de la elección de líquidos que se van a
poner en contacto y caudales en la columna. Adecuadamente esta área
es entre el 2 y el 20% del área de la sección transversal de la
columna.
El elemento de bajada tiene paredes que se
inclinan una hacia la otra en la dirección hacia abajo. Estas
paredes se extienden parcialmente por debajo y opcionalmente
parcialmente por encima del plato. Por razones de construcción es
ventajoso que las paredes del elemento de bajada se extiendan un
poco por encima del plato. La pendiente de estas paredes es
adecuadamente entre 1 y 45 grados respecto al eje vertical de la
columna. El extremo inferior está provisto preferiblemente con una
cubierta, dicha cubierta está provista con aberturas preferiblemente
dirigidas hacia abajo. Las dimensiones de estas aberturas se eligen
preferiblemente de manera que la fase continua que sale de las
aberturas se acelera de manera que su velocidad es más del doble que
la velocidad de la fase dispersa que sube. El área del elemento de
bajada medida al nivel del plato dependerá de los líquidos
específicos que se ponen en contacto. Preferiblemente, esta área
está entre el 2 y el 20% del área de la sección transversal de la
columna.
La columna está provista preferiblemente con
entre 2 y 100 platos como se ha descrito anteriormente. El número
de platos dependerá del sistema líquido-líquido
específico a poner en contacto y la profundidad de extracción
requerida. La columna está provista más preferiblemente con un
elemento de coalescencia en la parte superior de la columna situado
entre los platos y la salida de líquido superior. Este elemento de
coalescencia mejora la separación de fases de la fase dispersa y
continua después del contacto. Preferiblemente, este elemento de
coalescencia tiene la forma de relleno estructurado y está hecho con
un material que tiene una mayor afinidad hacia la fase dispersa que
hacia la fase continua.
La invención se ilustrará usando las Figuras
1-2.
La Figura 1 es una vista superior de un plato
que comprende elementos de bajada situados en una columna de acuerdo
con la invención.
La Figura 2 es una vista vertical de sección
transversal AA' de la Figura 1.
La Figura 1 es una vista superior de un plato
(1) como parte de una columna (2). El plato (1) está provisto con
una pluralidad de perforaciones (3) para el paso de la fase
dispersa. El plato (1) está dividido a lo largo de una línea
diametral (4) en dos secciones de platos (5, 6). Cada sección de
plato (5, 6) está provista con una fila (7, 8) de elementos de
bajada (9) con forma rectangular paralelos dispuestos en paralelo
unos respecto a otros y perpendiculares respecto a la línea
diametral (4). El trazado de plato ilustrado en la Figura 1 es un
trazado de plato escalonado donde cada elemento de bajada (9) tiene
un extremo menor (10) que termina en un travesaño de soporte (11)
discurriendo dicho travesaño a lo largo de la línea diametral (4).
Estos extremos (10) de los elementos de bajada (9) de la sección de
plato (5) se encuentran con el travesaño de soporte (11) de una
manera alternativa con los extremos (10) de los elementos de bajada
(9) de la otra sección de platos (6).
La Figura 1 muestra también la abertura superior
(12), las paredes del elemento de bajada inclinadas (13) y la
cubierta (14) en el extremo inferior del elemento de bajada (9). La
cubierta (14) está provista con aberturas (15) para la descarga de
la fase continua que fluye hacia abajo. Dos elementos de bajada
segmentados (16) se muestran situados en las posiciones en las que
la línea diametral (4) se encuentra con la pared de la columna
(2).
La Figura 2 muestra una vista vertical de
sección transversal AA' de la Figura 1. Se muestran dos platos
consecutivos (1, 101), como parte de la columna 2. Como en el plato
(1), el plato (101) está provisto con elementos de bajada
rectangulares (109) que tienen paredes inclinadas (113), una
cubierta (114) en su extremo inferior, que está provista con
aberturas para descarga de líquido (115). Como se muestra, las
aberturas de descarga de líquido (15) de los elementos de bajada
(9) de la fila (8) se sitúan por encima de parte del plato (101)
que está provista con perforaciones (103) (no mostradas). La
longitud de la trayectoria de flujo resultante, como se ha definido
anteriormente, se muestra en esta figura como distancia A. Como en
el plato (1), el plato (101) está provisto adicionalmente con
elementos de bajada segmentados (116). Como se muestra los elementos
de bajada (9, 109) se extienden algo por encima del plato (1,
101).
La columna es preferiblemente para usarla para
el contacto líquido-líquido. Un proceso en el que el
contacto líquido-líquido se usa mucho es extracción
donde uno o más componentes presentes en una mezcla líquida se
separan de la mezcla poniendo en contacto la mezcla con un
disolvente de extracción adecuado. La columna es especialmente
adecuada para poner en contacto fases líquidas que tienen diferentes
densidades y una tensión interfacial de entre 5-55
dinas/cm y preferiblemente menor de 25 dinas/cm. Los ejemplos de
posibles sistemas líquido-líquido que pueden
procesarse con la columna de acuerdo con la invención son DCH
(diclorohidrina)-agua,
tolueno-agua, IPE
(isopropiléter)-agua, furfural, aceite lubricante,
solución ácida orgánica-acuosa, solución cáustica
orgánica-acuosa y orgánica-agua. Los
ejemplos de procesos de extracción que pueden realizarse de manera
adecuada en una columna de acuerdo con la invención son la
extracción de aromáticos con furfural en un proceso para preparar
aceites de base lubricante, extracción de aromáticos con sulfolano a
partir de corrientes de hidrocarburo que ebullen entre 15 y 400ºC,
por ejemplo nafta, en un proceso para recuperar el catalizador
homogéneo en un proceso de hidroformulación o carbonilación, en un
proceso para retirar fenol del agua residual, en un proceso de
lavado cáustico de nafta y en un proceso de lavado ácido del
producto de un proceso de alquilación.
Claims (10)
1. Columna de contacto líquido/líquido
que se extiende en vertical (2), teniendo la columna una entrada
superior para introducir líquido, una salida superior de líquido,
una entrada inferior para introducir líquido, una salida inferior
de líquido y una pluralidad de platos internos (1, 101) espaciados
axialmente entre sí en la columna, estando provisto cada plato con
una pluralidad de perforaciones (3) para el paso de una fase
líquida dispersa y más de un elemento de bajada (9, 109) o elemento
de subida para el transporte de una fase líquida continua, donde el
elemento de bajada (9, 109) o elemento de subida se extiende
respectivamente por debajo o por encima del plato (1, 101) y donde
las paredes del elemento de bajada (9, 109) o elemento de subida
están inclinadas entre sí en la dirección hacia abajo o hacia arriba
respectivamente, y donde los elementos de bajada rectangulares (9,
109) o elementos de subida están provistos de manera que se disponen
en una disposición escalonada, dividiéndose el plato en dicha
disposición a lo largo de una línea diametral horizontal (4) en dos
secciones de platos (5, 6), estando provista cada sección de plato
(5, 6) con más de un elemento de bajada o elemento de subida
dispuesto en paralelo (9, 109) situado en perpendicular respecto a
la línea diametral (4), de manera que los extremos de los elementos
de bajada o elementos de subida (9, 109) en una sección de plato se
encuentran con la línea diametral alternando con los extremos de los
elementos de bajada (9, 109) o elementos de subida en la sección de
plato opuesta.
2. Columna de acuerdo con la
reivindicación 1, en la que se dispone un elemento de bajada
segmental adicional (16), donde el elemento de bajada tiene una
abertura de elemento de bajada en un extremo que discurre paralela a
los elementos de bajada rectangulares y en el otro extremo sigue la
circunferencia del plato.
3. Columna de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1-2, en la que las paredes
del elemento de bajada o elemento de subida (13) están inclinadas la
una hacia la otra de manera que una pared del elemento de bajada o
elemento de subida (13) formará un ángulo de 1 a 45º con el eje
vertical de la columna (2).
4. Columna de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1-3, en la que el extremo de
descarga del líquido del elemento de bajada o elemento de subida
está provisto con una cubierta (14, 114), estando provista dicha
cubierta (14, 114) con aberturas dirigidas hacia abajo o hacia
arriba respectivas (15, 115), y en la que el extremo de descarga de
líquido de un elemento de bajada se extiende entre el 30 y el 80% de
la distancia de plato por debajo del plato (1, 101) y el extremo de
descarga del líquido de un elemento de subida se extiende entre el
30 y el 80% de la distancia de plato por encima del plato.
5. Columna de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1-4, en la que la longitud
de la trayectoria de flujo es entre 0,05 y 0,5 m, la longitud de la
trayectoria de flujo está definida como la distancia horizontal más
corta entre el centro de elemento de bajada o elemento de subida de
descarga de fase continua y el centro del elemento de bajada o
elemento de subida de recepción de fase continua del plato inferior
o superior respectivo.
6. Columna de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1-5, en la que las
perforaciones (3) en el plato son aberturas de tamiz que tienen un
diámetro de entre 0,004 y 0,025 m y donde el área total de estas
perforaciones es entre el 2 y el 20% del área de sección transversal
de la columna.
7. Columna de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1-6, en la que las columna
está provista con un elemento de coalescencia en la parte superior
de la columna situado entre los platos y la salida del líquido
superior, teniendo dicho elemento de coalescencia la forma de
relleno estructurado y está fabricado de un material que tiene una
mayor afinidad hacia la fase dispersa que hacia la fase
continua.
8. Columna de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1-7, en la que el diámetro
de la columna es mayor de 2 m.
9. Método de contacto de dos mezclas de
líquidos sustancialmente inmiscibles que tienen diferentes
densidades y una tensión interfacial de entre 5-55
dinas/cm en una columna de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1-8.
10. Uso de la columna de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en la
extracción de aromáticos con furfural en un proceso para preparar
aceites de base lubricante, extracción de aromáticos con sulfolano
de corrientes de hidrocarburo, en un proceso para recuperar
catalizador homogéneo en un proceso de hidroformulación, en un
proceso para retirar fenol del agua residual, en un proceso de
lavado cáustico de nafta o en un proceso de lavado ácido del
producto del proceso de alquilación.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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