MX2011009726A - Metodo y dispositivo para la purificacion de fluidos. - Google Patents

Abstract

La invención se relaciona con un dispositivo para la purificación de fluidos que comprende un aparato de intercambio de materia conteniendo un fluido más volátil y un fluido menos volátil. El aparato de intercambio de materia contiene una empaquetadura estructurada que tiene una primera capa (10) de empaquetadura y una segunda capa (100) de empaquetadura. La primera capa (10) de empaquetadura y la segunda capa (100) de empaquetadura tienen un perfil en forma de ondas en que se forman unos canales (12, 14, 16, 112, 114, 116) abiertos por el perfil en forma de ondas. Los canales (12, 14, 16) de la primera capa (10) de empaquetadura se cruzan con los canales (112, 114, 116) de la segunda capa de empaquetadura; los canales (12, 14, 16, 112, 114, 116) pueden ser pasados por el fluido menos volátil de modo que los canales pueden ser humectados por el fluido menos volátil, formándose una película de fluido menos volátil en la superficie del canal de modo que o bien el fluido más volátil o el fluido menos volátil puedan ser purificados mediante intercambio de materia entre el fluido más volátil y el fluido menos volátil. La primera capa (10) de empaquetadura está en contacto físico con la segunda capa (100) de empaquetadura a través de unos elementos (24, 34, 44, 134, 144) espaciadores.

Description

MÉTODO Y DISPOSITIVO PARA LA PURIFICACIÓN DE FLUIDOS DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un método para la purificación de fluidos que es realizada preferentemente en un dispositivo para la purificación de fluidos tal como se realiza por ejemplo en una columna de absorción o en una columna de desorción. El dispositivo contiene una empaquetadura estructurada que tiene una pérdida de presión reducida. La empaquetadura es particularmente apropiada para aplicaciones de absorción con sistemas acuosas como e.g. la absorción de CO2 de gas de humo.

En la absorción, el principio de empaquetaduras estructuradas se está aplicando desde hace décadas (Cf. K. Sattler "Thermische Trennverfahren", VCH Verlag, Weinheim 1995), porque es posible ahorrar suministro de energía y altura constructiva de la columna de absorción.

Empaquetaduras estructuradas son realizadas en una modalidad comercial como chapas dobladas, dispuestas una tras otra, cuya estructura tiene canales inclinadas que se cruzan una y otra vez. Estos canales influyen favorablemente las corrientes de fase gaseosa y líquida dentro de la empaquetadura y favorecen el transporte de materia entre las fases. Es decir, en los canales de la empaquetadura se hacen contactar fase gaseosa y líquida y se favorece de este modo el transporte de materia entre las fases .

Con la finalidad de incrementar la capacidad de separación de una empaquetadura estructurada usualmente se magnifica la superficie total de la empaquetadura estructurada, lo que se logra generalmente por medio de un número mayor de capas de empaquetadura y/o geometrías de canales más estrechas. La superficie total se da aritméticamente como suma de las superficies geométricas de las capas de empaquetaduras. Pero estas medidas incrementan la pérdida de presión en la empaquetadura estructurada. Pero de esto sigue que, para reducir la pérdida de presión, se tiene que prever una superficie total menor, lo que menoscaba la potencia de separación, es decir, la eficiencia de la empaquetadura. Se puede prever además canales cruzados más abiertos. Canales cruzados más abiertos significa que el ángulo de inclinación de los canales, relativo a la dirección de corriente principal, es seleccionado más pequeño. Esto significa que, dependiendo del caso de aplicación, se tiene que encontrar un punto óptimo entre pérdida de presión y la máxima potencia de separación posible.

Pero los canales cruzados tienen muchos puntos de contacto que pueden tener un efecto favorable en algunas aplicaciones, pero también desfavorables en otras.

En aplicaciones con corrientes de líquidos con buenas propiedades humectantes como en procesos de rectificación con fluidos orgánicos los puntos de contacto tienen el efecto de que una corriente de liquido incidente es separada y desviada a ambos lados de los canales. Esto incrementa la distribución transversal del liquido y mejora la eficiencia. Los puntos de contacto tienen además el efecto que la corriente de gas se presente principalmente en la dirección de los canales y no paralela a la dirección principal de corriente, lo que permite mejorar el transporte de materia por el gas.

Puede suceder que se forman zonas muertas en derredor de los puntos de contacto, donde el liquido participa en menor grado del intercambio material que el resto del liquido que se encuentra en la empaquetadura estructurada. Este fenómeno ya se conoce del documento US 6,387,332 Bl donde se describe una empaquetadura para rectificación criogénica con que se pretende reducir el ocurrir de semejantes zonas muertas. Según US 6,378,332 Bl, la solución es reducir el número de puntos de contacto entre las capas de empaquetadura mediante dobleces altos y planos alternantes de cada una de las capas de empaquetadura. Se consideran para ello, sin embargo, sistemas cuya tensión superficial baja produce aun asi una humectación óptima de la superficie total, es decir, las zonas atrás de los puntos de contacto aun así están mojados por liquido. De lo anterior sigue que la superficie de intercambio de materia efectivamente disponible se distingue, en el caso ideal, sólo por la superficie de contacto que es ocupado por los puntos de contacto. Sólo los puntos de contacto causan, entonces, una pérdida de superficie de intercambio material disponible. La superficie de intercambio material efectivamente disponible es aquella parte de la superficie total que es mojado por el fluido menos volátil, en la mayoría de los casos un líquido .

Se conoce entonces del documento US 6,378,332 Bl un método de rectificación que hace uso de una empaquetadura estructurada que posee una estructura de canales cruzados, es decir, que consiste de chapas onduladas o dobladas que está sobrepuestas en forma cruzada. Chapas adyacentes se tocan a lo largo de las crestas de ondas o en los cantos. Entre las chapas dobladas puede fluir un fluido más volátil a contracorriente a un fluido menos volátil, pudiendo presentarse un intercambio material. En el documento US 6,378,332 Bl se muestra un método para reducir el número de puntos de contacto entre dos chapas adyacentes. Se prevé para ello variar la altura de las crestas de onda o cantos de modo tal que sólo una parte de las crestas de onda o cantos de cada chapa posee la altura máxima. Es decir, las chapas se tocan entre si sólo a lo largo de las crestas de onda o cantos que tienen la altura máxima.

También se ha propuesto en diferentes documentos insertar elementos intermedios, dispuestos entre dos capas de empaquetadura, de modo que capas de empaquetaduras adyacentes tienen una distancia entre si; véase por ejemplo EP1063009 o EP1216752. Estos elementos intermedios son elementos de plancha de área grande que pueden tener una influencia considerable en la corriente de gas y/o liquido y probablemente causan en particular una mayor pérdida de presión .

En sistemas controlados por líquidos el transporte de materia es influenciado de manera significativa por el área de intercambio material. Esto vale en particular si las reacciones químicas transcurren en la fase líquida. EP 0 671 963 Bl propone al respecto acercar aún más las capas de empaquetadura por unidad de volumen de lo que es usual normalmente. Una desventaja de esto es nuevamente el mayor uso de material y la mayor pérdida de presión.

Ahora, sorprendentemente se ha mostrado que empaquetaduras con menos puntos de contacto y diferente disposición que reducen, por un lado, la pérdida de presión del gas y, por el otro, reducen la superficie total, tienen una influencia favorable sobre la potencia de absorción en sistemas controlados por líquidos, en particular si se presentan reacciones químicas en la fase líquida.

Según lo anterior, semejante estructura de empaquetadura se aplica preferentemente en sistemas controlados por líquidos y con ventaja en sistemas para la absorción de C02 de corrientes de gas. En este sistema se influye decisivamente al transporte material por una reacción química en la fase líquida. Este C02 se presenta en gases de escape que surgen, por ejemplo, en plantas de energía. El C02 es separado en una instalación de absorción posterior, comprimido y a continuación almacenado, por ejemplo en forma subterránea. Se requiere para la absorción una empaquetadura estructurada que produce tan poca pérdida de presión como sea posible y que hace posible, además, una potencia de separación alta.

El objetivo de la invención es, por lo tanto, reducir la pérdida de presión dentro de la empaquetadura porque así es posible ahorrar energía para la producción de la corriente de gas. Pero la reducción de la pérdida de presión no debe producirse en menoscabo de la superficie de intercambio de materia. Por lo tanto, un objetivo es prever una disposición de empaquetadura en un aparato de intercambio de materia que se caracteriza por un mejor aprovechamiento de la superficie total acompañado de una pérdida de presión baja y un uso de material reducido.

Este objetivo se logra mediante un dispositivo para la purificación de fluidos que comprende un aparato de intercambio de materias que contiene un fluido más volátil y un fluido menos volátil que contiene una empaquetadura estructurada; la empaquetadura estructurada referida contiene una primera capa de empaquetadura y una segunda capa de empaquetadura; la primera capa de empaquetadura y la segunda capa de empaquetadura tienen un perfil en forma de onda; por medio del perfil en forma de onda se forman unos canales abiertos; los canales de la primera capa se cruzan con los canales de la segunda capa de empaquetadura; por los canales puede fluir el fluido menos volátil de modo que el canal puede ser humectado por el fluido menos volátil en forma de una película, el fluido más volátil se encuentra dentro de la película; se puede realizar una purificación del fluido más volátil o del fluido menos volátil por medio de un intercambio de materia entre el fluido más volátil y el fluido menos volátil. La primera capa de empaquetadura está en contacto físico con la segunda capa de empaquetadura a través de elementos distanciadores; dichos elementos distanciadores son componentes de la primera o de la segunda capa de empaquetadura .

Los elementos distanciadores están configurados, preferentemente, como nervios. Ahora bien, si tales elementos distanciadores están previstos, entonces es posible aumentar la distancia de capas de empaquetaduras adyacentes, en particular, si los nervios se encuentran en los vértices que delimitan los canales abiertos. Por vértice puede entenderse tanto una cresta de onda como un canto, es decir, un pico que es formado" por dos superficies laterales adyacentes de un canal. Si aumenta la distancia entre dos capas de empaquetaduras, entonces es posible disponer menos capas de empaquetadura en el aparato de intercambio de material si no se desea modificar el volumen total ocupado por la empaquetadura. De esto sigue que la superficie total de la empaquetadura disminuye.

Este enunciado es correcto, ciertamente, en cuanto a la superficie total. Pero resulta que para ciertas aplicaciones este enunciado no es extensible a la superficie de intercambio de materia. Para la purificación de un fluido más volátil, en particular de un gas, el intercambio de materia se realiza en varias etapas parciales que discurren en secuencia. Los componentes contenidos en el gas, que deben ser separados, son transportados por difusión a la superficie limite con el liquido. ? continuación los componentes tienen que pasar por la superficie limite y ser absorbidos en el liquido. En particular es posible también que en el liquido transcurra una reacción química, de modo que los componentes queden ligados en el líquido y puedan ser descargados junto con el líquido. Ahora bien, si la velocidad de difusión o la cinética de reacción en el líquido toman más tiempo, en comparación con las etapas parciales precedentes, entonces esta velocidad de difusión o la cinética de reacción representan el factor limitante para todo el intercambio de materia. Para que el intercambio de materia pueda mejorar es necesario prever una superficie de intercambio de materia para el líquido tan grande como posible. El transporte de materia en el gas, empeorado a causa del número reducido de puntos de cruzamientos, no interfiere de manera decisiva en las aplicaciones mencionadas, controladas por líquido.

Otro objetivo de la invención consiste en seleccionar la disposición de los contactos de manera tal que los puntos de contacto causen un cambio desfavorable mínimo del intercambio de materia.

En particular, en el dispositivo según uno de los ejemplos de realización precedentes, los elementos distanciadores están dispuestos en la zona marginal de la primera capa de empaquetadura. Como zona marginal tiene que considerarse en particular una franja que está adyacente directamente al borde de la capa de empaquetadura.

Se entiende por longitud de la capa de empaquetadura, en montaje vertical de la capa de empaquetadura en el aparato de intercambio de materia, le extensión de la capa de empaquetadura en dirección horizontal. Como altura de la capa de empaquetadura se define en montaje vertical en el aparato de intercambio de materia la extensión de la capa de empaquetadura en dirección vertical. En aparatos de intercambio de materia que no tienen un eje vertical, tiene que entenderse correspondientemente por longitud de la capa de empaquetadura la extensión de esta en un plano perpendicular relativo al eje del aparato de intercambio de materia y por altura de la capa de empaquetadura la extensión de esta en dirección del eje del aparató de intercambio de materia.

La franja que forma la zona marginal tiene una longitud que corresponde a la longitud de la capa de empaquetadura respectivamente una altura que corresponde a la altura de la capa de empaquetadura. La franja tiene además una anchura que está definida como la distancia normal del borde de la capa de empaquetadura.

Esta anchura depende del ángulo de disposición del perfil en forma de onda de la capa de empaquetadura relativo al eje del aparato de intercambio de materia. La franja tiene una anchura máxima de dos veces la altura h del elemento distanciador , preferentemente una anchura máxima de 1.5 veces la altura h del elemento distanciador, derivándose h como sigue de la longitud a de un elemento distanciador : h = a eos (cp) A diferencia del estado de la técnica que aún busca una distribución uniforme de los puntos de contacto, pero que reducé el número de los puntos de contacto, se prescinde en la invención completamente de esta distribución uniforme de los puntos de contacto en la superficie total. Es decir: si se juntan los pocos puntos de contacto más estrechamente, entonces la estrangulación de corriente causa una corriente de regreso atrás de los puntos de contacto, con lo que se reduce sorprendentemente la superficie no humectada atrás del punto de contacto. En consecuencia, se producen menos puntos de contacto con menos superficie no humectada y, en suma, una proporción máxima de superficie de intercambio de materia con relación a la superficie total.

Según un ejemplo de realización ventajoso del dispositivo, los elementos distanciadores se encuentran en cada una de las capas de empaquetadura. En este caso todas las capas de empaquetadura son construidas idénticamente, lo que reduce la inversión de fabricación. Las capas de empaquetadura pueden producirse en forma continua de modo que una banda es doblada en forma continua, produciendo simultáneamente también los elementos distanciadores . La banda doblada y provista de elementos distanciadores es recortada a las dimensiones deseables. Los componentes recortados constituyen las capas de empaquetadura; cada segunda capa de empaquetadura es volteada, de modo que se genera una disposición cruzada de capas de empaquetadura cuando se colocan directamente una encima de la otra.

Ventajosamente los elementos distanciadores yacen en orientación vertical de las capas de empaquetadura una debajo de otra o una junto a otra. Los elementos distanciadores forman en particular una serie de puntos de contacto que se extiende o bien vertical u horizontal.

Otro objetivo de la invención es, por lo tanto, ofrecer una empaquetadura estructurada que posee una estabilidad mejorada con el mismo, o con un reducido, número de puntos de contacto. Para mejorar la estabilidad, el perfil en forma de onda posee una altura constante de ondulación .

El dispositivo se aplica de preferencia en una columna de absorción o desorción.

Un método de purificación de fluidos en un aparato de intercambio de materia que contiene una empaquetadura estructurada comprende las etapas: alimentación de un fluido menos volátil al aparato de intercambio de materia, distribuir del fluido menos volátil alimentado sobre la superficie total, alimentar de un fluido más volátil al aparato de intercambio de materia en un área de entrada de fluido, distribuir del fluido más volátil a contracorriente sobre la superficie total en el área de entrada de gas; el fluido más volátil fluye a contracorriente del liquido; recolectar el fluido más volátil que abandona la empaquetadura en un área de salida de fluido; la empaquetadura contiene una primera capa de empaquetadura y una segunda capa de empaquetadura; la primera capa de empaquetadura y la segunda capa de empaquetadura poseen un perfil en forma de onda con altura de ondulación constante; por medio del perfil en forma de onda se forma canales abiertas; los canales de la primera capa de empaquetadura se cruzan con los canales de la segunda capa de empaquetadura; el fluido más volátil fluye por los canales del área de entrada de fluido en dirección del área de salida del fluido; el fluido menos volátil envuelve el fluido más volátil que fluye por los canales y fluye a lo largo de las paredes de los canales . La primera capa de empaquetadura está en contacto físico con la segunda capa de empaquetadura por medio de elementos distanciadores, de modo que se presenta un intercambio de materia entre el fluido más volátil y el fluido menos volátil a través de la superficie de intercambio de materia formada por los canales.

La purificación se presenta gracias al intercambio de materias, mismo que depende de la velocidad con que los componentes, que deben ser retirados del fluido más volátil, son absorbidos por el fluido menos volátil, si es el fluido más volátil el que tiene que ser purificado, o de la velocidad con que los componentes, que deben ser eliminados del fluido menos volátil, son entregados por el fluido menos volátil cuando es el fluido menos volátil el que tiene que ser purificado, es decir, cuando se realiza un proceso de destilación (stripping) .

En particular si el fluido más volátil es un gas, el método puede ser usado por ejemplo, para la purificación de un gas conteniendo C02. El fluido menos' volátil es un liquido en que puede presentarse una reacción química.

Gracias a luso de elementos distanciadores y de una disposición de los puntos de contacto se hace posible una humectación máxima con líquido de la superficie total en los aparatos de intercambio de materia.

Preferentemente la empaquetadura estructurada consiste de capas de empaquetaduras cuyas dobleces tienen una altura uniforme. Esto produce una estabilidad alta de la empaquetadura que es importante en particular en columnas de gran diámetro. El número de los puntos de contacto entre las capas individuales de empaquetadura se realiza inventivamente mediante la introducción de elementos distanciadores entre las capas de empaquetadura.

Estos elementos distanciadores pueden estar realizados como nervios que consisten, por ejemplo, de alambres o tiras estrechas de chapa que son fijados en puntos determinados en las capas dobladas de empaquetadura, y que separan, por lo tanto, las capas de empaquetaduras por una distancia definida y en puntos definidos. Los elementos distanciadores pueden producirse mediante embutición profunda o estampado del material de la capa de empaquetadura, o del modo que las crestas de onda y los senos de onda entre las posiciones deseables de los elementos distanciadores son deformados de modo tal que la I altura de los pliegues es menor.

Los elementos distanciadores son fijados en puntos definidos, e.g. en el canto superior e inferior de la capa de empaquetadura. Al colocar las capas de empaquetadura individuales una encima de la otra los canales se tocan sólo en los elementos distanciadores en una región marginal en el canto superior e inferior de la capa de empaquetadura y ocasionan asi una reducción pronunciada de los puntos de contacto y una maximización de las superficie de intercambio de materia acompañada de una estabilidad de las capas de empaquetadura individuales.

A continuación se explica la invención más detalladamente mediante las figuras. Se muestra: Fig. 1 una vista de un dispositivo inventivo comprendiendo una multiplicidad de capas de empaquetaduras, Fig. 2a una representación seccionada de dos capas de empaquetadura adyacentes según Fig. 1, Fig. 2b una vista de dos capas de empaquetaduras adyacentes con perfil en forma de onda, Fig. 3 una representación de una capa de empaquetadura convencional indicando la ruta de corriente del fluido menos volátil, Fig. 4 una representación de los puntos de cruzamiento según la solución de acuerdo a US6378332, Fig. 5 una representación de los puntos de cruzamiento según un primer ejemplo de realización de la invención, Fig. 6 una representación de los puntos de cruzamiento según otro ejemplo de realización de la invención, Fig. 7 una representación de una variante de la disposición de los elementos distanciadores inventivos, Fig. 8a una representación referente a las medidas de los elementos distanciadores, Fig. 8b una representación de relaciones trigonométricas relativo al ejemplo de realización según Fig. 8a, Fig. 9a una ilustración de la deformación de la empaquetadura según el estado de la técnica bajo carga transversal, Fig. 9b una ilustración de la deformación de la empaquetadura inventiva bajo carga transversal, Fig. 10 una representación de una instalación de absorción, Fig. 11 comparación de una empaquetadura con y sin elementos distanciadores para una absorción con transporte de materia de control por liquido.

Fig. 1 muestra un dispositivo 1 según la invención, comprendiendo algunas capas de empaquetadura de una empaquetadura 7 estructurada que forman un cuerpo de empaquetadura. Por empaquetadura 7 estructurada se entiende un medio para intercambiar materia entre dos fases fluidas. La empaquetadura 7 estructurada es usada en un aparato 2 de intercambio de materia. El aparato de intercambio de materia puede estar realizado en particular como una columna 5.

La empaquetadura 7 estructurada consiste de una multiplicidad de capas de empaquetaduras que tienen entre si una relación geométrica que se repite en forma regular. A guisa de ejemplo de esta relación geométrica puede seleccionarse la distancia entre capas de empaquetadura adyacentes. De acuerdo a la relación geométrica, las distancias entre si de capas de empaquetadura adyacentes pueden adoptar periódicamente el mismo valor, de modo que del conjunto de las capas surge una estructura que se caracteriza por distancias idénticas o al menos periódicamente idénticas. La periodicidad se encuentra en toda la empaquetadura estructurada, por lo que la empaquetadura obtiene una estructura regular. La estructura puede estar conformada en particular como perfil en forma de onda.

En diferencia, empaquetaduras de cuerpos de relleno a granel consisten de cuerpos de relleno a granel, es decir, de elementos que tienen la misma estructura geométrica, pero cada uno de los cuerpos de relleno a granel pueden tener distancias arbitrarias de los cuerpos de relleno a granel adyacentes; es decir, no se puede detectar una periodicidad de estas distancia. Los cuerpos de relleno a granel son introducidos a granel en la columna. Ellos forman una acumulación en el piso de la columna. La acumulación se caracteriza por la disposición azarosa de los cuerpos de relleno a granel individuales.

Las capas de empaquetadura según Fig. 1 consisten de elementos de pared delgada que tienen un perfil en forma de onda. El perfil en forma de onda se caracteriza por una secuencia de elevaciones que se repiten periódicamente, es decir crestas de ondas y depresiones en forma de valles, es decir senos de onda. Este perfil en forma de ondas puede estar conformado en particular como doblado que tiene un perfil de zigzag con cantos en forma de picos. Las capas de empaquetadura son dispuestas entre si de modo tal que el perfil en forma de ondas de dos capas de empaquetadura adyacentes entre si está inclinadas en un ángulo relativo a la dirección principal de corriente. Los perfiles en forma de onda de capas de empaquetadura están dispuestos en forma cruzada entre si.

Fig. 2a muestra dos capas 10, 100 de empaquetadura adyacentes de la empaquetadura 7 estructurada según Fig. 1. Una primera capa 10 de empaquetadura está dispuesta adyacente a una segunda capa 100 de empaquetadura. La primera capa 10 de empaquetadura y la segunda capa 100 de empaquetadura pueden comprender en particular un elemento de chapa o un tejido metálico, pero alternativamente también elementos de plástico o de cerámica. Un elemento puede comprender la capa de empaquetadura en su totalidad, o formar sólo una parte de ésta. El elemento puede tener la forma de una plancha que tiene un perfil en forma de onda, en particular un perfil en zigzag o un perfil en forma de ondas con crestas y senos redondeados. El elemento puede comprender recubrimientos de plásticos o de cerámica para hacer la capa de empaquetadura más resistente a influencias químicas como la corrosión o influencias térmicas como, por ejemplo, la temperatura, o influencias mecánicas, como por ejemplo la presión.

La primera capa 10 de empaquetadura y la segunda capa 100 de empaquetadura en Fig. 2a son representadas en una vista que muestra una primera sección de la primera superficie 8 de la empaquetadura 7. La primera superficie 8 de la empaquetadura 7 está dispuesta esencialmente perpendicular con relación a la dirección" 6 principal de corriente. Con dirección 6 principal de corriente se designa la dirección de corriente en que un fluido más volátil, en particular un gas, fluye en la columna 5 sin obstáculos hacia arriba, es decir, en dirección a la cabeza de la columna 5. Alternativamente puede definirse como dirección principal de corriente también la dirección opuesta. En este caso, la dirección principal de corriente corresponde a la dirección en que un fluido menos volátil, es decir, generalmente un liquido pasa por la columna 5 sin obstáculos, es decir, en caída libre. En la empaquetadura la dirección de corriente se desvía localmente de la dirección principal de corriente porque la corriente es desviada por las capas de empaquetadura de la empaquetadura .

La primera capa 10 de empaquetadura de la empaquetadura 7 estructurada tiene un perfil en forma de ondas en que crea por medio del perfil en forma de ondas una multiplicidad de canales 12, 14, 16 abiertos. Los canales comprenden un primer seno 22 de onda, una primera cresta 32 de onda y una segunda cresta 42 de onda. La primera cresta 32 de onda y la segunda cresta 42 de onda delimitan el primer seno 22 de onda. La primera cresta 32 de onda y la segunda cresta 42 de onda tienen un primer vértice 33 y un segundo vértice 43. En el segundo vértice 43 de la segunda cresta 42 de onda se encuentra conformado un elemento 44 distanciador que se extiende en dirección al segundo vértice 43; el elemento distanciador referido está conformado como nervio. El primer seno 22 de onda tiene un fondo 23 de seno. El elemento 44 distanciador tiene un canto 45 que tiene una distancia 27 normal mayor del fondo 23 de seno del seno 22 de onda que el segundo vértice 43 de la segunda cresta 42 de onda del fondo 23 de seno del seno 22 de onda. Lo mismo vale del canto 35 del elemento 34 distanciador .

La distancia normal entre el primer vértice 33 de la cresta 32 de onda y el fondo 23 de seno del primer seno 22 de onda es designada como altura 28 de onda. La altura 28 de onda es, entonces, menor que la distancia 27 normal. En una capa de empaquetadura según la presente invención la altura 28 de onda es entonces, en particular, esencialmente constante; es decir, se ubica en el área de las tolerancias usuales que se ubican en el área de 0.5 mm.

También en el primer vértice 33 puede encontrarse un nervio 34. Selectivamente pude disponerse también en el primer fondo 23 de seno un nervio 24.

La segunda capa 100 de empaquetadura de la empaquetadura 7 estructurada tiene un perfil en forma de ondas en que se forma por medio del perfil en forma de ondas una multiplicidad de canales 112, 114, 116 abiertos. Los canales comprenden un primer seno 122 de onda, una primera cresta 132 de onda y una segunda cresta 142 de onda. La primera cresta 132 de onda y la segunda cresta 142 de onda delimitan el primer seno 122 de onda. La primera cresta 132 de onda y la segunda cresta 142 de onda tienen un primer vértice 133 y un segundo vértice 143. En el primer vértice 133 de la primera cresta 132 de onda se encuentra formado un nervio 134 que se extiende en dirección a la segunda cresta 133. En el segundo vértice 143 de la segunda cresta 142 de onda se encuentra un nervio 144 que se extiende en dirección al segundo vértice 143. El primer seno 122 de onda tiene un fondo 123 de seno. El nervio 134 tiene un canto 135 y el nervio 144 tiene un canto 145 que tienen una distancia normal mayor del fondo 123 de seno del seno 122 de onda que el segundo vértice 143 de la segunda cresta 142 de onda del fondo 123 de seno del seno 122 de onda. Al menos una parte del vértice puede estar conformada como canto. Al menos una parte de los senos de onda puede estar realizada en forma de v. La distancia normal entre fondo de seno y vértice según Fig. 2a es esencialmente la misma para todas las crestas de onda de la capa de empaquetadura.

Fig. 2b muestra dos capas de empaquetadura adyacentes de una empaquetadura estructurada con perfil en forma de ondas en que los vértices no tienen cantos puntiagudos sino están realizados en forma redondeada. En cuanto a lo demás se remite a la descripción de Fig. 2a.

Fig. 3 muestra la influencia de las disposiciones de los puntos de contacto sobre la superficie de intercambio de materia, por ejemplo, de la capa 10 de empaquetadura de la empaquetadura representada en Fig. 2a o Fig. 2b. Fig. 3a muestra una disposición según el estado de la técnica. La capa 10 de empaquetadura cubre la capa 100 de empaquetadura no visible porque se ubica en el plano de la figura atrás de esta. De la capa 10 de empaquetadura se muestra a guisa de ejemplo el primer vértice 33, el segundo vértice 43 y el fondo 23 de seno ubicado entre ellos. Los primeros y segundos vértices 33, 43 y el fondo 23 de seno forman cantos de doblado. Los vértices 33, 43 se apoyan en el fondo 123 de seno que pertenece a la capa 100 de empaquetadura. Desde luego posee cada una de las capas 10 de empaquetadura y de la capa 100 de empaquetadura en cada caso una multiplicidad de vértices y fondos de senos adicionales que no son designados mayormente porque no se diferencian de los vértices y fondos de seno designados. En Fig. 3 las lineas que pertenecen a los vértices de las crestas de onda son trazados más gruesas que las lineas que pertenecen a los fondos de senos. Se prevé además una linea interrumpida de trazos largos para los vértices de las crestas de ondas de la segunda capa 100 de empaquetadura, y una linea interrumpida de trazos cortos para los fondos de seno de la capa 100 de empaquetadura. En los puntos en que un fondo de seno de la capa 10 de empaquetadura se encuentra con un vértice de la capa 100 de empaquetadura surgen puntos 48 de contacto que se señalan en Fig. 3 mediante un circulo. Los puntos 48 de contacto están distribuidos de manera uniforme sobre la superficie total en las dos capas 10, 100 de empaquetadura mostradas.

Se aprecia de Fig. 3 que los puntos de contacto se ubican muy juntos uno al otro, por lo que se produce una gran cantidad de zonas 46 pequeñas que no son humectadas por el fluido menos volátil y, con ello, una proporción relativamente pequeño de superficie de intercambio de materia relativa a la superficie total. En Fig. 3 se muestra sólo una única zona 46; las flechas 47 simbolizan la corriente del fluido menos volátil.

Fig. 4 muestra el caso en que los puntos de contacto son reducidos, por ejemplo, por medio de un doblado de las capas de empaquetaduras tal como se propone en el documento US 6'378 '332 Bl . Ciertamente se producen asi en total claramente menos zonas 46 no humectadas, pero en cambio mucho más grandes a causa de la corriente del fluido menos volátil, señalado mediante las flechas 47. En resumen se presente de nuevo una proporción menor de intercambio de materia en la superficie total. Más adelante, en Fig. 9, se hará referencia con detalle a la forma geométrica de las capas de empaquetadura según Fig. 4.

Fig. 5 muestra una disposición de los puntos 48 de contacto entre dos capas 10, 100 de empaquetadura adyacentes según la invención. La capa 100 de empaquetadura está dispuesta atrás de la capa 10 de empaquetadura. En cuanto a la representación se remite a Fig. 3. El número de puntos de contacto está reducido relativo a la superficie de la capa 10 de empaquetadura. En particular, los puntos de contacto no están distribuidos uniformemente sobre la superficie total.

La capa 10 de empaquetadura comprende una primera delimitación 50 marginal y una segunda delimitación 60 marginal; la primera delimitación 50 marginal está dispuesta esencialmente paralela a la segunda delimitación 60 marginal. En caso de orientación vertical de la capa de empaquetadura, la delimitación 50 marginal forma una superficie limítrofe superior, y la segunda delimitación 60 marginal una superficie limítrofe inferior. La capa 10 de empaquetadura comprende además una primera delimitación 51 marginal y una segunda delimitación 61 marginal. La primera delimitación 51 marginal y la segunda delimitación 61 marginal se extienden, en caso de orientación vertical de la capa de empaquetadura, en una empaquetadura adyacente a la pared interna del aparato de intercambio de materia, en particular de la columna, o a lo largo de un límite de segmento, a la que en grandes aparatos de intercambio de materia sigue adyacente otro segmento de empaquetadura. En aparatos de intercambio de materia con diámetro grande, por ejemplo de lm o más, resultó práctico para simplificar la producción y el montaje, subdividir la empaquetadura en segmentos de empaquetadura. Un segmento de empaquetadura se extiende sólo sobre una parte de la superficie transversal del aparato de intercambio de materia. Varios de estos segmentos de empaquetadura están dispuestos uno junto al otro, de modo que el conjunto de los segmentos de empaquetadura cubre la superficie transversal total del aparato de intercambio de materia. Los puntos 48 de contacto están dispuestos cerca de la primera y/o segunda delimitación 50, 51, 60, 61 marginal. Los puntos de contacto tienen preferentemente unos elementos distanciadores . Estos elementos distanciadores pueden estar conformados como protuberancias o como nervio. Una multiplicidad de elementos distanciadores que tienen la misma estructura como uno de los elementos 34, 44 distanciadores según Fig. 2a o Fig. 2b, están dispuestos cerca de la primera delimitación 50, 51 marginal.

Alternativa o complementariamente puede disponerse una multiplicidad de elementos 24 distanciadores cerca de la segunda delimitación 60, 61 marginal. Desde luego es posible también que elementos distanciadores se encuentren cerca de al menos respectivamente una de las delimitaciones marginales primeras y segundas.

En Fig. 6 se representa además otra variante en que los puntos de contacto están dispuestos no densamente uno junto al otro, sino uno encima del otro. También aquí una corriente de liquido que baja a lo largo de los puntos de contacto causa una minimización de la superficie no humectada entre los puntos de contacto.

La disposición horizontal de los puntos de contacto según Fig. 5 tiene la ventaja de que las zonas no humectadas atrás de los puntos de contacto inferiores, cercanos a la orilla, no pueden formarse porque el liquido se acumula en el limite entre dos empaquetaduras colocadas una encima de la otra. En principio es ventajoso localizar puntos de contacto cerca de la delimitación 50, 60, 51, 61 marginal porque la humectación es desfavorable aquí ya tan sólo por motivo de otras influencias desfavorables. En cambio, si se coloca los puntos de contacto en el interior de la capa de empaquetadura, otra proporción de la superficie total es mal humectada que, de otra modo, no sufriera menoscabo.

Una vista de una capa 10 de empaquetadura según la invención se representa en Fig. 7. La capa 10 de empaquetadura se representa además en Fig. 7 en proyección. La empaquetadura 1 estructurada asociada comprende la primera capa 10 de empaquetadura y una segunda capa 100 de empaquetadura; la segunda capa 100 de empaquetadura tiene preferentemente un perfil en forma de ondas igual como la primera capa 10 de empaquetadura. La primera capa 10 de empaquetadura y la segunda capa 100 de empaquetadura están dispuestas de modo que los canales de la primera capa 10 de empaquetadura se cruzan con los canales de la segunda capa 100 de empaquetadura. La primera capa 10 de empaquetadura está en contacto físico con la segunda capa 100 de empaquetadura por medio de al menos un nervio 24, 44. Los nervios están dispuestos en cada una de la primera y segunda capa 10, 100 de empaquetadura. Los nervios están dispuestos preferentemente tal como en Fig. 5 o Fig. 6. La segunda capa 100 de empaquetadura no se representa en Fig. como dibujo para simplificar. Los nervios de la primera capa 10 de empaquetadura están en contacto físico con los nervios de la segunda capa 100 de empaquetadura. Los nervios 44 están dispuestos preferentemente cerca de la primera delimitación 50 marginal de modo que están realizados como elevaciones en el primer lado 11 de la capa 10 de empaquetadura. Los nervios 24 que están dispuestos cerca de la segunda delimitación 60 marginal están conformados como elevaciones en un segunda lado 13 de la capa 10 de empaquetadura. El primer lado 11 de la capa 10 de empaquetadura está dispuesto opuesto al segundo lado 13 y forma respectivamente una superficie de la capa de empaquetadura .

Los nervios pueden estar dispuestos, en particular, uno debajo del otro en caso de orientación vertical de las capas 10, 100 de empaquetadura primera y segunda. Como alternativa a esto, o en combinación, los nervios pueden estar dispuestos juntos unos a otros en caso de orientación vertical de las capas primera y segunda de empaquetadura .

A lo largo de un vértice de las capas 10, 100 de empaquetadura pueden estar dispuestos también otros elementos distanciadores que no tienen que ser conformados o no exclusivamente como nervios. Semejante elemento distanciador puede conformarse de una elevación arbitraria que se proyecta más allá de la altura normal de doblado. Por altura de doblado se entiende la distancia entre una cresta de onda y un seno de onda adyacente. Cuando la cresta de onda tiene en su vértice una curvatura finita, la distancia está definida como la distancia normal de ambas tangentes del punto de vértice paralelas entre si. Si la curvatura es infinita, es decir, si el vértice está puntiagudo y el punto más alto, por lo tanto, no tiene una tangente unívocamente definida, entonces el punto más alto está fijado en un plano que contiene todos los vértices de un lado de una capa de empaquetaduras. También por el punto más bajo de un seno de onda se traza un plano que contiene todos los puntos del seno de onda y de otros senos de onda. Ambos planos debieran estar paralelos entre sí. De esto sigue que la altura de doblado es la distancia normal entre ambos planos. Elementos distanciadores así se extienden sobre una parte del vértice o del canto. Los elementos distanciadores pueden producirse mediante embutición profunda de la pieza bruta para una capa de empaquetadura, por ejemplo, de una chapa de empaquetadura o mediante colocación de un elemento en forma de tramo, e.g. dé un elemento de alambre o de un elemento de barra, a lo largo del canto superior. Ventajosamente los elementos distanciadores son fijados en un lado en los vértices de las crestas de onda o los senos de valle de los dobleces. Preferentemente los elementos distanciadores son fijados a lo largo de la opuesta o de la misma zona 50, 60 marginal.

La ventaja de esta disposición consiste en que una pieza bruta puede ser producida con longitud sinfín. Semejante pieza bruta puede consistir de material en forma de banda, por ejemplo como chapa en forma de plancha. De material en forma de banda se hacen recortes a continuación formando secciones de longitud definida. Estas secciones son transformadas por ejemplo por medio de un proceso de deformación en un " perfil en forma de ondas. Alternativamente se usa para ello un material en forma de banda que ya tiene un perfil en forma de onda. La sección cortada a medida con el perfil en forma de ondas forma entonces la capa de empaquetadura. A este perfil en forma de ondas puede ser superpuesto durante el proceso de deformación un proceso de embutición profunda, de modo que se producen durante el proceso de deformación los elementos distanciadores por medio de embutición profunda. Alternativamente es posible un proceso de producción en que las regiones entre los nervios son doblados de modo diferente o son ligeramente estampados a profundidad, de modo que tienen una altura diferente de los nervios. Una primera capa 10 de empaquetadura y una segunda capa 100 de empaquetadura son colocadas de manera justa una encima de la otra de modo que se voltea cada segundo perfil en forma de ondas. Entre todas las capas de empaquetadura se encuentra respectivamente una hilera de elementos distanciadores cerca de la delimitación marginal superior e inferior y/o cerca de las delimitaciones marginales laterales .

Fig. 8 ilustra la determinación de la longitud de un elemento distanciador producido por medio de embutición profunda en un vértice 33, 43 del perfil en forma ondulada de la primera capa 10 de empaquetadura. Los vértices 33, 43 están dispuestos en un ángulo f (fi) relativo a la dirección 6 de corriente principal y tienen una distancia b0 del primer vértice 33 al segundo vértice 43. La distancia b0 puede ser en particular constante. Se encuentra además la distancia b0 entre el primer fondo 23 de seno y el segundo fondo 26 de seno. En Fig. 8 el primer fondo 23 de seno coincide con el primer seno 22 de onda y el segundo fondo 26 de seno con el segundo seno 25 de onda. La longitud de un elemento 24, 34, 44 distanciador está designada con "a". La longitud "a" es la extensión longitudinal del elemento distanciador en dirección del vértice asociado. La longitud "a" está seleccionada preferentemente de modo que cada vértice de la primera capa 10 de empaquetadura tiene un punto de cruzamiento con un vértice de la segunda capa 100 de empaquetadura justamente donde se encuentra un elemento distanciador. El elemento distanciador de la capa 10 de empaquetadura está en contacto físico con un punto de contacto del vértice de la segunda capa 100 de empaquetadura. El punto de contacto puede ser parte, pero no tiene que serlo forzosamente, de un elemento distanciador de la segunda capa 100 de empaquetadura . a = bo / sin (2 cp) Esta proporción se obtuvo en la suposición de que el ángulo de inclinación fi (cp) de la primera capa de empaquetadura es de la misma magnitud que el ángulo de inclinación de la segunda capa de empaquetadura.

Fig. 8 se basa en esta suposición. La longitud del elemento distanciador a tiene que ser justamente tal que secciona exactamente un elemento distanciador de la segunda capa de empaquetadura o la cresta de onda de esta. Es decir, cuando el punto A de intersección está justo en el punto extremo del primer elemento distanciador, entonces el puntos B de intersección se encuentra justo un poco afuera de la longitud a del segundo elemento distanciador. Debido a que no es posible representar estas diferencias infinitesimales gráficamente se ha dibujado en Fig. 8b dos puntos de intersección para la primera cresta de la segunda capa de empaquetadura.

Si la segunda capa de empaquetadura es desplazada a la izquierda - referido a la posición de las capas de empaquetadura en Fig. 8b, el punto de sección A se desplaza a lo largo de la longitud del elemento a distanciador hasta el extremo opuesto al punto A del elemento distanciador.

En el caso representado, la segunda capa de empaquetadura se ubica justamente de modo que se presenta un caso límite en que en el punto ? existe un punto de intersección con el elemento distanciador, pero en el punto B justamente no hay punto de intersección con el elemento distanciador. Debido a que el ángulo de inclinación de "ambas capas 10, 100 de empaquetadura adyacentes es de la misma medida, la distancia AB a lo largo del vértice de la cresta de onda de la segunda capa de empaquetadura corresponde también a la longitud del elemento a distanciador .

Consecuentemente, el triángulo ABC con las longitudes de lados x, a, a es isósceles. Resulta también que el ángulo entre los dos lados a es justamente 2 f. Se señala también b0, la longitud de onda, es decir, la distancia normal entre dos vértices adyacentes de crestas de onda de la primera capa de empaquetadura. Este triángulo tiene que tener un ángulo recto y encerrar el ángulo 2<p en el canto B.

Se produce así entonces la relación deseable para a usando el ángulo f de inclinación y la longitud b0 de onda . a = b0 / sin (2 f) Preferentemente la altura de los elementos distanciadores se ubica en el área de 10 a 30% de la altitud de capa, de modo que se producen aberturas entre las capas de empaquetadura individuales de justamente esta magnitud de valores. Las aberturas ascienden como mínimo a 1.5 mm para sistemas acuosos. Aberturas más estrechas puede ser desventajosas porque líquido, en particular agua, pueden sentarse entre dos cantos adyacentes, permanecer allí, y formar un puente" de líquido.

En Fig. 9a se representa una capa de empaquetadura de forma constructiva conocida con doblados de diferente altura para reducir los puntos de contacto. La desventaja de esta forma constructiva consiste en que la capa de empaquetadura es aplastada en caso de cargas sobre el lado superior o inferior; las flechas 20, 21 indican la dirección de la fuerza. Los doblados comprenden un primer vértice 65 y un segundo vértice 85 y un seno 75 de onda entre éstos. El primer y el segundo vértice 65, 85 pueden estar en contacto con una capa de empaquetadura adyacente no representada. Entre el primer vértice 65 y el fondo 75 de seno se encuentran un seno 66 de onda intermedio y una cresta 67 de onda intermedia que forman un doblado. El seno 66 de onda intermedio tiene un fondo 68 de seno intermedio y la cresta 67 de onda intermedia tiene un vértice 69 intermedio. La distancia 70 normal entre el fondo 68 de seno intermedio y la cresta 69 intermedio es menor que la distancia 71 normal entre el vértice 65 y el fondo 75 de seno. La distancia 70 normal está aproximadamente de la mitad de la magnitud, en el ejemplo de realización mostrado en Fig. 9a, que la distancia 71 normal. El seno 66 de onda intermedio y la cresta 67 de onda intermedia forman entonces un doblado de media altura. El doblado de media altura sirve como zona de deformación y puede ser deformada. Pero a causa de esta deformación - no puede construirse un cuerpo de empaquetadura estable, ni tampoco es posible mantener una altura definida de capas de la empaquetadura. La altura de la capa corresponde a la distancia 71 normal precedentemente definida.

Gracias a la forma constructiva inventiva es posible superar este problema. Según se muestra en Fig. 9b, una capa de empaquetadura que tiene elementos distanciadores en cada doblado puede aplastarse mucho menos y la capa de empaquetadura puede someterse, por lo tanto, a cargas mayores en el lado superior e inferior. Esto permite la construcción de cuerpos de empaquetadura estables y garantiza una altura de capas esencialmente constante.

Fig. 10 muestra una instalación 90 de absorción. La instalación 90 de absorción comprende dos aparatos de intercambio de materia: un equipo de absorción 91 y un equipo de desorción 92 que están realizados en particular como columnas. En la instalación de absorción se separa en el equipo de absorción 91 uno o varios componentes de la corriente de gas. Para esto se emplea un solvente liquido o un agente de absorción. En el equipo de desorción 92 se purifica el solvente o el agente de absorción de los componentes recogidos.

Tanto la absorción como la rectificación son métodos de separación para extraer de una corriente 93 de uso presente uno o varios componentes. La rectificación se usa para separar mezclas de líquidos gracias a que los componentes individuales tienen diferentes temperaturas de ebullición; por rectificación se entiende una destilación continua que comprende en particular varias etapas de separación. En cambio en la absorción se absorbe uno o varios componentes de una corriente de gas con la ayuda de un solvente o agente 94 de absorción apropiado y se separa así de la corriente de gas. El producto de cabeza del equipo de absorción 91 es por lo tanto una corriente 95 de gas purificada. El producto 96 residual del equipo de absorción 91 es un agente de absorción o solvente cargado del o de los componentes. Puede resultar conveniente por motivos económicos, energéticos o ecológicos purificar el agente de absorción o el solvente y volver a alimentarlos como solvente o agente de absorción 94 purificados al equipo de absorción. La purificación del agente de absorción o del solvente se lleva a cabo en el equipo de desorción 92. El agente de absorción o el solvente cargados, es decir, el producto 96 residual del equipo de absorción forma la corriente de entrada del equipo de desorción. Esta corriente de entrada es cargada, según Fig. 10, en forma de liquido al equipo de desorción. El equipo de desorción 92 puede contener una o varias empaquetaduras según uno de los ejemplos de realización precedentes. El Solvente o agente de absorción cargados fluyen en dirección del lodo 95 del equipo de desorción. En el lodo se evapora el agente de absorción o solvente al menos en parte, para lo que se prevé un evaporador 98 de lodo. El agente de absorción o solvente evaporado en el evaporador de lodo contiene los componentes por separar y absorbe durante el ascenso en la columna los componentes por separar de la corriente de entrada del agente de absorción o solvente que fluye en dirección al depósito. De esta manera se genera en el equipo de desorción una corriente 99 parcial gaseosa que está enriquecida con componentes por separar. Estos componentes por separar pueden separarse de la corriente 99 parcial gaseosa por via térmica, es decir por condensación, o por medio de etapas de separación posteriores.

Como alternativa o complemento pueden preverse dispositivos de expansión cuando el equipo de desorción tiene que operarse con presión más baja que el equipo de absorción, o dispositivos de compresión si el equipo de desorción tiene que ser operado con presión mayor que el equipo de absorción.

En general, en la rectificación el transporte de materia se presenta en ambas direcciones entre gas y liquido gracias a una reducción de temperatura del lodo a la cabeza. El fluido con punto de ebullición más alto condensa de la fase gaseosa y es absorbido en el liquido, y el fluido con punto de ebullición bajo evapora de la fase liquida a la fase gaseosa. En la absorción se presenta el transporte de materia sólo en una dirección: aquí se absorbe el gas por el liquido.

La diferencia entre rectificación y absorción es, sin embargo, que en la rectificación la corriente de gas y de liquido están acoplados entre si, pero en la absorción ambas corrientes pueden ajustarse independientemente la una de la otra. En la rectificación se evapora una cantidad definida de liquido y sube en dirección a la cabeza de columna hacia arriba en la columna. En la cabeza de la columna todo el vapor es condensado y se regresa al menos en parte de nuevo como corriente de liquido a la columna. La cantidad de liquido máximamente pensable seria, entonces, la cantidad total de vapor que llega a la cabeza de columna. Si se evapora más liquido en el lodo, también puede fluir más liquido de regreso. En este sentido ambas corrientes están acopladas entre si, y el transporte de materia depende sustancialmente de la corriente de vapor.

Consecuentemente las aplicaciones de rectificación se controlan usualmente por el lado del gas.

En contraste, en aplicaciones de absorción es posible ajustar diferentes condiciones de operación con la ayuda de bombas y ventiladores; una corriente grande de agente de absorción puede ponerse en contacto con una corriente relativamente pequeña de gas, o viceversa. Además, los agentes de absorción pueden ligar los componentes de gas de maneras diversas: por vía física, mediante reacción química o tanto físico como químico. La selección de un agente de absorción o solvente para determinados componentes de gas y las concentraciones en gas y líquido son determinantes de si el transporte de materia se controla más bien por parte del gas o por parte del líquido.

Con la finalidad de verificar la aplicabilidad de la empaquetadura inventiva se produjo un prototipo de una empaquetadura que contiene elementos distanciadores : de una empaquetadura convencional se retiran pocas capas de empaquetadura y el espacio generado es uniformado por medio de elementos distanciadores del mismo espesor, insertados entre las capas de empaquetaduras restantes. Cada capa de empaquetadura recibe así una distancia rígidamente definida de las dos capas de empaquetadura adyacentes, por lo que se produce una abertura entre todas las capas de empaquetadura que tiene una anchura definida. En el caso investigado, esta anchura es de 1.5 mm. Se reduce además el número de puntos de contacto en el prototipo de 79' 500m-3 a 18' 000?? 3 y la superficie total de 205m2/m3 a 190m2/m3. La reducción de la superficie total tiene estar acompañado de una reducción de la potencia de separación o de le eficiencia de la empaquetadura si no hay otras medidas que compensan esta pérdida. Según el documento US 6' 378' 322 Bl es posible tener modalidades que muestran un efecto ventajoso de separación en la rectificación no obstante la reducción de la superficie total.

El prototipo precedentemente mencionado fue probado primeramente en una aplicación de rectificación. La empaquetadura se instaló para esto en una columna de ensayo de 250 mm diámetro interior y se midió a presión atmosférica aplicando el sistema de ensayo benceno de cloro/benceno de etilo. Los ensayos prueban lo que se supuso desde antes: gracias a la superficie transversal más abierta que es generada a causa de las aberturas, se reduce ligeramente la pérdida de presión por la empaquetadura en comparación con una empaquetadura sin elementos distanciadores . La reducción de la superficie total, en cambio, produce una reducción de la potencia de separación. La empaquetadura que tiene elementos distanciadores tiene menos etapas de separación por metro (NTS : número de etapas teoréticas por metro, por sus siglas en inglés) que si no tiene elementos distanciadores. Decisivos para la comparación son los puntos debajo del punto de carga, en el ejemplo presente debajo del factor F 3Pa0'5. El factor F es una medida para la velocidad promedia de gas en la columna vacia multiplicada por la raíz de la densidad del gas. El factor F es proporcional a la energía cinética del gas. Por punto de carga se entiende un punto de interacción aumentada gas-líquido.

Los valores NTSM correspondientes son 1-6/m para la empaquetadura que tiene elementos distanciadores y 1.7/m para la empaquetadura sin elementos distanciadores. El valor NTSM es una magnitud característica para la potencia de separación. Tanto mayor el número NTSM, tanto mayor la potencia de separación de la empaquetadura. Por lo tanto, no se mejoró la potencia de separación con relación a la superficie total.

Estos descubrimientos señalan hasta aquí que la empaquetadura inventiva con puntos de contacto reducidos y distancias mayores entre las capas de empaquetadura ciertamente reduce la pérdida de presión, pero conlleva adicionalmente también una reducción de la potencia de separación en la rectificación. Semejante empaquetadura en la rectificación es, consecuentemente, sin utilidad y se diferencia por lo tanto fundamentalmente de la empaquetadura presentada en el documento US 6' 378' 322 Bl que, por lo visto, es ventajosa para la rectificación.

Sorprendentemente resultó de ensayos adicionales que existen sistemas de materias para los cuales la empaquetadura inventiva produce una mejora de la potencia de separación por superficie total. El enfoque principal es en sistemas con gran tensión superficial -generalmente sistemas acuosos- que tienen en general a tener una humectación pobre de la superficie total. Sobre todo en la absorción se aplican con más frecuencia soluciones acuosas que humectan la superficie total disponible en forma de una película de líquido sólo con corriente de volumen muy grandes. Una humectación pobre de la superficie total de la empaquetadura en cambio produce forzosamente una reducción de la potencia de separación. Una empaquetadura estructurada debiera tener, por lo tanto, en una aplicación de absorción las siguientes características: poca pérdida de presión sobre la empaquetadura y ofrecer una superficie total tan grande como posible en que ésta tiene que humectada por el líquido tan completo como posible.

La hipótesis que explica por qué una reducción de los puntos de contacto produce una mejor potencia de absorción es la siguiente: a causa de las características pobres de humectación de los líquidos usados se forma atrás de los puntos de contacto en la capa de empaquetadura unas zonas que no son humectados en absoluto por el liquido. Por lo tanto no es posible aprovechar completamente la superficie total por el liquido. El liquido es inhibido de continuar su fluir en los puntos de contacto, se acumula y desvia hacia los lados. Algo semejante se ha detectado también cuando agua fluye como película bajando por una superficie plana y la corriente es interrumpida repentinamente por un objeto introducido (e.g. un dedo que se coloca en el plano) . Atrás del objeto se rompe la corriente de película y se genera una superficie seca, no humectada que sólo vuelve a humectarse cuando el objeto es retirado de la corriente.

El sistema de materia investigado es un sistema acuoso controlado por el líquido. Mediante sosa cáustica se absorbe CO2 que se encuentra en el aire ambiental y se liga químicamente. La reacción química en el líquido sucede tan rápido que la absorción se limita en principio a la superficie limítrofe entre la fase de gas y de líquido. Esto significa que lo decisivo es la proporción de la superficie de intercambio de materia en la superficie total. Todos los demás mecanismos tienen un papel subordinado .

Con la ayuda de correlaciones apropiadas (Cf. Duss et al.: "Effective Interfacial Area and Liquid Hold-up of Nutter Rings at High Liquid Loads", Chemical Engineeríng & Technology 24 (7), 2001 pp. 716-723) es posible determinar directamente de los resultados de mediciones la superficie de intercambio de materia efectivamente disponible. Según muestra Fig. 11, la empaquetadura con elementos distanciadores y un número reducido de puntos de contacto conlleva una superficie mayor de intercambio de materia, la superficie total menor no obstante, que la empaquetadura sin elementos distanciadores y con muchos puntos de contacto. Esto significa que la potencia de separación puede ser mejorada de hecho en sistemas de materias controlados por el liquido mediante la reducción de los puntos de contacto y una disposición apropiada de los puntos de contacto. Igualmente es posible reducir la pérdida de presión gracias a la aplicación de elementos distanciadores, al igual que el uso de material, porque se requiere un número menor de capas de empaquetadura. La curva inferior de Fig. 11 muestra la superficie de intercambio de materia para una empaquetadura estructurada comercial del tipo Mellapak™ con carga creciente del aparato de intercambio de materia con fluido menos volátil; la carga L es graficada en m3/m2 h en el eje x. La curva superior de Fig. 11 muestra en comparación la superficie de intercambio de materia relativa a la superficie total para una empaquetadura estructurada según la invención. Resulta para todos los puntos de medición considerados que la proporción precedente es mayor si se usa una empaquetadura con elementos distanciadores que para una empaquetadura sin elementos distanciadores.

Semejantes sistemas se encuentran principalmente en la preparación por absorción de gases de escape en que componentes problemáticos deben ser extraídos de la corriente de gas de escape con la ayuda de soluciones reactivas acuosas. Como ejemplo se menciona la absorción de CO2 nocivo para el clima de gases de escape de plantas de energía con la ayuda de medios de absorción acuosos que pueden contener materias orgánicas o inorgánicas básicas, e.g. MEA o potasa.

En semejantes sistemas de materias es donde la empaquetadura con un número reducido de puntos de contacto muestra una reducción significativa de la pérdida de presión y, sorprendentemente, un incremento de la potencia de separación en comparación con empaquetaduras comparables que tienen muchos puntos de contacto y carecen de aberturas entre las capas de empaquetadura.

La empaquetadura, por lo tanto, es excelentemente apropiada para su aplicación en particular en la absorción de C02 de gases de escape de plantas de energía mediante soluciones básicas acuosas.

Claims (22)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para la purificación de fluidos comprendiendo un aparato de intercambio de materia que contiene un fluido más volátil y un fluido menos volátil, que contiene una empaquetadura estructurada en que la empaquetadura estructurada contiene una primera capa de empaquetadura y una segunda capa de empaquetadura, en que la primera capa de empaquetadura y la segunda capa de empaquetadura tienen un perfil en forma de ondas, en que el perfil en forma de ondas forma unos canales abiertos en que los canales de la primera capa de empaquetadura se cruzan con los canales de la segunda capa de empaquetadura, en que los canales pueden ser pasados por una corriente del fluido menos volátil de modo que el canal puede ser humectado por el fluido menos volátil formándose una película del fluido menos volátil en la superficie del canal; se puede llevar a cabo una purificación ya sea del fluido más volátil o del fluido menos volátil mediante un intercambio de materia entre el fluido más volátil y el fluido menos volátil, caracterizado porque la primera capa de empaquetadura está en contacto físico con la segunda capa de empaquetadura a través de unos elementos distanciadores siendo los elementos distanciadores componente de la primera o de la segunda capa de empaquetadura.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos distanciadores están realizados como nervios.

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los elementos distanciadores se encuentran en los vértices que delimitan los canales abiertos.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los elementos distanciadores están dispuestos en una zona marginal de la primera o de la segunda capa de empaquetadura.

5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque la zona marginal comprende una franja que se ubica directamente adyacente a la orilla de la capa de empaquetadura.

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque la franja tiene una longitud que corresponde a la longitud de la capa de empaquetadura; la longitud de la capa de empaquetadura es, en caso de instalación vertical de la capa de empaquetadura en el aparato de intercambio de materia, la extensión de la capa de empaquetadura en dirección horizontal.

7. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque la franja tiene una longitud que corresponde a la longitud de la capa de empaquetadura; la longitud de la empaquetadura es la extensión de la capa de empaquetadura en un plano perpendicular al eje del aparato de intercambio de materia.

8. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque la franja tiene una altura que corresponde a la altura de la capa de empaquetadura; la altura de la capa de empaquetadura en caso de instalación vertical en un aparato de intercambio de materia es la extensión de la capa de empaquetadura en dirección vertical .

9. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque la franja tiene una altura que corresponde a la altura de la capa de empaquetadura; la altura de capa de empaquetadura es la extensión de la capa de empaquetadura en dirección del eje del aparato de intercambio de materia.

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado porque la franja tiene una anchura máxima de dos veces la altura del elemento distanciador .

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado porque la franja tiene una anchura máxima de 1.5 veces la altura del elemento distanciador.

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los elementos distanciadores se encuentran en la segunda capa de empaquetadura .

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los elementos distanciadores, en caso de orientación vertical de las primeras y segundas capas de empaquetadura, se ubican uno encima del otro o uno junto al otro.

14. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el perfil en forma de ondas tiene una altura de onda esencialmente constante.

15. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el aparato de intercambio de materia es un equipo de absorción.

16. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el aparato de intercambio de materia es un equipo de desorción.

17. Método para la purificación de fluidos en un aparato de intercambio de materia que contiene una empaquetadura estructurada comprendiendo las etapas: alimentar un fluido menos volátil al aparato de intercambio de materia; distribuir el fluido menos volátil en la superficie total; alimentar un fluido más volátil al aparato de intercambio de materia en una región de entrada de fluido; distribuir del fluido más volátil en la región de entrada de gas sobre la superficie total; el fluido más volátil fluye a contracorriente del liquido; recolectar del fluido más volátil que abandona la empaquetadura en una región de salida de fluido; la empaquetadura estructurada contiene una primera capa de empaquetadura y una segunda capa de empaquetadura; la primera capa de empaquetadura y la segunda capa de empaquetadura tienen un perfil en forma de ondas con una altura de onda constante; mediante el perfil en forma de ondas se forman unos canales abiertos; los canales de la primera capa de empaquetadura se cruza con los canales de la segunda capa de empaquetadura; el fluido más volátil fluye a través de los canales de la región de entrada de fluido en dirección a la región de salida de fluido; el fluido menos volátil envuelve el fluido más volátil que fluye a través de los canales y fluye a lo largo de las paredes de los canales; la primera capa de empaquetadura están en contacto físico con la segunda capa de empaquetadura a través de elementos distanciadores; los elementos distanciadores son componentes de la primera o de la segunda capa de empaquetadura de modo que se lleva a cabo un intercambio de materia entre el fluido más volátil y el fluido menos volátil a través de la superficie de intercambio de materia formada por los canales.

18. Método según la reivindicación 17, caracterizado porque la purificación se lleva a cabo mediante intercambio de materia que depende de la velocidad con que los componentes que deben ser eliminados del fluido más volátil son absorbidos por el fluido menos volátil.

19. Método según la reivindicación 17, caracterizado porque la purificación se lleva a cabo mediante intercambio de materia que depende de la velocidad con que los componentes que deben ser eliminados del fluido menos volátil son entregados por el fluido menos volátil.

20. Método según una de las reivindicaciones 17 a 19 precedentes, caracterizado porque el fluido más volátil es un gas.

21. Método según la reivindicación 20, caracterizado porque el gas es un gas conteniendo CO2.

22. Método según una de las reivindicaciones 17 a 21 precedentes, caracterizado porque el fluido menos volátil es un liquido en que ocurre una reacción química.