ES2885107T3 - Dispositivo de inyección de carga mejorado para una unidad FCC - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de inyección (10) conformado para atomizar un líquido en microgotas por medio de un gas, que comprende - un cuerpo tubular hueco (12) que se extiende según una dirección longitudinal (X) y con una pared interna (13) que define una primera zona, llamada 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, - un primer elemento de introducción de gas (14) para introducir un gas en el interior de la primera zona (Z1) según la dirección longitudinal, estando dicho elemento de introducción de gas montado sobre una primera abertura (15) del cuerpo, en un extremo del mismo según la dirección longitudinal, - un segundo elemento de introducción de líquido (16) para introducir un líquido en el interior de la primera zona (Z1) según una dirección perpendicular a la dirección longitudinal, montado sobre una segunda abertura (17) del cuerpo próxima a la primera abertura, - un elemento de atomización (18) montado sobre una tercera abertura (19) del cuerpo situada encarada con la segunda abertura (17), que comprende: - una conducción tubular (20) de aflujo de gas al interior de la primera zona (Z1), situada encarada con el elemento de introducción de líquido (16), y - un blanco (21) situado en el centro de la conducción, extendiéndose la conducción y el blanco según una dirección perpendicular a la dirección longitudinal, presentando el blanco una superficie de impacto (22) en un extremo (23) de la conducción que desemboca en el interior de la primera zona (Z1), en alineación con el primer elemento de introducción de gas (14), - un elemento terminal (24) que comprende al menos un orificio de salida (25) para la evacuación del líquido atomizado montado en un extremo del cuerpo opuesto a la primera abertura de entrada de gas, caracterizado por que el cuerpo (12) presenta una sección interna variante de manera continua o constante en toda su longitud y por que su pared interna (13) está provista, entre la primera y la segunda zona, de al menos un deflector (26i, 26'i, 26''i, 26'''i; 126, 126'i) emergente de la pared interna hacia el interior del cuerpo, presentando el o los deflectores una altura, medida perpendicularmente a la dirección longitudinal del cuerpo, no nula, 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 dicho al menos un deflector (26'i, 26''i, 26'''i) está conformado de modo que, en cada plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo que contiene dicho deflector, el mismo abarca una parte solamente de la periferia de la pared interna (13).
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de inyección de carga mejorado para una unidad FCC
La presente invención se refiere a un dispositivo de inyección, especialmente un dispositivo de inyección de carga de hidrocarburos de una unidad de refinado, en particular una unidad de craqueo catalítico fluido (FCC, “Fluid Catalytic Cracking” en inglés).
Las cargas de hidrocarburos líquidos tratadas en las unidades de refinado se ponen en contacto generalmente con un catalizador sólido que va a favorecer la o las reacciones químicas de tratamiento de la carga. Con objeto de mejorar este contacto y de maximizar el rendimiento de las reacciones, estas cargas de hidrocarburos líquidos se atomizan en microgotas finas mediante dispositivos de inyección. Esta atomización permite maximizar la superficie de contacto líquido (carga de hidrocarburos líquida) - sólido (catalizador), lo cual favorece la transferencia de calor y, por tanto, la vaporización de estos hidrocarburos que reaccionan en fase gaseosa. Aunque no haya en realidad un consenso en lo referente al diámetro óptimo de las microgotas, en general se persigue formar microgotas cuyo diámetro es del mismo orden de magnitud que el diámetro de las partículas de catalizador, a saber, menos de 200 micras, por ejemplo del orden de 50 a 80 micras.
De manera general, se utilizan dispositivos de inyección llamados “bifásicos”, los cuales presentan un cuerpo cilíndrico hueco y dos aberturas de entrada por las que se inyecta respectivamente la carga de hidrocarburos líquida y un gas de atomización, generalmente vapor de agua, en el interior de dicho cuerpo. En el interior del cuerpo hay arbitrada una cámara de contacto, en la que se pone en contacto la carga de hidrocarburos y el gas de atomización para atomizar la carga de hidrocarburos. Una vez atomizada, la carga de hidrocarburos es expulsada por intermedio de una abertura de salida que desemboca en el interior del reactor. Cada dispositivo de inyección se halla implantado en una pared de reactor, de manera que un extremo del dispositivo de inyección que comprende la abertura de salida esté situado en el interior del reactor.
Especialmente conocidos son dispositivos de inyección de impacto, en los que la carga se introduce radialmente e incide en un blanco en el centro del cuerpo, dando origen a la formación de microgotas. Un gas de atomización que circula axialmente permite arrastrar estas microgotas dividiéndolas más hacia la salida del cuerpo. Se puede observar, no obstante, un fenómeno de erosión del blanco, en especial cuando la carga que ha de inyectarse contiene partículas, lo que lleva consigo reforzar el blanco, encareciendo más el coste.
En ciertos dispositivos de inyección, se puede inyectar gas de atomización suplementario en el interior del cuerpo por un conducto que rodea el blanco: el gas de atomización sale entonces en correspondencia con el blanco y pasa a incidir en el líquido introducido por la abertura situada encarada con el blanco, favoreciendo la atomización del chorro de líquido con el cual choca frontalmente.
No obstante, la cámara de mezcla de estos dispositivos de inyección con doble inyección de gas de atomización es compleja y costosa en su realización. Así, debe realizarse por separado, con posterior solidarización con el cuerpo hueco del dispositivo de inyección.
El documento US 5921472 da a conocer un dispositivo de inyección conformado para atomizar un líquido en microgotas por medio de un gas que comprende un elemento de atomización.
El documento WO 01/14500 da a conocer un inyector de atomización que comprende un deflector determinado a partir de una barra transversal que tan solo abarca una parte de la periferia de la pared interna.
El documento WO 2015/073133 da a conocer un inyector de atomización con un deflector que abarca toda la periferia del cuerpo del inyector.
La invención está encaminada a paliar al menos en parte los inconvenientes antes mencionados. A tal efecto, se propone un dispositivo de inyección conformado para atomizar un líquido en microgotas por medio de un gas, según las reivindicaciones, que comprende:
- un cuerpo tubular hueco que se extiende según una dirección longitudinal y con una pared interna que define una primera zona, llamada 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,
- un primer elemento de introducción de gas para introducir un gas en el interior de la primera zona según la dirección longitudinal, estando dicho elemento de introducción de gas montado sobre una primera abertura del cuerpo, en un extremo del mismo según la dirección longitudinal,
- un segundo elemento de introducción de líquido para introducir un líquido en el interior de la primera zona según una dirección perpendicular a la dirección longitudinal, montado sobre una segunda abertura del cuerpo próxima a la primera abertura,
- un elemento de atomización montado sobre una tercera abertura del cuerpo situada encarada con la segunda abertura, que comprende:
- una conducción tubular de aflujo de gas al interior de la primera zona situada encarada con el elemento de introducción de líquido, y
- un blanco situado en el centro de la conducción,
extendiéndose la conducción y el blanco según una dirección perpendicular a la dirección longitudinal, presentando el blanco una superficie de impacto en un extremo de la conducción que desemboca en el interior de la primera zona, en alineación con el primer elemento de introducción de gas,
- un elemento terminal que comprende al menos un orificio de salida para la evacuación del líquido atomizado montado en un extremo del cuerpo opuesto (según la dirección longitudinal) a la primera abertura de entrada de gas.
De acuerdo con la invención, el cuerpo presenta una sección interna variante de manera continua o constante en toda su longitud y su pared interna del cuerpo está provista, entre la primera y la segunda zona, de al menos un deflector emergente de la pared interna hacia el interior del cuerpo.
De manera usual, un deflector es un dispositivo que obstruye el curso de un fluido en movimiento. La organización particular de la invención permite realizar el cuerpo de manera muy simple, sin perjudicar la calidad de atomización del dispositivo de inyección.
El cuerpo presenta una sección interna variante de manera continua, en otras palabras, sin variación brusca y sin escalones. Así, el cuerpo puede presentar una forma troncocónica o similar. Preferentemente, el cuerpo presenta una sección interna constante. Puede ser, por ejemplo, un cilindro o similar.
El cuerpo puede estar realizado ventajosamente de una sola pieza.
El elemento terminal puede estar realizado eventualmente de una pieza con el cuerpo.
En una primera forma de realización, que no forma parte de la invención, dicho al menos un deflector puede estar conformado de modo que, en cada plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo que contiene dicho deflector, el mismo abarca toda la periferia de la pared interna. Entonces, el o los deflectores se pueden realizar de manera simple. Un deflector puede materializarse entonces en forma de un simple anillo. Ventajosamente, se puede prever un solo deflector. Tal organización, no obstante, puede originar una pérdida de carga, lo cual puede resultar ser problemático para el tratamiento de cargas pesadas, utilizadas cada vez más. En efecto, la atomización de cargas pesadas lleva consigo una importante pérdida de carga en correspondencia con los inyectores, lo cual trae como consecuencia el aumento de la presión de la carga que alimenta los inyectores. Es menester utilizar entonces bombas potentes y costosas para alcanzar las presiones deseadas a la salida del inyector. Interesa, por tanto, limitar la pérdida de carga originada por el sistema de inyección. De acuerdo con las configuraciones de los dispositivos de inyección bifásicos, adicionalmente puede resultar ser necesario aumentar de manera considerable el caudal de gas de atomización para atomizar cargas pesadas.
Con objeto de subsanar este inconveniente, en una segunda forma de realización, que corresponde a la invención, dicho al menos un deflector puede estar conformado de modo que, en cada plano perpendicular a la dirección longitudinal de cuerpo que contiene dicho deflector, el mismo abarca una parte solamente de la periferia de la pared interna.
De este modo, en cada plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo, cada deflector reduce la superficie pasante del cuerpo únicamente en una parte de su periferia, de modo que la pérdida de carga es inferior a la pérdida de carga del caso en que un deflector abarca toda la periferia de la pared interna.
Por superficie pasante, se entiende la superficie interna al cuerpo, no ocupada por un elemento y a cuyo través puede circular el fluido.
Ventajosamente, dicho al menos un deflector está conformado de modo que el proyectado ortogonal del deflector sobre un plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo abarca una parte solamente de la periferia de la pared interna en dicho plano de proyección. Esto permite reducir más la pérdida de carga, pese a la presencia de deflector(es). Nótese que, cuando se prevén varios deflectores, sus proyecciones en un mismo plano ortogonal pueden solaparse, e incluso abarcar la totalidad de la periferia de la pared interna.
Como variante o en combinación, dicho al menos un deflector puede estar conformado de modo que el proyectado ortogonal de al menos un deflector sobre un plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo puede abarcar toda la periferia de la pared interna en dicho plano de proyección, eventualmente con solapamiento.
En la segunda forma de realización, dicho al menos un deflector puede definir una pared con un borde que está solidarizado a la pared interna a lo largo de un segmento de una curva, especialmente de una curva helicoidal. Como variante, cualquiera que sea la forma de realización, dicho al menos un deflector puede definir una pared con un borde que 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.
Cualesquiera que sean las formas de realización descritas anteriormente, dicho al menos un deflector puede definir una pared con un borde que está solidarizado a la pared interna.
La pared definida por dicho al menos un deflector puede presentar un borde libre remoto de la pared interna, dentellado o almenado. Como variante o en combinación, la pared de dicho al menos un deflector puede presentar unos orificios pasantes por ella de parte a parte, especialmente según una dirección paralela o sensiblemente paralela a la dirección longitudinal del cuerpo.
Como variante, dicho al menos un deflector puede abarcar una longitud, según la dirección longitudinal, al menos igual a una dimensión interna máxima del cuerpo medida perpendicularmente a la dirección longitudinal. Este deflector, denominado en lo sucesivo “deflector largo”, puede materializarse, por ejemplo, en forma de una placa que se amolda a la pared interna del cuerpo a la que está solidarizado. Ventajosamente, el deflector largo puede presentar un perfil (en sección longitudinal) irregular, especialmente ondulado o dentellado, según la dirección longitudinal del cuerpo. Esta organización puede permitir mejorar la dispersión del flujo aguas abajo del deflector. Por motivos de espacio, cuando se prevén varios deflectores largos, son preferentemente deflectores espaciados angularmente unos de otros y no deflectores espaciados longitudinalmente tal y como se describe más adelante. Cualquiera que sea la forma de realización, dicha pared interna puede estar provista de una pluralidad de deflectores inconexos, especialmente dos o más. Esto permite facilitar la mezcla de los fluidos sin aumentar por ello la pérdida de carga. En especial, estos deflectores pueden estar distribuidos, en particular regularmente, por la periferia de la pared interna, a efectos de una mejor mezcla sin aumento de la pérdida de carga.
Las subsiguientes características permiten asimismo mejorar la mezcla entre el líquido y el gas sin aumentar notablemente la pérdida de carga.
De este modo, cuando hay varios deflectores presentes, cada deflector puede estar espaciado ventajosamente al menos otro deflector según la dirección longitudinal del cuerpo (exceptuando para deflectores largos).
En este caso, los deflectores pueden abarcar entonces una longitud del cuerpo relativamente reducida.
En el caso de la segunda forma de realización, cuando hay varios deflectores espaciados presentes, cada deflector puede adicionalmente estar desfasado angularmente con respecto a los demás deflectores por giro alrededor de un eje paralelo a, o coincidente con, dicha dirección longitudinal. El particular, el proyectado ortogonal de los deflectores sobre un plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo puede abarcar toda la periferia de la pared interna. En este plano de proyección, puede haber solapamiento de las proyecciones de los deflectores o, preferentemente, yuxtaposición, disponiéndose entonces los deflectores al tresbolillo.
Varios deflectores (no largos) adyacentes, en especial espaciados longitudinalmente, pueden presentar unas alturas, medidas perpendicularmente a la dirección longitudinal del cuerpo, no nulas y diferentes. Esto puede permitir mejorar la dispersión del fluido.
En especial, según la dirección longitudinal del cuerpo, las alturas de los deflectores adyacentes pueden ser entonces crecientes hasta alcanzar un máximo y decrecer.
Cualquiera que sea la forma de realización, la pared definida por cada deflector puede ser una pared plana, simple en su realización, o también una pared curvada.
Así, dicho al menos un deflector puede presentar, por el lado de las aberturas de entrada, una cara curvada establecida para dirigir hacia el interior del cuerpo un fluido que incide en esta cara, lo cual puede permitir mejorar la mezcla. Tal cara curvada puede preverse asimismo para un deflector largo.
En especial, pueden establecerse unos respecto a otros varios deflectores (incluyendo deflectores largos) que presentan una cara curvada con el fin de impartir al fluido que incide en su cara curvada un mismo movimiento de giro 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 conjunción 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 de la pared interna del cuerpo) puede presentar una o dos caras de forma redondeada o en bisel.
De manera general, el o los deflectores pueden presentar una altura, medida perpendicularmente a la dirección longitudinal del cuerpo, no nula. Ventajosamente, esta altura es igual como máximo a 1/2 de la dimensión interna máxima del cuerpo perpendicularmente a la dirección longitudinal del cuerpo. Preferentemente, esta altura es igual como máximo a 1/4 de la dimensión interna máxima del cuerpo, e incluso a 1/8 de esta dimensión máxima, por ejemplo del orden de 1/10 de esta dimensión máxima. Esta altura, adicionalmente, puede ser variable para un
mismo deflector.
De manera general, el o los deflectores pueden presentar un espesor, medido según la dirección longitudinal del cuerpo, no nulo. Ventajosamente, este espesor es de como máximo 35 mm, preferentemente de como máximo 31 mm, e incluso de como máximo 20 mm o de como máximo 16 mm. Este espesor puede ser, por ejemplo, del orden de 10 mm.
Se describe a continuación la invención con referencia a los dibujos que se acompañan, no limitativos, en los cuales: - la figura 1 ilustra una representación esquemática en sección longitudinal de un dispositivo de inyección según una forma de realización de la invención;
- la figura 2a es una vista en sección por la línea AA de un deflector de la figura 1 según una forma de realización; - las figuras 2b y 2c son sendas vistas en sección respectivamente por las líneas AA y BB de la figura 1 según otra forma de realización;
- la figura 2d 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;
- las figuras 2e, 2f y 2g son sendas vistas en sección similares a las de la figura 2a según otras formas de realización;
- la figura 3 representa parcialmente una sección 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 según el eje longitudinal X según otra variante;
- la figura 6 representa una vista según el eje longitudinal X según otra variante de un solo y mismo deflector, así como las vistas en sección según dos direcciones diferenciadas A’A y B’B perpendiculares a la dirección longitudinal;
- las figuras 7 y 8 representan parcialmente sendas vistas en sección longitudinal de deflectores que presentan bordes libres de formas diferentes; y
- las figuras 9 y 10 representan parcialmente sendas secciones 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 dispositivo de inyección 10, el cual presenta un cuerpo tubular hueco 12 que se extiende según una dirección longitudinal X.
El cuerpo 12 incluye una pared interna 13 que define una primera zona Z1, llamada 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 el caso presente, de izquierda a derecha en la figura 1).
El dispositivo de inyección 10 presenta adicionalmente:
- un primer elemento de introducción de gas 14 para introducir un gas en el interior de la primera zona Z1 según la dirección longitudinal X, estando este elemento de introducción de gas 14 montado sobre una primera abertura 15 del cuerpo, en un extremo del mismo según la dirección longitudinal X,
- un segundo elemento de introducción de líquido 16 para introducir un líquido en el interior de la primera zona Z1 según una dirección perpendicular a la dirección longitudinal X, montado sobre una segunda abertura 17 del cuerpo próxima a la primera abertura 15,
- un elemento de atomización 18 montado sobre una tercera abertura 19 del cuerpo situada encarada con la segunda abertura 17, que comprende:
- una conducción tubular 20 de aflujo de gas al interior de la primera zona Z1, situada encarada con el elemento de introducción de líquido 16, y
- un blanco 21 situado en el centro de la conducción 20,
extendiéndose la conducción 20 y el blanco 21 según una dirección perpendicular a la dirección longitudinal X, presentando el blanco 21 una superficie de impacto 22 en un extremo 23 de la conducción que desemboca en el interior de la primera zona Z1, en alineación con el primer elemento de introducción de gas 16,
- un elemento terminal 24 que comprende al menos un orificio de salida 25 para la evacuación del líquido atomizado montado en un extremo del cuerpo opuesto a la primera abertura de entrada de gas 15.
Así, el elemento terminal 24 se halla situado aguas abajo de las zonas Z1, Z2.
Las aberturas 15, 17, 19 del cuerpo 12 desembocan en el interior de la primera zona Z1, denominada, asimismo, cámara de contacto.
En el interior del cuerpo 12, los fluidos circulan de las aberturas de entrada 15, 17, 19 hacia el orificio de salida 25. Al dispositivo de inyección 10 representado en la figura 1 se le denomina comúnmente de tipo de “impacto”.
En el caso presente, la primera zona Z1 y la segunda zona Z2 se materializan en forma de una conducción interna rectilínea que une la primera abertura de entrada 15 con el orificio de salida 25 según una dirección axial de dicho cuerpo. Esta conducción interna presenta, en este ejemplo, un diámetro interno constante. La invención, no obstante, no queda limitada por esta forma de realización. La sección interna de esta conducción (en otras palabras, del cuerpo) podría variar de manera continua o ser constante en toda la longitud de la conducción (es decir, del cuerpo), sin ser, no obstante, circular.
En la forma de realización representada, el cuerpo 12 es un cilindro, en otras palabras, la pared interna 13 es, en el caso presente, cilíndrica, de eje coincidente con la dirección longitudinal X del cuerpo.
El líquido procedente del elemento de introducción 16 se proyecta contra la superficie de impacto 22 del blanco 21 desde su misma entrada en la primera zona Z1. El chorro de líquido estalla y es llevado en forma de microgotas por una corriente de gas de atomización introducida a alta velocidad por el elemento de introducción de gas 14. La atomización del líquido se efectúa en dos tiempos. Una primera parte de la atomización se produce en correspondencia con el blanco 21 mediante un impacto del chorro de líquido en la superficie de impacto 22 del blanco 21. El chorro de líquido así estallado queda cizallado por el gas entrante por la conducción 20 y por el gas introducido por el primer elemento de introducción de gas 14. La segunda parte de la atomización se produce en correspondencia con el orificio de salida 25 de diámetro reducido, donde el estrechamiento del diámetro acelera los fluidos.
De acuerdo con la invención, la pared interna 13 del cuerpo está provista adicionalmente, entre la primera zona Z1 y la segunda zona Z2, de al menos un deflector 26i (donde i, el número de deflectores, es un número entero no nulo). Este deflector, que reduce locamente el diámetro de la pared interna 13, perturba el movimiento del fluido, favoreciendo la mezcla. En especial, la presencia de deflector permite evitar la formación de una película de líquido sobre la pared, restituyendo el líquido en línea con el flujo de gas.
Se pueden prever uno o varios deflectores.
Así, el dispositivo de inyección 10 puede comprender un único deflector 261 , representado en la figura 2a, situado en correspondencia con la línea de corte A-A de la figura 1. Este deflector 261 se materializa en forma de un anillo macizo que se extiende en toda la periferia de la pared interna 13. En el caso presente, el deflector 261 define una pared que se extiende perpendicularmente a la dirección longitudinal X.
Las figuras 2 a 10 representan otras formas de realización que difieren de aquellas descritas anteriormente por el número y/o la forma de los deflectores. En estas figuras, los deflectores están designados con la referencia “26” o “126”, representando el subíndice “i”, nombre entero no nulo, el número de deflectores, designando los signos prima (’), doble prima (’’), triple prima (’’’) formas de realización diferentes de las descritas anteriormente.
Las figuras 2b y 2c son sendas vistas en sección de deflectores según otra forma de realización, en la que cada deflector 26’i está conformado de modo que, en cada plano perpendicular a la dirección longitudinal X del cuerpo que contiene este deflector, el mismo abarca una parte solamente de la periferia de la pared interna.
En este ejemplo, se prevén cuatro deflectores 26’1, 26’2, 26’3, 26’4 inconexos.
Se hace notar en este punto que cada deflector 26’1, 26’2, 26’3, 26’4 está conformado de modo que el proyectado ortogonal del deflector sobre un plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo abarca una parte solamente de la periferia de la pared interna en dicho plano de proyección (véanse figuras 2b, 2c). En otras palabras, la vista de este plano de proyección es similar a la figura 2a.
Dos deflectores 26’1, 26’2 se extienden, en el caso presente, en un mismo plano perpendicular a la dirección longitudinal X, extendiéndose los otros dos deflectores 26’3, 26’4 en otro plano perpendicular, espaciado del plano de los deflectores según la dirección longitudinal X (véase figura 1). La invención no queda limitada por esta forma de realización, otro u otros varios deflectores podrían hallarse en un tercer plano distinto perpendicular a la dirección longitudinal X o aún otros planos distintos. Como variante o en combinación, podría preverse un solo deflector en cada posición particular a lo largo de la dirección longitudinal X.
Los deflectores 26’1, 26’2, 26’3, 26’4 están adicionalmente desfasados angularmente por giro alrededor de la dirección
longitudinal X, tal como es visible en las figuras 2b y 2c. Se hace notar que estos deflectores se hallan al tresbolillo, abarcando su proyectado ortogonal sobre un plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo toda la periferia de la pared interna 13.
Como variante, cabría prever que el proyectado ortogonal de estos deflectores 26’i sobre un plano perpendicular a la dirección X no abarque la totalidad de la periferia de la pared interna 13, sino una parte solamente, tal y como se representa en la figura 2d.
En otra variante no representada, cabría prever que el proyectado ortogonal de los deflectores sobre un plano perpendicular a la dirección X abarque la totalidad de la periferia de la pared interna 13, con un solapamiento entre las proyecciones de los deflectores.
De este modo, la organización relativa de los deflectores se puede elegir en orden a perturbar lo más posible el movimiento del fluido que circula por el interior del dispositivo de inyección, sin aumentar la pérdida de carga.
Se describen otras formas de realización con referencia a las figuras 2e, 2f, 2g. Estas conciernen a deflectores perforados 226i o que presentan un borde libre ondulado o almenado (326i, 326’i).
La figura 2e es una vista en sección de un deflector 2261 perforado. De lado a lado lo atraviesan unos orificios 227 que permiten el paso del fluido. En otras palabras, los orificios se extienden en una dirección paralela o sensiblemente paralela (con una separación de hasta 20°) al eje del cuerpo 12. Esta organización permite mejorar la dispersión del fluido aguas abajo del deflector, perturba menos la corriente del fluido, al propio tiempo que vuelve a centrar el mismo hacia el eje del cuerpo 12.
Las figuras 2f y 2g son sendas vistas en sección de un deflector según otra forma de realización, en la que el deflector 3261, 326’1 presenta un borde libre 327, 327’ respectivamente, remoto de la pared interna 13, que es, bien dentellado (deflector 3261), o bien almenado (deflector 326’1). Estas organizaciones tienen un efecto similar al de la figura 2e.
Las figuras 2e-2g describen variantes de realización del deflector 201 de las figuras 2 y 2a. Los diferentes deflectores representados en las figuras 2b-2d podrían presentar formas similares. Cabe también contemplar combinar deflectores con formas diferentes.
En el ejemplo representado en la figura 1, los deflectores se materializan en forma de paredes planas perpendiculares a la dirección longitudinal X. En otras palabras, un borde de la pared de cada deflector está así solidarizado a la pared interna 13 a lo largo de una línea que se extiende en un plano perpendicular a la dirección longitudinal de dicho cuerpo.
Los deflectores representados en las figuras 1 y 2a-2d definen paredes planas perpendiculares a la dirección longitudinal X. Asimismo, estas paredes podrían ser curvadas. De este modo, la figura 3 representa parcialmente en sección axial el dispositivo de inyección 10 provisto de deflectores 26’’1, 26’’2 curvados, especialmente en dirección al eje central longitudinal del cuerpo 12. En este punto, la concavidad de estos deflectores se encuentra orientada hacia el orificio de salida 25. Cabría prever, no obstante, que esté orientada en dirección opuesta.
En esta forma de realización, cada deflector 26’’1, 26’’2 define una pared con un borde que está solidarizado a 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 hayan representado, cabría prever otros deflectores 26’’i espaciados según X y/o desfasados angularmente.
La figura 4 representa parcialmente en perspectiva la pared 13 de un dispositivo de inyección 10 que comprende un deflector 26’’’1 que define una pared con un borde que está solidarizado a la pared interna 13 a lo largo de un segmento de una curva helicoidal H. El deflector 26’’’1 puede definir una pared plana o curvada, como se representa en la figura 3.
Cabe prever uno o varios deflectores 26’’’1, por ejemplo desfasados angularmente y/o espaciados según la dirección longitudinal X. Adicionalmente, estos se pueden establecer unos respecto a otros con el fin de impartir al fluido que incide en su cara curvada un mismo movimiento de giro alrededor de un eje paralelo a la dirección longitudinal del cuerpo.
Los deflectores descritos anteriormente pueden estar realizados de una pieza con el cuerpo 12, por ejemplo por moldeo o mecanizado, o ser elementos postizos fijados, por ejemplo soldados, sujetados entre bridas, u otro. Cuando hay varios deflectores presentes, estos pueden ser idénticos o diferentes, pudiéndose combinar las diferentes formas y disposiciones de deflectores descritas anteriormente.
El o los deflectores se hallan dispuestos en las zonas primera y segunda Z1, Z2. Típicamente, la segunda zona tiene una longitud (según la dirección longitudinal X) de 2 a 10 veces superior a la longitud de la primera zona. El o los deflectores, especialmente el primer deflector, pueden estar situados a una distancia “1” del eje del blanco 20 o de las aberturas 17, 19 inferior al diámetro de la pared interna 13, en correspondencia con la primera zona, por ejemplo
a una distancia correspondiente a % de este diámetro (por motivos de claridad, en las figuras no se respeta la escala).
El o los deflectores pueden presentar una dimensión radial o altura (perpendicularmente a la dirección longitudinal X) relativamente baja, por ejemplo inferior a 1/8 del diámetro de la pared interna 13, e incluso del orden de 1/10 de este diámetro. Esta altura puede ser variable a lo largo de la longitud de un deflector, tal y como se representa en la figura 5, en la que se han representado cuatro deflectores 1261, 1262, 1263, 1264, cuya altura varía en correspondencia con los extremos, o también en las figuras 2f, 2g.
El espesor de cada deflector, medido según la dirección longitudinal X del cuerpo, no nulo, es por ejemplo de como máximo 16 a 35 mm.
Se hace notar que, cualquiera que sea su forma (curvada o plana), un deflector (o su tangente en su punto de conjunción 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 fig. 3, 6, 7(b) y 8(a)). Este ángulo puede ser variable para un mismo deflector 126’, tal como es visible en la figura 6.
El o los deflectores así inclinados pueden estar inclinados en dirección al orificio de salida 25.
Cualquiera que sea su forma (curvada o plana), el borde libre de un deflector (opuesto a su borde solidario de la pared interna del cuerpo) puede presentar una cara 28a de forma redondeada (fig. 7(a)), una cara 28’a en bisel (fig. 7(b)), dos caras 28a, 28b de formas redondeadas (fig. 8(a)) o dos caras 28’a, 28’b en bisel (fig. 8(b)).
Cuando se prevé una sola cara, ésta se halla situada preferentemente por el lado de la zona de mezcla Z1 según la dirección longitudinal X.
Aún son concebibles otras formas de realización.
La forma de realización de la figura 9 muestra 5 deflectores adyacentes (4261, 4262, 4263, 4264, 4265) espaciados según la dirección longitudinal X del cuerpo 12. Se hace notar que cada deflector presenta una altura constante (como en el ejemplo de la figura 2a), pero que los deflectores adyacentes presentan alturas diferentes. En el ejemplo, las alturas de los deflectores son crecientes hasta alcanzar un máximo y decrecer. Por supuesto, el número de deflectores adyacentes podría ser superior o inferior a 5.
Tal como ya se ha mencionado, el espesor (o longitud) de los deflectores descrito anteriormente es, por ejemplo, de como máximo 16 a 35 mm.
Se hace notar que el o los deflectores descritos con referencia a las figuras 1, 2a-2g, y 3 a 8 definen una pared (plana o no) cuya dimensión según la dirección longitudinal X es inferior a la dimensión según una dirección perpendicular a la dirección longitudinal.
En la forma de realización de la figura 10, el deflector ya no define una pared, por cuanto que su longitud (según la dirección longitudinal X) es superior a su dimensión perpendicularmente a la dirección longitudinal X. Así, la pared interna 13 representada en la figura 10 está provista de un deflector “largo” 5261 que abarca una longitud, según la dirección longitudinal, al menos igual a una dimensión interna máxima del cuerpo medida perpendicularmente a la dirección longitudinal, en otras palabras, al diámetro interno del cuerpo en este ejemplo. Se hace notar, adicionalmente, que el deflector 5261 presenta un perfil irregular según la dirección longitudinal del cuerpo. De este modo, su altura es variable según la dirección X. La forma de este perfil puede estar adaptada: puede ser similar al perfil general de los 5 deflectores de la figura 9 o determinar ondulaciones, tal y como se representa en la figura 10. Adicionalmente, la altura del deflector podría asimismo ser variable en cada sección transversal del deflector.
En una forma de realización no representada, cabría prever dos o más deflectores largos espaciados angularmente, extendiéndose según una dirección helicoidal o rectilínea, presentando o no una cara curvada.
Las diferentes formas de realización descritas anteriormente se pueden combinar y llevar a la práctica indistintamente para uno o varios deflectores.
Claims (15)
1. Dispositivo de inyección (10) conformado para atomizar un líquido en microgotas por medio de un gas, que comprende
- un cuerpo tubular hueco (12) que se extiende según una dirección longitudinal (X) y con una pared interna (13) que define una primera zona, llamada 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,
- un primer elemento de introducción de gas (14) para introducir un gas en el interior de la primera zona (Z1) según la dirección longitudinal, estando dicho elemento de introducción de gas montado sobre una primera abertura (15) del cuerpo, en un extremo del mismo según la dirección longitudinal,
- un segundo elemento de introducción de líquido (16) para introducir un líquido en el interior de la primera zona (Z1) según una dirección perpendicular a la dirección longitudinal, montado sobre una segunda abertura (17) del cuerpo próxima a la primera abertura,
- un elemento de atomización (18) montado sobre una tercera abertura (19) del cuerpo situada encarada con la segunda abertura (17), que comprende:
- una conducción tubular (20) de aflujo de gas al interior de la primera zona (Z1), situada encarada con el elemento de introducción de líquido (16), y
- un blanco (21) situado en el centro de la conducción,
extendiéndose la conducción y el blanco según una dirección perpendicular a la dirección longitudinal, presentando el blanco una superficie de impacto (22) en un extremo (23) de la conducción que desemboca en el interior de la primera zona (Z1), en alineación con el primer elemento de introducción de gas (14),
- un elemento terminal (24) que comprende al menos un orificio de salida (25) para la evacuación del líquido atomizado montado en un extremo del cuerpo opuesto a la primera abertura de entrada de gas,
caracterizado por que el cuerpo (12) presenta una sección interna variante de manera continua o constante en toda su longitud y por que su pared interna (13) está provista, entre la primera y la segunda zona, de al menos un deflector (26i, 26’i, 26’’i, 26’’’i; 126, 126’i) emergente de la pared interna hacia el interior del cuerpo, presentando el o los deflectores una altura, medida perpendicularmente a la dirección longitudinal del cuerpo, no nula, 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 dicho al menos un deflector (26’i, 26’’i, 26’’’i) está conformado de modo que, en cada plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo que contiene dicho deflector, el mismo abarca una parte solamente de la periferia de la pared interna (13).
2. Dispositivo de inyección (10) según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho al menos un deflector (26’i, 26’’i, 26’’’i) se selecciona de entre:
- un deflector conformado de modo que el proyectado ortogonal del deflector sobre un plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo abarca una parte solamente de la periferia de la pared interna (13) en dicho plano de proyección,
- un deflector conformado de modo que el proyectado ortogonal del deflector sobre un plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo abarca toda la periferia de la pared interna (13) en dicho plano de proyección.
3. Dispositivo de inyección (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que dicho al menos un deflector (26’’’i) define una pared con un borde que está solidarizado a la pared interna a lo largo de un segmento de una curva, especialmente de una curva helicoidal.
4. Dispositivo de inyección (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que dicho al menos un deflector (26i, 26’i, 26’’i) define una pared con un borde que 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.
5. Dispositivo de inyección (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que dicho al menos un deflector (226i, 326i, 326’i) define una pared con un borde que está solidarizado a la pared interna y por que la pared definida por dicho al menos un deflector (226i, 326’i, 326i) presenta al menos una de las siguientes características:
- un borde libre (327, 327’) dentellado o almenado remoto de la pared interna,
- unos orificios (227) pasantes por ella de parte a parte.
6. Dispositivo de inyección (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que dicho al
menos un deflector (526¡) abarca una longitud, según la dirección longitudinal, al menos igual a una dimensión interna máxima del cuerpo medida perpendicularmente a la dirección longitudinal, presentando facultativamente dicho deflector (520i) un perfil irregular según la dirección longitudinal del cuerpo.
7. Dispositivo de inyección (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que dicha pared interna (13) está provista de una pluralidad de deflectores inconexos.
8. Dispositivo de inyección (10) según la reivindicación 7 cuando esta no depende de la reivindicación 8, caracterizado por que al menos un deflector (26’i, 26’’i) está espaciado al menos otro deflector según la dirección longitudinal del cuerpo.
9. Dispositivo de inyección (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8 cuando estas dependen de la reivindicación 3, caracterizado por que cada deflector (26’i, 26’’i) está desfasado angularmente con respecto a los demás deflectores por giro alrededor de un eje paralelo a, o coincidente con, dicha dirección longitudinal (X).
10. Dispositivo de inyección (10) según la reivindicación 9, caracterizado por que el proyectado ortogonal de los deflectores (26’i) sobre un plano perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo abarca toda la periferia de la pared interna, con un solapamiento o una yuxtaposición de las proyecciones.
11. Dispositivo de inyección (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10 cuando estas no dependen de la reivindicación 6, caracterizado por que varios deflectores adyacentes (426i) presentan unas alturas, medidas perpendicularmente a la dirección longitudinal del cuerpo, no nulas y diferentes.
12. Dispositivo de inyección (10) según la reivindicación 11, caracterizado por que, según la dirección longitudinal del cuerpo, las alturas de deflectores adyacentes (426i) son crecientes hasta alcanzar un máximo y disminuir.
13. Dispositivo de inyección (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que dicho al menos un deflector (26’’i) presenta, por el lado de las aberturas de entrada, una cara curvada establecida para dirigir hacia el interior del cuerpo un fluido que incide en la cara.
14. Dispositivo de inyección (10) según la reivindicación 13, caracterizado por que varios deflectores que presentan una cara curvada se establecen unos respecto a otros con el fin de impartir al fluido que incide en su cara curvada un mismo movimiento de giro alrededor de un eje paralelo a la dirección longitudinal del cuerpo.
15. Dispositivo de inyección (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por que el o los deflectores (26i, 26’i, 26’’i, 26’’’i, 126i, 126’i, 226i, 326i, 326’i, 426i, 526i) presentan una altura, medida perpendicularmente a la dirección longitudinal del cuerpo, igual como máximo a 1/8 de esta dimensión interna máxima.
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