ES2860624T3 - Plato para una columna de transferencia de masa - Google Patents

Abstract

Plato (10) para una columna de transferencia de masa (1), en donde el plato (10) está configurado, para permitir un contacto entre una fase líquida y una fase gaseosa, y en donde el plato (10) comprende: - una afluencia de plato (131, 132), a través de la cual el plato (10) se carga con la fase líquida; - un desagüe de plato (141, 142), a través del cual la fase líquida sale del plato (10); - primeros medios de guía (11) para conducir la fase líquida, en donde los primeros medios de guía (11) configuran una primera ruta de curso (21, 22), a lo largo de la cual la fase líquida fluye desde la afluencia de plato (131, 132) hacia el desagüe de plato (141, 142), - un orificio de admisión (15, 151, 152) para un fluido de regulación de temperatura; - un orificio de salida (16, 161, 162) para el fluido de regulación de temperatura; y - segundos medios de guía (12) para conducir el fluido de regulación de temperatura para un intercambio de calor con la fase líquida, en donde los segundos medios de guía (12) configuran una segunda ruta de curso (31, 32) que se solapa con la primera ruta de curso, que conduce desde el orificio de admisión (15, 151, 152) hacia el orificio de salida (16, 161, 162), y en donde el fluido de regulación de temperatura fluye a lo largo de la segunda ruta de curso (31, 32) en una dirección opuesta a la dirección de flujo de la fase líquida, en donde - la afluencia de plato comprende una primera entrada (131); - el desagüe de plato comprende una primera salida (141); y - los primeros medios de guía comprenden una disposición de barrera de guía en espiral (11), que configura en espiral la primera ruta de curso (21) entre la primera entrada (131) y la primera salida (141), en donde - la afluencia de plato comprende adicionalmente una segunda entrada (132); - el desagüe de plato comprende adicionalmente una segunda salida (142); y - la disposición de barrera de guía en espiral (11) configura la primera ruta de curso (21, 22) con una primera ruta de flujo en espiral (21) entre la primera entrada (131) y la primera salida (141) y una segunda ruta de flujo en espiral (22) opuesta a la primera ruta de flujo (21) entre la segunda entrada (132) y la segunda salida (142), - en donde la primera entrada (131) está dispuesta en el borde de plato (101), - en donde la primera salida (141) está dispuesta en el centro de plato (102), - en donde el orificio de admisión (15) para el fluido de regulación de temperatura se encuentra en el borde de plato (101), - en donde el orificio de salida (16) para el fluido de regulación de temperatura se encuentra asimismo en el borde de plato (101), - en donde los segundos medios de guía (12) comprenden un dispositivo deflector (121) dispuesto en el centro (102) del plato (10) - y en donde en la primera ruta de curso, en la que la fase líquida fluye de la primera entrada (131) a la primera salida (141), el fluido de regulación de temperatura fluye a través de la segunda ruta parcial (32) en espiral desde el dispositivo deflector (121) hacia el orificio de salida (16).

Description

DESCRIPCIÓN

Plato para una columna de transferencia de masa

Campo técnico

El presente documento se refiere a formas de realización de un plato para una columna de transferencia de masa, como una columna de absorción, una columna de rectificación, una columna de separación o una columna de destilación. Además, el documento se refiere a formas de una columna de transferencia de masa, que comprende una pluralidad de platos de este tipo.

Antecedentes

Las columnas de transferencia de masa, como una columna de absorción, una columna de rectificación, una columna de separación o una columna de destilación, pueden encontrarse ya desde hace siglos en las instalaciones industriales químicas.

Por ejemplo, en una columna de transferencia de masa se realiza una transferencia de materia mediante contacto intensivo de una fase líquida con una fase gaseosa. A este respecto, la fase líquida puede discurrir de arriba hacia abajo a través de la columna de transferencia de masa, y la fase gaseosa puede conducirse en dirección opuesta de abajo hacia arriba a través de la columna de transferencia de masa.

Para garantizar el contacto entre la fase líquida y la fase gaseosa, en la columna de transferencia de masa puede estar prevista una pluralidad de platos dispuestos unos sobre otros, en donde los platos en cada caso pueden estar configurados de modo que el líquido discurra a través del plato.

Adicionalmente, en un plato respectivo pueden estar previstos elementos de transferencia de masa, como aberturas de paso de gas, a través de las cuales el gas que se eleva sube a través del líquido.

Los platos dispuestos unos sobre otros pueden unirse entre sí mediante huecos de afluencia o huecos de desagüe. Los huecos de este tipo pueden conducir la fase líquida hacia el siguiente plato y, por ejemplo, servir como conducción de líquido desgasificado de un plato al plato subyacente. Tales huecos se conocen también bajo el término bajante (downcorner).

El documento WO 2013/072353 A1 divulga en este contexto un plato para una columna de transferencia de masa con aberturas de paso de gas, que están dispuestas distribuidas por encima del plato, así como al menos una chapa deflectora para el desvío de flujo de líquido que fluye sobre el plato, en donde el plato puede cargarse a través de al menos una afluencia con un líquido, en donde el plato presenta al menos una afluencia, al menos una barrera de separación, que separa el líquido entrante en dos flujos, y al menos dos desagües o presenta al menos dos afluencias y al menos un desagüe para el líquido, en donde cada flujo fluye a lo largo de un trayecto de flujo hacia un desagüe. Como estado de la técnica adicional pueden mencionarse el documento DE 1520056 A y el documento CH 463465 A y el documento DE1249846B.

El objetivo de la presente invención es facilitar un plato para una columna de transferencia de masa, que ofrezca propiedades mejoradas con respecto al plato ya conocido, en cuanto a su fabricación y/o en cuanto al comportamiento termodinámico en la transferencia de masa.

Descripción

Para conseguir el objetivo anterior se propone un plato para una columna de transferencia de masa de acuerdo con la reivindicación 1 independiente. El plato está configurado en cada caso para permitir un contacto entre una fase líquida y una fase gaseosa.

De acuerdo con una forma de realización, el plato para la columna de transferencia de masa comprende: una afluencia de plato, a través de la cual se carga el plato con la fase líquida; un desagüe de plato, a través del cual la fase líquida sale del plato; primeros medios de guía para conducir la fase líquida, en donde los primeros medios de guía configuran una primera ruta de curso, a lo largo de la cual la fase líquida de la afluencia de plato fluye hacia el desagüe de plato; un orificio de admisión para un fluido de regulación de temperatura; un orificio de salida para el fluido de regulación de temperatura; y segundos medios de guía para conducir el fluido de regulación de temperatura para un intercambio de calor con la fase líquida, en donde los segundos medios de guía configuran una segunda ruta de curso que se solapa con la primera ruta de curso, que conduce desde el orificio de admisión hacia el orificio de salida, y en donde el fluido de regulación de temperatura fluye a lo largo de la segunda ruta de curso en una dirección opuesta a la dirección de flujo de la fase líquida.

La segunda ruta de curso se extiende por completo, o casi por completo, a lo largo de la primera ruta de curso, de modo que allí, donde tiene lugar el intercambio de calor entre la fase líquida y el fluido de regulación de temperatura, el fluido de regulación de temperatura fluye opuesto a la dirección de flujo de la fase líquida. Para ello, puede ser conveniente que el orificio de admisión para el fluido de regulación de temperatura esté instalado cerca del desagüe de plato, y que el orificio de salida para el fluido de regulación de temperatura esté instalado cerca de la afluencia de plato. Por ejemplo, por tanto la fase líquida que fluye durante todo su trayecto desde la afluencia de plato hacia el desagüe de plato "ve" un fluido de regulación de temperatura que fluye en su contra. De este modo, puede tener lugar un intercambio de energía mejorado entre la fase líquida y el fluido de regulación de temperatura.

En la forma de realización, el plato para la columna de transferencia de masa pone en práctica un principio de contracorriente que se realiza por encima de todo o casi todo el plato, en el que la fase líquida "en el lado del plato" y el fluido de regulación de temperatura guiado a través de los segundos medios de guía, por ejemplo, es decir, un fluido de regulación de temperatura "en el lado del tubo", fluyen en direcciones opuestas ("contracorriente").

El intercambio de calor puede realizarse o mediante absorción de calor de la fase líquida mediante el fluido de regulación de temperatura o mediante emisión de calor mediante el fluido de regulación de temperatura. En el primer caso tiene lugar, por tanto una refrigeración de la fase líquida, y en el segundo caso un calentamiento de la fase líquida. El caso que se aplica, depende de los requisitos de la tecnología de procesos respectiva.

De acuerdo con la forma de realización, el plato para la columna de transferencia de masa comprende: una afluencia de plato, a través de la cual se carga el plato con la fase líquida; un desagüe de plato, a través del cual la fase líquida sale del plato; primeros medios de guía para conducir la fase líquida, en donde los primeros medios de guía configuran una primera ruta de curso, a lo largo de la cual la fase líquida fluye de la afluencia de plato hacia el desagüe de plato, y en donde: la afluencia de plato comprende una primera entrada, que está dispuesta en un borde del plato; el desagüe de plato comprende una primera salida, que está dispuesta en un centro del plato; y los primeros medios de guía comprenden una disposición de barrera de guía en espiral, que configura en espiral la primera ruta de curso entre la primera entrada y la primera salida.

La forma de realización anteriormente descrita con la primera ruta de curso configurada en espiral puede alcanzar una homogeneización de la fase gaseosa en la fase líquida, por ejemplo a lo largo de todo el plato. Por ejemplo, la disposición de barrera de guía recibe la fase líquida que entra a través de la afluencia de plato y la conduce a lo largo de la primera ruta de curso en espiral hacia el desagüe de plato, a través del cual la fase líquida abandona el plato y es conducida hacia un plato subyacente o se expulsa de la columna de transferencia de masa. El plato puede por ejemplo presentar una superficie circular, que está limitada por una pared externa. La disposición de barrera de guía en espiral se extiende, por ejemplo, como la pared externa aproximadamente perpendicular al plato, por ejemplo en dirección vertical, y puede configurar así, por ejemplo, también en común con la pared externa, un canal de fluido a lo largo de la primera ruta de curso en espiral para la fase líquida.

A continuación se presentan características adicionales a modo de ejemplo y opcionales de formas adicionales del plato. Estas características pueden combinarse entre sí para la configuración de otras formas de realización adicionales, a no ser que no designen expresamente como alternativa entre sí. A este respecto, en lugar del término "fase líquida" puede utilizarse también el término "líquido", en donde ambos términos tienen el mismo significado. Se cumple lo correspondiente para los términos "fase gaseosa" y "gas".

En particular cabe indicar que las dos formas de realización descritas al principio pueden combinarse entre sí. En una forma de realización del plato, por tanto el principio de contracorriente se pone en práctica y está previsto al mismo tiempo una primera ruta de curso configurada en espiral.

En una forma de realización que realiza el principio de contracorriente, la afluencia de plato comprende por tanto, por ejemplo, una primera entrada, que puede estar dispuesta en un borde del plato. Además, puede estar previsto que el desagüe de plato comprenda una primera salida, que puede estar dispuesta en un centro del plato, y que los primeros medios de guía comprendan una disposición de barrera de guía en espiral, que configura en espiral la primera ruta de curso. Por ejemplo, la disposición de barrera de guía recibe la fase líquida que entra a través de la afluencia de plato y la conduce a lo largo de la primera ruta de curso en espiral hacia el desagüe de plato, a través del cual la fase líquida abandona el plato y es conducida hacia un plato subyacente o se expulsa de la columna de transferencia de masa. El plato puede por ejemplo presentar una superficie circular, que está limitada por una pared externa. La disposición de barrera de guía en espiral se extiende, por ejemplo, como la pared externa aproximadamente perpendicular al plato, por ejemplo en dirección vertical, y puede configurar así, por ejemplo, también en común con la pared externa, un canal de fluido a lo largo de la primera ruta de curso en espiral para la fase líquida.

Además, está previsto que la afluencia de plato comprenda adicionalmente una segunda entrada, que puede estar dispuesta en el centro del plato; y que el desagüe de plato comprenda adicionalmente una segunda salida, que puede estar dispuesta en el borde del plato; y que la disposición de barrera de guía en espiral configura la primera ruta de curso con una primera ruta de flujo en espiral entre la primera entrada y la primera salida, y una segunda ruta de flujo en espiral opuesta a la primera ruta de flujo entre la segunda entrada y la segunda salida. La primera ruta de flujo conduce la fase líquida de la primera entrada a la primera salida, y la segunda ruta de flujo conduce la fase líquida de la segunda entrada a la segunda salida. Según este perfeccionamiento, la afluencia de plato comprende, por ejemplo, al menos dos entradas, de las cuales una está dispuesta en el centro de plato, y la otra en el borde de plato.

Adicionalmente, el desagüe de plato en este perfeccionamiento comprende, por ejemplo, al menos dos salidas, de las cuales una está dispuesta en el centro de plato, y la otra en el borde de plato. Si el plato está configurado circular, puede estar previsto adicionalmente que la primera entrada de la afluencia de plato dispuesta en el borde de plato esté colocada desfasada 180° con respecto a la segunda salida dispuesta en el borde de plato. La disposición de barrera de guía en espiral puede estar configurada, para conducir la primera ruta de flujo desde el borde de plato a modo de espiral hacia el centro de plato, y para conducir la segunda ruta de flujo a modo de espiral desde el centro de plato hacia el borde de plato.

Adicionalmente, la disposición de barrera de guía en espiral puede estar configurada como barrera de separación, que separa la primera ruta de flujo de la segunda ruta de flujo. Por consiguiente, ambas rutas de flujo pueden conducirse de manera independiente mediante la disposición de barrera de guía en espiral. Por ejemplo, la barrera de separación siempre es más alta, que el nivel de líquido en las dos rutas de flujo.

La primera ruta de flujo puede conducir desde la primera entrada a la primera salida, y a este respecto, puede describir un giro alrededor de al menos 360° en una primera dirección de giro, por ejemplo, en el sentido de las agujas del reloj. Por ejemplo la primera ruta de flujo ejecuta un giro alrededor de 630°, es decir, aproximadamente 1 % giros, en el sentido de las agujas del reloj.

En cambio, la segunda ruta de flujo puede conducir desde la segunda entrada a la segunda salida, y a este respecto, puede describir un giro alrededor de al menos 360° en una dirección de giro opuesta a la primera dirección de giro. Por ejemplo la segunda ruta de flujo ejecuta un giro alrededor de 630°, es decir, aproximadamente 1 % giros, en contra del sentido de las agujas del reloj.

Sin embargo, se entiende que el número total de grados, por ejemplo, el número de las espirales, puede ser variable. En otras formas de realización está prevista, por ejemplo, solo una espiral (giros de 360°), o dos espirales (giros de 720°) o tres espirales (giro de 1080°) o una disposición en espiral, que permite un giro alrededor de un número total de grados, situado entre 360° y un múltiplo entero de 360°. Esto puede cumplirse tanto para la primera ruta de flujo como para la segunda ruta de flujo.

La primera ruta de flujo y la segunda ruta de flujo pueden ser de la misma longitud. Esto puede garantizarse, por ejemplo, mediante un posicionamiento correspondiente de las entradas de la afluencia de plato y de las salidas del desagüe de plato, así como mediante la configuración correspondiente de la disposición de barrera de guía.

En una forma de realización adicional también los segundos medios de guía configuran en espiral la segunda ruta de curso. Así, también el fluido de regulación de temperatura puede conducirse a modo de espiral a lo largo del plato. A este respecto, es conveniente que, tanto el orificio de admisión para el fluido de regulación de temperatura como el orificio de salida para el fluido de regulación de temperatura estén previstos en el borde del plato. Por ejemplo, el orificio de admisión para el fluido de regulación de temperatura está colocado cerca de la segunda salida del desagüe de plato, y el orificio de salida para el fluido de regulación de temperatura está colocado cerca de la primera entrada de la afluencia de plato.

Adicionalmente, los segundos medios de guía para conducir el fluido de regulación de temperatura deben comprender un dispositivo deflector dispuesto en el centro del plato, en donde los segundos medios de guía configuran la segunda ruta de curso con una primera ruta parcial en espiral y una segunda ruta parcial en espiral opuesta a la primera ruta parcial. Esto puede realizarse, por ejemplo, de tal modo que la primera ruta parcial conduce desde el orificio de admisión hacia el dispositivo deflector y describe un giro alrededor de al menos 360°, y la segunda ruta parcial conduce desde el dispositivo deflector hacia el orificio de salida y describe un giro opuesto de al menos 360°. A este respecto, la segunda ruta parcial puede solaparse por completo con la primera ruta de flujo, y la primera ruta parcial puede solaparse, por completo, con la segunda ruta de flujo.

Por tanto, algunas formas de realización prevén tanto una disposición en espiral de los primeros medios de guía, por ejemplo, de los canales, para la fase líquida sobre el plato, como una disposición en espiral de los segundos medios de guía para el fluido de regulación de temperatura, en donde debido a estas dos disposiciones en espiral puede ponerse en práctica un principio de contracorriente, según el cual, el fluido de regulación de temperatura fluye opuesto a la dirección de flujo de la fase líquida sobre el plato, lo que puede garantizar un intercambio de energía mejorado.

Adicionalmente, la disposición de barrera de guía en espiral puede estar diseñada de tal modo que provoca la separación de ambas rutas de flujo de la fase líquida, por ejemplo de tal modo que la fase líquida fluye en sentido opuesto en una pared divisoria de la disposición de barrera de guía. Esto permite una homogeneización del proceso, por ejemplo, una absorción del gas homogeneizada por toda la superficie del plato en el líquido.

El fluido de regulación de temperatura puede ser un gas, vapor o un líquido. Por ejemplo, está previsto un dispositivo impulsor de fluido, como una bomba, que permite fluir gas o el vapor, o el líquido a lo largo de la segunda ruta de curso en contra de la dirección de flujo de la fase fluida.

Los segundos medios de guía pueden comprender conductos, por ejemplo en la forma de los así llamados serpentines, en donde un radio de curvatura de los conductos a lo largo de todo el segundo curso puede ser mayor que un valor mínimo predeterminado. El valor mínimo puede estar seleccionado de modo que no se sobrepasen límites específicos de cada material. En particular, la disposición en espiral de los conductos puede permitir un radio de curvatura comparativamente grande.

En una forma de realización, el valor mínimo del radio de curvatura se selecciona mayor, que un radio de curvatura mínimo, crítico, específico de cada material. Este radio de curvatura comparativamente mayor, como se ha dicho, puede producirse en función de la guía de curso en espiral. En cambio, para la realización de un curso en forma de meandro, tal como se conoce, por ejemplo, del documento WO 2013/072353 A1 citado al principio, son necesarios radios de curvatura pequeños, para realizar las vueltas de 180° en un espacio estrecho. El radio de curvatura grande impone requisitos claramente más bajos en la naturaleza mecánica del material de los conductos, con lo que el material de los conductos en cuanto a otras propiedades, por ejemplo, en cuanto a la resistencia a la corrosión, puede optimizarse, pero no es necesario seleccionarse con vistas al menor radio de curvatura posible.

Los conductos para la conducción del fluido de regulación de temperatura pueden extenderse, tal como ya se ha indicado anteriormente, a lo largo de toda o al menos casi a lo largo de toda la primera ruta de curso, por ejemplo de tal modo que la fase líquida entre en contacto directo con las paredes externas de los conductos. En otras palabras, los conductos pueden extenderse en paralelo al trayecto de flujo de la fase líquida. A este respecto, pueden disponerse varios conductos yuxtapuestos, por ejemplo hasta diez conductos o también más, y los conductos pueden estar previstos también en varias capas, por ejemplo in dos, tres o varias capas superpuestas.

El plato puede estar dispuesto, por ejemplo, como plato perforado, plato de válvulas, plato de campana o plato de tipo túnel. El contacto entre la fase líquida y la fase gaseosa puede garantizarse, por ejemplo, mediante una pluralidad de elementos de transferencia de masa, pudiendo presentar los elementos de transferencia de masa aberturas de paso de gas (por ejemplo orificios de cribado) previstas en el plato, válvulas estacionarias, válvulas móviles, campanas o túneles.

En este caso se propone también una columna de transferencia de masa, que comprende una pluralidad de platos dispuestos unos sobre otros, que están diseñados en cada caso de acuerdo con una de las formas de realización descritas anteriormente. La columna de transferencia de masa puede ser una columna de absorción, una columna de rectificación, una columna de separación o una columna de destilación.

Por ejemplo, la columna de transferencia de masa es una columna de absorción para la preparación de ácido nítrico.

Otras características y ventajas se manifiestan al experto en la materia al considerar el estudio de la siguiente descripción detallada, así como al revisar los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

Las partes mostradas en las figuras no están representadas necesariamente a escala; más bien, el énfasis reside en la representación de principios de la invención. Además, en las figuras las mismas referencias designan partes correspondientes entre sí.

En las figuras muestran:

figura 1 esquemáticamente y a modo de ejemplo una vista en sección transversal horizontal de una sección de un plato para una columna de transferencia de masa de acuerdo con una o varias formas de realización;

figura 2 esquemáticamente y a modo de ejemplo una vista en sección transversal vertical de una sección de un plato para una columna de transferencia de masa de acuerdo con una o varias formas de realización; y

figura 3 y 4 en cada caso esquemáticamente y a modo de ejemplo una vista en sección transversal vertical de una sección de una columna de transferencia de masa de acuerdo con una o varias formas de realización.

Descripción detallada

En la siguiente descripción detallada se hace referencia a los dibujos adjuntos, que pertenecen y en los que mediante la ilustración de formas de realización específicas se muestra, cómo puede implementarse la invención en la práctica.

En este contexto puede emplearse la terminología indicadora de dirección, como por ejemplo "arriba", "abajo", "fuera", "dentro" etc., con respecto a la orientación de las figuras que se describen. Dado que las partes de formas de realización pueden posicionarse en una serie de diferentes orientaciones, la terminología indicadora de dirección puede emplearse con fines ilustrativos y de ningún modo es limitativa. Cabe indicar que pueden aplicarse otras formas de realización y pueden realizarse modificaciones estructurales o lógicas, sin desviarse del alcance de protección de la presente invención. Por tanto, la descripción detallada siguiente no ha de entenderse en un sentido limitativo, y el alcance de protección de la presente invención está definido mediante las reivindicaciones añadidas.

Ahora se hace referencia detalladamente a distintas formas de realización y a uno o varios ejemplos, que están ilustrados en las figuras. Cada ejemplo se presenta del modo explicado y no ha de interpretarse como una limitación de la invención. Por ejemplo pueden aplicarse características ilustradas o descritas como parte de una forma de realización en relación con otras formas de realización, para producir otra forma de realización más. Se pretende que la presente invención comprenda modificaciones y variaciones de este tipo. Los ejemplos se describen aplicando un lenguaje específico, que no debería diseñarse limitando el alcance de protección de las reivindicaciones adjuntas. Los dibujos no son ninguna reproducción a escala y sirven únicamente para ilustrar. Para una mejor comprensión, si no se indica lo contrario, los mismos elementos se han señalado mediante los mismos números de referencia en los distintos dibujos.

La figura 1 muestra esquemáticamente y a modo de ejemplo una vista en sección transversal horizontal en el plano XY de una sección de un plato 10 para una columna de transferencia de masa de acuerdo con una o varias formas de realización, y la figura 2 muestra para ello esquemáticamente y a modo de ejemplo una vista en sección transversal vertical en el plano XZ en la línea de corte A. Se hace referencia a continuación a ambas figuras.

El plato 10 para una columna de transferencia de masa(véase el número de referencia en la figura 3 y figura 4) comprende una afluencia de plato 131, 132, a través de la cual se carga el plato 10 con una fase líquida, y un desagüe de plato 141, 142, a través del cual la fase líquida sale del plato 10. El plato 10 puede estar diseñado circular, y estar delimitado además mediante un borde de plato 101, así como presentar un centro de plato 102.

La afluencia de plato comprende una primera entrada 131 dispuesta en el borde de plato 101, así como una segunda entrada 132 dispuesta en el centro de plato 102. A través de estas dos entradas, el plato 10 puede recibir, por ejemplo, la fase líquida desde un plato situado por encima, o desde una entrada principal para la fase líquida de la columna de transferencia de masa.

En correspondencia con esto, el desagüe de plato puede presentar una primera salida 141 prevista en el centro de plato 102, así como una segunda salida 142 prevista en el borde de plato 101. A través de estas dos salidas 141 y 142 el líquido sale del plato 10, por ejemplo hacia un plato subyacente de la columna de transferencia de masa o hacia una salida principal de la columna de transferencia de masa. Además, en el centro de plato 102 puede estar previsto un agujero de hombre ("manhole") 143, que puede utilizar un inspector, por ejemplo, con el fin de transitar por el plato 10 o la columna de transferencia de masa.

El plato 10 puede estar configurado para permitir un contacto entre la fase líquida y la fase gaseosa.

Además, están previstos primeros medios de guía 11 para conducir la fase líquida, en donde los primeros medios de guía 11 configuran una primera ruta de curso 21,22, a lo largo de la cual la fase líquida fluye de la afluencia de plato 131, 132 hacia el desagüe de plato 141, 142. Durante el flujo a lo largo de la primera ruta de curso 21, 22 puede tener lugar un contacto entre la fase líquida y la fase gaseosa. El contacto entre la fase líquida y la fase gaseosa puede garantizarse, por ejemplo, mediante elementos de transferencia de masa, como por ejemplo aberturas de paso de gas (no representadas), que pueden estar dispuestas distribuidas en el plato 10.

Tal como se ilustra en la figura 1 esquemáticamente y a modo de ejemplo, los primeros medios de guía comprenden una disposición de barrera de guía en espiral 11, que configura en espiral la primera ruta de curso 21, 22, concretamente con una primera ruta de flujo en espiral 21 y una segunda ruta de flujo en espiral 22 opuesta a la primera ruta de flujo 21.

A este respecto, la disposición de barrera de guía en espiral 11 puede estar configurada como barrera de separación, que separa la primera ruta de flujo 21 de la segunda ruta de flujo 22. Por ejemplo, la disposición de barrera de guía en espiral 11 configurada como barrera de separación se extiende en perpendicular al plato 10 siempre más alta que el nivel de líquido en las dos rutas de flujo 21 y 22. La primera ruta de flujo 21 conduce de la primera entrada 131 a la primera salida 141, es decir, del borde de plato 101 hacia el centro de plato 102, y describe a este respecto un giro de al menos 360° en una primera dirección de giro, por ejemplo un giro de aproximadamente 630° en el sentido de las agujas del reloj. Análogamente a esto, la segunda ruta de flujo 22 conduce de la segunda entrada 132 a la segunda salida 142, es decir, del centro de plato 102 hacia el borde de plato 101, y describe a este respecto un giro de al menos 360° en una dirección de giro opuesta a la primera dirección de giro, Por ejemplo, un giro de aproximadamente 630° en contra del sentido de las agujas del reloj.

Por ejemplo, la disposición de barrera de guía en espiral 11 comprende una primera barrera de separación 112 en espiral, que conduce de la primera entrada en espiral 131 hacia el centro de plato 102, así como una segunda barrera de separación en espiral 113 y dispuesta desfasada con respecto a la primera barrera de separación 112, que conduce desde la segunda salida 142 hacia el centro de plato 102. Tanto en la primera barrera de separación 112, como en una segunda barrera de separación 113, la fase líquida fluye en sentido contrario. Esto permite una homogeneización del proceso, por ejemplo una absorción del líquido homogeneizada a lo largo de la superficie.

En el centro de plato 102 pueden estar previstas además una barrera de desagüe 1411, así como una barrera de afluencia 1321, para garantizar determinados niveles de líquido en la primera ruta de flujo 21 o segunda ruta de flujo 22. Asimismo, en el borde de plato 101 cerca de la primera entrada 131 puede estar instalada una barrera de afluencia adicional (no representada en este caso), así como cerca de la segunda salida 142 una barrera de desagüe adicional (no representada en este caso).

Para realizar esta conducción en espiral de la fase líquida puede ser conveniente tal como está ilustrado en la figura 1, que la primera entrada 131 de la afluencia de plato, así como la segunda salida 142 del desagüe de plato estén dispuestas en el borde de plato 101 y allí estén desfasadas aproximadamente 180° unas con respecto a otras.

La primera ruta de flujo 21 y la segunda ruta de flujo 22 pueden ser de la misma longitud, lo que permite un proceso homogéneo, por ejemplo una absorción homogénea del gas en la fase líquida.

Los primeros medios de guía 11 para conducir la fase líquida pueden comprender además una pared externa, que tiene, por ejemplo, una forma cilíndrica y se extiende en el borde de plato 101 en perpendicular al plato 10. La pared externa puede configurar parcialmente las dos secciones más externas de las rutas de flujo 21 y 22 junto con la disposición de barrera de guía 11 y delimitarlas en dirección radial, tal como se ilustra en la figura 1.

A diferencia de lo que pueda dar a entender la representación esquemática de acuerdo con la figura 1, no es necesario que las barreras de separación 112 y 113 terminen en la primera entrada 131 o en la segunda salida 142, sino que pueden continuar también su curso respectivo en espiral, hasta que llegan aproximadamente al borde de plato 101. Por ello, entonces, en dirección radial entre la sección (no representada) de la primera barrera de separación 112, que conduce de la primera entrada 131 hacia el borde de plato 101, y el borde de plato 101 se formaría un espacio muerto, en el que no fluye ninguna fase líquida. Lo mismo se cumple conforme al sentido para la segunda barrera de separación 113; allí, en dirección radial entre la sección (no representada) de la segunda barrera de separación 113, que conduce de la segunda salida 142 hacia el borde de plato 101, y el borde de plato 101 se formaría un espacio muerto adicional, en el que no fluye ninguna fase líquida. Estos dos espacios muertos habrían de localizarse en la figura 1 allí, donde no se muestra ningún conducto 122. En otra forma de realización se procede como está indicado en la figura 1, según la cual las barreras de separación 112 y 113 terminan en la primera entrada 131 o en la segunda salida 142, y la pared externa del plato 10 delimita las secciones más externas de las dos rutas de flujo 21 y 22 en dirección radial.

Para alimentar o evacuar calor, a lo largo de la primera ruta de curso 21, 22 puede conducirse un fluido de regulación de temperatura, por ejemplo, dentro de uno o varios conductos, que con la fase líquida ejecuta un intercambio de calor.

Para estos fines, el plato 10 comprende un orificio de admisión 15, 151, 152 para el fluido de regulación de temperatura, así como un orificio de salida 16, 161, 162 para el fluido de regulación de temperatura. Además, están previstos segundos medios de guía 12, que configuran una segunda ruta de curso 31, 32 que se solapa con la primera ruta de curso 21, 22, que conduce desde el orificio de admisión 15, 151, 152 hacia el orificio de salida 16, 161, 162, y en donde el fluido de regulación de temperatura fluye a lo largo de la segunda ruta de curso 31, 32 en una dirección opuesta a la dirección de flujo de la fase líquida, tal como está representado mediante las flechas indicadores de dirección en la figura 1.

El fluido de regulación de temperatura puede ser un gas, vapor, o un líquido. Por ejemplo está previsto un dispositivo impulsor de fluido (no representado), como una bomba, que permite fluir gas o el vapor, o el líquido a lo largo de la segunda ruta de curso en contra de la dirección de flujo de la fase fluida.

Los segundos medios de guía 12 pueden comprender conductos 122, a través de los cuales es conducido el fluido de regulación de temperatura, lo que se explicará más adelante con detalle.

Está previsto que también los segundos medios de guía 12 configuren en espiral la segunda ruta de curso 31, 32, en concreto en correspondencia con la primera ruta de curso 21,22. Para ello es conveniente el orificio de admisión 15, 151, 152 para el fluido de regulación de temperatura como el orificio de salida 16, 161, 162 para el fluido de regulación de temperatura estén dispuestos en el borde 101 del plato 10. Los segundos medios de guía comprenden de manera conveniente adicionalmente un dispositivo deflector 121 dispuesto en el centro 102 del plato 10. Así, los segundos medios de guía 12 pueden configurar la segunda ruta de curso con una primera ruta parcial en espiral 131 y segunda ruta parcial 32 en sentido contrario a la primera ruta parcial en espiral 131. Por ejemplo, la primera ruta parcial 31 desde el orifico de admisión 15, 151, 152 conduce hacia el dispositivo deflector 121 y describe un giro de al menos 360°, y la segunda ruta parcial 32 conduce desde el dispositivo deflector 121 hacia el orificio de salida 16, 161, 162 y describe un giro opuesto de al menos 360°. En correspondencia con la primera ruta de curso 21 para la fase líquida la segunda ruta parcial 32 para el fluido de regulación de temperatura puede describir un giro de alrededor de 630° en el sentido en contra de las agujas del reloj, y en correspondencia con la segunda ruta de curso 22 para la fase líquida, la primera ruta parcial 31 para el fluido de regulación de temperatura puede describir un giro de alrededor de 630° en el sentido de las agujas del reloj.

Un radio de curvatura de los conductos 122 a lo largo de todo el segundo curso 31, 32 es, por ejemplo, siempre mayor que un valor mínimo predeterminado. En una forma de realización, el valor mínimo del radio de curvatura se selecciona mayor, que un radio de curvatura específico de cada material, crítico, mínimo. Este radio de curvatura comparativamente mayor, como ya se ha explicado anteriormente, puede producirse en función de la guía de curso en espiral. En cambio, para la realización de un curso en forma de meandro, tal como se conoce, por ejemplo, del documento WO 2013/072353 A1 citado al principio, son necesarios radios de curvatura pequeños, para realizar las vueltas de 180° en un espacio estrecho. El radio de curvatura grande impone requisitos claramente más bajos en la naturaleza mecánica del material de los conductos 122, con lo que el material de los conductos 122 en cuanto a otras propiedades, por ejemplo, en cuanto a la resistencia a la corrosión, puede optimizarse, pero no es necesario seleccionarse con vistas al menor radio de curvatura posible.

En el centro de plato 102 puede realizarse una transición entre la primera ruta parcial 31 y la segunda ruta parcial 32 mediante el dispositivo deflector 121. Para ello, el dispositivo deflector 121 presenta, por ejemplo, una interfaz de entrada 1211, en la que desembocan los conductos 122, que configuran la primera ruta parcial 31, así como una interfaz de salida 1212, de la que salen los conductos 122, que configuran la segunda ruta parcial 32.

La segunda ruta parcial 32 puede solaparse por completo o al menos casi por completo con la primera ruta de flujo 21, y la primera ruta parcial 31 puede solaparse por completo, o al menos casi por completo, con la segunda ruta de flujo 22.

Por ejemplo, por tanto, la fase líquida que fluye a lo largo de las rutas 21 y 22 durante todo su trayecto desde la afluencia de plato 131 o 132 hacia el desagüe de plato 141 o 142 "ve" un fluido de regulación de temperatura que fluye en su contra. De este modo puede tener lugar un intercambio de energía mejorado (es decir, intercambio de calor) entre la fase líquida y el fluido de regulación de temperatura.

El intercambio de calor puede tener lugar o mediante emisión de calor de la fase líquida al fluido de regulación de temperatura, o mediante emisión de calor del fluido de regulación de temperatura a la fase líquida. En el primer caso tiene lugar, por tanto una refrigeración de la fase líquida, y en el segundo caso un calentamiento de la fase líquida. El caso que se aplica, depende de la necesidad relativa a la tecnología de procesos.

Los conductos 122 para la conducción del fluido de regulación de temperatura pueden extenderse, tal como ya se ha indicado anteriormente, a lo largo de toda o al menos casi a lo largo de toda la primera ruta de curso 21, 22, por ejemplo de tal modo que la fase líquida entra en contacto directo con las paredes externas de los conductos 122. En otras palabras, los conductos pueden extenderse en paralelo al trayecto de flujo de la fase líquida. A este respecto pueden disponerse varios conductos 122 yuxtapuestos, por ejemplo siete conductos 122, y los conductos 122 pueden estar previstos también en varias capas, por ejemplo en tres capas superpuestas, tal como se representa en la figura 2.

Dado que el ancho de las dos rutas de flujo 21 y 22 en las secciones más externas respectivas puede estar disminuido en función de la pared externa circular en el borde de plato 101, por un lado, y la disposición de barrera de guía en espiral 11, por otro lado, puede ser conveniente prever el orificio de admisión para el fluido de regulación de temperatura, como también el orificio de salida para el fluido de regulación de temperatura distribuidos en el borde de plato 101. Por ejemplo, está previsto un orificio de admisión principal 15 cerca de la segunda salida 142 del desagüe de plato, del que pueden salir tres conductos 122 internos, así como dos orificios de admisión secundarios 151 y 152 desfasados 45° o 90°, de los que pueden salir en cada caso dos conductos 122 externos adicionales. En correspondencia, al final de la segunda ruta parcial 32, donde inicialmente pueden estar previstos desfasados 45° entre sí dos orificios de salida secundarios 161 y 162, en los que pueden desembocar en cada caso dos conductos 122 externos, así como, de nuevo desfasados 45°, cerca de la primera entrada 131 de la afluencia de plato se comporta un orificio de salida principal 16, en el que desembocan los cuatro conductos 122 internos restantes. En función de cuántas capas de conductos 122 están previstas, los datos anteriores en cuanto al número de los conductos, que salen de los orificios de admisión 15, 151, 152 o desembocan en los orificios de salida 16, 161, 162, habrían de multiplicarse en correspondencia. En el ejemplo de acuerdo con la figura 2, donde están previstas tres capas, salen por tanto, por ejemplo, nueve conductos 122 internos desde el orificio de admisión principal 15, así como en cada caso seis conductos externos de los orificios de admisión secundarios 151 y 152, y un número correspondiente de conductos 122 desembocan en los orificios de salida 16, 161, 162.

En una forma de realización los orificios de admisión 15, 151 y 152 pueden estar conectados a través de uno o varios conductos colectores (no representados), y lo mismo se cumple para los orificios de salida 16, 161 y 162. Con vistas a la figura 2 puede estar previsto, por ejemplo, que en el orificio de admisión 1522x3 se hagan salir conductos 122. Un conducto colector guía entonces del orificio de admisión 152 al orificio de admisión 151, donde salen 2x3 conductos 122 adicionales. Desde allí, de nuevo un conducto colector guía hacia el orificio de admisión principal 15, y allí se hagan salir los primeros 3x3 conductos 122.

La figura 3 y 4 muestran en cada caso esquemáticamente y a modo de ejemplo una vista en sección transversal vertical de una sección de una columna de transferencia de masa 1 de acuerdo con una o varias formas de realización.

La columna de transferencia de masa 1 comprende una pluralidad de platos 10 o 10' dispuestos unos sobre otros, que pueden estar diseñados en cada caso de acuerdo con una de las formas de realización descritas anteriormente. La columna de transferencia de masa 1 puede ser una columna de absorción, una columna de rectificación, una columna de separación o una columna de destilación.

Por ejemplo, la columna de transferencia de masa 1 es una columna de absorción para la preparación de ácido nítrico. La fase líquida se alimenta a la columna de transferencia de masa 1, por ejemplo, a través de una entrada principal 171 y se evacua a través de una salida principal 172. La fase gaseosa puede alimentarse a la columna de transferencia de masa 1 a través de una entrada de gas 181 central y evacuarse a través de una salida de gas 182 central. La fase líquida conduce en la columna de transferencia de masa 1, es decir, en dirección vertical Z, y la fase gaseosa en contra de la dirección vertical Z, tal como ya se ha expuesto al principio. Para garantizar el contacto entre la fase líquida y la fase gaseosa, cada uno de los platos 10 o 10' puede comprender los citados elementos de transferencia de masa, por ejemplo aberturas de paso de gas.

Es decir, en la columna de transferencia de masa 1 los platos 10 o 10' están dispuestos unos sobre otros. Siguiendo el principio resulta que el desagüe de plato (véase números de referencia 131 y 132 en la figura 1) del plato superior respectivo 10 o 10' ha de unirse con la afluencia de plato (véase números de referencia 141 y 142 en la figura 1) del plato subyacente 10 o 10'. Este objetivo puede lograrse, por ejemplo, a través de la o las bajantes ya mencionadas anteriormente (no representadas en este caso), lo que el experto en la materia conoce fundamentalmente.

Según la variante mostrada en la figura 4 los platos 10 y 10' se han girado en cada caso 180° el uno hacia el otro, de modo que el diseño de las bajantes entre los platos respectivos puede realizarse esencialmente de manera idéntica. En la variante mostrada en la figura 3 todos los platos 10 están configurados del mismo tipo, lo que sin embargo puede requerir que el diseño de las bajantes entre los platos respectivos 10 varíe en alternancia.

En otra variante adicional puede estar previsto que, solo cada segundo plato 10 de la columna de transferencia de masa 1 ponga en práctica el principio de contracorriente descrito anteriormente. Así, puede evitarse que las bajantes deban cambiarse en alternancia.

Tal como se emplea en este caso, los términos "que comprende", "que presenta", "que incluye", y términos abiertos similares, que indican la presencia de elementos o características mencionados, no excluyen sin embargo elementos o características adicionales. Considerando el margen anterior de variaciones y aplicaciones se indica que la presente invención no se limita mediante la descripción precedente, y tampoco se limita mediante los dibujos adjuntos. La presente invención está limitada más bien únicamente mediante las siguientes reivindicaciones.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Plato (10) para una columna de transferencia de masa (1), en donde el plato (10) está configurado, para permitir un contacto entre una fase líquida y una fase gaseosa, y en donde el plato (10) comprende:

- una afluencia de plato (131, 132), a través de la cual el plato (10) se carga con la fase líquida;

- un desagüe de plato (141, 142), a través del cual la fase líquida sale del plato (10);

- primeros medios de guía (11) para conducir la fase líquida, en donde los primeros medios de guía (11) configuran una primera ruta de curso (21, 22), a lo largo de la cual la fase líquida fluye desde la afluencia de plato (131, 132) hacia el desagüe de plato (141, 142),

- un orificio de admisión (15, 151, 152) para un fluido de regulación de temperatura;

- un orificio de salida (16, 161, 162) para el fluido de regulación de temperatura; y

- segundos medios de guía (12) para conducir el fluido de regulación de temperatura para un intercambio de calor con la fase líquida, en donde los segundos medios de guía (12) configuran una segunda ruta de curso (31, 32) que se solapa con la primera ruta de curso, que conduce desde el orificio de admisión (15, 151, 152) hacia el orificio de salida (16, 161, 162), y en donde el fluido de regulación de temperatura fluye a lo largo de la segunda ruta de curso (31, 32) en una dirección opuesta a la dirección de flujo de la fase líquida, en donde

- la afluencia de plato comprende una primera entrada (131);

- el desagüe de plato comprende una primera salida (141); y

- los primeros medios de guía comprenden una disposición de barrera de guía en espiral (11), que configura en espiral la primera ruta de curso (21) entre la primera entrada (131) y la primera salida (141), en donde

- la afluencia de plato comprende adicionalmente una segunda entrada (132);

- el desagüe de plato comprende adicionalmente una segunda salida (142); y

- la disposición de barrera de guía en espiral (11) configura la primera ruta de curso (21,22) con una primera ruta de flujo en espiral (21) entre la primera entrada (131) y la primera salida (141) y una segunda ruta de flujo en espiral (22) opuesta a la primera ruta de flujo (21) entre la segunda entrada (132) y la segunda salida (142),

- en donde la primera entrada (131) está dispuesta en el borde de plato (101),

- en donde la primera salida (141) está dispuesta en el centro de plato (102),

- en donde el orificio de admisión (15) para el fluido de regulación de temperatura se encuentra en el borde de plato (101),

- en donde el orificio de salida (16) para el fluido de regulación de temperatura se encuentra asimismo en el borde de plato (101),

- en donde los segundos medios de guía (12) comprenden un dispositivo deflector (121) dispuesto en el centro (102) del plato (10)

- y en donde en la primera ruta de curso, en la que la fase líquida fluye de la primera entrada (131) a la primera salida (141), el fluido de regulación de temperatura fluye a través de la segunda ruta parcial (32) en espiral desde el dispositivo deflector (121) hacia el orificio de salida (16).

2. Plato (10) según la reivindicación 1, en donde la disposición de barrera de guía en espiral (11) está configurada como barrera de separación, que separa la primera ruta de flujo (21) de la segunda ruta de flujo (22).

3. Plato (10) según las reivindicaciones 1 o 2, en donde la primera ruta de flujo (21) conduce desde la primera entrada (131) a la primera salida (141) y describe un giro de al menos 360° en una primera dirección de giro.

4. Plato (10) según la reivindicación 3, en donde la segunda ruta de flujo (22) conduce desde la segunda entrada (132) a la segunda salida (142) y describe un giro de al menos 360° en una dirección de giro opuesta a la primera dirección de giro.

5. Plato (10) según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 4, en donde la primera ruta de flujo (21) y la segunda ruta de flujo (22) son de la misma longitud.

6. Plato (10) según la reivindicación 1, en donde los segundos medios de guía (12) configuran la segunda ruta de curso en espiral (31, 32).

7. Plato (10) según la reivindicación 6, en donde los segundos medios de guía (12) configuran la segunda ruta de curso (31, 32) con una primera ruta parcial en espiral (31) y una segunda ruta parcial en espiral (32) opuesta a la primera ruta parcial (31).

8. Plato (10) según la reivindicación 7, en donde la primera ruta parcial (31) conduce desde el orificio de admisión (15, 151, 152) hacia el dispositivo deflector (121) y describe un giro de al menos 360°, y en donde la segunda ruta parcial (32) conduce desde el dispositivo deflector (121) hacia el orificio de salida (16, 161, 162) y describe un giro opuesto de al menos 360°.

9. Plato (10) según la reivindicación 4 y según la reivindicación 8, en donde la segunda ruta parcial (32) se solapa por completo con la primera ruta de flujo (21) y la primera ruta parcial (31) se solapa por completo con la segunda ruta de flujo (22).

10. Columna de transferencia de masa (1), que comprende una pluralidad de platos (10) dispuestos unos sobre otros, que están diseñados cada uno de ellos según una de las reivindicaciones anteriores.