ES2935518T3

ES2935518T3 - Elementos de relleno al azar y columna que contiene los mismos

Info

Publication number: ES2935518T3
Application number: ES07871113T
Authority: ES
Inventors: Izak Nieuwoudt
Original assignee: Koch Glitsch Inc; Koch Glitsch LP
Current assignee: Koch Glitsch LP; KGI Inc
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2007-10-03
Publication date: 2023-03-07
Anticipated expiration: 2027-10-03
Also published as: EP2086672A2; PL2086672T3; EP2086672A4; MX2009003697A; JP2010505622A; WO2008067031A2; BRPI0719877B1; CA2665496A1; AU2007325580A1; CA2665496C; AU2007325580B2; JP4745444B2; US20100230832A1; KR20090079923A; US7722945B2; RU2009117608A; BRPI0719877A2; US20080085400A1; KR101011928B1; RU2443467C2

Abstract

Un elemento de relleno aleatorio en forma de silla de montar está provisto de miembros laterales arqueados separados lateralmente y una pluralidad de elementos de nervadura internos y externos que se extienden desde y entre los miembros laterales para formar un volumen interior. Al menos un elemento de nervadura menor se extiende desde los miembros laterales y está posicionado al menos parcialmente dentro del volumen interior de modo que al menos aproximadamente el 20 por ciento del área superficial del elemento de relleno está posicionado dentro del volumen interior. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Elementos de relleno al azar y columna que contiene los mismos

Antecedentes de la invención

La presente invención está relacionada en general con dispositivos de transferencia de masa para uso con reactores y columnas de proceso químico y de transferencia de masa y, más particularmente, con elementos de relleno al azar para uso en dichos reactores y columnas. La invención también está relacionada con métodos para fabricar y usar dichos elementos de relleno al azar.

Los elementos de relleno al azar o descargados se emplean normalmente en torres o columnas de contacto gaslíquido o líquido-líquido para proporcionar superficies de transferencia de masa entre un fluido que fluye hacia abajo, generalmente una corriente de líquido, y un fluido que asciende hacia arriba, típicamente una corriente de gas o vapor u otra corriente de líquido. Los elementos de relleno al azar pueden usarse en una variedad de procesos químicos y de tratamiento, tales como, por ejemplo, rectificación, destilación con arrastre de vapor, fraccionamiento, absorción, separación, lavado, extracción o cualquier otro proceso de tipo químico, de intercambio de calor o de tratamiento. En general, los elementos de relleno al azar discretos tienen una forma geométrica específica y están diseñados para maximizar el rendimiento para un área superficial de transferencia de masa determinada. Debido a que los elementos de relleno al azar generalmente se descargan o se introducen de forma aleatoria en la carcasa de la columna formando un lecho con relleno orientado arbitrariamente, es deseable que los elementos de relleno al azar individuales tengan tanto alta eficiencia de transferencia de masa como buena capacidad hidráulica cuando se colocan en múltiples orientaciones de rotación dentro del lecho con relleno.

Los elementos de relleno al azar de la técnica anterior existen en una variedad de formas y materiales. En general, los elementos de relleno al azar se construyen de metal, material de tipo cerámico, plástico, vidrio o similares. Habitualmente, los elementos de relleno al azar son cilíndricos, arqueados o con forma de “silla de montar” o tienen otras formas no arqueadas como por ejemplo esféricas, toroidales y similares. Una desventaja de los elementos de relleno al azar de la técnica anterior es que, a menudo, el rendimiento del elemento depende en gran medida de su configuración y su orientación con respecto a la dirección de flujo de las corrientes de fluido a través del elemento dentro del lecho con relleno. Por ejemplo, un anillo Pall es un relleno de tipo cilíndrico bien conocido que tiene una pluralidad de paredes ranuradas y lengüetas o salientes internos. Cuando se observa a lo largo de su eje longitudinal, el anillo Pall presenta muy poca área superficial para transferencia de masa pero, cuando se observa perpendicularmente a su eje longitudinal, el elemento presenta un área superficial muy grande. Debido a esta diferencia, las áreas superficiales disponibles para el contacto vapor/líquido o líquido/líquido varían con la orientación del elemento, lo que, en última instancia, afecta al rendimiento del elemento. Además, la gran área superficial en la dirección perpendicular al eje longitudinal del anillo Pall tiene la desventaja de que tiende a "apantallar” o inhibir el flujo de fluido a través de los anillos inmediatamente adyacentes en la dirección de flujo hacia aguas abajo.

Un elemento de relleno al azar que tiene una distribución más uniforme de área superficial a lo largo de todo su volumen se describe en la Patente de EE.UU. n.° 5,112,536 (también denominada patente '536 en el presente documento). El elemento de relleno al azar con forma de silla de montar descrito en ese documento incluye elementos de costilla interiores y exteriores arqueados alternantes que definen un volumen interior. Si bien el elemento de relleno descrito en la patente '536 proporciona mejoras sobre otros elementos de relleno al azar de la técnica anterior, también incluye limitaciones que pueden dificultar su funcionamiento. Por ejemplo, la curvatura del elemento de relleno descrito en la patente '536 hace que los elementos de costilla interiores estén situados muy juntos en el mismo plano curvado, restringiendo de ese modo las rutas de flujo para las corrientes de fluido que pasan a través del elemento. Además, debido a que las costillas del elemento de relleno de la patente '536 están generalmente alineadas longitudinalmente y centralmente, el primer elemento de costilla que encuentra una corriente de fluido típicamente apantalla del contacto con el fluido a los siguientes elementos de costilla. Este efecto de apantallamiento puede reducir la eficiencia de la transferencia de masa al reducir el área superficial efectiva del elemento para transferencia de masa y/o de calor. Además, aunque la patente '536 describe la posibilidad de cortar uno o más elementos de costilla y doblar el extremo discontinuo hacia el interior del volumen interior, la mayor parte del área superficial del elemento de relleno al azar de la patente '536 permanece fuera de su volumen interior.

Otro tipo de elemento de relleno al azar se describe en la Patente de EE.UU. n.° 5,882,772. En esa patente, se proporciona una pluralidad de tiras individuales y cada tira se extiende de forma generalmente sinusoidal entre áreas de fijación de refuerzos exteriores planos. En la Patente de EE.UU. n.° 5,543,088 se describe un elemento de relleno al azar similar en el cual una pluralidad de tiras se extiende entre áreas de fijación finales planas. En estas dos patentes, las tiras individuales están conectadas entre sí a lo largo de sus puntos medios, proporcionando así un área en la que las tiras se amontonan y a través de la cual se impide el paso del gas. Además, los elementos de relleno se deben fabricar a partir de material de espesor y resistencia suficientes para resistir la deformación de los refuerzos exteriores planos o áreas de fijación. Sería deseable que el elemento de relleno al azar tuviera una configuración que resistiera la deformación usando un material de espesor relativamente más delgado.

Por lo tanto, existe la necesidad de un elemento de relleno al azar que mantenga alta eficiencia de transferencia de masa y buena capacidad hidráulica cuando esté situado en múltiples orientaciones rotacionales diferentes dentro del lecho con relleno. Ventajosamente, el elemento de relleno debería fabricarse fácilmente con poco o ningún desperdicio de material y poseer una configuración que resista más fácilmente el tipo de deformación descrito anteriormente.

Breve compendio de la invención

La presente invención proporciona un elemento de relleno al azar con forma de silla de montar con los rasgos de la reivindicación independiente 1.

Entre otros, el elemento de relleno tiene un volumen de flujo abierto generalmente uniforme cuando se coloca en múltiples orientaciones de rotación en relación con la dirección del flujo de fluidos que se encuentran con el elemento de relleno.

En comparación con los elementos de relleno al azar de la técnica anterior, la forma y la configuración del elemento innovador incrementan la eficiencia de transferencia de masa al proporcionar una distribución de área superficial más uniforme y rutas de flujo de fluido menos restringidas cuando los elementos de relleno se colocan en múltiples orientaciones rotacionales diferentes dentro de un lecho con relleno en un reactor o columna.

Breve descripción de los dibujos

En los dibujos adjuntos que forman parte de la memoria descriptiva y que se deben leer en conjunto con la misma, y en los que se utilizan números de referencia similares para indicar partes similares en las diferentes vistas:

La Figura 1 es una vista en alzado lateral de un elemento de relleno al azar de referencia;

la Figura 2 es una vista en planta desde arriba del elemento de relleno al azar ilustrado en la Figura 1, mostrado a una escala ligeramente ampliada con respecto a la mostrada en la Figura 1;

las Figuras 3 a 13 son diferentes vistas en perspectiva del elemento de relleno al azar mostrado en las Figuras 1 y 2;

las Figuras 14 a 26 son diferentes vistas en perspectiva de una realización de un elemento de relleno al azar construido de acuerdo con la presente invención; y

la Figura 27 es una vista esquemática fragmentaria de una columna o reactor que contiene un lecho con relleno conformado a partir de los elementos de relleno al azar de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

Haciendo referencia ahora a los dibujos con mayor detalle e inicialmente a las Figuras 1 -13, un elemento de relleno al azar generalmente con forma de silla de montar se representa generalmente mediante el número 10. El elemento de relleno 10 comprende un cuerpo arqueado 11 conformado en forma de un toro parcial. El cuerpo arqueado 11 puede representar en el rango de aproximadamente un 5 a aproximadamente un 50 por ciento o de un 10 a un 25 por ciento del volumen del toro. En la realización particularmente ilustrada, el cuerpo arqueado 11 del elemento de relleno 10 representa aproximadamente el 25% del volumen de un toro completo.

El elemento de relleno 10 comprende un par de miembros laterales 12 y 14 arqueados, alargados longitudinalmente, espaciados lateralmente, generalmente paralelos. Los miembros laterales 12 y 14 opcionalmente, pero preferiblemente, tienen elementos de reborde radialmente verticales 16 y 18 para formar así dos valles 20 y 22 que sirven para canalizar líquido a lo largo de la superficie del elemento de relleno 10 en la dirección de los extremos longitudinales del cuerpo arqueado 11 del elemento de relleno 10. La configuración arqueada de los miembros laterales 12 y 14 y los rebordes 16 y 18 proporcionan una configuración que es resistente a la deformación, permitiendo de ese modo el uso de materiales menos costosos y de menor espesor en comparación con ciertos elementos de relleno al azar de la técnica anterior. Como una adición o alternativa a los elementos de reborde 16 y 18, los miembros laterales 12 y 14 pueden reforzarse mediante estampación, conformándose en un perfil sinusoidal u otra forma de onda, o por otros métodos.

El elemento de relleno al azar 10 también incluye una pluralidad de elementos de costilla arqueados interiores y exteriores designados generalmente mediante los números 24 y 26, respectivamente. Los elementos de costilla 24 y 26 se extienden generalmente desde y entre los miembros laterales 12 y 14 a lo largo del cuerpo arqueado 11 del elemento de relleno 10. Los extremos opuestos de los elementos de costilla 24 y 26 son integrales con, o están conectados de otro modo a, los miembros laterales 12 y 14, respectivamente. Tal como se usa en este documento, el término "elemento de costilla exterior" se refiere a un elemento de costilla que se extiende en una dirección generalmente hacia fuera que se aleja del lugar geométrico del radio del cuerpo arqueado 11 del elemento de relleno. Tal como se usa en este documento, el término "elemento de costilla interior" se refiere a un elemento de costilla que se extiende en una dirección generalmente hacia dentro hacia el lugar geométrico del radio del cuerpo arqueado 11 del elemento de relleno. Cada uno de los elementos de costilla exteriores y/o interiores 24 y 26 puede extenderse generalmente hacia fuera y/o hacia dentro, respectivamente, a lo largo de un radio del cuerpo arqueado 11 del elemento de relleno 10. Alternativamente, algunos o todos los elementos de costilla interiores y/o exteriores 24 y 26 pueden extenderse formando un ángulo que corta al radio. Las flechas 27a y 27b, respectivamente, designan de manera general las direcciones radialmente hacia dentro y radialmente hacia fuera en relación con el elemento de relleno 10 de la Figura 1. El número total de elementos de costilla interiores y exteriores 24 y 26 puede estar generalmente en el rango de aproximadamente 3 a aproximadamente 20 o de 5 a 17. En la realización de referencia ilustrada del elemento de relleno 10 están presentes cuatro elementos de costilla interiores 24 y cinco elementos de costilla exteriores 26.

Como se ilustra en las Figuras 1-13, los elementos de costilla arqueados interiores y exteriores 24 y 26 definen un volumen interior 28 generalmente arqueado dentro del cuerpo arqueado 11 entre, por encima de y por debajo de los miembros laterales 12 y 14. El grado de accesibilidad del volumen interior para el paso de vapor y/o de líquido puede ser facilitado en parte por el tamaño, la forma y la orientación de los elementos de costilla arqueados interiores y exteriores 24 y 26. En una realización, los elementos de costilla arqueados interiores y exteriores 24 y 26 se extienden generalmente radialmente y tienen esencialmente la misma altura.

Los elementos de costilla 24 y 26 pueden estar alineados longitudinalmente y centralmente o, preferiblemente, pueden estar desalineados de forma alternante con respecto a un eje longitudinal central 30 del cuerpo arqueado, como se ilustra mejor en la Figura 2. Esta desalineación crea puntos de contacto de vapor/líquido en lugar del plano de contacto de fluido creado por los elementos de costilla alineados centralmente. Además, la desalineación sirve para abrir la ruta de flujo de fluido longitudinal a través del volumen interior 28 del cuerpo arqueado 11 del elemento de relleno 10 minimizando el efecto de apantallamiento que producen los elementos de costilla alineados centralmente y consecutivos. Además, la desalineación longitudinal puede reducir la tendencia de una o más costillas de un elemento de relleno al azar 10 a intercalarse dentro de uno o más elementos de costilla de otros elementos de relleno al azar 10 en un lecho con relleno al azar, un hecho que a veces se denomina ''anidamiento''. El anidamiento reduce la eficiencia de la transferencia de masa y puede favorecer la canalización de líquidos y vapores dentro del lecho con relleno.

La anchura de cada elemento de costilla interior 24 y de cada elemento de costilla exterior 26 puede seleccionarse de forma independiente para el rendimiento deseado en aplicaciones particulares. Como ejemplo, la anchura de los elementos de costilla exteriores 26 puede ser generalmente igual que o de hasta el doble o de más del doble de la anchura de los elementos de costilla interiores 24. Debido a la curvatura del cuerpo arqueado del elemento de relleno 10, los elementos de costilla arqueados interiores 24 están situados más cercanos unos a otros a medida que se extienden radialmente hacia dentro, como se ve mejor en la Figura 1. Por lo tanto, elementos de costilla 24 arqueados interiores más estrechos pueden minimizar las restricciones de ruta de flujo experimentadas por las corrientes de fluido que fluyen a través del elemento de relleno 10 en una dirección radialmente hacia fuera designada por la flecha 27b. Como puede verse mejor en la Figura 1, los elementos de costilla interiores 24 situados más lejos de los extremos del cuerpo arqueado 11 pueden tener una anchura menor que los elementos de costilla interiores 24 situados más cerca de los extremos, de manera que se proporcione más espacio abierto entre los elementos de costilla interiores 24. Además, o de forma alternativa, el número de elementos de costilla interiores 24 se puede reducir y/o los elementos de costilla interiores se pueden doblar hacia fuera desde la dirección radial para proporcionar mayor separación entre elementos de costilla interiores 24 adyacentes.

Como ejemplo, la anchura de los elementos de costilla arqueados interiores 24 puede ser independientemente mayor de aproximadamente 1 milímetro (mm), mayor de aproximadamente 1,5 mm o mayor de 2 mm. La anchura de los elementos de costilla arqueados exteriores 26 puede ser independientemente menor de aproximadamente 5 mm, menor de aproximadamente 4,5 mm o menor de 4 mm para evitar la creación de zonas de estela estancadas, de baja transferencia de masa, que se forman en el lado exterior o de aguas abajo de elementos de costilla excesivamente anchos. Estas zonas de estela son generalmente indeseables porque reducen la eficiencia de transferencia de masa del elemento de relleno al azar 10.

El elemento de relleno 10 comprende además uno o más elementos de costilla menores 32 de una altura que es menor que la de los elementos de costilla interiores y exteriores 24 y 26. Un elemento de costilla menor 32 está dispuesto longitudinalmente entre elementos de costilla exteriores e interiores 24 y 26 alternantes consecutivos y, en una realización de referencia, está conectado en sus extremos opuestos a los miembros laterales 12 y 14. En otra realización de referencia, uno o ambos extremos de uno o más de los elementos de costilla menores 32 pueden unirse a un elemento de costilla 32, 24 o 26 adyacente, en lugar de a los miembros laterales 12 y 14. El elemento de costilla menor 32 está ubicado al menos parcialmente en el volumen interior 28 del cuerpo arqueado 11 del elemento de relleno 10 para distribuir más uniformemente la superficie de transferencia de masa en todo el volumen del elemento de relleno 10. Generalmente, al menos aproximadamente el 20 por ciento, al menos aproximadamente el 40 por ciento, o al menos el 50 por ciento del área superficial total del elemento de relleno al azar 10 está ubicado dentro del volumen interior 28 del cuerpo arqueado 11 del elemento de relleno 10. En la realización de referencia ilustrada, aproximadamente el 38 por ciento del área superficial total del elemento de relleno al azar 10 está ubicado dentro del volumen interior 28.

Los elementos de costilla menores 32 pueden independientemente ser continuos, discontinuos o cualquier combinación de los mismos, y pueden estar doblados o conformados de cualquier manera. En una realización de referencia, uno o más de los elementos de costilla menores pueden ser continuos y estar doblados, por ejemplo, en forma de una onda sinusoidal con uno o más picos y valles que proporcionan puntos de goteo dentro del espacio arqueado interior 28. Tal como se usa en este documento, el término "punto de goteo" se refiere a cualquier borde o punto continuo o discontinuo desde el cual puede caer o gotear líquido. Los puntos de goteo hacen que el líquido que cae desde ellos forme pequeñas gotas, lo que facilita un mayor contacto con el vapor para incrementar así la eficiencia de transferencia de masa.

Uno o más de los elementos de costilla menores 32 pueden cortarse y hacerse discontinuos, conformando así dos segmentos de costilla 34a y 34b que pueden orientarse independientemente dentro del volumen interior 26 del elemento de relleno 10. Como ejemplo, los segmentos de costilla 34a y 34b pueden permanecer sustancialmente en forma de una onda sinusoidal, pero con sus extremos libres desplazados para formar puntos de goteo separados entre sí. En otro ejemplo, los segmentos de costilla 34a y 34b pueden doblarse ambos en las mismas direcciones radiales para formar imágenes especulares el uno del otro cuando se observan en torno a un plano radial que pasa entre los segmentos de costilla.

La anchura de los elementos de costilla menores 32 puede ser igual o diferente de la anchura de los elementos de costilla interiores y exteriores 24 y 26 que se extienden en la misma dirección radial. En el elemento de relleno 10 ilustrado, cada elemento de costilla menor 32 tiene aproximadamente la misma anchura que los dos elementos de costilla interiores 24 que están situados hacia el interior desde los extremos del cuerpo arqueado 11.

El número y la disposición de los elementos de costilla interiores y exteriores 24 y 26 y de los elementos de costilla menores 32 a lo largo de la longitud longitudinal del elemento de relleno 10 se pueden variar para adaptarse a aplicaciones particulares. Preferiblemente, los elementos de costilla 24, 26 y 32 permanecen separados de los elementos de costilla 24, 26 y 32 adyacentes a lo largo de todas sus longitudes, excepto en sus extremos respectivos, de modo que el elemento de relleno 10 tiene una configuración más abierta que reduce la posibilidad de bloquear el flujo deseado de fluidos a través del elemento de relleno 10. Para reducir la posibilidad de que los segmentos de costilla 34a y 34b de un elemento de relleno 10 se enganchen con elementos de costilla 24, 26, 32, 34a o 34b de otros elementos de relleno 10, es deseable en general que los segmentos de costilla 34a y 34b no estén situados en ninguno de los extremos longitudinales del elemento de relleno 10. De esta manera, los segmentos de costilla 34a y 34b se sitúan preferiblemente hacia el interior de los extremos longitudinales de los elementos de relleno para que sean apantallados por elementos de costilla 24, 26 o 32 que están situados en los extremos del elemento de relleno 10.

En el elemento de relleno 10 ilustrado, cada elemento de costilla menor 32 está situado entre un par de elementos de costilla interiores y exteriores 24 y 26. Por supuesto, es posible colocar de forma independiente cada uno de los elementos de costilla menores 32 entre pares de elementos de costilla exteriores 26, entre pares de elementos de costilla interiores 24, o entre cualquier combinación de pares de elementos de costilla 32, elementos de costilla interiores 24 y elementos de costilla exteriores 26. En el elemento de relleno 10 ilustrado, los elementos de costilla interiores 24 están en los extremos del elemento de relleno 10, y cuatro elementos de costilla menores 32 están distribuidos entre elementos de costilla interiores y exteriores 24 y 26 alternantes, estando cortados los dos elementos de costilla menores 32 situados centralmente para conformar segmentos de costilla 34a y 34b de igual longitud. El número y la disposición de los diferentes elementos de costilla 24, 26, 32, 34a y 34b se pueden variar para adaptarse a aplicaciones específicas.

Una realización de un elemento de relleno de acuerdo con la presente invención se muestra en las Figuras 14-26 y se designa en sentido amplio mediante el número 110. El elemento de relleno 110 es similar al elemento de relleno 10 y para designar a los elementos similares se usan los mismos números de referencia precedidos por el prefijo "1".

El elemento de relleno 110 comprende un cuerpo arqueado 111 conformado en forma de un toro parcial. El cuerpo arqueado 111 define aproximadamente el 15% del volumen de un toro. El elemento de relleno 110 incluye miembros laterales 112 y 114 curvados que incluyen elementos de reborde 116 y 118, respectivamente, que forman valles 120 y 122 que canalizan líquido hacia los extremos longitudinales del cuerpo arqueado 111.

Un elemento de costilla arqueado interior 124 está situado en ambos extremos longitudinales del cuerpo arqueado 111 y elementos de costilla arqueados exteriores 126 están situados en posiciones intermedias a lo largo de los miembros laterales 112 y 114. Los elementos de costilla interiores 124 se extienden generalmente en una dirección radial hacia dentro representada por la flecha 127a y los elementos de costilla exteriores 126 se extienden en una dirección radialmente hacia fuera como se indica mediante la flecha 127b. Juntos, los elementos de costilla interiores y exteriores 124 y 126 definen un volumen interior 128 generalmente arqueado que tiene un eje longitudinal central 130.

Cuatro elementos de costilla menores 132 están situados entre pares adyacentes de elementos de costilla interiores y exteriores 124 y 126. Cada uno de los dos elementos de costilla menores 132 más interiores es discontinuo y forma segmentos de costilla 134a y 134b. Los segmentos de costilla 134a y 134b y los elementos de costilla 124, 126 y 132 se pueden construir, colocar y orientar como se describió anteriormente con respecto a los elementos correspondientes en el elemento de relleno 10. En la realización innovadora ilustrada, aproximadamente el 36 por ciento del área superficial total del elemento de relleno al azar 110 está ubicada dentro del volumen interior 128. Preferiblemente, los elementos de costilla 124, 126 y 132 permanecen separados de los elementos de costilla 124, 126 y 132 adyacentes a lo largo de toda su longitud, excepto en sus respectivos extremos, de modo que el elemento de relleno 110 tiene una configuración más abierta que reduce la posibilidad de bloquear el flujo deseado de fluidos a través del elemento de relleno 110.

Los elementos de relleno al azar 10 y 110 de la presente invención se pueden fabricar de una variedad de materiales, incluyendo, por ejemplo, cerámica, plástico o metal. Los elementos de relleno al azar 10 y 110 pueden reforzarse mediante endurecimiento por deformación, texturizando al menos una parte de la superficie del elemento, estampando, al menos una parte de la superficie del elemento con hoyuelos en uno o ambos lados de al menos una parte del elemento y/o dando por estampación una sección transversal curvada a los diferentes elementos de costilla 124, 126 y 130 como se muestra con respecto al elemento de relleno 110. Preferiblemente, la sección transversal curvada se extiende lo suficiente hacia el interior de los miembros laterales 112 y 114 para proporcionar una estructura que sirve para perturbar el flujo de fluido a lo largo de los valles 120 y 122 y hacer que sea redirigido hacia los elementos de costilla 124, 126 y 132 en lugar de permitir que fluya hacia los extremos del elemento de relleno 110. En los canales 120 y 122 se pueden colocar hoyuelos u otras estructuras de perturbación del flujo para lograr el mismo propósito. También se puede usar la misma construcción en conexión con el elemento de relleno 10.

Los elementos de relleno al azar 10 y 110 se pueden fabricar mediante una variedad de técnicas. En una realización, los elementos de relleno al azar de la presente invención se pueden fabricar mediante el procedimiento descrito en la Patente de EE.UU. n.° 5,112,536, en el que cada uno de los elementos de relleno se conforma a partir de una única lámina plana de material y los elementos de costilla interiores, exteriores y menores junto con los elementos laterales comprenden sustancialmente el área superficial total del material en forma de lámina.

Yendo a la Figura 27, se puede usar una pluralidad de elementos de relleno al azar 10 y 110 para proporcionar un área superficial de transferencia de masa y/o de calor en un reactor y/o en una torre de contacto 36 de vapor/líquido o líquido/líquido. Los elementos de relleno al azar 10 y/o 110 pueden descargarse en el interior de los soportes adecuados en la columna o reactor 36 para formar un lecho con relleno 38 o pueden disponerse previamente en una formación de lecho con relleno en una orientación generalmente aleatoria antes de su colocación en la columna o reactor 36. La forma y configuración, expuestas anteriormente, de los elementos de relleno de la presente invención crean trayectorias de flujo de fluido abiertas y fácilmente accesibles y presentan una distribución de área superficial relativamente uniforme cuando se observan desde múltiples ángulos, lo que da como resultado un rendimiento del elemento generalmente independiente de la orientación.

Los siguientes ejemplos ilustran el rendimiento independiente de la orientación del elemento de relleno al azar de referencia y del elemento de relleno al azar innovador y no pretenden limitar el alcance de la invención de ninguna manera.

Ejemplo 1 (no de acuerdo con la invención)

Se calculó el coeficiente de transferencia de masa para tres elementos de relleno al azar diferentes: Elemento Comparativo 1, un relleno al azar con forma de silla de montar del tipo ilustrado en la Patente de EE.UU. n.° 4,303,599; Elemento Comparativo 2, un elemento de relleno al azar con forma de silla de montar del tipo ilustrado en la Patente de EE.UU. n.° 5,882,772; y el Elemento de Referencia 3, el elemento de relleno 10 ilustrado en las Figuras 1-13.

Para cada elemento de relleno, se calculó el coeficiente de transferencia de masa para cada una de diez orientaciones de relleno diferentes, etiquetadas de la A a la I en la Tabla 1 posterior. Las orientaciones A a I corresponden a una colocación del elemento a 0°, 45° y 90° con respecto a la posición base para cada uno de los tres ejes cartesianos. Para cada elemento de relleno, se determinó el margen de fluctuación del coeficiente de transferencia de masa restando el coeficiente de transferencia de masa mínimo del máximo entre cada una de las posiciones A a I. Se determinó a continuación el coeficiente de transferencia de masa promedio para cada elemento de relleno promediando los coeficientes de transferencia de masa individuales calculados para cada orientación A a I.

En general, coeficientes de transferencia de masa mayores indican elementos con mayor eficiencia de transferencia de masa y márgenes de fluctuación del coeficiente de transferencia de masa más estrechos indican menos variabilidad en el rendimiento del elemento con los cambios de orientación. El coeficiente de transferencia de masa para las orientaciones A a I, el margen de fluctuación del coeficiente de transferencia de masa y el coeficiente de transferencia de masa promedio para los Elementos Comparativos 1 y 2 y el Elemento de Referencia 3 se presentan en la Tabla 1.

Tabla 1: Coeficientes de transferencia de masa para elementos de relleno al azar

Como se muestra en la Tabla 1, el Elemento de Referencia 3 tiene un margen de fluctuación del coeficiente de transferencia de masa menor, un coeficiente de transferencia de masa mayor para cada orientación, y un coeficiente de transferencia de masa promedio mayor que los Elementos Comparativos 1 y 2. Por lo tanto, el Elemento de Referencia 3 tiene un funcionamiento más eficiente, menos específico de la orientación, que los Elementos Comparativos 1 y 2.

Ejemplo 2

Se realizaron pruebas comparando el funcionamiento del Elemento Innovador (elemento de relleno 110 mostrado en las Figuras 14-26) con el de cuatro tipos de rellenos al azar disponibles comercialmente. Se destiló en reflujo total una mezcla de hidrocarburos ligeros. La torre se hizo funcionar a una presión significativamente mayor que la presión atmosférica, muy típica de las condiciones en las que se procesan estas mezclas en la industria, y muy típica de las condiciones en las que a menudo se utiliza el relleno al azar. El diámetro de la torre y la profundidad del lecho eran lo suficientemente grandes como para garantizar que se generasen datos industrialmente relevantes. Se analizaron muestras de líquido de por encima y por debajo del lecho con relleno para medir la eficiencia del relleno. Se determinó la capacidad máxima del relleno incrementando la entrada de calor hasta que la caída de presión aumentaba muy bruscamente con cualquier entrada de calor adicional y el arrastre desde la parte superior del lecho era significativo (pérdida de eficiencia). Los resultados de las pruebas comparativas se presentan en la Tabla 2.

Tabla 2

Los resultados de las pruebas demuestran que el Elemento Innovador logró una capacidad relativa igual o mayor y/o una eficiencia relativa mayor, usando un área superficial específica relativa más pequeña, que los elementos de relleno comparativos. El Elemento Innovador logró así una capacidad relativa y una eficiencia relativa favorables usando un área superficial específica relativa pequeña.

De lo anterior, se observará que esta invención está bien adaptada para lograr todos los fines y objetivos expuestos anteriormente, junto con otras ventajas que son inherentes a la estructura.

Además, debe entenderse que toda materia mostrada en los dibujos adjuntos debe interpretarse como ilustrativa y no en un sentido limitativo.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un elemento de relleno al azar (110) con forma de silla de montar que comprende:

un par de miembros laterales (112, 114) arqueados, alargados longitudinalmente, espaciados lateralmente, que definen conjuntamente un eje longitudinal curvado (130) entre ellos;

elementos de costilla interiores y exteriores arqueados (124, 126) que se extienden en direcciones opuestas y que se extienden desde y entre dichos miembros laterales (112, 114) para definir conjuntamente un volumen interior (128) entre ellos, donde el número total de dichos elementos de costilla interiores y exteriores (124, 126) es cinco; y

al menos un elemento de costilla menor (132) dispuesto longitudinalmente entre dichos elementos de costilla arqueados interiores y exteriores (124, 126), y dispuesto al menos parcialmente en dicho volumen interior (128), en el que al menos el 20 por ciento de la superficie total de dicho elemento de relleno al azar (110) con forma de silla de montar está ubicado dentro de dicho volumen interior (128).