ES2885105T3 - Dispositivo de inyección de carga de una unidad de FCC con pérdida de carga limitada - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de inyección (10) conformado para atomizar un líquido en gotitas por medio de un gas, que comprende un cuerpo tubular hueco (12) que se extiende en una dirección longitudinal (X) y cuya pared interna (13) define una primera zona denominada de contacto (Z1) y una segunda zona (Z2) situada aguas abajo de la primera zona con respecto a un sentido de circulación del líquido y del gas en el interior del cuerpo, presentando este último: - al menos una primera (16, 17) y una segunda (14) abertura de entrada que desemboca en dicha primera zona (Z1), para inyectar un líquido y un gas de atomización, respectivamente, en el interior de la primera zona, - al menos un orificio de salida (18) situado aguas abajo de las primera y segunda zonas para eliminar el líquido atomizado del cuerpo, caracterizado por que la pared interna (13) del cuerpo está provista, entre la primera y la segunda zona, de al menos un deflector (20i, 20'i, 20"i, 120i, 220i, 220'i, 320i, 420i, 520i) que interfiere con la trayectoria de un fluido en movimiento conformado de manera que, en cada plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo que contiene dicho deflector, este se extiende sobre solo una parte de la periferia de la pared interna (13) de modo que la pérdida de carga es inferior a la pérdida de carga en el caso en que un deflector se extienda sobre toda la periferia de la pared interna y por que el deflector o los deflectores (20i, 20'i, 20"i, 120i, 220i, 220'i, 320i, 420i, 520i) presentan una altura, medida perpendicularmente a la dirección longitudinal del cuerpo, distinta de cero, igual al menos a 1/10 y como máximo a 1/4 de la dimensión interna máxima del cuerpo perpendicularmente a la dirección longitudinal del cuerpo y una dimensión, medida en la dirección longitudinal del cuerpo de 10 a 35 mm o al menos igual a una dimensión interna máxima del cuerpo medida perpendicularmente a la dirección longitudinal.
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de inyección de carga de una unidad de FCC con pérdida de carga limitada
La presente invención se refiere a un dispositivo de inyección, específicamente un dispositivo de inyección de carga de hidrocarburos de una unidad de refinado, en particular una unidad de craqueo catalítico en lecho fluidizado (FCC "Fluid Catalytic Cracking' en inglés).
Las cargas de hidrocarburos líquidas tratadas en las unidades de refinado en general se ponen en contacto con un catalizador sólido que va a favorecer la reacción o las reacciones químicas de tratamiento de la carga. Con el fin de mejorar este contacto y de maximizar el rendimiento de las reacciones, estas cargas de hidrocarburos líquidas se atomizan en finas gotitas por dispositivos de inyección. Esta atomización permite maximizar la superficie de contacto entre el líquido (carga de hidrocarburos líquida) y el sólido (catalizador), lo que favorece la transferencia de calor y, por tanto, la vaporización de estos hidrocarburos, que luego reaccionan en la fase gaseosa en contacto con el sólido (catalizador). Si bien no existe un claro consenso en lo concerniente al diámetro óptimo de las gotitas, en general se investiga formar gotitas cuyo diámetro es del mismo orden de magnitud que el diámetro de las partículas de catalizador, a saber, menos de 200 micrómetros, por ejemplo, del orden de 50 a 80 micrómetros.
En términos generales, se utilizan dispositivos de inyección denominados "bifásicos", que presentan un cuerpo hueco de modo general cilíndrico y dos aberturas de entrada por las que se inyectan, en el interior del cuerpo, la carga de hidrocarburos líquida y un gas de atomización, generalmente vapor de agua, respectivamente. Una cámara de contacto es formada en el interior del cuerpo, en donde la carga de hidrocarburos y el gas de atomización se ponen en contacto para atomizar la carga de hidrocarburos. Una vez atomizada, la carga de hidrocarburos es expulsada a través de una abertura de salida que desemboca en el interior del reactor. Cada dispositivo de inyección está implantado sobre una pared de reactor de manera que un extremo del dispositivo de inyección que comprende la abertura de salida se sitúa en el interior del reactor.
Se conocen dispositivos de inyección de impacto en donde la carga se introduce radialmente en el cuerpo e impacta contra un objetivo situado en el centro del cuerpo, generando la formación de gotitas. Un gas de atomización que circula axialmente permite arrastrar estas gotitas dividiéndolas aún más hacia la salida del cuerpo. El documento WO2015/073133A1 propone específicamente un dispositivo de inyección de impacto en donde un anillo de dispersión se coloca en el interior del cuerpo cilíndrico del dispositivo, a la salida de la cámara de contacto. Este anillo de dispersión se extiende sobre toda la periferia interna del cuerpo y redirige una parte del flujo axial periférico de gas y gotitas hacia el interior del cuerpo, facilitando con ello su mezcla en su recorrido hasta la salida del dispositivo. La reducción del diámetro interno del cuerpo debido a la presencia de este anillo genera, sin embargo, una pérdida de carga que puede resultar problemática para el tratamiento de cargas pesadas, cada vez más utilizadas. En efecto, la atomización de cargas pesadas, gracias a las propiedades físicas de las mismas (viscosidad, densidad, en concreto), requiere una pérdida de carga importante a nivel de los inyectores a fin de generar finas gotitas, lo que tiene como consecuencia el aumento de la presión de la carga que alimenta los inyectores. Esto requiere el uso de bombas potentes y costosas para lograr las presiones deseadas en la salida del inyector. Según las configuraciones de los dispositivos de inyección bifásicos, puede resultar además necesario aumentar de manera considerable el caudal de gas de atomización para atomizar cargas pesadas.
Sin embargo, inyectar cantidades superiores de gas de atomización aumenta el coste general del tratamiento y puede tener además un impacto negativo en el rendimiento de las reacciones al inducir reacciones paralelas no deseadas, especialmente cuando el gas de atomización es vapor de agua. Este es el caso cuando se inyectan grandes cantidades de vapor de agua en los reactores de FCC. Por tanto, resulta preferente no aumentar el caudal de gas de atomización. Además, la inyección de grandes cantidades de vapor de agua requiere un sobredimensionamiento de las unidades de separación de los efluentes aguas abajo de la unidad de FCC, especialmente para condensar el vapor de agua, lo que incrementa los costes de fabricación. Por otra parte, trabajar a menor presión permite disminuir los espesores de metal durante la fabricación de los trenes de precalentamiento de la carga aguas arriba del sistema de inyección de carga, reduciendo así los costes de fabricación.
El documento WO 2017/021977 presenta un dispositivo de inyección conformado para atomizar un líquido que comprende un deflector en forma de una "pared de choque".
El documento WO 01/14500 presenta un inyector de atomización que comprende un deflector en forma de una barra transversal que se extiende únicamente sobre solo una parte de la periferia de la pared interna.
Por tanto, existe una necesidad de dispositivos de inyección que solo provoquen una pequeña caída de la presión de inyección, permitiendo su uso con cargas pesadas sin tener que aumentar el caudal de gas de atomización ni la potencia de las bombas utilizadas.
La invención tiene como objeto paliar al menos en parte los inconvenientes mencionados anteriormente. Para ello, se propone un dispositivo de inyección, según las reivindicaciones, conformado para atomizar un líquido en gotitas por medio de un gas, que comprende un cuerpo tubular hueco que se extiende en una dirección longitudinal y cuya pared interna, en concreto cilíndrica, define una primera zona denominada de contacto y una segunda zona situada aguas abajo de la primera zona con respecto a un sentido de circulación del líquido y del gas en el interior del cuerpo, este
último presentando:
- al menos una primera y una segunda abertura de entrada que desembocan en dicha primera zona, para inyectar un líquido y un gas de atomización, respectivamente, en el interior de la primera zona,
- al menos un orificio de salida situado aguas abajo de las primera y segunda zonas para eliminar el líquido atomizado del cuerpo.
Según la invención, la pared interna del cuerpo está provista, entre la primera y la segunda zona, de al menos un deflector conformado de manera que, en cada plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo que contiene dicho deflector, se extiende sobre solo una parte de la periferia de la pared interna.
De manera habitual, un deflector es un dispositivo que interfiere con la trayectoria de un fluido en movimiento. De esta forma, según la invención, en cada plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo, cada deflector reduce la superficie pasante por el cuerpo únicamente sobre una parte de su periferia, de modo que la pérdida de carga es inferior a la pérdida de carga en el caso en que un deflector se extienda sobre toda la periferia de la pared interna, como se espera para la invención descrita en el documento WO2015/073133A1.
Por superficie pasante, se entiende la superficie interna en el cuerpo, no ocupada por un elemento y por la que puede circular el fluido.
Ventajosamente, dicho al menos un deflector está conformado de manera tal que el proyectado ortogonal del deflector sobre un plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo se extiende sobre solo una parte de la periferia de la pared interna en dicho plano de proyección. Esto permite reducir aún más la pérdida de carga a pesar de la presencia de deflector(es). Hay que tener en cuenta que, cuando se proporcionan varios deflectores, sus proyecciones en un mismo plano ortogonal pueden superponerse o incluso extenderse sobre la totalidad de la periferia de la pared interna.
Alternativamente o en combinación, dicho al menos un deflector puede estar conformado de manera tal que el proyectado ortogonal de al menos un deflector sobre un plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo puede extenderse sobre toda la periferia de la pared interna en dicho plano de proyección, opcionalmente con superposición.
En un modo de realización, dicho al menos un deflector puede extenderse sobre una longitud, en la dirección longitudinal, al menos igual a una dimensión interna máxima del cuerpo medida perpendicularmente a la dirección longitudinal. Este deflector, llamado en lo sucesivo "deflector largo", puede presentarse, por ejemplo, en forma de una placa que se adapta a la pared interna del cuerpo al que está solidarizado. Ventajosamente, el deflector largo puede presentar un perfil (en sección longitudinal) irregular, en concreto ondulado o dentado, en la dirección longitudinal del cuerpo. Esta disposición puede permitir mejorar la dispersión del flujo aguas abajo del deflector. Por razones de volumen, cuando se proporcionan varios deflectores largos, se trata preferentemente de deflectores espaciados angularmente entre sí y no de deflectores espaciados longitudinalmente como se describe a continuación.
En un modo de realización, dicha pared interna puede estar provista de una pluralidad de deflectores separados, en concreto dos o más. Esto permite facilitar la mezcla de los fluidos sin por ello aumentar la pérdida de carga. Específicamente, estos deflectores pueden estar distribuidos, en particular de manera regular, sobre la periferia de la pared interna para una mejor mezcla sin aumento de la pérdida de carga.
Las siguientes características también permiten mejorar la mezcla entre el líquido y el gas sin aumentar significativamente la pérdida de carga.
De esta forma, cuando están presentes varios deflectores, cada deflector puede estar ventajosamente espaciado de al menos otro deflector en la dirección longitudinal del cuerpo.
En este caso, los deflectores pueden extenderse así pues sobre una longitud del cuerpo relativamente pequeña.
Cuando están presentes varios deflectores espaciados, cada deflector puede estar además desplazado angularmente con respecto a los otros deflectores por rotación alrededor de un eje paralelo a, o coincidente con, dicha dirección longitudinal. En particular, el proyectado ortogonal de los deflectores sobre un plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo puede extenderse sobre toda la periferia de la pared interna. En este plano de proyección, puede haber superposición de las proyecciones de los deflectores o, preferentemente, yuxtaposición, estando los deflectores, de este modo, dispuestos en forma de quincunce.
Independientemente del número de deflectores y de su disposición, el deflector o los deflectores pueden presentar diferentes formas.
Dicho al menos un deflector puede definir de esta manera una pared, cuyo borde está solidarizado a la pared interna.
La pared definida por dicho al menos un deflector puede presentar un borde libre distante de la pared interna dentado o almenado.
Alternativamente o en combinación, la pared de dicho al menos un deflector puede presentar orificios que lo atraviesan de lado a lado, en concreto en una dirección paralela o sustancialmente paralela a la dirección longitudinal del cuerpo. Dicho al menos un deflector puede definir una pared, cuyo borde está solidarizado a la pared interna a lo largo de una línea que se extiende en un plano perpendicular a la dirección longitudinal de dicho cuerpo.
Alternativamente, dicho al menos un deflector puede definir una pared, cuyo borde está solidarizado a la pared interna a lo largo de un segmento de una curva, en concreto de una curva helicoidal.
En cualquier caso, la pared definida por cada deflector puede ser entonces una pared plana, sencilla de realizar, o incluso una pared curvada.
Dicho al menos un deflector puede presentar de este modo, en el lado de las aberturas de entrada, una cara curvada dispuesta para dirigir un fluido que impacta en esta cara hacia el interior del cuerpo, lo que puede permitir mejorar la mezcla. Dicha cara curvada también puede proporcionarse para un deflector largo.
En concreto, varios deflectores (comprendiendo los deflectores largos) que presentan una cara curvada pueden estar dispuestos unos con respecto a otros con el fin de conferir al fluido que impacta sobre su cara curvada un mismo movimiento de rotación alrededor de un eje paralelo a la dirección longitudinal del cuerpo.
Cualquiera que sea su forma (curvada o plana), un deflector (o su tangente en su punto de unión con la pared interna del cuerpo) puede definir un ángulo predeterminado con respecto a un plano ortogonal a la dirección longitudinal del cuerpo. Este ángulo puede ser variable para un mismo deflector.
Cualquiera que sea la forma (curvada o plana) de un deflector, su borde libre (opuesto a su borde solidario con la pared interna del cuerpo) puede presentar una o dos caras de forma redondeada o en bisel.
Varios deflectores (no largos) adyacentes, en concreto espaciados longitudinalmente, pueden presentar alturas, medidas perpendicularmente a la dirección longitudinal del cuerpo, distinta de cero y diferentes. Esto puede permitir mejorar la dispersión del fluido.
En concreto, en la dirección longitudinal del cuerpo, las alturas de los deflectores adyacentes pueden entonces aumentar hasta alcanzar un máximo y disminuir.
En general, el deflector o los deflectores pueden presentar una altura, medida perpendicularmente a la dirección longitudinal del cuerpo, distinta de cero. Ventajosamente, esta altura es igual, como máximo, a 1/2 de la dimensión interna máxima del cuerpo perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo. Preferentemente, esta altura es igual, como máximo, a 1/4 de la dimensión interna máxima del cuerpo, o incluso a 1/8 de esta dimensión máxima, por ejemplo del orden de 1/10 de esta dimensión máxima. Esta altura también puede además ser variable para un mismo deflector.
En general, el deflector o los deflectores pueden presentar un espesor, medido en la dirección longitudinal del cuerpo, distinto de cero. Ventajosamente, este espesor es como máximo de 35 mm, preferentemente como máximo de 31 mm, o incluso como máximo de 20 mm o como máximo de 16 mm. Este espesor puede ser, por ejemplo, del orden de 10 mm.
El dispositivo de inyección según la invención puede ser de diferentes tipos.
En concreto, puede tratarse de un dispositivo de inyección que comprende un objetivo que se extiende perpendicularmente a la dirección longitudinal del cuerpo, orientado hacia una única abertura de entrada de líquido con un eje perpendicular a la dirección longitudinal, o incluso hacia un dispositivo de inyección que comprende dos aberturas de entrada de líquido que se extienden perpendicularmente a la dirección longitudinal del cuerpo y situadas una frente a la otra, o incluso más de dos aberturas cuyos ejes se cruzan en un único y mismo punto sobre una línea axial que se extiende en el interior del cuerpo en la dirección longitudinal X, como se describe en el documento FR 3 020578 A1.
La invención se describe ahora con referencia a los dibujos adjuntos, no limitativos, en donde:
- la figura 1 ilustra una representación esquemática en corte longitudinal de un dispositivo de inyección según un modo de realización de la invención;
- las figuras 1a y 1b son vistas en corte a lo largo de las líneas AA y BB, respectivamente, de la figura 1;
- la figura 1c es una proyección ortogonal en un plano perpendicular a la dirección longitudinal X de los deflectores del dispositivo de inyección de la figura 1 según una variante de realización;
- la figura 2 ilustra una representación esquemática en corte longitudinal de un dispositivo de inyección según otro modo de realización de la invención;
- las figuras 2a, 2b y 2c son vistas en corte a lo largo de las líneas CC, DD, EE respectivamente de la figura 2;
- las figuras 2d, 2e y 2f son vistas en corte similares a las de la figura 2a según otros modos de realización;
- la figura 3 representa parcialmente un corte longitudinal de un dispositivo de inyección según otra variante;
- la figura 4 representa parcialmente en perspectiva la pared interna abierta de un dispositivo de inyección según otra variante;
- la figura 5 representa una vista de varios deflectores en el eje longitudinal X según otra variante;
- la figura 6 representa una vista en el eje longitudinal X según otra variante de un único y mismo deflector, así como las vistas en corte en dos direcciones distintas A’A y B’B perpendiculares a la dirección longitudinal;
- las figuras 7 y 8 representan parcialmente vistas en corte longitudinal de deflectores que presentan bordes libres de formas diferentes;
- las figuras 9 y 10 representan parcialmente cortes longitudinales de un dispositivo de inyección según otras variantes. En las diferentes figuras, los elementos idénticos llevan las mismas referencias.
La figura 1 representa esquemáticamente un inyector 10 que presenta un cuerpo 12 tubular hueco, en este caso, esencialmente cilíndrico, que se extiende en una dirección longitudinal X.
El cuerpo 12 consta de una pared interna 13 que define una primera zona Z1 denominada de contacto y una segunda zona Z2 situada aguas abajo de la primera zona Z1 con respecto a un sentido de circulación del líquido y del gas en el interior del cuerpo (en este caso, de izquierda a derecha en la figura).
Este cuerpo 12 hueco presenta además:
- una primera abertura 14 de entrada de gas, destinada a conectarse a un conducto de alimentación de un gas, - una segunda abertura 16 de entrada de líquido, destinada a conectarse a un conducto de alimentación de líquido, - un orificio de salida 18 para la eliminación del líquido atomizado, situado aguas abajo de las zonas Z1, Z2.
Las aberturas 14 y 16 desembocan en el interior de la primera zona Z1, también llamada cámara de contacto.
En el interior del cuerpo 12, los fluidos circulan desde las aberturas de entrada 14, 16 hacia el orificio de salida 18. El inyector 10 representado en la figura 1 se llama comúnmente de tipo de "impacto".
En este caso, la primera zona Z1 y la segunda zona Z2 se presentan en la forma de un conducto interno rectilíneo que conecta la primera abertura de entrada 14 con el orificio de salida 18 en una dirección axial de dicho cuerpo. Este conducto interno presenta un diámetro interno sustancialmente constante. Dicho de otra manera, la pared interna 13 es en este caso cilíndrica, con un eje coincidente con la dirección longitudinal X del cuerpo. Sin embargo, la invención no está limitada por este modo de realización. La sección interna de este conducto (dicho de otra manera, del cuerpo) podría variar de manera continua o ser constante sobre toda la longitud del conducto (es decir, del cuerpo), sin, por ello, ser circular.
El dispositivo de inyección 10 comprende además un objetivo 19 que se extiende de forma saliente de la pared interna 13 en la primera zona Z1, frente a la abertura 16 de introducción del líquido y a través del paso del gas que entra por la abertura 14.
El líquido es proyectado contra el objetivo 19 en cuanto entra en la primera zona Z1 por la abertura 16. El chorro de líquido se dispersa y es arrastrado en forma de gotitas por una corriente de gas atomización introducido por la abertura 14 a alta velocidad. La atomización del líquido en este tipo de inyector 10 se lleva a cabo en dos etapas. Una primera parte de la atomización se produce a nivel del objetivo 19 por una dispersión del chorro de líquido. La segunda parte de la atomización se produce a nivel del orificio de salida 18 de diámetro reducido, donde el estrechamiento del diámetro acelera los fluidos.
Según la invención, la pared interna 13 del cuerpo está provista, entre la primera zona Z1 y la segunda zona Z2, de al menos un deflector 20i (donde i, el número de deflectores, es un número entero distinto de cero) conformado de manera que, en cada plano perpendicular a la dirección longitudinal X del cuerpo que contiene este deflector, este se extiende solo sobre solo una parte de la periferia de la pared interna. Este deflector, que reduce localmente el diámetro de la pared interna 13, perturba el movimiento del fluido, favoreciendo la mezcla. En concreto, la presencia de un deflector permite evitar la formación de una película de líquido sobre la pared al levar el líquido en el eje del flujo de gas.
En el ejemplo de la figura 1, se proporcionan cuatro deflectores 201, 202, 203, 204 separados.
Se observará en este caso que cada deflector 20 i , 202, 203, 204 está conformado de modo que el proyectado ortogonal del deflector sobre un plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo se extiende sobre solo una parte de la periferia de la pared interna en dicho plano de proyección (véanse las figuras 1a, 1b).
Dos deflectores 201 , 202 se extienden en un mismo plano perpendicular a la dirección longitudinal X, los otros dos deflectores 203, 204 se extienden en otro plano perpendicular, espaciado del plano de los deflectores en la dirección longitudinal X.
Los deflectores 201, 202, 203, 204 están además desplazados angularmente por rotación alrededor de la dirección longitudinal X, como se observa en las figuras 1a y 1b. Cabe señalar que estos deflectores están en forma de quincunce, su proyectado ortogonal sobre un plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo se extiende sobre toda la periferia de la pared interna 13.
Alternativamente, podría preverse que el proyectado ortogonal de estos deflectores sobre un plano perpendicular a la dirección X no se extienda sobre la totalidad de la periferia de la pared interna 13, sino sobre solo una parte, como se representa en la figura 1c.
En otra variante no representada, podría preverse que el proyectado ortogonal de los deflectores sobre un plano perpendicular a la dirección X se extienda sobre la totalidad de la periferia de la pared interna 13, con una superposición entre las proyecciones de los deflectores.
De esta manera, la disposición relativa de los deflectores puede elegirse de manera que perturbe en la medida de lo posible el movimiento del fluido que circula en el interior del dispositivo de inyección, sin aumentar la pérdida de carga.
En el ejemplo representado en la figura 1, los deflectores se presentan en forma de paredes planas perpendiculares a la dirección longitudinal X. Dicho de otra manera, un borde de la pared de cada deflector está solidarizado de esta manera con la pared interna 13 a lo largo de una línea que se extiende en un plano perpendicular a la dirección longitudinal de dicho cuerpo.
La figura 2 representa un dispositivo de inyección 10 que difiere del modo de realización representado en la figura 1 únicamente en que el objetivo 19 se reemplaza por una abertura 17 destinada a ser conectada a un conducto de líquido.
Este dispositivo de inyección 10 también es del tipo de "impacto", pero el chorro de líquido no impacta sobre un objetivo sino sobre otro chorro de líquido. De esta manera, las aberturas 16 y 17 están dispuestas y opuestas entre sí, perpendicularmente a la dirección longitudinal X, de manera que los chorros de líquido salientes impactan en el interior de la primera zona Z1, sustancialmente opuesta a la abertura de entrada del gas 14. También se podría contemplar una configuración de las aberturas como la descrita en el documento FR 3020578 A1.
Las figuras 2 a 10 representan otros modos de realización que difieren de los descritos anteriormente en el número y/o la forma de los deflectores. En estas figuras, los deflectores se designan con la referencia "20" o "J20i", el índice "i", número entero distinto de cero, representa el número de deflectores, los signos primo (’), doble primo (”’), triple primo (’”) y cuádruple primo (’”’) designan modos de realización diferentes de los descritos anteriormente, otros modos de realización diferentes siendo indicados por J (número entero de 1 a 5 en los ejemplos).
En el modo de realización de la figura 2, el dispositivo de inyección 10 está equipado en este caso con tres deflectores 201, 202, 203 espaciados en la dirección longitudinal X y desplazados angularmente (véanse las figuras 2a, 2b, 2c).
Los deflectores representados en las figuras 1 y 2 definen paredes planas perpendiculares a la dirección longitudinal X. Estas paredes también pueden ser curvas. De esta manera, la figura 3 representa parcialmente en corte axial el dispositivo de inyección 10 provisto de deflectores 20’1, 20’2 curvados, en concreto en dirección del eje central longitudinal del cuerpo 12. En este caso, la concavidad de estos deflectores está orientada hacia el orificio de salida 18. Sin embargo, se puede prever que sea orientada en la dirección opuesta.
En este modo de realización, cada deflector 20’1, 20’2 define una pared cuyo borde está solidarizado con la pared interna 13 a lo largo de una línea que se extiende en un plano perpendicular a la dirección longitudinal X. Aunque no se representan, podrían proporcionarse otros deflectores 20’i espaciados en X y/o desplazados angularmente.
La figura 4 representa parcialmente en perspectiva la pared 13 de un dispositivo de inyección 10 que comprende un deflector 20”1 que define una pared cuyo borde está solidarizado con la pared interna 13 a lo largo de un segmento de una curva helicoidal H. El deflector 20”1 puede definir una pared plana o curva, como se representa en la figura 1c. En el ejemplo, el segmento de curva helicoidal no realiza todo el giro del cuerpo. Sin embargo, podría esperarse que realizara el giro, o incluso que realizara más de una vez el giro.
Se pueden proporcionar uno o más deflectores 20”i, por ejemplo desplazados angularmente y/o espaciados a lo largo de la dirección longitudinal X. Además, pueden estar dispuestos entre sí a fin de atribuir al fluido que impacta sobre su cara curvada un mismo movimiento de rotación alrededor de un eje paralelo a la dirección longitudinal del cuerpo.
Otros modos de realización se describen con referencia a las figuras 2d, 2e, 2f. Se refieren a deflectores perforados
120¡ o que presentan un borde libre ondulado o almenado (220¡, 220’¡).
La figura 2d es una vista en corte de un deflector 120i perforado. Los orificios 21 lo atraviesan de lado a lado, permitiendo el paso del fluido. Dicho de otra manera, los orificios se extienden en una dirección paralela o sustancialmente paralela (con una distancia que varía hasta 20°) al eje del cuerpo 12. Esta disposición permite mejorar la dispersión del fluido aguas abajo del deflector, perturba menos el flujo de fluido, a la vez que recentra el mismo hacia el eje del cuerpo 12.
Las figuras 2e y 2f son vistas en corte de un deflector según otro modo de realización, en donde el deflector 2201, 220’1 presenta un borde libre 224, 224’ respectivamente, distante de la pared interna 13, que es bien dentado (deflector 2201), o bien almenado (deflector 220’1). Estas disposiciones tienen un efecto similar al de la figura 2d.
Las figuras 2d-2f describen variantes de realización del deflector 201 de las figuras 2 y 2a. Los diferentes deflectores representados en las figuras 1 y 2 podrían presentar formas similares. También se puede contemplar combinar deflectores de diferentes formas.
Los deflectores descritos anteriormente pueden estar fabricados en una pieza con el cuerpo 12, por ejemplo por moldeo o mecanizado, o ser elementos conectados fijos, por ejemplo, soldados, sujetos entre bridas, o similares. Cuando están presentes varios deflectores, pueden ser iguales o diferentes, se pueden combinar las diferentes formas y disposiciones de deflectores descritos anteriormente.
El deflector o los deflectores están dispuestos entre las primera y segunda zonas Z1, Z2. Normalmente, la segunda zona tiene una longitud (en la dirección longitudinal X) de 2 a 10 veces superior a la longitud de la primera zona. El deflector o los deflectores, en concreto el primer deflector, pueden estar situados a una distancia "1" del eje del objetivo 19 o de las aberturas 16, 17 inferior al diámetro de la pared interna 13, a nivel de la primera zona, por ejemplo, a una distancia correspondiente al % de este diámetro (por razones de claridad, no se respeta la escala en las figuras).
El deflector o los deflectores pueden presentar una dimensión radial o altura (perpendicular a la dirección longitudinal X) distinta de cero relativamente pequeña, por ejemplo, inferior a 1/8 del diámetro de la pared interna 13, o incluso del orden de 1/10 de dicho diámetro. Esta altura puede ser variable a lo largo de la longitud de un deflector, como se representa en la figura 5, sobre la que se representan cuatro deflectores 20’’’1, 20’’’2, 20’’’3, 20’’’4, cuya altura varía a nivel de los extremos o incluso en las figuras 2e-2f.
El espesor de cada deflector, medido en la dirección longitudinal X del cuerpo, distinto de cero, es por ejemplo, como máximo de 16 a 35 mm.
Cabe señalar que, cualquiera que sea su forma (curva o plana), un deflector (o su tangente en su punto de unión con la pared interna 13 del cuerpo) puede definir un ángulo predeterminado con respecto a un plano ortogonal a la dirección longitudinal del cuerpo (véanse las figuras 3, 6, 7(b) y 8(a)). Este ángulo puede ser variable para un mismo deflector 20””, como se observa en la figura 6.
El deflector o los deflectores inclinados de esta manera pueden inclinarse en dirección del orificio de salida 18.
Cualquiera que sea su forma (curva o plana), el borde libre de un deflector (opuesto a su borde solidario con la pared interna del cuerpo) puede presentar una cara 22a de forma redondeada (fig. 7(a)), una cara 22’a en bisel (fig. 7(b)), dos caras 22a, 22b de formas redondeadas (fig. 8(a)) o dos caras 22’a, 22’b) en bisel (fig.8(b)).
Cuando se proporciona una sola cara, esta puede estar situada en el lado de la zona de mezcla Z1 en la dirección longitudinal X, como se representa.
El modo de realización de la figura 9 muestra dos grupos de 5 deflectores adyacentes cada uno (3201, 3202, 3202, 3204, 3205), (4201, 4202, 4202, 4204, 420s) espaciados en la dirección longitudinal X del cuerpo 12. Cabe señalar que cada deflector presenta una altura constante (como en el ejemplo de la figura 2a), pero que los deflectores adyacentes de un grupo presentan alturas diferentes. En el ejemplo, las alturas de los deflectores de cada grupo aumentan hasta alcanzar un máximo y luego disminuyen. Por supuesto, el número de deflectores adyacentes en cada grupo podría ser diferente y podría ser superior o inferior a 5. Además, los dos grupos de deflectores están dispuestos simétricamente con respecto al eje X, pero son posibles otras configuraciones.
Como ya se ha mencionado, el espesor (o longitud) de los deflectores descritos anteriormente es, por ejemplo, como máximo de 16 a 35 mm.
Cabe señalar que el deflector o los deflectores descritos con referencia a las figuras 1, 1 a-1 c, 2, 2a-2f, y 3 a 8 definen una pared (plana o no) cuya dimensión en la dirección longitudinal X es inferior a la dimensión en una dirección perpendicular a la dirección longitudinal.
En el modo de realización de la figura 10, el deflector ya no define una pared en la medida en que su longitud (en la dirección longitudinal X) es superior a su dimensión perpendicular a la dirección longitudinal X. La pared interna 13 representada en la figura 10 está de esta manera provista de dos deflectores "largos" 5201, 5202 (en este caso uno enfrente del otro) que se extienden sobre una longitud, en la dirección longitudinal, al menos igual a una dimensión
interna máxima del cuerpo medida perpendicularmente a la dirección longitudinal, dicho de otra manera, al diámetro interno del cuerpo en este ejemplo. Cabe señalar además que cada deflector 520i, 5202 presenta un perfil irregular en la dirección longitudinal del cuerpo. De esta manera, su altura es variable en la dirección X. La forma de este perfil puede ser adaptada: puede ser similar al perfil general de cada grupo de 5 deflectores de la figura 9 o formar ondulaciones, como se representa en la figura 10. Además, la altura de un deflector también podría ser variable en cada sección transversal del deflector. Podrían proporcionarse más de dos deflectores largos espaciados angularmente, que se extienden en una dirección helicoidal o rectilínea, presentando una cara curva o no.
Los diferentes modos de realización descritos anteriormente pueden combinarse e implementarse indistintamente para uno o más deflectores.
Claims (17)
1. Dispositivo de inyección (10) conformado para atomizar un líquido en gotitas por medio de un gas, que comprende un cuerpo tubular hueco (12) que se extiende en una dirección longitudinal (X) y cuya pared interna (13) define una primera zona denominada de contacto (Z1) y una segunda zona (Z2) situada aguas abajo de la primera zona con respecto a un sentido de circulación del líquido y del gas en el interior del cuerpo, presentando este último:
- al menos una primera (16, 17) y una segunda (14) abertura de entrada que desemboca en dicha primera zona (Z1), para inyectar un líquido y un gas de atomización, respectivamente, en el interior de la primera zona,
- al menos un orificio de salida (18) situado aguas abajo de las primera y segunda zonas para eliminar el líquido atomizado del cuerpo,
caracterizado por que la pared interna (13) del cuerpo está provista, entre la primera y la segunda zona, de al menos un deflector (20i, 20’i, 20”i, 120i, 220i, 220’i, 320i, 420i, 520i) que interfiere con la trayectoria de un fluido en movimiento conformado de manera que, en cada plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo que contiene dicho deflector, este se extiende sobre solo una parte de la periferia de la pared interna (13) de modo que la pérdida de carga es inferior a la pérdida de carga en el caso en que un deflector se extienda sobre toda la periferia de la pared interna y por que el deflector o los deflectores (20i, 20’i, 20”i, 120i, 220i, 220’i, 320i, 420 i, 520i) presentan una altura, medida perpendicularmente a la dirección longitudinal del cuerpo, distinta de cero, igual al menos a 1/10 y como máximo a 1/4 de la dimensión interna máxima del cuerpo perpendicularmente a la dirección longitudinal del cuerpo y una dimensión, medida en la dirección longitudinal del cuerpo de 10 a 35 mm o al menos igual a una dimensión interna máxima del cuerpo medida perpendicularmente a la dirección longitudinal.
2. Dispositivo de inyección (10) según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho al menos un deflector (20i, 20’i, 20”i, 120i, 220i, 220’i, 320i, 420i, 520i) está conformado de modo que el proyectado ortogonal del deflector sobre un plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo se extiende sobre solo una parte de la periferia de la pared interna (13) en dicho plano de proyección.
3. Dispositivo de inyección (10) según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho al menos un deflector (20i, 20’i, 20”i, 120i, 220i, 220’i) está conformado de modo que el proyectado ortogonal del deflector sobre un plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo se extiende sobre toda la periferia de la pared interna (13) en dicho plano de proyección.
4. Dispositivo de inyección (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que dicho al menos un deflector (520i) se extiende sobre una longitud, en la dirección longitudinal, al menos igual a una dimensión interna máxima del cuerpo medida perpendicularmente a la dirección longitudinal, y dicho deflector (520i) presenta un perfil irregular en la dirección longitudinal del cuerpo.
5. Dispositivo de inyección (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que dicha pared interna (13) está provista de una pluralidad de deflectores separados.
6. Dispositivo de inyección (10) según la reivindicación 5, caracterizado por que al menos un deflector (20i, 320i, 420 i), que presenta una dimensión medida en la dirección longitudinal del cuerpo de 10 a 35 mm, está espaciado de al menos otro deflector en la dirección longitudinal del cuerpo.
7. Dispositivo de inyección (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 5 o 6, caracterizado por que cada deflector (20i, 20”i, 120i, 220i, 220’i, 320i, 420 i, 520 i) está desplazado angularmente con respecto a los otros deflectores por rotación alrededor de un eje paralelo a, o coincidente con, dicha dirección longitudinal (X).
8. Dispositivo de inyección (10) según la reivindicación 7, caracterizado por que el proyectado ortogonal de los deflectores (20i) sobre un plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo se extiende sobre toda la periferia de la pared interna, con una superposición o una yuxtaposición de las proyecciones.
9. Dispositivo de inyección (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado por que varios deflectores adyacentes (320i, 420 i) que presentan una dimensión medida en la dirección longitudinal del cuerpo de 10 a 35 mm, presentan alturas medidas perpendicularmente a la dirección longitudinal del cuerpo, distintas de cero y diferentes.
10. Dispositivo de inyección (10) según la reivindicación 9, caracterizado por que, en la dirección longitudinal del cuerpo, las alturas de los deflectores adyacentes (320i, 420 i) aumentan hasta alcanzar un máximo y luego disminuyen.
11. Dispositivo de inyección (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que el deflector o los deflectores (20i, 20’i, 20”i, 120i, 220i, 220’i, 320i, 420i, 520i) presentan una altura, medida perpendicularmente a la dirección longitudinal del cuerpo, distinta de cero, igual como máximo a 1/8 de la dimensión interna máxima del cuerpo perpendicularmente a la dirección longitudinal del cuerpo.
12. Dispositivo de inyección (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que dicho al menos un deflector (20””i, 120i, 220i, 220’i, 320i, 420 i) que presenta una dimensión medida en la dirección longitudinal
del cuerpo de 10 a 35 mm, define una pared cuyo borde está solidarizado con la pared interna y por que la pared definida por dicho al menos un deflector (120i, 220i, 220’i, 320i, 420 i) presenta al menos una de las siguientes características:
- un borde libre (224, 224’) dentado o almenado distante de la pared interna,
- orificios (21) que lo atraviesa de lado a lado.
13. Dispositivo de inyección (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 y 5 a 12, caracterizado por que dicho al menos un deflector (20i, 20’i, 20”i, 120i, 220i, 220’i, 320i, 420 i) que presenta una dimensión medida en la dirección longitudinal del cuerpo de 10 a 35 mm, define una pared cuyo borde está solidarizado con la pared interna: a lo largo de una línea que se extiende en un plano perpendicular a la dirección longitudinal de dicho cuerpo, o a lo largo de un segmento de una curva, en concreto de una curva helicoidal.
14. Dispositivo de inyección (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que dicho al menos un deflector (20’i) presenta, en el lado de las aberturas de entrada, una cara curva dispuesta para dirigir un fluido que impacta en la cara hacia el interior del cuerpo.
15. Dispositivo de inyección (10) según la reivindicación 14, caracterizado por que varios deflectores que presentan una cara curva están dispuestos unos respecto a otros a fin de atribuir, al fluido que impacta sobre su cara curva, un mismo movimiento de rotación alrededor de un eje paralelo a la dirección longitudinal del cuerpo.
16. Dispositivo de inyección (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por que comprende un objetivo (19) que se extiende perpendicularmente a la dirección longitudinal del cuerpo, frente a una única abertura de entrada (16) de líquido con un eje perpendicular a la dirección longitudinal (X).
17. Dispositivo de inyección (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por que comprende dos aberturas de entrada de líquido (16, 17) que se extienden perpendicularmente a la dirección longitudinal del cuerpo y están situadas orientadas entre sí.
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