ES2351114T3 - Bomba para el transporte de un medio intercambiador de calor para un reactor de haz de tubos de contacto. - Google Patents

Abstract

- Bomba (1) con un tubo distribuidor de la bomba (13) para llevar a cabo el transporte de un medio intercambiador de calor (6) para un reactor con un haz de tubos de contacto (2), cuyo eje longitudinal está dispuesto en posición vertical, con aporte del medio intercambiador de calor (6) en la sección superior del reactor en el recinto intermedio, que está comprendido entre los tubos de contacto (2) y con evacuación del medio intercambiador de calor (6) a partir de la sección inferior del reactor, de manera preferente, a través de un conducto anular (25, 26) respectivo, presentando la bomba (1) una carcasa (14), que rodea al tubo distribuidor de la bomba (13), con una abertura (15) en la parte inferior de la carcasa (14), a través de la cual penetra en la carcasa (14) el medio intercambiador de calor (6), que es evacuado desde la sección inferior del reactor por medio de la bomba (1), dicho medio fluye hacia arriba en la sección, que está comprendida entre la pared interna de la carcasa (14) y la pared externa del tubo distribuidor de la bomba (13), en caso dado a través de un intercambiador de calor (18), dicho medio penetra, a través de una abertura (16), que está situada en la sección superior del tubo distribuidor de la bomba (13), en el recinto interno del tubo distribuidor de la bomba (13), recorriéndolo desde abajo hacia arriba, caracterizada porque el medio intercambiador de calor penetra a continuación, a través de una abertura (17), que está situada en la sección inferior del tubo distribuidor de la bomba (13), en otro recinto intermedio, que está comprendido entre la pared interna de la carcasa (14) y la pared externa del tubo distribuidor de la bomba (13), recorriendo este recinto intermedio desde abajo hacia arriba y penetra en el reactor, a través de una abertura, que está situada en su sección superior, en la sección superior del recinto intermedio, que está comprendido entre los tubos de contacto (2).

Description

La invención se refiere a una bomba para llevar a cabo el transporte de un medio intercambiador de calor para un reactor de haz de tubos de contacto, así como a un empleo de la bomba.

El tipo usual de construcción de los reactores de haz de tubos de contacto está constituido por un recipiente, que tiene por regla general una forma cilíndrica, en el que está dispuesto un haz, es decir una pluralidad de tubos de contacto en una disposición usualmente vertical. Estos tubos de contacto, que pueden contener, en caso dado, catalizadores soportados, están fijados herméticamente con sus extremos en platos de tubos y desembocan, respectivamente, en una cúpula, que está unida con el recipiente en el extremo superior y, respectivamente, en el extremo inferior. A través de estas cúpulas se aporta y, respectivamente, se evacua la mezcla de la reacción, que pasa a través de los tubos de contacto. A través del recinto, que rodea a los tubos de contacto, se conduce un circuito cerrado de medio intercambiador de calor con objeto de compensar el balance térmico, especialmente en el caso de las reacciones con un fuerte tono térmico.

Con relación al circuito cerrado del medio intercambiador de calor, es conocido llevar a cabo en cada sección horizontal del reactor una distribución de la temperatura ampliamente homogénea del medio intercambiador de calor, con objeto de que participen todos los tubos de contacto, de la manera más uniforme posible, en los fenómenos de la reacción (por ejemplo la publicación DE-B-16 01 162). La nivelación de la distribución de la temperatura sirve para llevar a cabo el aporte de calor y, respectivamente, para llevar a cabo la disipación del calor a través de, respectivamente, los conductos anulares externos, que están dispuestos respectivamente sobre los extremos del reactor, con una pluralidad de aberturas en la camisa, tal como se ha descrito, por ejemplo, en la publicación DE-B-34 09 159.

Se consigue otra mejora de la transmisión del calor por medio del montaje de placas deflectoras que dejan libre, alternativamente, una sección transversal de paso en el centro del reactor y en el borde del reactor. Una disposición de este tipo es adecuada, de manera especial, para los haces de tubos dispuestos en forma de anillo con una cavidad central libre y es conocida, por ejemplo, por la publicación GB-B31 01 75. Los placas desviadoras conducen a una afluencia transversal de los tubos de contacto lo con cual tiene como consecuencia un aumento de las velocidades de flujo y de la transmisión del calor.

En los reactores de gran tamaño con un número de tubos de contacto comprendido aproximadamente entre 10.000 y 50.000, de manera especial comprendido aproximadamente entre 15.000 y 33.000, que están equipados adicionalmente con placas deflectoras, la pérdida de presión del medio intercambiador de calor es comparativamente muy elevada.

De manera conveniente, en los reactores de este tipo se dispone el sistema de bombeo entre el conducto anular superior y el conducto anular inferior, siendo aportado el medio intercambiador de calor en la sección inferior del reactor, por ejemplo a través de un conducto anular.

Si la fusión salina fuese bombeada directamente en la parte superior del reactor o en el conducto anular superior, la altura manométrica necesaria, comprendida entre 4 y 5 metros, requeriría un sistema de bombeo técnicamente desfavorable y propenso a sufrir averías, entre otras cosas debido a que las empaquetaduras de los árboles de la bomba son complicadas, a que los árboles de la bomba tienen una mayor longitud, así como a que se produce un mayor aporte de calor a través del árbol de la bomba en la suspensión inferior del motor. Por otra parte, las alturas manométricas, que han sido citadas más arriba, requieren un recipiente de regulación de la fusión salina dispuesto en un nivel elevado, lo cual no es deseable por motivos de seguridad. La presión completa de bombeo sería aplicada sobre la empaquetadura de los árboles.

El aporte del medio intercambiador de calor por el extremo superior del reactor, es decir en corriente paralela con respecto a la mezcla de la reacción, que es alimentada a los tubos de contacto, igualmente por el extremo superior del reactor, es ventajosa, como se sabe, para llevar a cabo la conducción de la reacción (véase la publicación DE-A-44 31 449).

La conducción en corriente paralela tiene ventajas con respecto a la forma de trabajo a contracorriente, tales como un mayor caudal, menores temperaturas de los puntos calientes del catalizador, aumento deseado de la temperatura del medio intercambiador de calor en el sentido dirigido hacia la reacción final en los tubos de contacto, una buena uniformidad de la temperatura del medio intercambiador de calor a través de la sección transversal del reactor, es decir una buena estratificación horizontal de la temperatura, un estado de funcionamiento inequívoco a través de la altura del recinto del tubo de contacto como consecuencia de la ausencia de una retroalimentación por parte del medio intercambiador de calor.

Sin embargo, una conducción en corrientes paralelas de la mezcla de la reacción y del medio intercambiador de calor, tal como se ha descrito en la publicación DE-A-44 31 449, choca con las dificultades que han sido citadas más arriba con respecto al sistema de bombeo en tanto en cuanto el medio intercambiador de calor sea aportado por la sección superior del reactor, por ejemplo directamente a través de un conducto anular superior, y sea evacuado por la sección inferior del reactor, por ejemplo directamente a través de un conducto anular.

Se conoce por la publicación DE 198 367 92 el aprovechamiento del recinto situado entre el conducto anular superior y el conducto anular inferior, en un reactor de haz de tubos de contacto, para llevar a cabo el aporte del medio intercambiador de calor para con objeto de verificar la desviación del mismo, pudiendo estar combinada la ventaja de una conducción en corrientes paralelas del medio intercambiador de calor y de la mezcla de la reacción, con el acreditado sistema de bombeo, con el aporte del medio intercambiador de calor hacia el conducto anular inferior. Con esta finalidad se ha propuesto disponer respectivamente una pared intermedia, que tiene forma de camisa cilíndrica, en el conducto anular superior así como en el conducto anular inferior, cuya pared intermedia separa a este conducto anular respectivamente en un conducto anular interno y en un conducto anular externo. El medio intercambiador de calor es aportado al conducto anular externo inferior, que fluye a través de una sección comprendida entre el conducto anular superior y el conducto anular inferior, con la que está conectada el conducto anular superior interno, desde aquí, de forma conocida, a través de aberturas de la camisa hasta el recinto que rodea a los tubos de contacto, formándose un flujo en forma de meandros por medio de placas deflectoras. El medio intercambiador de calor abandona el recinto que rodea a los tubos de contacto a través de aberturas de la camisa, en la parte inferior del reactor y penetra en el conducto anular interno inferior. Este conducto está unido, a su vez, a través de la sección comprendida entre el conducto anular superior y el conducto anular inferior y con el conducto anular externo superior.

En la publicación JP/A 59 138 794 se ha descrito una bomba en circuito cerrado con una desviación de la corriente líquida en la carcasa de la bomba con el fin de acortar la longitud de la bomba y con el fin de reducir el peso de la bomba. La corriente líquida es aspirada por medio de tubuladuras en la sección inferior de la carcasa de la bomba, es desviada por medio de pantallas, es conducida hacia abajo por medio de un propulsor a través de un tubo distribuidor interno y es liberada a través de una abertura inferior.

Frente a esto, la tarea de la invención consistía en otra solución para el problema, especialmente sencilla desde el punto de vista de la tecnología de fabricación, empleándose el medio intercambiador de calor ciertamente con una disposición de bombeo usual es decir con transporte hacia abajo, debiéndose verificar, sin embargo, la entrada del medio intercambiador de calor en el recinto intermedio, que está comprendido entre los tubos de contacto de un reactor de haz de tubos de contacto, que está dispuesto en posición vertical, por la sección superior del mismo. La problemática citada debería ser resuelta de forma sencilla, especialmente sin modificaciones del reactor de haz de tubos de contacto propiamente dicho.

La solución parte de una bomba con un tubo distribuidor de la bomba para llevar a cabo el transporte de un medio intercambiador de calor para un reactor con un haz de tubos de contacto con ejes longitudinales, que están dispuestos en posición vertical, con aporte del medio intercambiador de calor en la sección superior del reactor y con evacuación del medio intercambiador de calor a partir de la sección inferior del reactor, preferentemente a través de un conducto anular respectivo.

La invención se caracterizada porque la bomba presenta una carcasa, que rodea al tubo distribuidor de la bomba, con una abertura en la parte inferior de la carcasa, a través de la cual penetra en la carcasa el medio intercambiador de calor, que es evacuado a partir de la sección inferior del reactor por medio de la bomba, dicho medio fluye hacia arriba en la sección comprendida entre la pared interna de la carcasa y la pared externa del tubo distribuidor de la bomba, pasando en caso dado a través de un intercambiador de calor, el citado medio penetra en el recinto interno del tubo distribuidor de la bomba a través de una abertura situada en la sección superior del tubo distribuidor de la bomba, recorre dicho recinto interno desde arriba hacia abajo y penetra en la sección superior del recinto intermedio, que está comprendido entre los tubos de contacto, a través de una abertura situada en la sección inferior del tubo distribuidor de la bomba en el reactor.

La invención no está limitada en cuanto a la configuración del aporte ni, respectivamente, de la evacuación del medio intercambiador de calor a partir del reactor. El aporte y la evacuación pueden llevarse a cabo, de manera preferente, respectivamente a través de un conducto anular. No obstante, también son posibles otras conducciones de la corriente, por ejemplo a través de recintos exentos de tubos de contacto, contrapuestos entre sí en el recinto del reactor, tal como se ha descrito en relación a los módulos del reactor con sección transversal rectangular en la publicación DE-A 198 57 842.

En una forma preferente de realización, el medio intercambiador de calor penetra a través de la abertura, situada en la sección inferior del tubo distribuidor de la bomba, en otro recinto intermedio, que está comprendido entre la pared interna de la carcasa y la pared externa del tubo distribuidor de la bomba, recorre este recinto intermedio desde abajo hacia arriba y, por último, penetra en el reactor a través de una abertura situada en la sección superior de dicho recinto intermedio, en la sección superior del recinto intermedio, que está comprendido entre los tubos de contacto.

En otra variante preferente de realización, la bomba está dispuesta a un nivel más elevado de tal manera, que transporta al medio intercambiador de calor directamente, de manera preferente a través de un conducto anular superior, en un reactor con un haz de tubos de contacto, hasta el recinto intermedio, que está comprendido entre los tubos de contacto.

En esta variante de realización están previstos en la bomba, de manera ventajosa, uno o varios conductos de ventilación desde la sección superior del reactor. En tanto en cuanto estén previstos varios conductos de ventilación, éstos están dispuestos sobre la periferia del reactor, de manera especial están distribuidos de forma simétrica sobre la misma y están reunidos en un conducto colector por delante de la alimentación hacia la bomba. El (los) conducto (conductos) de ventilación puede (pueden) estar configurado (configurados) por ejemplo en forma de tubuladuras sobre la camisa del reactor, a una pequeña distancia por debajo del plato de tubos superior o en forma de agujeros en el plato de tubos propiamente dicho, que conducen desde el recinto interno del reactor hacia la parte externa del reactor. De manera preferente, el (los) conducto (conductos) de ventilación es (son) conducido (conducidos) hacia arriba a lo largo de la pared externa de la carcasa de la bomba, de manera especial en la proximidad inmediata de la misma. Esta forma de realización es ventajosa desde el punto de vista de la termotecnia puesto que no requiere un calentamiento externo adicional para el medio intercambiador de calor.

En caso necesario, el (los) conducto (conductos) de ventilación puede (pueden) estar configurado (configurados) de tal manera, que desemboque (desemboquen) en la bomba por debajo o por encima del nivel del líquido en la misma.

Por lo tanto, de conformidad con la invención se proporciona una bomba con una carcasa, que provoca una desviación de la corriente del medio intercambiador de calor, que es transportado a través de la bomba.

De conformidad con la invención, la bomba es preferentemente una bomba de hélice, especialmente con una hélice con tres o con más aletas.

Para llevar a cabo el transporte de medios líquidos intercambiadores de calor, con frecuencia de fusiones salina, para el aporte y la disipación de los calores de la reacción a partir de los reactores con haces de tubos de contacto, son empleadas bombas de transporte axial, con frecuencia bombas de hélice. La bomba de hélice transporta al líquido deseado, en el caso presente un medio intercambiador de calor, por ejemplo una fusión salina o un aceite intercambiador de calor, por medio de la hélice, que gira en el tubo distribuidor de la bomba. La hélice presenta con respecto al tubo distribuidor de la bomba, de manera preferente, una distancia intersticial situada en el intervalo comprendido entre 2 y 10 mm. En este caso, se requiere un transporte del líquido en el tubo distribuidor de la bomba desde arriba hacia abajo, puesto que, en otro caso, se presentarían especialmente problemas de empaquetadura. El tubo distribuidor de la bomba es, por regla general, un cilindro hueco, que rodea a la hélice.

En el caso presente se ha previsto una carcasa alrededor del tubo distribuidor de la bomba, cuya carcasa rodea al tubo distribuidor de la bomba y que, en combinación con aberturas, que están configuradas en puntos adecuados en el tubo distribuidor de la bomba, está constituida de tal manera, que se provoca una desviación de la corriente del medio intercambiador de calor en la bomba.

Con esta finalidad, la carcasa presenta en su sección inferior una abertura, en la que penetra el medio intercambiador de calor evacuado a partir del reactor, dicho medio es conducido hacia arriba en una sección comprendida entre el tubo distribuidor de la bomba y la pared interna de la carcasa, penetra a través de una abertura, que está situada en la sección superior del tubo distribuidor de la bomba, en el recinto interno del tubo distribuidor de la bomba, recorriendo a este recinto, como es usual, desde arriba hacia abajo, abandonándolo a través de una abertura, que está situada en su sección inferior y, por último, es aportado de nuevo al reactor en su sección superior.

Las aberturas, que están situadas en el tubo distribuidor de la bomba, así como en la carcasa, no se extienden sobre toda la superficie en sección transversal del tubo distribuidor de la bomba ni, respectivamente, de la carcasa, sino que únicamente se extienden aproximadamente a través de un 20 hasta un 50 %, preferentemente a través de aproximadamente un 30 % de la misma. La sección reducida, es decir la abertura, puede ser estabilizada por medio de tirantes adecuados. De igual modo, es posible llevar a cabo la realización de las aberturas en el tubo distribuidor de la bomba y, respectivamente, en la carcasa de tal manera, que en las secciones correspondientes el tubo distribuidor de la bomba y, respectivamente, la carcasa estén formados por una chapa perforada, o de tal manera, que presenten ranuras.

La carcasa puede estar configurada sencillamente, desde el punto de vista de la tecnología de fabricación, con una sección transversal rectangular, no obstante también es posible, especialmente para mayores solicitaciones de presión, que la carcasa esté configurada con una sección transversal de forma circular.

De manera preferente, se han dispuesto chapas deflectoras para el medio intercambiador de calor en una o en varias secciones de desviación de la carcasa.

En una variante preferente de realización se ha dispuesto, por debajo de la hélice, un aparato redistribuidor, que está equipado con álabes, con objeto de eliminar la torsión en la corriente. De manera preferente, el aparato redistribuidor está configurado de tal manera, que su sección transversal, que es atravesada por la corriente, corresponda a la sección transversal, que es atravesada por la corriente, en la sección de la hélice.

En una variante preferente de realización se ha previsto un pivote en el extremo inferior del árbol de la bomba, cuyo pivote gira en un cojinete. De este modo, la hélice puede funcionar con una mayor velocidad periférica, la anchura del intersticio entre la hélice y la pared interna del tubo distribuidor de la bomba puede ser disminuida, la bomba gira de una manera más precisa y en ausencia de entretenimiento, puesto que los cojinetes superiores quedan sometidos a una menor solicitación. De este modo, la bomba puede trabajar con una corriente volumétrica mayor y con una altura manométrica mayor. En tanto en cuanto la bomba transporte una fusión salina, a título de medio intercambiador de calor, el propio medio intercambiador de calor tiene un efecto lubrificante para el cojinete. El cojinete puede estar reforzado además con acero al carburo de tungsteno.

La bomba, de conformidad con la invención, es especialmente adecuada para llevar a cabo el transporte de la corriente del medio intercambiador de calor para reactores con haces de tubos de contacto, con objeto de llevar a cabo reacciones exotérmicas o reacciones endotérmicas, de manera especial con objeto de llevar a cabo reacciones de oxidación.

La invención se explica a continuación con mayor detalle por medio de un dibujo.

En particular se muestra: encima del reactor y con transporte directo de la corriente del

en la figura 1

una variante preferente de la bomba para llevar a cabo la

desviación de la corriente del medio intercambiador de calor

en la bomba, que está representada en sección transversal en la

figura 1A,

en la figura 2

otra variante preferente de realización para llevar a cabo la

desviación de la corriente del medio intercambiador de calor

en la bomba, que está representada en sección transversal en la

figura 2A,

en la figura 3

otra variante de realización con un pivote en el extremo

inferior del árbol de la bomba, y

medio intercambiador de calor hasta el conducto anular

superior del reactor.

La figura 1 muestra una bomba 1 con desviación del medio intercambiador de calor 6 en la bomba con tubo distribuidor 13 con aporte 16 en la sección superior o bien con evacuación 17 en la sección inferior de dicho tubo distribuidor, con carcasa 14 alrededor del tubo distribuidor 13 así como con un intercambiador de calor 18, que está dispuesto en la carcasa 14. El intercambiador de calor ha sido representado únicamente a título de ejemplo, siendo posible igualmente llevar a cabo la configuración de la bomba sin intercambiador de calor. La sección transversal D-D en la figura 1A muestra claramente la configuración rectangular de la carcasa 14 en sección transversal. Por debajo de la hélice 20 se ha dispuesto un aparato redistribuidor 21 con álabes 22. De manera preferente, están dispuestas en la carcasa 14 chapas deflectoras 19 en una o en varias secciones de desviación para el medio intercambiador de calor 6.

La figura 2 muestra otra variante de realización de una bomba 1, para llevar a cabo la desviación del medio intercambiador de calor 6, que está representada en sección transversal E-E en la figura 2A, en la que, a diferencia de lo que ocurre en el caso de la representación de la figura 1, la carcasa 14 está dispuesta alrededor del tubo distribuidor de la bomba 13, cuya sección transversal tiene forma circular, como puede verse claramente en la representación en sección transversal en la figura 2A.

La figura 3 muestra una variante preferente de la bomba con un pivote 23 de guía en el extremo inferior del árbol de la bomba, que gira en un cojinete 24.

La figura 4 muestra claramente una disposición especialmente ventajosa de una bomba 1 con hélice 20 así como con un aparato redistribuidor 21 con álabes 22, que transportan al medio intercambiador de calor 6 directamente hasta el conducto anular 25 superior de un reactor con un haz de tubos de contacto 2. El número de referencia 26 indica el conducto anular inferior, a través del cual es evacuado el medio intercambiador de calor a través de la bomba 1. En el conducto de aporte, que va desde el conducto anular 26 inferior hasta la bomba 1, puede estar montado un compensador 28 de la dilatación térmica, de conformidad con la forma de realización

de ventilación 27 hasta la bomba, por encima del nivel del líquido en la misma. De

igual modo, en esta disposición pueden estar dispuestas, de manera ventajosa, chapas

deflectoras en la carcasa 14 en las secciones de desviación para el medio

intercambiador de calor.

-11

Claims (3)

1. REIVINDICACIONES

   1.-Bomba (1) con un tubo distribuidor de la bomba (13) para llevar a cabo el transporte de un medio intercambiador de calor (6) para un reactor con un haz de tubos de contacto (2), cuyo eje longitudinal está dispuesto en posición vertical, con aporte del medio intercambiador de calor (6) en la sección superior del reactor en el recinto intermedio, que está comprendido entre los tubos de contacto (2) y con evacuación del medio intercambiador de calor (6) a partir de la sección inferior del reactor, de manera preferente, a través de un conducto anular (25, 26) respectivo, presentando la bomba (1) una carcasa (14), que rodea al tubo distribuidor de la bomba (13), con una abertura (15) en la parte inferior de la carcasa (14), a través de la cual penetra en la carcasa (14) el medio intercambiador de calor (6), que es evacuado desde la sección inferior del reactor por medio de la bomba (1), dicho medio fluye hacia arriba en la sección, que está comprendida entre la pared interna de la carcasa (14) y la pared externa del tubo distribuidor de la bomba (13), en caso dado a través de un intercambiador de calor (18), dicho medio penetra, a través de una abertura (16), que está situada en la sección superior del tubo distribuidor de la bomba (13), en el recinto interno del tubo distribuidor de la bomba (13), recorriéndolo desde abajo hacia arriba, caracterizada porque el medio intercambiador de calor penetra a continuación, a través de una abertura (17), que está situada en la sección inferior del tubo distribuidor de la bomba (13), en otro recinto intermedio, que está comprendido entre la pared interna de la carcasa (14) y la pared externa del tubo distribuidor de la bomba (13), recorriendo este recinto intermedio desde abajo hacia arriba y penetra en el reactor, a través de una abertura, que está situada en su sección superior, en la sección superior del recinto intermedio, que está comprendido entre los tubos de contacto (2).
2. 2.-Bomba (1) según la reivindicación 1, caracterizada porque la bomba (1) transporta al medio intercambiador de calor (6) directamente hasta la sección superior, en el conducto anular (25) superior de un reactor con un haz de tubos de contacto (2).
3. 3.-Bomba (1) según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque la bomba es una bomba axial, preferentemente es una bomba de hélice con una hélice (20), que comprende tres o con más aletas.

   -12 4.-Bomba (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la carcasa (14) está configurada con una sección transversal de forma rectangular. 5.-Bomba (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la carcasa (14) está configurada con una sección transversal de forma circular. 5 6.-Bomba (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque están dispuestas chapas deflectoras (19) en la carcasa (14) en una o en varias secciones de desviación para el medio intercambiador de calor (6). 7.-Bomba (1) según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque está dispuesto un aparato redistribuidor (21) con álabes (22) en el tubo distribuidor 10 de la bomba (13) por debajo de la hélice (20) 8.-Bomba (1) según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque está dispuesto un pivote (23) de guía en el extremo inferior del árbol de la bomba, que gira en un cojinete (24). 9.-Empleo de la bomba (1) según una de las reivindicaciones 1 a 8 para 15 llevar a cabo el transporte de un medio intercambiador de calor (6) para un reactor con un haz de tubos de contacto (2) para llevar a cabo la realización de reacciones exotérmicas o de reacciones endotérmicas, de manera especial para llevar a cabo reacciones de oxidación. Siguen cuatro hojas de dibujos.