ES2353471T3 - Procedimientos y dispositivos para reactores de película descendente con intercambio de calor integrado. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para llevar a cabo una reacción que requiere un flujo de reactivo gaseoso y un flujo de reactivo líquido de película descendente, comprendiendo el procedimiento las etapas de: proporcionar un reactor que comprende un primer cuerpo extrudido multicelular orientado con sus células extendiéndose en paralelo en una dirección verticalmente descendente desde un primer extremo del cuerpo hasta un segundo extremo, presentando el cuerpo una primera pluralidad de células abiertas en ambos extremos del cuerpo y una segunda pluralidad de dichas células cerradas en uno o ambos extremos del cuerpo, estando dispuesta la segunda pluralidad de células en uno o más grupos de células contiguas y actuando conjuntamente para definir al menos en parte al menos un paso fluídico que se extiende a través del cuerpo, presentando el paso una trayectoria serpentina hacia atrás y hacia delante a lo largo de las células de la segunda pluralidad, conectando el paso lateralmente una célula con otra, pertenecientes a las células de la segunda pluralidad, en o cerca de los extremos del cuerpo; hacer fluir de manera descendente una película de reactivo líquido sobre las superficies internas de la primera pluralidad de células mientras que se hace fluir un flujo de reactivo gaseoso hacia arriba o hacia abajo de los centros de la primera pluralidad de células mientras que se hace fluir un primer fluido de intercambio de calor a través del al menos un paso fluídico.
Description
Procedimientos y dispositivos para reactores de
película descendente con intercambio de calor integrado.
Según un aspecto de la invención, se da a
conocer un procedimiento para llevar a cabo una reacción que
requiere un flujo de reactivo gaseoso y un flujo de reactivo
líquido de película descendente proporcionando un reactor que
comprende un primer cuerpo extrudido multicelular orientado con sus
células extendiéndose en paralelo en una dirección verticalmente
descendente desde un primer extremo del cuerpo hasta un segundo
extremo, presentando el cuerpo una primera pluralidad de células
abiertas en ambos extremos del cuerpo y una segunda pluralidad de
dichas células cerradas en uno o ambos extremos del cuerpo, estando
dispuesta la segunda pluralidad de células en uno o más grupos de
células contiguas y actuando conjuntamente para definir al menos en
parte al menos un paso fluídico que se extiende a través del
cuerpo, presentando el paso una trayectoria serpentina hacia atrás
y hacia delante a lo largo de las células de la segunda pluralidad,
conectando el paso lateralmente una célula con otra, pertenecientes
a las células de la segunda pluralidad, en o cerca de los extremos
del cuerpo; y además haciendo fluir de manera descendente una
película de reactivo líquido sobre las superficies internas de la
primera pluralidad de células mientras que se hace fluir un flujo de
reactivo gaseoso hacia arriba o hacia abajo de los centros de la
primera pluralidad de células mientras que se hace fluir un primer
fluido de intercambio de calor a través del al menos un paso
fluídico.
Según otro aspecto de la invención, se da a
conocer un reactor útil para hacer reaccionar un flujo de reactivo
gaseoso con un flujo de reactivo líquido de película descendente. El
reactor presenta un primer cuerpo extrudido multicelular orientado
con sus células extendiéndose en paralelo en una dirección
verticalmente descendente desde un primer extremo del cuerpo hasta
un segundo extremo. El cuerpo extrudido presenta una primera
pluralidad de células abiertas en ambos extremos del cuerpo y una
segunda pluralidad de dichas células cerradas en uno o ambos
extremos del cuerpo, y la segunda pluralidad de células está
dispuesta en uno o más grupos de células contiguas y define al
menos en parte al menos un paso de fluido que se extiende a través
del cuerpo. El paso presenta una trayectoria serpentina hacia atrás
y hacia delante a lo largo de las células de la segunda pluralidad
de células, y el paso conecta lateralmente una célula con otra en o
cerca de los extremos del cuerpo. El reactor está dotado además de
una fuente de fluido estructurada y dispuesta para poder distribuir
fluido a la primera pluralidad de células en el primer extremo del
cuerpo extrudido; una fuente de gas situada por encima o por debajo
del cuerpo extrudido estructurada y dispuesta para poder hacer fluir
un gas a través de la primera pluralidad de células; y una fuente
de fluido de intercambio de calor conectada a dicho al menos un paso
fluídico estructurada y dispuesta para poder hacer fluir un fluido
de intercambio de calor a través del mismo.
La Figura 1 es una vista en planta de un
componente de reactor que comprende un cuerpo multicelular extrudido
o panal, que muestra una trayectoria fluídica en un plano
perpendicular a las células según una realización de la presente
invención.
La Figura 2 es una vista en alzado lateral del
componente de reactor que comprende el cuerpo multicelular
extrudido o panal de la Figura 1, que muestra un detalle adicional
de una trayectoria fluídica según una realización de la presente
invención.
La Figura 3 es una vista en sección transversal
de canales cerrados en uno o ambos extremos de un cuerpo extrudido,
que muestra un procedimiento útil en el contexto de la presente
invención para la interconexión entre canales.
La Figura 4 es una vista en sección transversal
de canales cerrados en uno o ambos extremos de un cuerpo extrudido,
que muestra otro procedimiento útil en el contexto de la presente
invención para la interconexión entre canales.
La Figura 5 es una vista en planta de un
componente de reactor que comprende un cuerpo multicelular extrudido
o panal, que muestra otra trayectoria fluídica en un plano
perpendicular a las células según otra realización de la presente
invención.
La Figura 6 es una vista en alzado lateral del
componente de reactor que comprende el cuerpo multicelular
extrudido o panal de la Figura 5, que muestra acopladores fluídicos
acoplados a orificios de entrada y de salida en un extremo del
cuerpo extrudido.
La Figura 7 es una vista en sección transversal
de un componente de reactor de la presente invención que comprende
un cuerpo multicelular extrudido o panal, que muestra conexiones
fluídicas hacia el cuerpo extrudido según una realización de la
presente invención.
La Figura 8 es una vista en perspectiva y en
despiece ordenado de un componente de reactor que comprende un
cuerpo multicelular extrudido o panal, que muestra acopladores
fluídicos acoplados a orificios de entrada y de salida en el (los)
lado(s) del cuerpo extrudido.
La Figura 9 es una vista en sección transversal
de un componente de reactor de la presente invención que comprende
un cuerpo multicelular extrudido o panal, que muestra conexiones
fluídicas hacia el cuerpo extrudido según otra realización de la
presente invención.
La Figura 10 es una vista en perspectiva que
muestra un suministro de fluido de intercambio de calor, de reactivo
gaseoso y de reactivo fluido hacia un cuerpo 20 extrudido según una
realización de la presente invención.
La Figura 11 es una sección transversal de un
cuerpo 20 extrudido que muestra una distribución de fluido de
intercambio de calor y de reactivos.
La Figura 12 es una realización del reactor 10
que comprende dos cuerpos 20A y 20B extrudidos.
La Figura 13 es una vista en perspectiva que
muestra múltiples cuerpos 20A a 20D dispuestos como parte de un
único reactor.
La Figura 14 es una vista en sección transversal
que muestra la colocación de pantallas 84 protectoras contra las
llamas.
Las Figuras 15 y 16 muestran montajes
alternativos para las pantallas protectoras contra las llamas.
La Figura 17 es una sección transversal que
muestra la utilización de pantallas protectoras contra las llamas
para ayudar en la distribución de los fluidos reactivos.
La Figura 18 es una sección transversal que
muestra la utilización de un protector 96 contra las llamas de
cuerpo poroso como una alternativa a una pantalla protectora contra
las llamas.
La Figura 19 es una vista en planta de un
reactor que comprende un cuerpo multicelular extrudido o panal, que
muestra otra trayectoria fluídica adicional en un plano
perpendicular a las células según una realización de la presente
invención.
La Figura 20 es una vista en planta de un
reactor que comprende un cuerpo multicelular extrudido o panal, que
muestra otra trayectoria fluídica adicional en un plano
perpendicular a las células según una realización de la presente
invención.
La Figura 21 es una vista en sección transversal
de canales cerrados en uno o ambos extremos de un cuerpo extrudido,
que muestra un procedimiento útil en el contexto de la presente
invención para ramificar o dividir trayectorias de fluido, con dos
trayectorias comenzando a partir de una y comenzando dentro del
cuerpo extrudido.
La Figura 22 es una vista en planta parcial de
un extremo de un cuerpo extrudido o estructura de panal, que
muestra múltiples pasos que comienzan dentro del cuerpo extrudido en
un orificio de entrada en un extremo del cuerpo extrudido.
La Figura 23 es una vista lateral parcial de un
cuerpo extrudido o estructura de panal que muestra múltiples pasos
que comienzan dentro del cuerpo extrudido en un orificio de entrada
en una pared en un lado del cuerpo extrudido.
La Figura 24 es una sección transversal de una
parte de un cuerpo 20 extrudido que muestra maneras alternativas de
formar la trayectoria 28 de flujo de intercambio de calor dentro de
los cuerpos 20 extrudidos de la presente invención.
Las Figuras 25A a 25D son vistas en planta
alternativas de un extremo de un cuerpo 20 extrudido que muestra
patrones alternativos para los obturadores o material 26 obturador
continuo, correspondientes al patrón de las células cerradas
situadas por debajo.
A continuación se hará referencia en detalle de
las realizaciones actualmente preferidas de la invención, ejemplos
de las cuales se ilustran en los dibujos adjuntos. Siempre que sea
posible, los mismos números de referencia se utilizarán en todos
los dibujos para hacer referencia a las mismas partes o a partes
similares.
La presente invención se refiere a
procedimientos y a dispositivos para reacciones de película
descendente. En la Figura 1 se muestra una vista en planta de un
componente 12 de reactor útil en los dispositivos y procedimientos
de la presente invención. El componente 12 de reactor comprende un
cuerpo 20 extrudido multicelular, representándose una realización
del mismo en la Figura 1. El cuerpo 20 presenta una pluralidad de
células que se extienden en paralelo en una dirección desde un
extremo del cuerpo al otro, con las células vistas de frente en la
Figura 1. Las células incluyen una primera pluralidad de células 22
abiertas en ambos extremos del cuerpo y una segunda pluralidad de
células 24 cerradas en uno o ambos extremos del cuerpo, en esta
realización mediante uno o más obturadores 26 o mediante un
material 26 obturador más o menos continuo dispuesto en o cerca del
extremo del cuerpo y al menos parcialmente dentro de los canales de
la segunda pluralidad de células 24. La segunda pluralidad de
células 24 (las células cerradas) están situadas en uno o más grupos
de células contiguas, un grupo en este caso, y actúan conjuntamente
para ayudar a definir un paso 28 fluídico que se extiende a través
del cuerpo 20. El paso 28 sigue una trayectoria serpentina hacia
arriba y hacia abajo a lo largo de las células 24, en la dirección
genérica mostrada por la flecha 28, que representará tanto el paso
como su trayectoria. El paso o su trayectoria 28 se extiende
lateralmente perpendicular a las células 24 solamente en o cerca de
los extremos 32, 34 del cuerpo 20, donde las paredes entre las
células 24 están acortadas, presentan orificios o se pasa o se
atraviesan las mismas de otra manera para permitir una comunicación
de fluido entre las células 24.
Tales paredes acortadas entre las células 24 se
muestran en las secciones transversales de las Figuras 3 y 4,
permitiendo que el paso o la trayectoria 28 conecte y se extienda
lateralmente perpendicular a las células 24 en o cerca de los
extremos del cuerpo 20. Como puede observarse en la Figura 3, la
trayectoria 28 puede seguir una única célula hacia arriba y hacia
abajo en la dirección a lo largo de las células 24. Como
alternativa, la trayectoria 28 puede seguir múltiples grupos
respectivos sucesivos de dos o más células en paralelo, en la
dirección a lo largo de las células 24, tal y como se muestra en la
Figura 4, en donde la trayectoria sigue dos células en
paralelo.
En otra realización del componente de reactor de
las Figuras 1 y 2, la trayectoria no es serpentina solamente en la
dirección a lo largo de las células, tal y como se muestra en la
Figura 2, sino también en el plano perpendicular a las células, tal
y como se muestra en la vista en planta de la Figura 5. La
pluralidad de células 24 cerradas en la vista en planta de la
Figura 5 está dispuesta en una trayectoria generalmente serpentina
en el plano perpendicular a las células 24 y 22. La trayectoria 28
de fluido es por tanto serpentina con una frecuencia relativamente
mayor en la dirección hacia dentro y hacia fuera del plano de la
Figura 5, y con una frecuencia relativamente menor dentro del plano
de la figura. Esta estructura de trayectoria doblemente serpentina
permite un alto volumen de trayectoria total y una larga longitud de
trayectoria total manteniendo al mismo tiempo una gran área de
superficie entre la trayectoria y las células 22 abiertas, y permite
que el reactor 12 tenga unas dimensiones totales reducidas.
La disposición serpentina de las células
cerradas en el plano perpendicular a las células, la disposición
visible en la Figura 5, no es la única disposición posible; otras
disposiciones son posibles o incluso deseables, dependiendo de la
aplicación. Sin embargo, independientemente de la forma de la
trayectoria dentro del plano de la Figura 1 o de la Figura 5, el
plano perpendicular a la dirección de las células dentro del cuerpo
20 extrudido, es deseable que la mayor parte de la trayectoria 28
tenga el ancho de una sola célula. Esto da como resultado una
trayectoria fluídica de fácil construcción que puede tener una
relación de superficie a volumen muy alta. Asimismo, es preferible
que las células 22 abiertas situadas entre filas de la trayectoria
28 estén dispuestas en grupos con un ancho de una sola célula, como
en la Figura 5. Esto permite una trayectoria de fluido a través de
las células abiertas que tenga además una relación de superficie a
volumen muy alta.
Células adicionales de las células 24 cerradas,
en una agrupación 25 con un ancho de más de una célula, si se
desea, pueden estar taponadas alrededor de orificios 30 de entrada y
de salida del paso, tal y como se muestra en las Figura 1 y 5.
Estas células taponadas adicionales pueden proporcionar soporte a
una junta tórica, a una junta de frita cocida, a una junta de
adhesivo polimérico o a cualquier sistema de sellado deseable para
proporcionar una conexión fluídica hacia la trayectoria 28, no
formando parte, por lo general, del paso o trayectoria 28. Una
realización se muestra en la Figura 6, en la que tubos 36 de acceso
se han sellado a dos agrupaciones 25 de células taponadas.
El cuerpo extrudido o panal 20 está formado de
manera deseable por un material extrudido de vidrio, de
vitrocerámica o de cerámica para que sea duradero y tenga inercia
química. Actualmente se prefiere de manera general cerámica de
alúmina ya que tiene una buena resistencia, buena inercia y una
mayor conductividad térmica que el vidrio y otras cerámicas.
También pueden utilizarse otros materiales de mayor conductividad
térmica. El cuerpo multicelular tiene de manera deseable una
densidad de células de al menos 200 células por pulgada cuadrada.
Mayores densidades pueden dar lugar a dispositivos con un mayor
rendimiento de intercambio de calor. Los cuerpos que tienen 300
células o más, o incluso 450 células o más, por pulgada cuadrada
pueden resultar interesantes para formar dispositivos de alto
rendimiento.
La Figura 7 es una vista en sección transversal
de los componentes principales de una realización de un reactor 10
de la presente invención que comprende un cuerpo multicelular
extrudido o panal, que muestra conexiones fluídicas hacia el cuerpo
extrudido según una realización de la presente invención. En la
realización de la Figura 7, un alojamiento 40 de fluido soporta el
cuerpo extrudido mediante juntas 42. El alojamiento 40 puede
comprender una única unidad que envuelve al cuerpo extrudido, o la
parte 40C central puede omitirse opcionalmente, de manera que el
alojamiento comprende dos partes 40A y 40B. Según las realizaciones
actualmente preferidas de la invención, un paso o trayectoria 48 de
fluido reactivo para reactivos de película líquida y para reactivos
gaseosos está formado a través de los canales 22 abiertos (mostrados
en las Figuras 1 y 5) junto con el alojamiento 40. La trayectoria
28 en el cuerpo 20 es accesible por medio de conductos 64 de fluido
a través de acopladores 46 fluídicos, y se utiliza para el fluido
de intercambio de calor o, como alternativa, para una reacción que
actúa como una fuente o sumidero de calor deseado. Los conductos 64
de fluido pasan a través de aberturas 61 del alojamiento 40,
aberturas 61 en las que se utiliza una junta 44.
La Figura 8 es una vista en perspectiva y en
despiece ordenado de un componente 12 de reactor que comprende un
cuerpo multicelular extrudido o panal 20, que muestra acopladores 46
fluídicos dispuestos para acoplarse a orificios 30 de entrada y
salida en el lateral del cuerpo 20 extrudido. Los acopladores 46
fluídicos incluyen un cuerpo 50 de acoplador de fluido que presenta
anillos 52 concéntricos en relieve que rodean un paso 54 de fluido.
Cuando está ensamblado, una junta tórica 56 elastomérica queda
retenida por los anillos 52 en relieve mediante una compresión
contra una superficie 58 plana formada en el lateral del cuerpo 20.
El gran número de estructuras de pared dentro del cuerpo 20
extrudido proporciona el suficiente soporte para una junta de
compresión robusta contra la superficie 58 plana. Se permiten
procedimientos de sellado alternativos, incluyendo juntas de frita
cocida, juntas de adhesivo polimérico y cualquiera que pueda ser
adecuada para la aplicación prevista.
Un componente 12 de reactor tal como el de la
realización de la Figura 8 permite una configuración alternativa
actualmente preferida de un reactor 10, mostrado en la Figura 9, la
cual es una vista en sección transversal de los componentes
principales de otra realización de un reactor 10 de la presente
invención. El reactor 10 de la Figura 9 comprende un cuerpo
multicelular extrudido o panal 20 e incluye conexiones fluídicas de
orificio lateral hacia el cuerpo 20 extrudido. Ventajas sobre la
realización de la Figura 8 incluyen la ausencia de juntas 44 y la
ausencia de cualquier junta (tales como las juntas 44 o los
acopladores 46 fluídicos) directamente entre las dos trayectorias
28, 48 de fluido. Por lo tanto, los materiales de las juntas pueden
optimizarse de manera independiente para el fluido de cada
trayectoria, y fallos en las juntas no dará como resultado que se
mezclen los fluidos de las dos trayectorias 28, 48.
Un reactor para hacer reaccionar un flujo de
reactivo gaseoso con un flujo de reactivo líquido de película
descendente requiere algún procedimiento o medio de formación de una
delgada película descendente sobre la(s)
superficie(s) pertinentes del reactor. Según una realización
de los dispositivos y procedimientos de la presente invención, el
reactivo líquido se suministra, por ejemplo, mediante uno o más
tubos 64 de distribución de líquido, tal y como se muestra en la
Figura 10. El reactivo líquido fluye o cae sobre la superficie de
los obturadores o material 26 de obturación continuo o, dicho de
otro modo, sobre la superficie 27 por encima de las células
cerradas del cuerpo 20. Tal y como se muestra en la sección
transversal de la Figura 11, el flujo 62 de reactivo líquido sigue
después la trayectoria mostrada por las flechas 62 que representan
el flujo 62 de reactivo líquido fluyendo sobre los bordes de las
células cerradas del cuerpo 20 y descendiendo sobre las superficies
internas de las células abiertas. El flujo 48 de reactivo gaseoso
fluye en el centro de las células abiertas, en un flujo
contracorriente en este caso, mientras que un fluido de intercambio
de calor, que también puede estar en forma de un flujo de reactivo
que proporcione una reacción que actúe como una fuente o sumidero
de calor, se hace fluir a lo largo del paso 28. Un colector 66 de
líquido recoge el flujo 62 de reactivo líquido.
La Figura 12 muestra en una sección transversal
esquemática un reactor 10 según otra realización de la presente
invención. Dos componentes 12A y 12B de reactor, que comprenden cada
uno un cuerpo 20A, 20B extrudido respectivo, están colados uno
debajo del otro, estando cada cuerpo orientado con sus células
extendiéndose en una dirección verticalmente descendente. Cada
cuerpo 20A, 20B presenta una primera pluralidad de células 22
abiertas en ambos extremos del cuerpo y una segunda pluralidad de
células 24 cerradas en uno o ambos extremos del cuerpo, tal y como
se ha mostrado e ilustrado anteriormente con respecto a las Figuras
1 a 6. Como una alternativa, las células 22 abiertas pueden incluir
en o sobre sus superficies internas uno o más materiales
catalíticos, dependiendo de las reacciones deseadas que vayan a
realizarse. Obsérvese que algunos detalles mostrados en las Figuras
1 a 6 no se muestran o no están etiquetados en la Figura 12 para
simplificar la representación.
Como en las Figuras 1 a 6, la segunda pluralidad
de células 24 está dispuesta en uno o más grupos de células
contiguas que actúan conjuntamente para definir al menos en parte al
menos un paso 28 fluídico que se extiende a través del cuerpo 20A,
20B, presentando el paso 28 una trayectoria serpentina hacia atrás y
hacia delante a lo largo de las células 24 de la segunda
pluralidad, conectando el paso lateralmente una célula con otra,
pertenecientes a las células 24 de la segunda pluralidad, en o cerca
de los extremos del cuerpo 20A, 20B.
El reactor 10 de la Figura 12 comprende además
una fuente 108 de fluido dispuesta para poder distribuir un flujo
62 de fluido de reactivo hacia la primera pluralidad de células 22
en el primer extremo del cuerpo 20A extrudido, a través del tubo 64
de distribución de líquido. El flujo 62 de fluido suministrado forma
un anillo anular de fluido 63 contenido por los componentes de
alojamiento del reactor 10 descrito posteriormente. El anillo de
fluido anular se derrama sobre la superficie 27 del material 26A de
obturación continuo del cuerpo 20A más alto. Desde la superficie
27, el flujo 62 de fluido se derrama y forma una película
descendente que desciende sobre el interior de las células 22
abiertas del cuerpo 20A.
El cuerpo 20A está conectado al cuerpo 20B a
través de un separador 82 en la forma de una sección corta del
cuerpo extrudido de células abiertas, presentando en esta
realización un tamaño de célula mayor que el de los cuerpos 20A y
20B. Por consiguiente, el flujo de reactivo líquido fluye hacia
abajo desde las células abiertas del cuerpo 20A a través del
separador a lo largo de sus superficies internas y hacia el interior
de las células abiertas del cuerpo 20B.
El reactor 10 está dotado de una fuente de gas,
conectada mediante un tubo 78 de entrada de gas, para poder hacer
fluir un flujo 48 de reactivo de gas a través de la primera
pluralidad de células 22 de ambos cuerpos 20A y 20B. Dos fuentes
112 de fluido de intercambio de calor están conectadas a los pasos
28 fluídicos respectivos en los cuerpos 20A y 20B para poder hacer
fluir un fluido 60 de intercambio de calor a través de los mismos.
Si se desea, en los dos cuerpos 20A y 20B pueden utilizarse
diferentes fluidos o al menos diferentes temperaturas.
Tal y como se muestra en la Figura 12, esta
realización utiliza orificios laterales para acceder a las
trayectorias de fluido de intercambio de calor mediante los cuerpos
50A y 50B de acoplador de fluido. Orificios de extremo, como en la
Figura 7, son una alternativa.
Los elementos de los cuerpos 20A y 20B de
soporte de alojamiento incluyen una placa 76 de extremo en el
extremo superior del reactor 10 a través de la cual se extiende un
tubo 80 de salida de gas, permitiendo que un flujo 48 de gas
reactivo salga del reactor, y una placa de extremo en forma de un
colector 66 de líquido, a través de la cual se extiende un tubo 78
de entrada de gas, y a través de la cual también se extienden tubos
68 de salida de líquido. Las diversas secciones del alojamiento
están formadas por secciones 70 de tubo selladas a las placas 76 y
66 de extremo por medio de juntas tóricas 72. Cerca de los extremos
de los cuerpos 20A y 20B, secciones 70 de tubo están selladas
mediante juntas tóricas 72 a anillos 74 de montaje, que soportan
los cuerpos 20a y 20B extrudidos, así como el separador 82, mediante
juntas 42. Las juntas 42 pueden ser juntas elastoméricas, basadas
en epoxi o en cualquier material apropiado. En la realización de la
Figura 12, las juntas 42 más altas también contienen el depósito o
anillo anular de fluido 63 y proporcionan un sellado para el tubo
64 de entrada de fluido de reacción.
Tal y como se muestra en la vista en perspectiva
de la Figura 13, un reactor según la presente invención puede
incluir más de dos cuerpos extrudidos multicelulares tales como los
cuerpos 20A a 20D mostrados en la figura, cada uno colocado debajo
del primer cuerpo 20A y presentando cada uno, tal y como se muestra
en las Figuras 1 a 6, un pluralidad respectiva de células abiertas
y una pluralidad respectiva de células cerradas que definen
respectivamente al menos un paso fluídico. Los cuerpos 20B a 20D
sucesivos después del primer cuerpo 20A están colocados y
dispuestos para recibir el flujo de reactivo fluido y/o el flujo de
reactivo gaseoso desde el cuerpo respectivo inmediatamente
superior. Los flujos 60A a 60D de fluido de intercambio de calor
pueden ser idénticos o pueden individualizarse para cada cuerpo 20A
a 20D respectivo. Las longitudes verticales respectivas de cada
cuerpo 20A a 20D también puede escogerse para las necesidades de la
reacción que vaya a llevarse a cabo: no necesitan tener una
longitud uniforme, tal y como se ilustra mediante el cuerpo 20C, el
cual es más corto.
En el contexto de algunas reacciones de película
descendente es deseable impedir una posible propagación de llamas o
de una explosión dentro del reactor 10, ya que pueden utilizarse
reactivos inflamables o explosivos, o pueden generarse productos
inflamables o explosivos. Por consiguiente, como una alternativa
adicional dentro del contexto de la presente invención, puede
proporcionarse una pantalla 84 protectora contra las llamas colocada
en los extremos de cada cuerpo 20A a 20C, tal y como se muestra en
la Figura 14. Las pantallas 84 pueden montarse de varias maneras
como, por ejemplo, mediante anillos tensores 86, 88 que actúan
conjuntamente para mantener las pantallas 84 tensadas.
Para fines de diseño del reactor y de ingeniería
de reacción, junto con el uso de las pantallas 84, la longitud de
los cuerpos 20A a 20C (es decir, la longitud de las células) y el
ancho de las células pueden elegirse para evitar cualquier riesgo
de reacciones explosivas o fuera de control. De nuevo, las
longitudes de los cuerpos extrudidos pueden ser diferentes según
sea necesario para esta optimización.
Alternativas para montar o fijar las pantallas
84 incluyen pinzas 90 de superficie refrentada, tal y como se
muestra en la parte superior de la Figura 19, donde la pantalla está
fijada sobre una parte de la superficie 27 en la parte superior de
las células cerradas. La fijación de superficie refrentada también
puede conseguirse utilizando una sección del cuerpo 92 extrudido
con células abiertas, tal y como se muestra en la parte inferior de
la figura. Pueden utilizarse anillos tensores en combinación con la
fijación de superficie refrentada, o pueden omitirse.
Otras dos alternativas para montar las pantallas
se muestran en la Figura 16, en donde la pantalla 84 superior está
montada en un adhesivo 94 colocado encima de las células cerradas.
La pantalla 84 inferior se monta incorporándose en obturadores 26E
extendidos. Los anillos tensores son opcionales en ambos casos, pero
son probablemente superfluos en el caso de los obturadores 26E
extendidos.
Las pantallas protectoras contra las llamas
también pueden utilizarse para ayudar en la distribución del fluido
62 reactivo, tal y como se ilustra en la sección transversal de la
Figura 17. La pantalla 84 superior ayuda a transportar o a conducir
de otro modo el fluido 62 reactivo desde el anillo anular de fluido
63 hacia las partes superiores de las células cerradas del cuerpo
20, y la pantalla inferior, que puede estar curvada tal y como se
muestra en la figura, ayuda a transportar o a conducir de otro modo
el fluido 62 reactivo desde las partes inferiores de las células
abiertas del cuerpo 20 hacia una artesa 114 de recepción anular. En
esta realización, el flujo 48 de reactivo gaseoso tiene de manera
deseable el mismo sentido, tal y como se muestra, para ayudar a que
el fluido reactivo se desplace a lo largo y desde las pantallas 84,
aunque también es posible que tenga un sentido opuesto.
Como una alternativa a las pantallas protectoras
contra las llamas, pueden utilizarse protectores 96 contra las
llamas de cuerpo poroso, tal y como se muestra en la sección
transversal de la Figura 18. El cuerpo poroso también puede ayudar
en la distribución del fluido reactivo, tal y como se muestra.
Tal y como se muestra en la descripción
anterior, debe entenderse que la presente invención también
proporciona un procedimiento para llevar a cabo un reacción que
requiere un flujo de reactivo gaseoso y un flujo de reactivo
líquido de película descendente. El procedimiento incluye
proporcionar un reactor que comprende al menos un primer cuerpo
extrudido multicelular orientado con sus células extendiéndose en
paralelo en una dirección verticalmente descendente desde un primer
extremo del cuerpo hasta un segundo extremo. El cuerpo también
presenta una primera pluralidad de células abiertas en ambos
extremos del cuerpo y una segunda pluralidad de dichas células
cerradas en uno o ambos extremos del cuerpo, estando dispuesta la
segunda pluralidad de células en uno o más grupos de células
contiguas que actúan conjuntamente para definir al menos en parte
uno o más pasos fluídicos que se extienden a través del cuerpo. El
uno o más pasos presentan una trayectoria serpentina hacia atrás y
hacia delante a lo largo de las células de la segunda pluralidad, y
el paso conecta lateralmente una célula con otra, pertenecientes a
las células de la segunda pluralidad, en o cerca de los extremos del
cuerpo. El procedimiento incluye además hacer fluir de manera
descendente una película de reactivo líquido sobre las superficies
internas de la primera pluralidad de células mientras que se hace
fluir un flujo de reactivo gaseoso hacia arriba o hacia de los
centros de la primera pluralidad de células, mientras que se hace
fluir al menos un primer fluido de intercambio de calor a través
del al menos un paso fluídico. El procedimiento puede incluir
proporcionar un reactor que presente material catalítico en o sobre
las superficies internas de la primera pluralidad de células. El
procedimiento también puede incluir utilizar múltiples cuerpos
extrudidos sucesivos, opcionalmente con diferentes suministros de
intercambio de calor, y opcionalmente además con suministros de
reactivo variables para cada uno.
En caso de que una caída de presión asociada con
el fluido 60 de intercambio de calor que fluye a lo largo de la
trayectoria 28 a través de los cuerpos 20 extrudidos de la presente
invención sea demasiado grande para un diseño de reacción o de
reactor particular, la trayectoria de flujo puede dividirse en
múltiples trayectorias paralelas mediante una estructura de
distribuidor integrada. Las Figuras 19 y 20 son vistas en planta de
componentes 12 de reactor que comprenden un cuerpo multicelular
extrudido o panal, que muestran otra trayectoria 28 fluídica
adicional en un plano perpendicular a las células 22, 24 según
realizaciones alternativas adicionales de la presente invención.
Como puede observarse en las figuras, estas realizaciones incluyen
ramificar o dividir la trayectoria de fluido dentro del paso 28
fluídico, de manera que la trayectoria 28 se divide en trayectorias
paralelas en el plano perpendicular a las células. La Figura 21 es
una vista en sección transversal de canales 24 cerrados en uno o
ambos extremos de un cuerpo 20 extrudido, que muestra un
procedimiento útil en el contexto de la presente invención para
ramificar o dividir trayectorias de fluido, dividiéndose una
trayectoria en dos en un plano paralelo a las células 24 comenzando
dentro del cuerpo 20 extrudido.
La Figura 22 es una vista en planta parcial de
un extremo de un cuerpo extrudido o estructura de panal, que
muestra un procedimiento o una estructura de ramificación para
obtener múltiples pasos 28 paralelos que comienzan dentro del
cuerpo extrudido en un orificio 30 de entrada en un extremo del
cuerpo extrudido.
La Figura 23 es una vista lateral parcial de un
cuerpo extrudido o estructura de panal, que muestra otra realización
de múltiples pasos 28 que comienzan dentro del cuerpo extrudido en
un orificio 30 de entrada en una pared o superficie 58 plana de un
lado del cuerpo extrudido.
La Figura 24 muestra maneras alternativas de
formar la trayectoria 28 de flujo de intercambio de calor dentro de
los cuerpos extrudidos de la presente invención. Como una
alternativa, mostrada en la parte superior del cuerpo 20 de la
Figura 24, puede utilizarse una tapa de extremo contorneada junto
con una junta obturadora u otro material 104 de sellado. En esta
alternativa particular no es necesario modificar las paredes de las
células del cuerpo 20. Como una segunda alternativa, mostrada en la
parte inferior del cuerpo 20 de la Figura 24, una placa 102 de
extremo está dotada de un material 104 de sellado contorneado, y las
paredes del cuerpo están acortadas para permitir que el material
104 de sellado se fije en los lados de las paredes no acortadas,
permitiendo al mismo tiempo un paso lateral de célula a célula.
Las Figuras 25A a 25D muestran patrones
alternativos para los obturadores o el material 26 obturador
continuo, correspondientes al patrón de las células cerradas
situadas por debajo. En cada caso, la trayectoria de fluido
definida dentro de las células cerradas es serpentina a lo largo de
la dirección de las células. En la Figura 25B, la trayectoria es
doblemente serpentina, en 25C es paralela con ramificaciones dentro
del cuerpo 20 y en 25D es paralela con ramificaciones, si las
hubiera, externas al cuerpo 20.
Claims (10)
1. Un procedimiento para llevar a cabo una
reacción que requiere un flujo de reactivo gaseoso y un flujo de
reactivo líquido de película descendente, comprendiendo el
procedimiento las etapas de:
- proporcionar un reactor que comprende un primer cuerpo extrudido multicelular orientado con sus células extendiéndose en paralelo en una dirección verticalmente descendente desde un primer extremo del cuerpo hasta un segundo extremo, presentando el cuerpo una primera pluralidad de células abiertas en ambos extremos del cuerpo y una segunda pluralidad de dichas células cerradas en uno o ambos extremos del cuerpo, estando dispuesta la segunda pluralidad de células en uno o más grupos de células contiguas y actuando conjuntamente para definir al menos en parte al menos un paso fluídico que se extiende a través del cuerpo, presentando el paso una trayectoria serpentina hacia atrás y hacia delante a lo largo de las células de la segunda pluralidad, conectando el paso lateralmente una célula con otra, pertenecientes a las células de la segunda pluralidad, en o cerca de los extremos del cuerpo;
- hacer fluir de manera descendente una película de reactivo líquido sobre las superficies internas de la primera pluralidad de células mientras que se hace fluir un flujo de reactivo gaseoso hacia arriba o hacia abajo de los centros de la primera pluralidad de células mientras que se hace fluir un primer fluido de intercambio de calor a través del al menos un paso fluídico.
2. El procedimiento según la reivindicación 1,
en el que proporcionar un reactor comprende además proporcionar un
reactor que presenta material catalítico en o sobre las superficies
internas de la primera pluralidad de células.
3. El procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 y 2, en el que proporcionar un reactor comprende
además proporcionar un reactor que tenga al menos un segundo cuerpo
extrudido multicelular situado debajo del primero, presentando el
segundo cuerpo una pluralidad de células abiertas de segundo cuerpo
y una pluralidad de células cerradas de segundo cuerpo que definen
al menos un paso fluídico de segundo cuerpo, y en el que (1) hacer
fluir una película de reactivo líquido comprende además hacer fluir
de manera descendente una película de reactivo líquido sobre las
superficies internas de la pluralidad de células abiertas del
segundo cuerpo, (2) hacer fluir un flujo de reactivo gaseoso
comprende además hacer fluir un flujo de reactivo gaseoso hacia
arriba o hacia abajo de los centros de la pluralidad de células
abiertas del segundo cuerpo, y (3) hacer fluir un fluido de
intercambio de calor comprende además hacer fluir un segundo fluido
de intercambio de calor a través del al menos un paso fluídico del
segundo cuerpo.
4. Un reactor para hacer reaccionar un flujo de
reactivo gaseoso con un flujo de reactivo líquido de película
descendente, comprendiendo el reactor:
- un primer cuerpo extrudido multicelular orientado con sus células extendiéndose en paralelo en una dirección verticalmente descendente desde un primer extremo del cuerpo hasta un segundo extremo, presentando el cuerpo una primera pluralidad de células abiertas en ambos extremos del cuerpo y una segunda pluralidad de dichas células cerradas en uno o ambos extremos del cuerpo, estando dispuesta la segunda pluralidad de células en uno o más grupos de células contiguas y actuando conjuntamente para definir al menos en parte al menos un paso fluídico que se extiende a través del cuerpo, presentando el paso una trayectoria serpentina hacia atrás y hacia delante a lo largo de las células de la segunda pluralidad, conectando el paso lateralmente una célula con otra, pertenecientes a las células de la segunda pluralidad, en o cerca de los extremos del cuerpo;
- una fuente de fluido estructurada y dispuesta para poder distribuir fluido a la primera pluralidad de células en el primer extremo del cuerpo extrudido;
- una fuente de gas situada por encima o por debajo del cuerpo extrudido estructurada y dispuesta para poder hacer fluir un gas a través de la primera pluralidad de células; y
- una fuente de fluido de intercambio de calor conectada a dicho al menos un paso fluídico estructurada y dispuesta para poder hacer fluir un fluido de intercambio de calor a través del mismo.
5. El reactor según la reivindicación 4, en el
que el al menos un paso tiene un ancho de una célula en un plano
perpendicular a las células del cuerpo.
6. El reactor según cualquiera de las
reivindicaciones 4 y 5, en el que el paso tiene una trayectoria
serpentina que se dirige hacia atrás y hacia delante al menos dos
veces a lo largo de las células de la segunda pluralidad de
células.
7. El reactor según cualquiera de las
reivindicaciones 4 a 6, en el que el paso es accesible desde el
exterior del cuerpo mediante un orificio de entrada y un orificio
de salida, estando situado el orificio de entrada en el primer
extremo del cuerpo y rodeado de células del cuerpo que están
cerradas mediante obturadores en el primer extremo del cuerpo.
8. El reactor según cualquiera de las
reivindicaciones 4 a 6, en el que el paso es accesible desde el
exterior del cuerpo mediante un orificio de entrada y un orificio
de salida, estando situado el orificio de entrada en una pared de
un lado del cuerpo.
9. El reactor según cualquiera de las
reivindicaciones 4 a 8, que comprende además un primer y un segundo
protector contra las llamas colocados en el primer y en el segundo
extremo del cuerpo.
10. El reactor según cualquiera de las
reivindicaciones 4 a 9, que comprende además uno o más segundos
cuerpos extrudidos multicelulares, cada uno colocado debajo del
primer cuerpo, presentando cada uno una pluralidad respectiva de
células abiertas y una pluralidad respectiva de células cerradas que
definen respectivamente al menos un paso fluídico, estando
colocados y dispuestos los cuerpos sucesivos para recibir el flujo
de reactivo fluido y/o el flujo de reactivo gaseoso desde el cuerpo
respectivo inmediatamente superior.
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