ES2295358T3 - Procedimientos de reduccion de arrastre de solidos y liquidos. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para reducir el arrastre de componentes de no-vapor presentes en un flujo de vapor que sale de un recipiente de separación, en el que el procedimiento comprende: introducir una corriente en un recipiente de separación que tiene una superficie interna, al menos una entrada, y al menos una salida de vapor, en el que la corriente se introduce a través de la al menos una entrada, y circula tangencialmente hasta la superficie interna del recipiente de separación, en el que la corriente comprende una porción de no-vapor y una porción de vapor, y en el que la velocidad de la corriente se reduce tras la introducción de la corriente en el recipiente de separación; separar un flujo de vapor de la corriente en el recipiente de separación, teniendo dicho flujo de vapor una velocidad de vapor no uniforme en el interior del recipiente de separación, y permitir que el flujo de vapor salga del recipiente de separación a través de la al menos una salida de vapor.
Description
Procedimientos de reducción de arrastre de
sólidos y líquidos.
La presente invención está dirigida a secuencias
de procesamiento, secuencias de refinación, e industrias de
generación de energía, que emplean dispositivos de separación en los
que han de ser separados los no-vapores y los
vapores. Más en particular, la presente invención está dirigida a
procedimientos de ciclón/vórtice para la separación de los
componentes de no-vapor y de vapor en procesos de
destilación/evaporación rápida, y en procesos que se benefician de
una reducción del arrastre de líquidos y de sólidos en el vapor.
En muchos procesos de destilación/evaporación
rápida con alimentación de fase mezclada, el arrastre de gotitas de
líquido en el vapor que se eleva desde la zona de alimentación,
resulta indeseable en términos tanto económicos como de pureza del
producto. Los problemas concernientes al arrastre de materiales
líquidos en unidades evaporadoras en vacío, son bien conocidos en
el estado de la técnica tal y como se presenta en la Patente U.S.
núm. 5.743.926 de Bannon et al. Según se indica en el
documento de Bannon et al., se pueden colocar bandejas
directamente por encima de la zona de alimentación para extraer las
gotitas arrastradas del vapor en el procesamiento y refinación de
hidrocarburos. Bannon et al., indican además que se puede
incorporar un sección de aceite de absorción o de
contra-arrastre en las refinerías con el fin de
reducir los problemas de arrastre mediante extracción progresiva de
las gotitas de líquido de una corriente de vapor según avanza ésta
hasta la salida de vapor de un evaporador de vacío. A pesar de los
procedimientos reivindicados por Bannon et al., la industria
sigue careciendo, no obstante, de procedimientos para reducir el
arrastre, que sean tanto efectivos como eficientes desde el punto de
vista de los costes.
Otro problema en términos tanto económicos como
de pureza de producto, consiste en el arrastre en la cabecera de
vapor, de sólidos suspendidos o disueltos. Además, los sólidos
arrastrados pueden traducirse en una pérdida de un producto químico
valioso, tal como un catalizador. A este respecto, la Patente U.S.
núm. 6.153.792 de Leet et al., describe un procedimiento
para la producción de ácido carboxílico en presencia de partículas
de catalizador sólidas, que emplea una etapa de evaporación rápida,
con la utilización de bandejas y de lavado de líquido. La etapa de
lavado de líquido descrita por Leet et al., "lava" en
general partículas de catalizador reducidas de tamaño por desgaste,
en los vapores que fluyen ascendentemente, hacia abajo en el
evaporador. Las Patentes U.S. núms. 4.247.486 de Brewster et
al. y 4.287.369 de Harris et al., mencionan la pérdida de
catalizador de rodio por arrastre en la cabecera del reactor, y
describen el uso de almohadillas separadoras de partículas para
extraer las gotitas de líquido para su retorno al reactor. A pesar
de los procedimientos reivindicados por Leet et al.,
Brewster et al., y Harris et al., la industria sigue
careciendo de procedimientos para reducir el arrastre de sólidos
disueltos o suspendidos y la pérdida de productos químicos valiosos
tales como los catalizadores, que sean tanto efectivos como
eficientes desde el punto de vista de los costes.
La reducción de la cantidad de pérdida de
catalizador ha sido un problema en una amplia diversidad de
industrias, tal y como se presenta en la Patente U.S. núm.
4.166.773 de Higley et al.; la Patente U.S. núm. 4.163.701
de Strong, y la Patente U.S. núm. 4.871.879 de Laird. Ninguno de
estos procedimientos ha satisfecho, sin embargo, las necesidades de
la industria.
La Patente U.S. núm. 4.486.207 describe un
aparato para separar partículas sólidas del vapor. La creación de
un vórtice resulta fundamental para el procedimiento de separación
descrito en D1.
El documento
DD-A-2003126 describe un separador
centrífugo en forma de cilindro cerrado en el que entra una
corriente a través de un conducto de alimentación dirigido
tangencialmente y hacia una guía curva. Las fuerzas vorticales son
utilizadas para extraer las gotitas de líquido hacia abajo y hacia
fuera desde una corriente de vapor que se eleva.
El documento
EP-A-1312879 es un documento citado
conforme al Artículo 54(3) EPC. El documento
EP-A-1312879 describe un separador
de aceite para su uso en dispositivos de refrigeración y en
dispositivos de acondicionamiento de aire.
El procedimiento de la presente invención
satisface múltiples necesidades de la industria: (1) una reducción
del arrastre de líquidos y de sólidos disueltos o suspendidos, en un
vapor separado; (2) una reducción de la cantidad de pérdida de
productos químicos valiosos, como resultado de la reducción del
arrastre; (3) hacer que sea posible utilizar un recipiente de
separación más económico para reducir el arrastre donde antes
solamente se podía utilizar un recipiente más grande y más caro
para el mismo propósito, y (4) hacer que sea posible reconvertir
los recipientes de separación existentes de modo que se consiga la
reducción del arrastre sin necesidad de construir un recipiente
completamente nuevo.
La presente invención proporciona un
procedimiento para reducir el arrastre de componentes de
no-vapor en un flujo de vapor que sale de un
recipiente de separación, en el que el procedimiento comprende:
- -
- introducir una corriente en un recipiente de separación que tiene una superficie interna, al menos una entrada, y al menos una salida de vapor, en el que la corriente se introduce a través de al menos una entrada y fluye tangencialmente a la superficie interna del recipiente de separación, en el que la corriente comprende una porción de no-vapor y una porción de vapor, y en el que la velocidad de la corriente se reduce tras la introducción de la corriente en el recipiente de separación;
- -
- separar un flujo de vapor de la corriente en el recipiente de separación, teniendo dicho flujo de vapor una velocidad de vapor no uniforme en el interior del recipiente de separación, y
- -
- permitir que el vapor circule hasta la salida desde el recipiente de separación a través de al menos una salida de vapor.
De acuerdo con la presente invención, se
proporcionan procedimientos para reducir el arrastre de sólidos y
de líquidos, mencionados en su conjunto como
"no-vapor", en un flujo de vapor que sale de
un recipiente de separación. Se puede llevar a cabo una o más de las
etapas siguientes para reducir el arrastre de
no-vapor en un flujo de vapor que sale de un
recipiente de separación: (1) minimizar el ascenso o desplazamiento
de la corriente hacia la salida de vapor a lo largo de la superficie
interna del recipiente de separación desde el punto de introducción
de la corriente; (2) reducir la cantidad de
no-vapor, si lo hay, que sale desde el recipiente
de separación a través de la salida de vapor; y (3) maximizar el
flujo de la corriente tangencialmente hacia la superficie interna
del recipiente de separación, mencionado en lo que sigue como
"coherencia tangencial".
Los procedimientos de la invención comprenden
introducir una corriente en un recipiente de separación que tiente
una superficie interna, al menos una entrada, y al menos una salida
de vapor. La corriente puede ser cualquier mezcla de vapor y de
no-vapor. El término "vapor" según se utiliza
aquí, puede significar vapor y/o gas. El término
"no-vapor", según se utiliza aquí, puede
significar líquidos, sólidos tales como catalizadores, y mezclas de
líquidos y de sólidos, incluyendo soluciones y suspensiones. De
acuerdo con los procedimientos de la invención, la corriente
contiene al menos un no-vapor y al menos un vapor.
La corriente se introduce en el recipiente de separación a través
de la(s) entrada(s), donde la velocidad de la
corriente se reduce tras su introducción en el recipiente de
separación, y donde la coherencia tangencial de la corriente se
maximiza. La reducción de la velocidad de la corriente entrante y
la maximización de su coherencia tangencial, contribuyen a la
minimización de la tendencia de la corriente a moverse a lo largo de
la superficie interna del recipiente de separación hacia la salida
de vapor, y contribuyen a una reducción del arrastre.
De acuerdo con el procedimiento de la invención,
un flujo de vapor se separa de la corriente en el recipiente de
separación, y sube por dentro del recipiente de separación a
velocidades de vapor no uniformes. El flujo de vapor sale del
recipiente de separación a través de la(s) salida(s)
de vapor, moviéndose a velocidades de salida de flujo de vapor. De
acuerdo con la presente invención, las velocidades no uniformes a
las que circula el flujo de vapor por el interior del recipiente de
separación, pueden ser distribuidas con el fin de ayudar a la
reducción del arrastre del no vapor y de la pérdida de componentes
de no-vapor valiosos tales como los catalizadores.
La distribución de velocidades de vapor contribuye a una reducción
de la tendencia de la corriente a moverse a lo largo de la
superficie interna del recipiente de separación hacia la salida de
vapor, y también minimiza las capacidades de vórtice del flujo de
vapor ascendente, reduciendo con ello el arrastre de
no-vapor.
De acuerdo con la presente invención, la
corriente es guiada a lo largo de una trayectoria cuando se
introduce en el recipiente de separación de tal manera que se
optimiza la coherencia tangencial, de modo que la tendencia de la
corriente a moverse a lo largo de la superficie interna del
recipiente de separación hacia la salida de vapor se minimiza, y de
modo que la cantidad de no-vapor que sale con el
flujo de vapor a través se la(s) salida(s) de vapor se
minimiza.
El arrastre de no-vapor y la
pérdida de no-vapor valioso, se reducen con el
control de las velocidades de salida de flujo de vapor, de tal modo
que se mantiene la coherencia tangencial de la corriente, de manera
que la tendencia de la corriente a moverse a lo largo de la
superficie interna del recipiente de separación hacia la salida de
vapor se minimiza, y de manera que la cantidad de
no-vapor que sale del recipiente de separación con
el flujo de vapor a través de la(s) salida(s) se
minimiza.
De acuerdo con una realización preferida de la
presente invención, un ciclón, según se conoce en la industria,
puede ser utilizado en combinación con otras realizaciones de la
presente invención para recuperar cualquier
no-vapor que salga del recipiente de separación con
el flujo de vapor.
Los procedimientos de la presente invención van
a ser explicados de manera más completa en la discusión detallada y
en los ejemplos que siguen.
La Figura 1 es una vista superior de un
recipiente de separación que posee dos entradas;
la Figura 2 es una vista frontal de un
recipiente de separación que tiene dos entradas;
la Figura 3 es una vista frontal de un
recipiente de separación que tiene dos entradas y una bandeja de
distribución;
la Figura 4 es una vista superior en sección
transversal de un recipiente de separación que tiene dos entradas y
guías de entrada;
la Figura 5 es una vista lateral en sección
transversal, tomada a lo largo de la línea 5-5 de la
Figura 4, de un recipiente de separación que tiene dos entradas y
guías de entrada;
la Figura 6 es una vista frontal de una
realización alternativa de un recipiente de separación que tiene dos
entradas, y
la Figura 7 es una vista superior de una
realización alternativa de un vaso de separación que tiene una
pluralidad de entradas.
Haciendo ahora referencia a los dibujos, y a la
Figura 1 en particular, se ha ilustrado un recipiente (3) de
separación, con dos entradas (1) y (2). La Figura 2 muestra una
vista frontal de un vaso (3) de separación con dos entradas (1) y
(2), una salida (6) de vapor, una base (4), y una salida (5).
Una corriente se introduce en el recipiente (3)
de separación a través de las entradas (1) y (2). El número de
entradas utilizadas, la localización de la(s)
entrada(s), y el diámetro de la(s) entrada(s),
pueden ser manipulados según imponga la geometría del recipiente de
separación, con el fin de reducir la velocidad de la corriente tras
su introducción en el recipiente de separación, con el fin de
reducir la tendencia de la corriente a moverse a lo largo de la
superficie interna del recipiente de separación hacia la salida de
vapor, y para reducir el arrastre de los
no-vapores.
El diámetro de la(s) entrada(s)
(1) y (2) es, con preferencia, tal que se maximiza la coherencia
tangencial de la corriente entrante. Aunque las entradas (1) y (2)
han sido mostradas en la Figura 2 con una geometría cilíndrica, los
expertos en la materia comprenderán que también se pueden usar
entradas que tengan una geometría distinta de la cilíndrica. Por
consiguiente, se puede utilizar una amplia variedad de geometrías
para diseñar la(s) entrada(s). De acuerdo con una
realización alternativa de la presente invención, según se ilustra
en la Figura 6, la posición de las entradas (1) y (2) puede ser
variada de modo que el punto de entrada de la entrada (1) esté
desplazado verticalmente respecto al punto de entrada de la entrada
(2). Los expertos en la materia comprenderán que el desplazamiento
vertical entre las entradas (1) y (2) puede ser cambiado
ampliamente, según imponga la geometría del recipiente de
separación, con el fin de reducir la velocidad y maximizar la
coherencia tangencial de la corriente entrante, consiguiendo con
ello una reducción del arrastre.
De acuerdo con otra realización alternativa de
la presente invención, según se ilustra en la Figura 7, se puede
usar una pluralidad de entradas (1), (2), (12) y (13) para reducir
la velocidad y maximizar la coherencia tangencial de la corriente
entrante. Según se ilustra en la Figura 7, las entradas (1) y (2)
proporcionan una entrada tangencial hacia el recipiente (3) de
separación, mientras que las entradas (12) y (13) proporcionan una
entrada perpendicular. Los expertos en la materia comprenderán que
las ubicaciones de las entradas (1), (2), (12) y (13) son de
naturaleza ilustrativa, y que las entradas pueden estar situadas en
cualquier parte a lo largo del perímetro exterior del recipiente de
separación. Los expertos en la materia reconocerán también que el
número de entradas utilizadas puede variar ampliamente, según
imponga la geometría del recipiente de separación, y en virtud de
los beneficios desde un punto de vista de los costes.
La relación de no-vapor respecto
a vapor en la corriente de entrada es, con preferencia, tal que el
no-vapor no se dispersa en el vapor tanto como para
necesitar que se aplique una fuerza de aceleración a la corriente
para formar una aglomeración del no-vapor. En otra
realización preferida, la velocidad de la corriente se reduce a una
velocidad que no provoque que la corriente se rompa cuando entre en
contacto con la pared del recipiente (3) de separación. Se prefiere
que, tras la introducción en el recipiente de separación, la
velocidad de la corriente se reduzca hasta una velocidad que sea
menor que la velocidad a la que la dispersión de las partículas de
no-vapor de la corriente conduce al arrastre de
dicho no-vapor.
El vapor se separa de la corriente y sale del
recipiente (3) de separación a través de la salida (6) de vapor a
velocidades de vapor no uniformes que son impuestas por el diseño
del recipiente de separación. El vapor puede ser separado de la
corriente mediante una reducción de la presión tras la entrada en el
recipiente de separación, o mediante otros métodos conocidos por
los expertos en la materia. Para reducir y distribuir las
velocidades no uniformes del vapor en el interior del recipiente (3)
de separación, se dispone con preferencia una bandeja (7) de
distribución en el interior del recipiente de separación, según se
ha ilustrado en la Figura 3. De acuerdo con una realización
preferida de la presente invención, la bandeja de distribución puede
ser una bandeja perforada sustancialmente planar. Dicha bandeja es
bien conocida por los expertos en la materia. Los expertos en la
materia reconocerán también que se pueden utilizar asimismo bandejas
que no sean planares o sustancialmente planares.
La bandeja (7) de distribución, distribuye la
velocidad no uniforme del vapor en el interior del recipiente de
separación. La bandeja (7) de distribución, sin embargo, no llega a
igualar las velocidades no uniformes debido a que existirán áreas
locales de diferente velocidad en las porciones perforadas y macizas
de la bandeja (7) de distribución. La distribución de las
velocidades de vapor no uniformes contribuyen a la reducción del
arrastre debido a que las velocidades de vapor más altas tienden a
portar más no-vapor que las velocidades de vapor
más bajas. La bandeja (7) de distribución contribuye también a
minimizar la tendencia de la corriente a moverse a lo largo de la
superficie interna del recipiente (3) de separación hacia la salida
(6) de vapor.
De acuerdo con los procedimientos de la presente
invención, cuando se utiliza una bandeja (7), se dispone en el
interior del recipiente (3) de separación, y la velocidad de la
corriente se mantiene de modo que la corriente no contacta con, ni
desborda, la bandeja (7). Con preferencia, la distancia entre las
entradas (1) y (2) y la bandeja (7) se maximiza mientras que se
mantienen las capacidades de distribución de la bandeja (7).
En otra realización preferida, la bandeja (7) se
sitúa en un punto que minimiza la capacidad vortical del vapor, y
provoca que el vapor se desplace ascendentemente por el interior del
recipiente (3) de separación. Todavía en otra realización preferida
de la presente invención, se proporciona una corriente de irrigación
de agua, de líquido, u otra corriente de irrigación, a la bandeja
(7), para ayudar a reducir el arrastre del
no-vapor.
Según se separa el vapor de la corriente
entrante, el no-vapor del interior del recipiente
(3) de separación se recoge en la base (4) donde se mantiene a un
nivel (9) mediante el control de su liberación a través de la
salida (5). Los expertos en la materia reconocerán que se puede
utilizar una amplia diversidad de procedimientos para liberar el
no-vapor a través de la salida (5), y que el nivel
(9) mantenido puede ser variado según imponga la geometría del
recipiente de separación. Aunque el recipiente (3) de separación ha
sido mostrado con un diseño cilíndrico simple, los expertos en la
materia reconocerán que se pueden utilizar recipientes que tengan
otras configuraciones geométricas. En consecuencia, se puede
utilizar una amplia variedad de geometrías para diseñar el
recipiente de separación, incluyendo, aunque sin limitación, un
ahusamiento o ensanchamiento de la base (4) con respecto al resto
del recipiente (3) de separación. El nivel (9) en la base (4) del
recipiente (3) de separación se mantiene con preferencia a una
altura que proporcionará la liberación controlada del
no-vapor desde el recipiente (3) de separación, y
que minimiza la cantidad de no-vapor en la base (4)
arrastrado por la corriente. Con preferencia, deflectores (no
ilustrados) han sido incluidos en la base (4) para minimizar el
flujo rotacional del no-vapor en la base (4) con el
fin de minimizar el flujo rotacional del no-vapor en
la base (4), ayudando con ello a minimizar el arrastre del
no-vapor en la base por parte de la corriente
entrante. Los deflectores
y otros accesorios que tienen los mismos efectos que los deflectores, son bien conocidos por los expertos en la materia.
y otros accesorios que tienen los mismos efectos que los deflectores, son bien conocidos por los expertos en la materia.
De acuerdo con la presente invención, se
prefiere que el arrastre del no-vapor en la base (4)
por medio de la corriente entrante, se minimice de modo que
contribuya a la minimización de la cantidad de
no-vapor que sale con el flujo de vapor. Estos
objetivos de la invención se realizan con preferencia mediante uno,
o una combinación, de lo siguiente: posicionamiento de las entradas
(1) y (2), mantenimiento del nivel de no-vapor en
la base (4), regulación de la velocidad de la corriente entrante,
distribución de las velocidades no uniformes del vapor en el
interior del recipiente (3) de separación, y regulación de la
velocidad del vapor saliente. Los expertos en la materia
comprenderán que la posición de las entradas (1) y (2), el nivel de
no-vapor mantenido en la base (4), la regulación de
la velocidad de la corriente entrante, la distribución de las
velocidades no uniformes del vapor en el interior del recipiente de
separación, y la regulación de la velocidad del vapor saliente,
pueden ser sometidas, cada una de ellas, a una amplia gama de
ajustes, y cada una puede ser ajustada independientemente de las
otras, con el fin de conseguir el comportamiento más preferido según
imponga la geometría del recipiente de separación.
De acuerdo con otra realización preferida, según
se ilustra en las Figuras 4 y 5, se pueden disponer guías (8) de
entrada en el interior del recipiente de separación para maximizar
la coherencia tangencial de la corriente. Las guías (8) de entrada
tienen un primer reborde (10) que se extiende perpendicular a la
superficie interna del recipiente (3), y un segundo reborde (11)
que se extiende perpendicular al primer reborde (10) y
concéntricamente con respecto a la superficie interna del
recipiente (3). Según se muestra en la Figura 4, las guías (8) de
entrada pueden ser arqueadas y perfiladas longitudinalmente y
respecto a la superficie interna del recipiente (3) de separación
de modo que cubran el punto de entrada de la(s)
entrada(s) (1) y (2). Con preferencia, el segundo reborde
(11) se extiende a la longitud completa de la(s)
guía(s). El primer reborde (10) de la(s)
guía(s) (8) se extiende con preferencia hacia fuera desde la
superficie interna del recipiente (3) de separación hasta una
distancia que es aproximadamente igual al diámetro de la(s)
entrada(s) (1) y (2). Con preferencia, la(s)
guía(s) (8) de entrada circunscribe(n) un arco de
alrededor de 60 a 120 grados. Más preferiblemente, la(s)
guía(s) (8) de entrada circunscribe(n) un arco de
aproximadamente 90 a 120 grados. Los expertos en la materia
comprenderán que la geometría y configuración de la(s)
guía(s) (8) de entrada pueden variar según imponga el diseño
del recipiente de separación.
Los expertos en la materia comprenderán que la
extensión de la(s) guía(s) (8) hacia fuera en el
recipiente de separación, puede variar ampliamente para un
comportamiento más preferible según imponga la geometría del
recipiente de separación. Los expertos en la materia reconocerán
también que la(s) guía(s) (8) puede(n) no ser
arqueada(s), y que la(s) guía(s) (8)
puede(n) ser colocada(s) en una diversidad de
posiciones, configuraciones y ángulos, incluyendo una ligera
inclinación, según imponga la geometría del recipiente (3) de
separación, con el fin de conseguir la máxima reducción del
arrastre.
Puesto que las velocidades superficiales son
responsables del arrastre una vez que se ha formado una distribución
específica de tamaño de gotita o de partícula, se puede utilizar
también una salida (6) de vapor de diámetro más grande, que
contribuya a una reducción de la velocidad del vapor de salida, para
reducir el arrastre del no-vapor. El diámetro de la
salida de vapor afecta a la velocidad del vapor de salida. En
términos de diseño para cualquier recipiente de separación, de
acuerdo con las realizaciones preferidas de la presente invención,
se optimiza la separación de
la(s) entrada(s) y de la salida de vapor. Los expertos en la materia comprenderán que el número de salidas de vapor utilizadas, su posición, su diámetro y su configuración geométrica, pueden ser ajustados y variados según imponga la geometría del recipiente de separación, y en virtud de los beneficios desde un punto de vista de los costes, para conseguir la máxima reducción del arrastre.
la(s) entrada(s) y de la salida de vapor. Los expertos en la materia comprenderán que el número de salidas de vapor utilizadas, su posición, su diámetro y su configuración geométrica, pueden ser ajustados y variados según imponga la geometría del recipiente de separación, y en virtud de los beneficios desde un punto de vista de los costes, para conseguir la máxima reducción del arrastre.
En otra realización preferida, la salida (6) de
vapor se alimenta a un ciclón (no representado), bien conocido por
los expertos en la materia. Según es convencional en la técnica, el
ciclón recoge los líquidos y los sólidos arrastrados por el flujo
de vapor saliente. Los fluidos o los sólidos recogidos por el ciclón
pueden ser recirculados o almacenados, de acuerdo con la secuencia
de operación particular de procesamiento o de refinación.
De acuerdo con la presente invención, la
reducción del arrastre puede ser llevada a cabo mediante uno o más
de los siguientes procedimientos: (1) reducción de la velocidad de
la corriente entrante mediante ajuste del número de entradas
utilizadas, de la posición de la(s) entrada(s), y del
diámetro de la(s) entrada(s); (2) maximización de la
coherencia tangencial de la corriente entrante mediante reducción de
la velocidad y/o guiado de la misma a lo largo de una trayectoria
cuando se introduce en el recipiente de separación; (3) minimización
de la tendencia de la corriente a moverse a lo largo de la
superficie interna del recipiente de separación hacia la salida de
vapor mediante reducción de su velocidad y/o guiado de la misma a lo
largo de una trayectoria cuando se introduce en el recipiente de
separación y/o mediante distribución de las velocidades de vapor en
el interior del recipiente de separación; y (4) reducción de las
velocidades de salida de flujo de vapor mediante ajuste del número
de salidas, de la posición de la(s) salida(s), y del
diámetro de la(s) salida(s).
La presente invención va a ser descrita ahora
con mayor detalle con referencia a los ejemplos que siguen. Los
ejemplos son simplemente ilustrativos de los procedimientos de la
presente invención y no deben entenderse como limitativos.
En procesos de gases/líquidos, el arrastre de
líquido en forma de atomizaciones y neblinas es el resultado de la
formación de gotitas creadas mediante uno o más de diversos
mecanismos tales como agitación, condensación y cambios de presión
acompañados de evaporación rápida. En tales procesos, un factor de
contribución principal al arrastre de líquido es el tamaño y la
distribución de las gotas. Las gotitas creadas en aplicaciones de
turbulencia o velocidad altas, tal como los atomizadores, el
enfriamiento brusco, la evaporación rápida y la destilación, son
normalmente una función de la energía o potencia por unidad de
masa.
El tamaño del recipiente de separación depende
de los procesos y del equipamiento que se utilicen, así como
también de las propiedades típicas de los líquidos, los vapores, los
gases y los sólidos que se estén utilizando. Los ejemplos que
siguen se refieren a la aplicación del proceso de la invención a un
evaporador comercial. Se fabricó un modelo a escala reducida de un
evaporador comercial para la realización de los ensayos que se
discuten en los ejemplos. En un evaporador como el evaporador
comercial mencionado, se suministra energía al líquido mediante
evaporación rápida a alta velocidad. La escala reducida de las
velocidades de vapor mediante energía cinética, y las velocidades
de líquido mediante masa, fueron estimadas para el modelo de unidad
de evaporador como sigue.
Para la fase gaseosa, el escalado de energía
cinética estuvo expresado por la definición de factor de capacidad
utilizada en destilación, la cual está relacionada de forma muy
cercana con la correlación de Souders-Brown para
los separadores de partículas. La escala reducida para la fase
líquida se basó en relaciones de masa equivalente entre la unidad
comercial y la unidad modelo. El tamaño de gota depende de las
propiedades físicas del sistema. Para un sistema de gas/líquido, el
tamaño de gota depende también de la potencia por unidad de masa en
un régimen de flujo turbulento. El arrastre es una función
exponencial de la velocidad superficial.
Debido a las altas velocidades de flujo de la
corriente entrante utilizada generalmente para operar en un
recipiente de separación, la presente invención buscó un
procedimiento con el que rebajar las velocidades de entrada y
distribuir las velocidades de vapor, de modo que: (1) se creó y se
mantuvo una coherencia tangencial de la corriente de entrada; (2)
se redujo el desplazamiento de la corriente de entrada a lo largo de
la superficie interna del recipiente de separación hacia la salida
de vapor; (3) se redujo la cantidad de no-vapor
procedente de la corriente de entrada que salió con el flujo de
vapor; y (4) se minimizó la cantidad de no-vapor
arrastrado por la corriente entrante desde la base del recipiente
de separación.
En el modelo de evaporador, se utilizó una
bandeja de distribución de vapor que tenía orificios de 12,7 mm
(0,5 pulgadas) de diámetro, y un área de orificios del 13,5%. El
área adyacente a la pared del recipiente no tenía orificios hasta
una distancia de alrededor de 445 mm (1,75 pulgadas) desde la pared.
La bandeja tenía 519 orificios que tenían un diámetro de 12,7 mm
(1/2 pulgada), con un paso triangular de 27,9 mm (1,1 pulgadas).
\newpage
Se diseñó un ciclón de plástico acrílico de 36,8
cm (14,5 pulgadas), y se conectó mediante una tubería con la salida
del evaporador en algunos de los desarrollos de prueba. La salida
del ciclón fue conectada mediante una tubería con una disposición
de separador de partículas/paleta, contenida en una caja de plástico
acrílico. Esta disposición facilitó la observación de la
efectividad de los procedimientos de la invención, puesto que el
fondo del ciclón recogió todo el arrastre medible.
En algunos desarrollos de prueba, la bandeja fue
regada con 5,68 l (1,5 galones) por minuto (gpm) de agua (indicado
en la Tabla I como "lavado de 5,68 l/min").
En algunos desarrollos de prueba, se utilizó sal
para estimular sólidos, tales como catalizadores, disueltos o
suspendidos en el no-vapor de la corriente entrante
(indicada en la Tabla I como "sal").
Cuando el flujo fue dividido hacia dos conductos
de entrada, cada uno tenía un diámetro nominal de 12,1 cm (4,75
pulgadas). Cuando se agrandaron las entradas, se utilizó un conducto
de plástico acrílico con un diámetro nominal de 15,24 cm (6
pulgadas), (indicado en la Tabla I como "entrada dividida" de
15,24 cm).
Cuando se probaron las guías, se utilizaron
guías perfiladas arqueadas entre 60 y 120 grados (indicadas en la
Tabla I como "guías").
Las principales observaciones de los desarrollos
realizados con el recipiente de separación modelo, fueron:
- -
- Cuando se incrementaron las velocidades de gas, el punto de separación para un arrastre incrementado pareció estar en torno a 22,7 m^{3} (800 pies cúbicos reales) por minuto (acfm), para ambos casos de evaporador con bandejas y sin bandejas, aunque el incremento fue exponencial solamente cuando estuvo presente la bandeja, aparentemente debido a que el líquido mojó el fondo de la bandeja.
- -
- Una bandeja irrigada redujo el arrastre de sal (utilizada para estimular los sólidos disueltos, tales como los catalizadores) en aproximadamente el 80% en comparación con el caso básico (sin bandejas), aunque no se redujo el arrastre total de líquido, sino que por el contrario se incrementó.
- -
- Dos entradas que tenían un diámetro nominal de 12,1 cm (4,75 pulgadas) redujeron el arrastre significativamente. La adición de una bandeja de distribución no irrigada redujo el arrastre a aproximadamente cero (hasta una velocidad de gas dada).
- -
- Con dos entradas que tenían un diámetro nominal de 12,1 cm (4,75 pulgadas) y una bandeja, se produjo un incremento súbito, drástico, del arrastre a aproximadamente 35,7 m^{3}min^{-1} (1.260 acfm) cuando la velocidad de líquido se incrementó desde alrededor de 197 hasta 227 litros/minuto (52 a 60 gpm). Se observó que la bandeja pareció rebosar en ese punto. También se observó que la adición de un lavado a la bandeja iniciaba el rebosamiento a velocidades de gas más bajas.
- -
- Con dos entradas agrandadas (15,24 cm nominales), no se pudo observar ningún arrastre medible hasta, e incluyendo, las velocidades más altas de la combinación de líquido y gas en la gama estudiada. Con una bandeja presente, no existió tampoco ningún arrastre visible y, adicionalmente, estuvo presente una menor salpicadura.
- -
- Las guías de flujo por encima de la entrada, resultaron efectivas para detener el arrastre a velocidades más altas. Una guía de 90º pareció comportarse mejor que una guía de 120º.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
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El número 5,68, cuando se encuentra presente una
bandeja, se refiere a una velocidad de lavado o irrigación de
alrededor de 5,68 l/min (1,5 gpm).
La indicación 15,24 cm a continuación de
"entrada" se refiere a una o más entradas agrandadas.
La indicación "única" o la carencia de
indicación a continuación de "entrada", se refiere a un
recipiente de ensayo que utiliza solamente una entrada.
Se debe apreciar que aunque las pruebas fueron
desarrolladas en un recipiente de separación modelo que proporcionó
una entrada tangencial de la corriente en el recipiente de
separación, el procedimiento de la invención es también aplicable a
recipientes en los que la entrada real de la corriente en el
recipiente no es tangencial. Una entrada tangencial no es el foco u
objeto de la invención, sino que, por el contrario, un objeto
consiste en la maximización de la coherencia tangencial una vez que
la corriente ha sido introducida en el recipiente.
Claims (7)
1. Un procedimiento para reducir el arrastre de
componentes de no-vapor presentes en un flujo de
vapor que sale de un recipiente de separación, en el que el
procedimiento comprende:
introducir una corriente en un recipiente de
separación que tiene una superficie interna, al menos una entrada,
y al menos una salida de vapor, en el que la corriente se introduce
a través de la al menos una entrada, y circula tangencialmente
hasta la superficie interna del recipiente de separación, en el que
la corriente comprende una porción de no-vapor y
una porción de vapor, y en el que la velocidad de la corriente se
reduce tras la introducción de la corriente en el recipiente de
separación;
separar un flujo de vapor de la corriente en el
recipiente de separación, teniendo dicho flujo de vapor una
velocidad de vapor no uniforme en el interior del recipiente de
separación, y
permitir que el flujo de vapor salga del
recipiente de separación a través de la al menos una salida de
vapor.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que la porción de no-vapor de la corriente
comprende al menos un sólido.
3. El procedimiento de la reivindicación 2, en
el que el sólido está disuelto o suspendido en la porción de
no-vapor.
4. El procedimiento de cualquier reivindicación
anterior, que comprende además recuperar al menos una parte de la
porción de no-vapor de la corriente que sale del
recipiente de separación a través de la al menos una salida de
vapor con el flujo de vapor.
5. Un procedimiento de acuerdo con cualquier
reivindicación anterior, en el que el recipiente de separación
tiene una primera superficie interna curva y una segunda superficie
interna perpendicular a dicha primera superficie interna curva,
para distribuir las velocidades de vapor en el interior del
recipiente de separación.
6. El procedimiento de cualquier reivindicación
anterior, en el que la corriente se introduce en el recipiente de
separación a través de al menos dos entradas.
7. El procedimiento de la reivindicación 6, en
el que el recipiente de separación tiene un eje longitudinal y la
corriente se introduce en el recipiente de separación a través de
dos entradas situadas en diferentes puntos a lo largo del eje
longitudinal del recipiente de separación.
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