ES2328026T3 - Intercambiador de calor metodo para llevar a cabo reacciones quimicas en condiciones pseudo-isotermicas. - Google Patents
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Abstract
Intercambiador de calor que comprende dos placas (2, 3) metálicas que tienen un espesor de modo que las placas son plásticamente deformables, sustancialmente planas, están yuxtapuestas y unidas en una relación espaciada predeterminada a través de una soldadura (4) perimétrica definiendo, entre ellas, una cámara (5), en comunicación de fluidos con el exterior a través de una conexión (6) de entrada de fluido y una conexión (7) de salida de fluido situadas en los respectivos lados (8a, 8b) cortos opuestos, que comprende además deflectores (12) separadores dentro de dicha cámara (5), definiendo en dicho intercambiador (1) un canal (10) de distribución, una cámara (9) de intercambio de calor y pasajes (11) alternos con respecto a dichos deflectores (12) separadores, estando dicho canal (10) de distribución en comunicación de fluidos con el exterior a través de dicha conexión (6) de entrada de fluido y con dicha cámara (9) de intercambio de calor a través de dichos pasajes (11), estando dicha cámara (9) de intercambio de calor en comunicación de fluidos con el exterior a través de dicha conexión (7) de salida de fluido.
Description
Intercambiador de calor y método para llevar a
cabo reacciones químicas en condiciones
pseudo-isotérmicas.
La presente invención, en su aspecto más
general, se refiere a un método para llevar a cabo reacciones
químicas en las denominadas condiciones
pseudo-isotérmicas, es decir, en condiciones tales
que la temperatura de reacción está controlada dentro de un
intervalo limitado de valores alrededor de un valor óptimo
predeterminado.
En particular, esta invención se refiere a un
método del tipo mencionado anteriormente para controlar la
temperatura de reacciones catalizadas, basándose en el uso de
intercambiadores de calor sumergidos en un entorno de reacción, por
ejemplo en un lecho catalítico, en el que tiene lugar una reacción
química predeterminada.
Incluso más específicamente, pero no de manera
restrictiva, el método de la presente invención comprende el uso de
intercambiadores de placas sumergidos en un lecho catalítico y
atravesados internamente por un fluido de intercambio de calor
operativo.
Se conoce que para una finalización óptima de
reacciones químicas exotérmicas o endotérmicas es necesario
eliminar o, respectivamente, suministrar calor al entorno en el que
tiene lugar la reacción de modo que se controle su temperatura en
estrecha proximidad a un valor teórico calculado previamente.
También se conoce que, para el fin mencionado
anteriormente, se usan ampliamente métodos que hacen uso de
intercambiadores de calor de los más variados tipos, sumergidos en
el entorno de reacción (generalmente un lecho catalítico) y
atravesados internamente por un fluido de intercambio de calor
operativo apropiado.
Para el fin controlar la
pseudo-isotermicidad de reacciones químicas
exotérmicas o endotérmicas son particularmente adecuados
intercambiadores de calor de placas, equipados con una conexión de
entrada y una conexión de salida en lados opuestos, de tal manera
que se permite el paso de un fluido de intercambio de calor
operativo dentro de los mismos a lo largo de una dirección
predeterminada.
En particular, tales intercambiadores de calor
están equipados con un circuito de distribución auxiliar de fluido
de intercambio de calor operativo, que permite la introducción de
fluido operativo nuevo, a una temperatura predeterminada, dentro y
en diferentes puntos del intercambiador de calor.
La introducción de fluido operativo nuevo, en
diferentes puntos predeterminados del intercambiador de calor, y el
mezclado del mismo con el fluido operativo que fluye dentro del
intercambiador permiten que se controle la temperatura del
intercambiador dentro de límites predeterminados y, por
consiguiente, permiten que se mantengan las condiciones de
pseudo-isotermicidad dentro de la zona de
reacción.
Aunque sean ventajosos desde algunos puntos de
vista, los métodos de la técnica anterior mencionados anteriormente
experimentan un inconveniente grave y reconocido.
De hecho, tales métodos requieren el uso de
reactores que comprenden dos sistemas de distribución de fluido de
intercambio de calor operativo, uno para alimentar directamente los
intercambiadores de calor a través de la conexión de entrada y uno
para alimentar un fluido de intercambio de calor operativo al
circuito de distribución auxiliar.
Por este motivo, puesto que los dos sistemas de
distribución son independientes entre sí y al mismo tiempo están en
comunicación de fluidos a través de los intercambiadores de calor,
la realización práctica de los métodos según la técnica anterior y
el consiguiente control de las condiciones de funcionamiento de los
intercambiadores de calor, respectivamente, de la zona de reacción,
son particularmente complejos y difíciles.
Se da a conocer un método de este tipo, por
ejemplo, en el documento EP-A-1 236
505. También se da a conocer una unidad de intercambio de calor en
el documento EP-A-1 306 126.
El problema técnico que forma la base de la
presente invención es el de proporcionar un método para llevar a
cabo reacciones químicas en las denominadas condiciones
pseudo-isotérmicas basándose en el uso de
intercambiadores de calor del tipo mencionado anteriormente, que
por una parte permite que se mantengan las condiciones de
pseudo-isotermicidad de manera fácil y fiable,
siendo por otra parte fácil de llevar a cabo en la práctica de modo
que se permite que se superen los inconvenientes de la técnica
anterior descritos anteriormente.
El problema técnico mencionado anteriormente se
resuelve mediante un método para llevar a cabo reacciones químicas
en las denominadas condiciones pseudo-isotérmicas y
en un entorno de reacción predeterminado, por ejemplo, un lecho
catalítico, que comprende la etapa de disponer en dicho entorno al
menos un intercambiador de calor atravesado por un fluido operativo
a lo largo de una dirección principal, mediante lo cual el mismo
flujo de fluido operativo se alimenta en muchos puntos a lo largo de
dicha dirección principal.
La invención también se refiere a un
intercambiador que tiene características estructurales y funcionales
adecuadas para hacer funcionar el presente método.
Características y ventajas adicionales de la
invención se volverán más claras a partir de la descripción
detallada de una realización del método e intercambios de calor
según la invención, proporcionados a continuación en el presente
documento con referencia a los dibujos adjuntos para fines
indicativos.
- La figura 1 representa esquemáticamente una
vista en perspectiva de un intercambiador de calor usado para
llevar a cabo el método según la presente invención.
- La figura 2 representa esquemáticamente una
vista en sección de la figura 1 a lo largo de la línea
II-II.
- La figura 3 representa esquemáticamente una
vista en sección de la figura 1 a lo largo de la línea
I-I.
Con referencia a las figuras mencionadas
anteriormente, un intercambiador de calor para hacer funcionar el
método de la presente invención se indica generalmente con 1.
El intercambiador de calor 1, que tiene una
forma de paralelepípedo aplanado, comprende dos placas 2, 3
metálicas que tienen bajo espesor de modo que son plásticamente
deformables, sustancialmente planas, yuxtapuestas y unidas en una
relación espaciada predeterminada a través de una soldadura 4
perimétrica.
Entre las placas 2, 3 metálicas se define una
cámara 5, en comunicación de fluidos con el exterior a través de
una conexión 6 de entrada de fluido y una conexión 7 de salida de
fluido situadas en los respectivos lados 8a y 8b cortos
opuestos.
A través de deflectores 12 separadores
preferiblemente situados en el mismo eje A-A,
sustancialmente perpendicular a los lados 8a, 8b cortos opuestos en
el ejemplo de la figura 1, y formados en el intercambiador 1 a
través de deformación plástica de las placas 2, 3 metálicas, se
definen un canal 10 de distribución y una cámara 9 de intercambio
de calor en dicho intercambiador 1.
El canal 10 de distribución está en comunicación
de fluidos con el exterior a través de la conexión 6 de entrada de
fluido y en comunicación de fluidos con la cámara 9 de intercambio
de calor a través de pasajes 11, también conocidos como
distribuidores, que alternan con los deflectores 12 separadores a lo
largo del eje A-A. La cámara de intercambio de
calor también está en comunicación de fluidos con el exterior a
través de la conexión 7 de salida de fluido.
Para llevar a cabo el método de la presente
invención, se disponen intercambiadores del tipo mencionado
anteriormente dentro de un zona de reacción, por ejemplo, un lecho
catalítico, preferiblemente del tipo fijo con un catalizador
granular, en el que tiene lugar una reacción química, por ejemplo,
de manera continua, por ejemplo exotérmica como la síntesis de
metanol.
Para cada intercambiador de calor usado, se hace
fluir un flujo de fluido de intercambio de calor operativo a
temperatura y presión predeterminadas, a través de la conexión 6,
dentro del intercambiador de calor.
El fluido operativo desciende a lo largo del
canal 10 de distribución y fluye dentro de la cámara 9 de
intercambio de calor a través de los pasajes 11.
Debe indicarse que tales pasajes 11, que tienen
la función de distribuidores del fluido operativo, están
dimensionados de manera que se permite la alimentación a la cámara
9 de intercambio de calor de una tasa de flujo predeterminada de
dicho fluido operativo.
El fluido operativo que fluye dentro de la
cámara 9 de intercambio de calor es responsable de la eliminación
al menos parcial del calor generado por la reacción química dentro
de la zona de reacción y el consiguiente mantenimiento de las
condiciones pseudo-isotérmicas dentro de la propia
zona de reacción.
El fluido operativo, a medida que fluye dentro
de la cámara 9, experimenta un aumento gradual de temperatura,
debido al intercambio de calor mencionado anteriormente con la zona
de reacción.
El suministro de fluido operativo nuevo a través
de alimentaciones posteriores permite que se mantenga la
temperatura en la cámara 9 de intercambio de calor dentro de los
límites predeterminados, garantizando por tanto una eliminación de
calor de generalmente constante a lo largo de toda la longitud del
intercambiador de calor.
La presencia de una única entrada de fluido
operativo (conexión 6) permite ventajosamente que se alimente un
fluido de este tipo a una única presión predeterminada a la cámara 9
de intercambio de calor a través de todos los distribuidores 11 y
eliminar de este modo la necesidad de un segundo sistema de
distribución de fluido operativo independiente, con la gran ventaja
de la simplicidad de funcionamiento del método según la invención
así como de la simplicidad y fiabilidad del control de la
temperatura dentro de la cámara 9 de intercambio de calor.
En otras palabras, según el método de la
presente invención, es necesario un único circuito de distribución
de fluido operativo, con la consiguiente simplificación ventajosa,
desde el punto de vista mecánico, y el consiguiente ahorro de
tiempo y recursos cuando se hace funcionar y se mantiene un reactor
que usa el intercambiador descrito anteriormente.
Claims (3)
1. Intercambiador de calor que comprende dos
placas (2, 3) metálicas que tienen un espesor de modo que las placas
son plásticamente deformables, sustancialmente planas, están
yuxtapuestas y unidas en una relación espaciada predeterminada a
través de una soldadura (4) perimétrica definiendo, entre ellas, una
cámara (5), en comunicación de fluidos con el exterior a través de
una conexión (6) de entrada de fluido y una conexión (7) de salida
de fluido situadas en los respectivos lados (8a, 8b) cortos
opuestos, que comprende además deflectores (12) separadores dentro
de dicha cámara (5), definiendo en dicho intercambiador (1) un canal
(10) de distribución, una cámara (9) de intercambio de calor y
pasajes (11) alternos con respecto a dichos deflectores (12)
separadores, estando dicho canal (10) de distribución en
comunicación de fluidos con el exterior a través de dicha conexión
(6) de entrada de fluido y con dicha cámara (9) de intercambio de
calor a través de dichos pasajes (11), estando dicha cámara (9) de
intercambio de calor en comunicación de fluidos con el exterior a
través de dicha conexión (7) de salida de fluido.
2. Intercambiador de calor según la
reivindicación 1, caracterizado porque dichos deflectores
(12) separadores se forman en el intercambiador (1) a través de
deformación plástica de las placas (2, 3) metálicas.
3. Método para llevar a cabo reacciones químicas
en las denominadas condiciones pseudo-isotérmicas y
en un entorno de reacción predeterminado que comprende la etapa de
disponer en dicho entorno al menos un intercambiador (1) de calor
según la reivindicación 1 y que comprende una cámara (9) de
intercambio de calor atravesada por un fluido operativo, en el que
el mismo flujo del fluido operativo fluye dentro de dicha cámara (9)
de intercambio de calor a través de alimentaciones posteriores.
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