ES2305830T3 - Bandeja de contacto gas-liquido. - Google Patents
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Abstract
Una bandeja de contacto gas-líquido adecuada para montaje horizontal en una columna normalmente vertical para contacto contracorriente de gas y líquido, comprendiendo dicha bandeja: - una placa de bandeja que tiene superficies superior e inferior, disponiéndose en dicha placa de bandeja una abertura de entrada de bajante; y - una bajante para guiar el líquido desde la superficie superior de la placa de bandeja a una abertura de la salida de la bajante por debajo de la placa de bandeja, teniendo dicha bajante una pared lateral que se extiende hacia abajo desde la abertura de entrada de la bajante, en dicha pared lateral de la bajante se dispone la abertura de salida de líquido, y en la que la abertura de salida de líquido está provista con un medio de guía de líquido.
Description
Bandeja de contacto
gas-líquido.
La invención se refiere a una bandeja de
contacto gas-líquido, en particular a una bandeja
tal que comprende una placa de bandeja que tiene superficies
superior e inferior, disponiéndose en dicha placa de bandeja una
abertura de entrada de bajante y una bajante para guiar el líquido
desde la superficie superior de la placa de bandeja a la abertura
de salida de la bajante por debajo de la placa de bandeja.
Dicha bandeja normalmente se monta de forma
horizontal en una columna vertical, y los términos hacia arriba y
hacia abajo, superior e inferior, se usan en la memoria descriptiva
y en las reivindicaciones con referencia a esta disposición normal
de la bandeja. La columna vertical puede ser por ejemplo una columna
para contacto contracorriente de gas y líquido, tal como una
columna de fraccionamiento, en la que una pluralidad de bandejas
similares se almacenan verticalmente.
Cada una de dichas bandejas normalmente
comprende un área de burbuja, que es un área de la placa de bandeja
que está provista con aberturas en la bandeja, por ejemplo,
perforaciones o válvulas especiales, a través de las cuales el gas
puede pasar hacia arriba durante el funcionamiento normal. De esta
manera, se permite que el gas burbujee a través del líquido
presente en la bandeja durante el funcionamiento normal, alcanzando
de esta manera un contacto íntimo gas-líquido. El
líquido normalmente se recibe en la bandeja desde la salida del
líquido de la bajante de una bandeja superior. La bandeja se dispone
de manera que el líquido fluye a una cierta distancia sobre la
bandeja y durante dicho tiempo el gas puede burbujear a su través,
antes de que el líquido se retire de la bandeja y se guíe a una
bandeja inferior mediante una bajante.
Las salidas de líquido de las bajantes pueden
disponerse en particular por encima del nivel de líquido en la
bandeja de recepción de líquido. Dichas bajantes se denominan
comúnmente bajantes truncadas.
La memoria descriptiva de patente de Estados
Unidos Nº US 4 550 000 describe una bandeja conocida que comprende
numerosas bajantes inclinadas rectangulares paralelas. Una bajante
rectangular tiene una abertura de entrada con forma sustancialmente
rectangular. Una bajante inclinada rectangular es una bajante cuyas
paredes laterales más largas están inclinadas entre sí en la
dirección hacia abajo. El extremo inferior de las bajantes conocidas
se forma mediante una placa inferior en la que se disponen las
aberturas de salida de líquido, de manera que se evita la
interferencia de las corrientes de líquido de bajantes
adyacentes.
Se observó que ocurría un problema cuando dichas
bajantes funcionan a altas cargas de líquido. El líquido que sale a
través de las salidas de líquido cae con tal velocidad sobre la
siguiente bandeja que el líquido puede pasar directamente a través
de las perforaciones que están directamente debajo de la bajante.
Esto es un problema ya que normalmente el líquido que se recibe en
una cierta bandeja debe desplazarse a una distancia hasta la
siguiente entrada de bajante para tener un tiempo de residencia
suficiente para el contacto gas-líquido en dicha
bandeja. También, si se usan bandejas con válvulas flotantes, el
momento del líquido recibido en la bandeja inferior puede empujar
las válvulas directamente por debajo de las bajantes hacia abajo,
cerrando de esta manera las aberturas de la bandeja sobre la
siguiente bandeja inferior, de manera que el gas no puede
burbujearse a través del área de recepción del líquido. Este
problema no se encuentra cuando las perforaciones o válvulas se
disponen en un área de recepción de líquido por debajo de las
bajantes de la bandeja superior. Sin embargo, esto es indeseable ya
que el área de recepción de líquido no perforada se dispone a costa
del área de burbujeo, considerando que normalmente se desea
maximizar el área de burbujeo para la eficacia de fraccionamiento
óptima.
El documento US 4 550 000 describe una solución
a este problema disponiendo una estructura perforada hecha de metal
expandido sobre la bandeja inferior, por debajo de las aberturas de
descarga de líquido de la bajante superior. Las estructuras
perforadas sirven para romper y al menos desviar parcialmente la
corriente de líquido. Sin embargo, dichas estructuras perforadas
normalmente no se aplican en la práctica debido a su complejidad y
costes de fabricación.
Claramente, el problema descrito anteriormente
en este documento aumenta con el aumento de la velocidad del
líquido que impacta sobre la bandeja que tiene por debajo.
Particularmente, se observan altas velocidades de líquido con
bandejas que comprenden bajantes rectangulares altamente inclinadas
como se describe en la solicitud de patente internacional con Nº de
publicación WO 01/60485.
La memoria descriptiva de patente de Estados
Unidos Nº US 5 407 605 describe una bandeja de contacto
gas-líquido que comprende una pila de bandejas
perforadas y una pluralidad de bajantes rectangulares, teniendo cada
una un par de paredes laterales planas que están inclinadas entre
sí, de manera que las bajantes tienen una sección transversal
triangular. La parte inferior de las bajantes se sella y las paredes
inclinadas están provistas con aberturas de salida de líquido en
forma de perforaciones. De esta manera, se confiere un componente de
velocidad horizontal lejos de la bajante a una salida de líquido
para que el líquido salga por las aberturas de salida. La bandeja
conocida es útil para difundir el líquido sobre cualquier relleno
que pueda localizarse por debajo de la bandeja. También, cuando no
se dispone de un relleno de manera que el líquido se recibe
directamente en una bandeja inferior, el componente de velocidad
horizontal ayuda a dirigir el líquido sobre el área de apilamiento
de la bandeja que hay debajo.
Sin embargo, se encontró que es difícil
controlar u optimizar la distribución del líquido desde las
aberturas de salida de la bajante sobre la bandeja que hay debajo,
para hacer un uso óptimo del área de burbujeo. En condiciones de
proceso dadas en la columna, la trayectoria de flujo de líquido que
sale de la bajante conocida se determina fundamentalmente mediante
el ángulo de la pared lateral con la vertical.
La solicitud de patente de Reino Unido con Nº de
publicación GB 2 002 650 describe una columna vertical que
comprende dos bandejas que se apilan verticalmente en la columna. En
cada bandeja se dispone una pluralidad de bajantes rectangulares de
manera que se extienden en paralelo entre sí sobre la anchura de la
bandeja, entre el área de burbujeo perforada. Los miembros de suelo
de las bajantes están provistos con aberturas a través de las
cuales el líquido sale verticalmente hacia abajo. Para evitar que
rezume líquido desde las bajantes superiores a través del área de
contacto de fluido inferior, se dispone transversalmente por debajo
de las aberturas de bajante un medio de reborde, que da un
componente de velocidad horizontal al líquido que sale de la
bajante perpendicular a la dirección longitudinal de la bajante. En
una realización conocida de las bandejas, las bajantes en ambas
bandejas se extienden en paralelo entre sí, y las bajantes de la
bandeja inferior están desplazadas transversalmente, de manera que
el líquido de la bandeja superior no se descarga directamente a la
bajante de la bandeja subyacente. En otra realización, las bajantes
en ambas bandejas se extienden en direcciones mutuamente
perpendiculares, y el líquido que se sale de la bajante superior
fluye en paralelo entre las aberturas de entrada de la bajante en
la bandeja inferior.
Se desea proporcionar una bandeja de contacto
gas-líquido con una bajante, que permita una
distribución controlada u optimizada del líquido desde la bajante
sobre la bandeja que tiene debajo, en particular de manera que el
uso de un área de burbujeo en la bandeja que hay debajo y la
eficacia global de la bandeja puedan maximizarse.
La invención proporciona una bandeja de contacto
gas-líquido adecuada para montaje horizontal en una
columna normalmente vertical para contacto en contracorriente gas y
líquido, comprendiendo dicha bandeja:
- -
- una placa de bandeja que tiene superficies superior e inferior, en la que en dicha placa de bandeja se dispone una abertura de entrada de bajante; y
- -
- una bajante para guiar el líquido desde la superficie superior de la placa de bandeja a debajo de la bandeja, teniendo dicha bajante una pared lateral que se extiende hacia abajo desde la abertura de entrada de la bajante, disponiéndose en dicha pared lateral de la bajante una abertura de salida de líquido, en la que la abertura de salida de líquido está provista con un medio de guía de líquido.
La expresión pared lateral de bajante que se
extiende hacia abajo desde la abertura de entrada de la bajante se
refiere a cualquier forma de la pared lateral de una bajante que
tiene una salida por debajo del nivel de la bandeja, cuando la
bandeja se dispone horizontalmente. En particular, la pared lateral
puede ser vertical, o estar total o parcialmente inclinada con
respecto a la orientación de la bandeja normalmente horizontal.
El líquido que sale durante el funcionamiento
normal de la abertura de salida de líquido en la pared lateral de
la bajante tiene al menos un componente de velocidad horizontal, sin
tener en cuenta la influencia del medio de guía de líquido. La
dirección del líquido se modifica mediante el medio de guía de
líquido. El medio de guía de líquido se dispone adecuadamente de
manera que se obtiene una trayectoria optimizada de flujo del
líquido durante la operación normal.
Por ejemplo, cuando una pluralidad de aberturas
de salida de líquido se dispone en la pared lateral, alguna o todas
ellas están provistas con medios de guía de líquido que pueden
disponerse de manera que el líquido se distribuye relativamente
uniformemente sobre un área seleccionada relativamente grande, en la
bandeja que hay debajo. De esta manera, la velocidad media de
líquido que impacta sobre el área de recepción puede minimizarse.
Por lo tanto, el área de recepción de líquido puede estar provista
con aberturas; en la mayoría de los casos pueden proporcionarse
perforaciones normales sobre toda el área de burbujeo.
Preferiblemente, los medios de guía de líquido se disponen de
manera que el líquido existente desde una pared lateral de la
bajante se distribuye sobre una parte tan grande como sea posible
del área de burbujeo de la bandeja que tiene debajo, mientras que a
la vez se mantiene una distancia de desplazamiento suficiente desde
la abertura de entrada más cercana de una bajante en la bandeja
inferior.
En una realización particular, la bandeja de
acuerdo con la invención se dispone por encima de una bandeja
inferior con una bajante que se extiende generalmente en paralelo
con la pared lateral de la bajante de la bandeja superior y se
traslada lateralmente con respecto a la bajante en la bandeja
superior. El medio de guía del líquido se ajusta de manera que el
líquido durante el funcionamiento normal no se recibe en la abertura
de entrada de la bajante en la placa de bandeja inferior más cerca
de al menos 100 mm, preferiblemente al menos 150 mm, más
preferiblemente al menos 200 mm.
Cuando la bajante de la bandeja de acuerdo con
la invención es una bajante rectangular, puede disponerse también
por encima de una bandeja inferior provista con al menos dos
bajantes que se extienden generalmente en paralelo con las paredes
laterales de la bajante de la bandeja superior, y en la que la
bajante de la bandeja superior se dispone entre, preferiblemente
simétricamente entre, las bajantes en la bandeja inferior. La
ventaja particular del medio de guía de líquido en esta realización
es que permite ajustar el componente de velocidad horizontal del
líquido que sale de las aberturas de salida en la pared lateral de
la bajante superior. De esta manera, se hace posible hacer un uso
óptimo del área entre las bajantes en la bandeja inferior, usando
una parte relativamente grande como área de recepción de líquido
aunque proporcionando aún una longitud de trayectoria de flujo
suficientemente larga en la bandeja inferior para contacto
gas/líquido, antes de que el líquido entre en la abertura de la
bajante más cercana que se extiende transversal a la trayectoria de
flujo. Adecuadamente, el medio de guía se ajusta de manera que el
líquido durante el funcionamiento normal no se recibe en la abertura
de entrada de la bajante en la bandeja inferior más cerca de al
menos 100 mm, preferiblemente al menos 150 mm, más preferiblemente
al menos 200 mm
Un medio de guía de líquido es cualquier
dispositivo que influya en la dirección del flujo de líquido en una
abertura de salida en la pared lateral de la bajante durante el
funcionamiento normal, comparado con la situación en la que el
medio de guía de líquido no está instalado.
Los medios de guía adecuados son rebordes de
guía o canaletas de guía, que se unen preferiblemente a la pared
lateral cerca de la abertura de salida. Una canaleta o reborde de
guía puede ser por ejemplo plana, de tipo surco, o tubular.
Preferiblemente, el medio de guía está formado integralmente desde
la pared lateral durante la fabricación de la abertura de salida,
tal como por corte y doblado o perforación. Por lo tanto, no es
necesario unir partes adicionales a la pared lateral, permitiendo
de esta manera una fabricación eficaz de los medios de guía
formados integralmente.
La dirección del líquido que sale a través de la
salida de guía puede describirse en general mediante un vector de
velocidad que tiene un componente de velocidad vertical y
horizontal. La dirección del líquido cambia cuando cambia la
magnitud del componente de velocidad vertical, y/o la dirección o la
magnitud del componente de velocidad horizontal. El medio de guía
puede disponerse para influir en el vector de velocidad del líquido
que sale durante el funcionamiento normal a través de la abertura de
salida de líquido en cualquier dirección, dependiendo de la
situación práctica. El componente de velocidad vertical y/o el
componente de velocidad horizontal pueden cambiarse para cambiar la
dirección del líquido. Aumentando la magnitud del componente de
velocidad verticalmente hacia arriba (equivalente a disminuir el
componente de velocidad verticalmente hacia abajo), el flujo de
líquido se eleva y puede desplazarse una mayor distancia horizontal
que sin el medio de guía de líquido, antes de chocar con la bandeja
inferior. El componente de velocidad verticalmente hacia arriba
puede disminuirse también para limitar la distancia de
desplazamiento horizontal. Cambiando la dirección del componente de
velocidad horizontal puede influirse en la dirección del flujo de
líquido sobre la bandeja. La magnitud del componente de velocidad
horizontal puede cambiarse también.
La invención se describirá ahora a modo de
ejemplo, con más detalle con referencia a los dibujos, en los
que
La Figura 1 muestra esquemáticamente una columna
en la que se disponen dos bandejas de acuerdo con una primera
realización de una bandeja de acuerdo con la presente invención;
La Figura 2 muestra esquemáticamente una vista
superior de las bandejas de la Figura 1;
La Figura 3 muestra esquemáticamente varias
realizaciones de medios de guía de líquido de la invención;
La Figura 4 muestra esquemáticamente un patrón
de flujo de líquido en una bandeja de flujo cruzado
convencional,
La Figura 5 muestra esquemáticamente una vista
lateral en una pared lateral de bajante segmentada de acuerdo con
la presente invención; y
La Figura 6 muestra esquemáticamente un patrón
de flujo en una bandeja de flujo cruzado usando la bajante de la
Figura 4.
Cuando se usan números de referencia similares
en las Figuras se refieren a partes similares.
Se hace referencia a las Figuras 1 y 2. La
Figura 1 muestra la parte de una columna vertical 1 que tiene una
pared 2 en la que dos bandejas 4, 5 de acuerdo con la presente
invención se disponen horizontalmente. Tanto la bandeja superior 4
como la bandeja inferior 5 se forman básicamente en una placa de
bandeja 6, 6' que tiene superficies superiores 7, 7' y superficies
inferiores 8, 8', estando adaptada dicha placa de bandeja de manera
que puede montarse en la pared de la columna 2. Las partes
correspondientes de las bandejas 4 y 5 están indicadas con el mismo
número de referencia, y son similares a las partes de la bandeja 5.
En la placa de la bandeja 6, 6' se disponen las aberturas 10, 10'
en las que se montan las bajantes 11, 11'.
La Figura 1 muestra sólo partes de las bandejas
4, 5. El ejemplo particular para la disposición de una pluralidad
de bajante se muestra en la vista superior de la bandeja 5 en la
Figura 2, en la que las bajantes están indicadas únicamente
mediante sus aberturas de entrada 10' por claridad. La bandeja 5
está provista con un travesaño de soporte 13' a lo largo de una
línea diametral que divide la bandeja en dos secciones 14', 15'.
Dicho travesaño de soporte está presente preferiblemente en
bandejas que tienen un gran diámetro, tal como mayor de 2 metros.
Las bandejas de menor diámetro pueden fabricarse con o sin un
travesaño de soporte.
Cada sección de la bandeja 14, 15; 14', 15' está
provista con una pluralidad de bajantes paralelas 11, 16; 11', 16'.
Cada bajante 11; 11' es sustancialmente rectangular y tiene dos
paredes laterales alargadas 17, 18; 17', 18' a lo largo de su
longitud y dos paredes finales más pequeñas 19, 21; 19', 21' a lo
largo de su anchura. Preferiblemente 1-10 bajantes
paralelas con forma rectangular están presentes en una sección de
bandeja. Adicionalmente, una o más bajantes segmentadas 16; 16'
pueden estar presentes en una sesión de bandeja 14, 15; 14', 15'
donde la línea diametral se encuentra con la pared de la columna.
Una bajante segmentada 16' como se muestra en las Figuras 1 y 2
tiene una abertura de entrada que tiene un lado que corre paralelo
al lado longitudinal de las bajantes rectangulares, un lado a lo
largo de la pared de la columna y el lado a lo largo de la parte de
la línea diametral. Más en general, una bajante segmentada es una
bajante que tiene una parte relativamente grande, 25% o mayor, de
la circunferencia de su abertura de entrada que corre a lo largo de
la pared de la columna.
Las bajantes 11' se extienden perpendiculares en
la dirección horizontal desde el travesaño de soporte 13' a la
circunferencia de la bandeja 5. Las paredes finales de la bajante
19' de las bajantes 11' en ambas secciones 14, 15' se encuentran
con el travesaño de soporte 13' de una manera alternativa de manera
que una disposición escalonada de bajantes se forma como se
muestra. Las paredes finales opuestas 21' cerca de la pared de la
columna 2 pueden ser generalmente paralelas a los extremos 19' como
se muestra. Como alternativa, las paredes finales 21' pueden seguir
también la circunferencia de la bandeja (pared de la columna), por
ejemplo en una línea recta o curva, para optimizar el área de
abertura de la bajante, y debe quedar claro que dicha bajante es
una bajante rectangular que tiene una abertura de entrada
sustancialmente rectangular.
La bandeja superior 4 difiere de la bandeja
inferior 5 en que es una imagen especular a lo largo del travesaño
de soporte 13. Esto da como resultado que las bajantes 11, 16 de la
bandeja superior 4 se sitúen verticalmente por encima del área
perforada 25' de la bandeja 5 justo por debajo. La Figura 2 indica
esquemáticamente la proyección vertical de las bajantes 11 y 16 de
la bandeja 4 sobre la bandeja 5 con líneas discontinuas. Las líneas
discontinuas indican el tamaño de los extremos inferiores (placas
inferiores 30) de las bajantes inclinadas 11, 16, que podrían
corresponder sustancialmente al área de recepción de líquido en la
bandeja 5 si las bajantes sólo tuvieran aberturas de salida de
líquido en la placa inferior. Las bajantes de la bandeja 5 están
trasladadas lateralmente con respecto a las bajantes de la bandeja
4 desde la que reciben el líquido. Adecuadamente, las bajantes de
la bandeja 4 están dispuestas simétricamente entre las bajantes de
la bandeja 5. Por ejemplo, la bajante rectangular 10 en la bandeja
superior 4 se muestra en la Figura 1 simétricamente entre la bajante
rectangular 10' y la bajante segmentada 16' en la bandeja inferior
5. La dirección de flujo global del líquido sobre las placas de
bandeja es perpendicular a la longitud de las bajantes. La distancia
horizontal entre el extremo inferior de una pared lateral de una
bajante (equivalente a un lado longitudinal de una placa inferior
30) en la bandeja superior y el extremo superior más cercano de una
pared lateral en la bandeja inferior (lado longitudinal de la
abertura de entrada más cercana) es normalmente al menos 200 mm,
preferiblemente al menos 250 mm para permitir que una longitud de
trayectoria de flujo suficiente de líquido en la bandeja
inferior.
Preferiblemente, toda el área de la placa de
bandeja 6' fuera de las bajantes 11', 16' en la bandeja 5 está
perforada con aberturas 25' (mostradas en las Figuras sólo en parte
de la bandeja por claridad) que forman un área de burbujeo, que
incluye en particular el área dirigida verticalmente por debajo de
las salidas de la bajante de las bajantes de la bandeja superior 4.
El área de burbujeo, por lo tanto, sirve como área de recepción de
líquido al mismo tiempo. Igualmente, toda el área fuera de las
bajantes 11, 16 en la bandeja 4 forma preferiblemente el área de
burbujeo.
Las bajantes en las bandejas como se muestra en
la Figura 1 están provistas con un rebosadero de entrada 28; 28'.
Un rebosadero de entrada es un dispositivo situado sobre o alrededor
del límite del área de burbujeo y la abertura de entrada de la
bajante que asegura que una cierta altura de líquido está presente
sobre la superficie superior del área de burbujeo.
La Figura 1 muestra bajantes que están
inclinadas, lo que significa que las paredes laterales de la bajante
dirigida hacia abajo 17, 18; 17' 18' están inclinadas entre sí en
la dirección hacia abajo. Las bajantes inclinadas convencionales se
analizan por ejemplo en el libro de texto general "Distillation
Operation" por Henry Z. Kister, McGraw-Hill Inc,
1990, páginas 173-175, y habitualmente la proporción
de área de sección transversal de la abertura de entrada a nivel de
la bandeja respecto al área de sección trasversal en el fondo de una
bajante inclinada es entre 1,5 y 2,0 y típicamente 1, 7.
La presente invención no se limita al uso con
bajantes de dicha de proporción de secciones transversales. Las
bajantes pueden tener por ejemplo también paredes laterales
verticales. Las paredes laterales de la bajante pueden ser de
cualquier forma, por ejemplo tienen una parte superior vertical
combinada con una parte inferior inclinada. Una pared lateral
inclinada o en pendiente forma un ángulo de 45 grados o menor con la
vertical.
Las bajantes en particular pueden ser bajantes
muy inclinadas como se muestra en la Figura 1. Las bajantes muy
inclinadas se describen en la Solicitud de Patente Internacional con
Nº de Publicación WO 01/60485. En dicha bajante muy inclinada la
proporción de área de sección transversal de la bajante en la
abertura de entrada de la bajante al nivel de la bandeja respecto
al área de sección transversal definida por el extremo inferior de
las paredes laterales de la bajante en el extremo inferior es de 2,0
o mayor, en particular 2,5 o mayor, más preferiblemente 3, 33 o
mayor. Las paredes laterales de la bajante pueden tener una sección
transversal vertical en forma de V. Preferiblemente, los extremos
inferiores de las paredes laterales de la bajante están conectados
mediante una placa horizontal 30 que tiene una sección transversal
de al menos el 5%, más preferiblemente al menos el 10%, de la
sección transversal de la abertura de entrada de la bajante.
Como se indica en el documento WO 01/60485, las
bandejas provistas con bajantes muy inclinadas muestran una menor
tendencia a inundarse debido al retorno de la bajante y a
limitaciones de estrangulamiento de la bajante, en particular se
observa menos retorno de espuma en las bajantes. Los mecanismos de
inundación incluyendo el retorno de la bajante y el
estrangulamiento de la bajante se describen en el libro de texto
general mencionado anteriormente "Distillation Design", Henry
Z. Kister, McGraw-Hill Inc., 1992, páginas
267-291.
En la realización mostrada en la figura 1 y de
acuerdo con la presente invención, las paredes laterales 17, 18;
17', 18' de las bajantes 11; 11' están provistas con aberturas de
salida de líquido 31; 31'. Las aberturas de salida de líquido 31;
31' se disponen preferiblemente cerca del extremo inferior de la
pared lateral 17, 18, por debajo del nivel de líquido que se forma
en la bajante 11 durante el funcionamiento normal de manera que las
salidas de líquido se sellan mediante el líquido contra el flujo de
entrada de gas, vapor o espuma.
La Figura 1 muestra una sola fila de aberturas
rectangulares 31, que se fabrican cortando o perforando la pared
lateral a lo largo de tres lados de un rectángulo. El lado superior
de cada rectángulo no está cortado, y la parte de corte se dobla
hacia fuera mediante un ángulo de menos de 90 grados con la pared
lateral, de manera que los rebordes de guía 32 formados
integralmente se forman como se muestra. Los rebordes sirven como
medio de guía de líquido. Sin los rebordes de guía 32, el líquido
inicialmente saldría de las aberturas 31 con una corriente que
forma un ángulo de 90 grados con la pared lateral, por lo que
tendría un componente de velocidad horizontal relativamente grande,
que puede dar como resultado que el líquido se reciba en la bandeja
inferior demasiado cerca de la abertura de entrada de la bajante más
próxima. Los rebordes 32 empujan el líquido que sale un poco hacia
abajo y, de esta manera, el área de la bandeja inferior que recibe
el líquido puede ajustarse ajustando el ángulo entre el reborde de
guía y la pared lateral. Adecuadamente, el medio de guía 32 se
ajusta de manera que el líquido durante el funcionamiento normal no
se recibe en la abertura de entrada de la bajante en la bandeja
inferior más cerca de al menos 100 mm, preferiblemente al menos 150
mm, más preferiblemente al menos 200 mm (medido en la dirección
perpendicular a la longitud de la bajante que está en la dirección
de flujo global sobre las placas de la bandeja), para proporcionar
una trayectoria de flujo suficientemente larga de líquido en la
bandeja inferior.
Los rebordes de guía se disponen también
adecuadamente en las aberturas de entrada en la pared lateral de la
bajantes segmentadas, como se muestra en el número de referencia 33'
para la bajante segmentada 16'.
Además de las aberturas de salida de líquido en
las paredes laterales de las bajantes de acuerdo con la presente
invención, la placa inferior horizontal de la bajante puede
proporcionarse también con aberturas de salida. Estas aberturas de
salida inferiores pueden ser por ejemplo ranuras 38 como se muestra
en la Figura 1, aunque otras formas son posibles también tales como
aberturas circulares o ranuras paralelas a las paredes laterales de
la bajante. De esta manera, la distribución de líquido sobre el área
de recepción en la bandeja inferior puede optimizarse
adicionalmente, de manera que se consigue una distribución
relativamente uniforme. También, el extremo inferior de una bajante
segmentada puede proporcionarse con salidas de líquido adicionales
39'.
La Figura 3 muestra esquemáticamente diferentes
realizaciones de aberturas de medios de guía en una pared lateral
40 de una bajante. La abertura rectangular 31 y el reborde de
líquido 32 son iguales a los ya analizados con referencia a la
Figura 1.
Como alternativa, los rebordes de guía pueden
unirse al extremo inferior de la abertura, como se muestra en el
número de referencia 42. Dichos rebordes de guía de líquido 42
sirven para distribuir el líquido sobre una gran área en la bandeja
que hay por debajo sin los rebordes, dependiendo del ángulo que
forman con la pared lateral. También, dichos rebordes de guía 42
abiertos desde abajo forman una barrera extra para evitar que el
vapor o gas fluya hacia la bajante a través de las aberturas de
salida de líquido. Los rebordes de guía 42 pueden fabricarse
esencialmente de la misma manera que los rebordes de guía 32, por
ejemplo perforando o cortando y doblando.
No es necesario que los rebordes de guía sean
planos, como se indica por ejemplo en el reborde de guía 45. El
medio de guía puede tener también la forma de una canaleta de guía
como se indica con el número de referencia 46.
Ejemplo
Se considera una bajante truncada inclinada
rectangular convencional, que tiene aberturas de salida de líquido
dispuestas en su placa inferior, en forma de una serie de ranuras
perpendiculares a las paredes laterales alargadas. El líquido que
sale de la bajante típicamente tiene una velocidad de salida que
varía de 0,5 m/s a 1,5 m/s. La placa inferior de la bajante
truncada es típicamente de 100 mm de ancho (medida
perpendicularmente respecto a las paredes laterales alargadas), y
típicamente dispuesta 50-200 mm, en particular
100-200 mm, por encima del nivel de la bandeja
inferior. Sobre esta distancia el líquido se puede distribuir más o
menos uniformemente sobre el volumen con forma rectangular
directamente por debajo de la placa inferior. Se supone que las
ranuras suponen el 50% del área de la placa inferior. Después, el
líquido impacta sobre la bandeja inferior en el área de 100 mm de
anchura directamente por debajo de la bajante a una velocidad de
impacto que es un factor dos veces menor que la velocidad de
salida; en este caso, la velocidad de impacto es típicamente 0,25
m/s-0,75 m/s. Con dicha velocidad de impacto alta es
muy difícil perforar el área por debajo de la bajante, si debe
usarse cualquier abertura de bandeja especial tales como tapas de
burbujeo o válvulas recubiertas flotantes para tratar el problema
de penetración de líquido.
Disponiendo ranuras laterales con medios de
guía, el área de recepción de líquido en la bandeja inferior puede
aumentarse en un factor de hasta 5 o mayor. Si por ejemplo, las
aberturas y medios de guía se disponen de manera que el líquido se
distribuye uniformemente sobre un área de una anchura de 300 mm (en
lugar de 100 mm) la velocidad de impacto se reduce típicamente a
0,08 m/s-0,25 m/s. Dichas velocidades de impacto
normalmente no conducen a problemas de penetración de líquido
cuando se disponen perforaciones en la bandeja de recepción.
La disposición de las bajantes como se muestra
la Figura 2 es meramente un ejemplo, y la invención puede usarse en
combinación con otras disposiciones de la bandeja. Otros ejemplos de
disposiciones de bandeja incluyen bajantes rectangulares como se
describe en los documentos US-A-5
702 647, US-A-5- 382 390,
GB-A-1 416 731 y
US-A-3 410 540.
Se hace referencia a las Figuras
4-6 que muestran otra realización de la presente
invención. La Figura 4 ilustra una vista superior del patrón de
flujo normal 105 en una bandeja de flujo cruzado convencional 104 en
una columna 101, donde el líquido se recibe desde la salida de
líquido de una bajante truncada convencional 111 de una bandeja
superior, y fluye sobre la bandeja hacia la entrada de la bajante
112 a través de la que se retira a otra bandeja más inferior. Este
tipo de patrón de flujo conduce a recirculación de líquido
(retromezcla) en las áreas 115 y esto puede conducir a una menor
eficacia de la bandeja. Este problema se analiza por ejemplo en la
memoria descriptiva de patente de Estados Unidos Nº US 4 956 127, y
esta memoria descriptiva de patente describe como solución que un
área de entrada elevada puede proporcionarse por debajo de la
bajante segmentada 111, y que dicha área de entrada está provista
con paletas de flujo direccionales que se disponen para dirigir el
flujo de manera que se evita la retromezcla.
Usando una bandeja de acuerdo con la invención,
puede conseguirse una solución más sencilla al problema de
retromezcla. Se proporcionan aberturas con medios de guía de líquido
en la pared lateral de la bajante, de manera que líquido se desvía
en el plano horizontal, de manera que el líquido en cada salida se
guía para que fluya en una dirección óptima hacia y sobre la
bandeja. En la Figura 5 se muestra una disposición esquemática de
una fila de ranuras con rebordes de guía en la pared lateral de la
bajante segmentada 211 de acuerdo con la invención. Los rebordes de
guía 236 se disponen de manera que el líquido que sale de la ranuras
240 cerca de la pared de la columna 2 se guía a lo largo de la
pared 2. La ranuras 242 en el centro guían adecuadamente el líquido
a lo largo de un diámetro al lado opuesto de la bandeja y, de esta
manera, no se necesitan medios de guía en el centro o los rebordes
pueden disponerse doblando a un ángulo mayor de 90 grados como se
indica en 245. El ángulo de los rebordes de guía con la pared
lateral puede ser por ejemplo 30-45 grados en los
lados cerca de la pared de la columna, y el ángulo aumenta
gradualmente adecuadamente más hacia el centro.
De esta manera, puede conseguirse un patrón de
flujo pistón 205 como se muestra en la Figura 6, con lo que
sustancialmente no ocurre retromezcla, de manera que se mejora la
eficacia de la bandeja.
Las bajantes de una bandeja de acuerdo con la
presente invención son bajantes truncadas. El documento
US-A-4 550 000 describe un ejemplo
de una bajante truncada rectangular. Una bajante truncada se
caracteriza porque, cuando se usa, sus aberturas de descarga de
líquido no se sumergen en el nivel de líquido que está presente
justo en el área de burbujeo de la bandeja inferior. En otras
palabras, no hay un sellado de líquido presente entre la abertura
de descarga de líquido de la bajante y el espacio por encima de una
bandeja inferior consecutiva. Las bajantes truncadas
preferiblemente se extienden entre el 30 y el 90% y preferiblemente
entre el 50 y 75% del espaciado de bandeja por debajo de una
bandeja. Adicionalmente, las aberturas de descarga de líquido de
las bajantes truncadas se situarán en una posición vertical más alta
que el extremo superior de un rebosadero opcional en la bandeja
inferior. El espaciado de la bandeja se define como la distancia
entre dos bandejas de contacto gas-líquido
consecutivas en una columna. El espaciado de bandeja típico es entre
0,2 y 1 m.
Las bajantes pueden estar provistas con un
rebosadero de entrada a lo largo de su abertura de entrada. El
rebosadero de entrada puede disponerse verticalmente o inclinado. El
rebosadero de entrada puede correr a lo largo de todo dicho límite
o puede estar interrumpido opcionalmente. El rebosadero de entrada
puede ser sólido. Preferiblemente, las aberturas están presentes en
el rebosadero de entrada. La pared de la bajante y el rebosadero
pueden disponerse en un plano y ventajosamente hacerse de una placa
metálica. La altura del rebosadero de entrada es preferiblemente
menor del 50% de la distancia entre las aberturas de descarga de
líquidos inferiores de la siguiente bandeja superior y el área de
recepción de líquido por debajo de dichas aberturas. Más
preferiblemente la altura es entre 0,01
y 0,05 m.
y 0,05 m.
Para la presente invención no es crítico qué
clase de aberturas se usen en el área de burbujeo y/o área de
recepción de líquido de la bandeja. Los ejemplos de posibles
aberturas son también aberturas de bandeja de tipo tamiz, abertura
de bandeja de tipo válvula, aberturas de tapa de burbujeo y
aberturas de válvula fija. Los ejemplos de estas aberturas pueden
encontrarse en libros de textos generales tales como el libro de
texto general mencionado anteriormente "Distillation Design"
de Kister, en las páginas 260-267.
\newpage
Una bajante rectangular está provista
preferiblemente con un tabique anti-salto con forma
rectangular situado verticalmente a lo largo del centro
longitudinal en la abertura de la bajante. Esta placa de tabique
anti-salto está soportada adecuadamente desde ambos
lados mediante soportes que se fijan al interior de las paredes de
la bajante.
Se ha descubierto adicionalmente que es
ventajoso proporcionar la bajante con tabiques denominados
anti-chapoteo. Los solicitantes han descubierto que
cuando las placas verticales espaciadas entre sí y dispuestas en
paralelo respecto a la anchura de la bajante están presentes en la
mitad inferior de la bajante ocurre menos chapoteo. El chapoteo
ocurre especialmente en bajantes alargadas, por ejemplo mayores de
0,5 m, donde el líquido se mueve de un extremo al otro y vuelve.
Estas placas pueden extenderse a una cierta distancia desde el lado
interno de la pared lateral de la bajante o pueden extenderse
opcionalmente todo el trayecto opuesto a la pared lateral de la
bajante. En la última realización los tabiques
anti-chapoteo se añaden a la resistencia mecánica
de la propia bajante. En una realización aún más preferida los
tabiques anti-chapoteo son al mismo tiempo los
soportes para el tabique anti-salto descrito
anteriormente.
La bandeja de acuerdo con la invención se usa
preferiblemente en una columna de contacto de separación
gas-líquido, estando provista dicha columna con
estas bandejas, espaciadas axialmente entre sí. El contacto puede
ser mediante un proceso de absorción en el que un líquido que se
mueve hacia abajo se pone en contacto con un gas que se mueve hacia
arriba. La separación es típicamente un proceso de destilación para
separar uno o más componentes de un suministro. Típicamente, el
suministro de un proceso de destilación se suministra a una posición
intermedia en la columna, en la que las bandejas están presentes
por encima y por debajo de dicha posición de entrada. Dicha columna
está provista adicionalmente con una caldera, condensación y medio
de reflujo.
Claims (13)
1. Una bandeja de contacto
gas-líquido adecuada para montaje horizontal en una
columna normalmente vertical para contacto contracorriente de gas y
líquido, comprendiendo dicha bandeja:
- -
- una placa de bandeja que tiene superficies superior e inferior, disponiéndose en dicha placa de bandeja una abertura de entrada de bajante; y
- -
- una bajante para guiar el líquido desde la superficie superior de la placa de bandeja a una abertura de la salida de la bajante por debajo de la placa de bandeja, teniendo dicha bajante una pared lateral que se extiende hacia abajo desde la abertura de entrada de la bajante, en dicha pared lateral de la bajante se dispone la abertura de salida de líquido, y en la que la abertura de salida de líquido está provista con un medio de guía de líquido.
2. La bandeja de contacto
gas-líquido de acuerdo con la reivindicación 1, en
la que el medio de guía es un reborde de guía o una canaleta de
guía.
3. La bandeja de contacto
gas-líquido de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2,
en la que el medio de guía está formado integralmente con la pared
lateral de la bajante.
4. La bandeja de contacto
gas-líquido de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1-3, en la que el medio de guía de
líquido se dispone para influir en la magnitud del componente de
velocidad vertical del líquido que sale a través de la abertura de
salida de líquido durante el funcionamiento normal.
5. La bandeja de contacto
gas-líquido de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1-4, en la que el medio de guía de
líquido se dispone para influir en la dirección del componente de
velocidad horizontal del líquido que sale de la abertura de salida
de líquido durante funcionamiento normal.
6. La bandeja de contacto
gas-líquido de acuerdo con una cualquiera de
reivindicaciones 1-5, en la que la bajante se
selecciona entre el grupo compuesto por una bajante inclinada, una
bajante muy inclinada, una bajante con paredes laterales
verticales, una bajante con paredes laterales parcialmente
verticales y parcialmente inclinadas.
7. La bandeja de contacto
gas-líquido de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1-6, en la que una pluralidad de
aberturas de salida de líquido se dispone en la pared lateral, al
menos parte de dicha pluralidad está provista con un medio de guía
de líquido.
8. La bandeja de contacto
gas-líquido de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1-7, en la que la bajante tiene
una placa inferior sustancialmente horizontal, y en la que otra
abertura de salida de líquido se dispone en la placa inferior.
9. La bandeja de contacto
gas-líquido de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1-8, en la que la bajante es una
bajante rectangular.
10. La bandeja de contacto
gas-líquido de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1-9, en la que la bandeja forma
una bandeja superior que se dispone por encima de la bandeja
inferior que tiene una placa de bandeja provista con una bajante
que se extiende generalmente paralela con la pared lateral de la
bajante de la bandeja superior y se traslada lateralmente con
respecto a la bajante en la bandeja superior, y en la que el medio
de guía de líquido se ajusta de manera que el líquido durante el
funcionamiento normal no se recibe en la abertura de entrada de la
bajante en la placa de la bandeja inferior más cerca de al menos 100
mm, preferiblemente al menos 150 mm, más preferiblemente al menos
200 mm.
11. La bandeja de contacto
gas-líquido de acuerdo con la reivindicación 9, en
la que la bandeja forma una bandeja superior que se dispone por
encima de una bandeja inferior que tiene una placa de bandeja
provista con al menos dos bajantes que se extienden generalmente
paralelas con las paredes laterales de la bajante rectangular de la
bandeja superior, y en la que la bajante en la bandeja superior se
dispone entre, preferiblemente simétricamente entre, dos bajantes
en la bandeja inferior.
12. La bandeja de contacto
gas-líquido de acuerdo con la reivindicación 11, en
la que el medio de guía de líquido se ajusta de manera que el
líquido durante el funcionamiento normal no se recibe en la abertura
de la entrada de la bajante en la bandeja inferior más cerca de al
menos 100 mm, preferiblemente al menos 150 mm, más preferiblemente
al menos 200 mm.
13. La bandeja de contacto
gas-líquido de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1-8, en la que la bajante es una
bajante segmentada, y en la que una pluralidad de aberturas de
salida de líquido con medios de guía se disponen en una fila para
guiar el líquido para que forme un patrón de flujo pistón en una
bandeja de recepción inferior durante el funcionamiento normal.
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