MX2013013097A - Empaque de reactor. - Google Patents

Empaque de reactor.

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Abstract

Se describe un empaque estructurado para su inserción en un reactor que tiene una entrada, una salida, una pared y un eje. El empaque comprende una primera parte, es decir, un núcleo de reactor y una segunda parte, es decir, una cubierta de reactor. La segunda parte está libre para moverse con relación a la primera parte. La primera parte y la segunda parte se insertan en el reactor de tal manera que la primera parte se ubique cerca del eje y la segunda parte se ubique entre la primera parte y la pared del reactor. En general, la segunda parte estará en contacto con la pared del reactor.

Description

EMPAQUE DE REACTOR Referencia cruzada a solicitudes relacionadas Esta solicitud reclama prioridad de la solicitud no provisional de E.U.A. pendiente No. de serie 13/453,275, presentada el 23 de abril de 2012, la cual a su vez reclama prioridad de la solicitud provisional de E.U.A. No. de serie 61/518,703 presentada el 10 de mayo de 201 1 y solicitud provisional de E.U.A. No. de serie 61/626,201 presentada el 22 de septiembre de 201 1 , los contenidos completos de cada una de las cuales se incorporan en la presente por referencia.
Campo de la invención La invención se refiere a un empaque estructurado para un reactor.
Antecedentes de la invención Los empaques de reactor aleatorios proporcionan buena transferencia de calor entre una pared de reactor y fluido que pasa a través del reactor. Las partículas en el empaque dirigen aleatoriamente el fluido para fluir en varias direcciones, incluyendo choque sobre la pared del reactor. Este choque se traduce en un incremento en el coeficiente de transferencia de calor a través de la capa limítrofe en la pared del reactor. La desviación de fluido para chocar en la pared de un reactor mientras el grueso del fluido fluye generalmente paralelo a la pared' del reactor es más efectiva cuando el empaque está más cerca de, o de preferencia en contacto con, la pared, toda vez que esto interrumpe al fluido de fluir paralelo a la pared, lo cual de otra manera podría causar que el coeficiente de transferencia de calor a través de la capa límite fuera relativamente bajo.
Los empaques aleatorios tienen ventaja sobre los empaques estructurados en que las partículas son libres de moverse unas con relación a otras para llenar espacios entre las partículas y entre las partículas y la pared del reactor. Estos espacios son indeseables toda vez que reducen el coeficiente de transferencia de calor entre la pared del reactor y el fluido dentro del reactor.
Los empaques estructurados tienen ventajas sobre los empaques aleatorios en que pueden tener un volumen vacío más alto que los empaques aleatorios. Este volumen vacío más alto asociado con los empaques estructurados se traduce en una caída de presión más baja. Los empaques estructurados también pueden ser diseñados para dirigir el fluido a fluir en las direcciones más adecuadas para el incremento de la transferencia de calor entre el reactor y su entorno. Estas direcciones adecuadas son, por ejemplo, normales a la pared del reactor, hacia la pared para chocar en ésta, o lejos de la pared para equilibrar el flujo de masa hacia y desde la pared.
Los empaques estructurados pueden diseñarse para tener cierta distancia, espacio o separación entre el empaque y la pared de reactor interior para facilitar la inserción del empaque en el reactor. Los empaques estructurados diseñados para tener estos espacios pueden incorporar dispositivos mecánicos internos separados para moverse en una dirección radial hacia afuera para forzar a la porción interior del empaque estructurado a moverse hacia la pared del reactor. Los empaques estructurados son también más propensos a separarse de la pared del reactor, de esta manera dando como resultado un coeficiente de transferencia de calor más bajo a través de la capa límite en la pared que cuando no hay espacio.
Objetivos de la invención Un objetivo de la invención de la invención es proporcionar un empaque estructurado que mejore de esta manera la transferencia de calor entre el reactor y su entorno.
Un objetivo más de la invención es proporcionar un empaque estructurado que se traduzca en una reducción de la caída de presión a través del reactor.
Otro objetivo más de la invención es proporcionar un empaque estructurado que mantenga contacto con, o una estrecha tolerancia con, la pared del reactor durante la inserción del empaque estructurado en el reactor y a lo largo de la vida de servicio del reactor sin que ningún dispositivo interno se mueva en una dirección radial para forzar la porción interior del empaque estructurado hacia la pared del reactor.
Los anteriores objetivos y otros objetivos serán aparentes para aquellos expertos en la técnica con base en la descripción mostrada a continuación.
Breve descripción de la invención Se proporciona un empaque estructurado para usarse en un reactor que tiene una entrada, una salida, una pared y un eje. De preferencia, el reactor tiene una configuración tubular. El reactor puede ser un reactor catalítico en el cual por lo menos parte del empaque estructural sea recubierta con un catalizador adecuado para la reacción que vaya a tener lugar dentro del reactor.
El empaque comprende una primera parte y una segunda parte en donde la segunda parte es libre de moverse con relación a la primera parte de tal manera que el movimiento de la segunda parte con relación a la primera parte se traduzca en un incremento del diámetro de la segunda parte.
La primera parte, es decir, el núcleo del reactor, se ubica cerca del eje del reactor y es sustancialmente rígida. La segunda parte, es decir, la cubierta del reactor, se ubica entre el núcleo y la pared del reactor y es suficientemente flexible como para asumir una dimensión exterior que se conforme a la pared del reactor.
De preferencia, la primera parte tiene al menos una superficie exterior y un borde exterior orientados a un ángulo oblicuo hacia la pared del reactor y en el cual la segunda parte puede moverse a lo largo de la superficie exterior y/o el borde exterior. Típicamente, el movimiento de la segunda parte a lo largo de la superficie exterior y/o borde exterior causa que la segunda parte cambie su longitud periférica exterior. El ángulo oblicuo puede tener un valor de aproximadamente 1 a alrededor de 80°, de preferencia 5 a 35°.
Se prefiere que la segunda parte tenga por lo menos una superficie interior, y/o borde interior orientado a un ángulo oblicuo a la pared del reactor y de esta manera que la primera parte pueda moverse a lo largo de la superficie interior y/o borde interior. Típicamente, el movimiento de la primera parte a lo largo de la superficie interior y/o borde interior causa que la segunda parte cambie su longitud periférica exterior. El ángulo oblicuo puede tener un valor de aproximadamente 1 a alrededor de 80°, de preferencia 5 a 35°.
Preferiblemente, el tubo y eje del reactor son verticales, la primera parte es estacionaria y la segunda parte se induce a moverse hacia abajo por las fuerzas de gravedad y presión diferencial del fluido que fluye hacia abajo a través del reactor para causar que la segunda parte se acerque, y de preferencia haga contacto, con la pared del reactor.
Como alternativa, el movimiento de la segunda parte hacia la primera parte podría ser en una dirección que no sea la axial para efectuar la expansión de la segunda parte. Un ejemplo de este movimiento alternativo es un movimiento en espiral o helicoidal.
De preferencia, el reactor es un reactor catalítico y por lo menos parte del empaque se recubrirá con un catalizador adecuado para la reacción que vaya a llevarse a cabo en el reactor.
Breve descripción de los dibujos La figura 1 es una vista transversal longitudinal de una de las modalidades de la invención.
Descripción detallada de la invención En referencia a la figura 1 , el empaque estructurado 1 está contenido dentro de un reactor que tiene una pared 2. El empaque 1 consiste en una serie de módulos 3 y 4 montados sobre una barra central 5 que descansa sobre una plataforma de soporte 6 (la barra 5 y plataforma 6 se ilustran como un área con rayas cruzadas). Cada módulo consiste en una manga 7 (mostrada como un área gris) que es un elemento cilindrico de paredes gruesas que tiene una base cónica 8 fijada a su región inferior, un núcleo 9 (ilustrado por áreas punteadas) y una cubierta 10.
Los módulos 3 y 4 se deslizan sobre la barra 5 y se anidan uno dentro del otro para llenar el volumen del reactor. El núcleo 9 consiste en una serie de conos lisos y corrugados alternantes y anidados (los conos corrugados actúan como separadores entre los conos lisos). Los conos lisos y corrugados pue3den perforarse para permitir el flujo de fluido a través de ellos o pueden ser sólidos para impedir o prevenir el flujo del fluido a través del núcleo 9.
El núcleo 9 y cubierta 10 se empalman entre sí a lo largo de bordes y/o superficies que están a un ángulo oblicuo hacia la pared 2 en forma de superficies troncocónicas. El núcleo 9 es sustancialmente rígido. La cubierta 10 es suficientemente flexible como para ser capaz de expansión tanto circunferencial como radial. A manera de ejemplo, la cubierta 10 puede ser una lámina corrugada en la cual los corrugados se alineen con el eje del reactor y la amplitud de los corrugados sea la distancia desde la pared 2 hasta el núcleo 9. A manera de ejemplo adicional, la cubierta 10 es envuelta alrededor del núcleo 9 y contiene socavaciones oblicuas como se ilustra por la línea 11 en su superficie interior para formar bordes que empalmen la superficies superiores oblicuas de los conos lisos (mostradas por líneas 12 en el núcleo 9). Como alternativa, la cubierta 10 puede consistir en el tipo de empaque que se describe en la solicitud de patente publicada US 2010-0202942 A1 la cual se incorpora en la presente por referencia en su totalidad.
Todos los componentes del reactor son de metal. Las láminas son de preferencia hoja metálica. La hoja metálica u otras partes del empaque son de preferencia parcial o completamente recubiertas con un catalizador adecuado para la reacción particular que vaya a ocurrir dentro del reactor.
El reactor se orienta verticalmente. El fluido fluye hacia abajo a través del reactor desde la entrada 13 hasta la salida 14. La barra 5, manga 7, cono 8 y núcleo 9 son estacionarios. La cubierta 10 puede ser forzada hacia abajo tanto por gravedad como por la presión diferencial del fluido en movimiento para deslizarse hacia debajo de los bordes oblicuos y causar de esta manera que la superficie exterior o perímetro 15 de la cubierta 10 haga contacto con la pared 2.
Las siguientes tres modalidades se refieren al reactor de la figura 1 en donde el núcleo 9 es rígido y la cubierta 10 es flexible y es de preferencia construida de metal laminado que tiene suficiente elasticidad como para hacer posible que tanto el diámetro como el perímetro exterior de la cubierta 10 sean comprimidos o expandidos en longitud perimetral exterior. En las tres modalidades descritas a continuación, el núcleo 9 y/o cubierta 10 típicamente será recubierto parcial o completamente con un catalizador adecuado para llevar a cabo la reacción deseada dentro del reactor.
En una primera modalidad, la cubierta 10 tiene una longitud perimetral exterior tal que cuando no se aplique fuerza a la cubierta y antes de su inserción en el reactor, la longitud perimetral exterior sea mayor (por ejemplo, en alrededor de 1 a aproximadamente 5%) que la circunferencia interior del reactor en el cual se inserte la cubierta 10. La cubierta 10 es luego apretada a un diámetro externo igual al diámetro interno del reactor, el núcleo 9 es luego colocado con respecto a la cubierta 10 para de esta manera empalmar superficies interiores o bordes de la cubierta 10 en ese diámetro externo de la cubierta 10 igual al diámetro interno del reactor, y la cubierta 10 y núcleo 9 son luego insertados como una unidad en el reactor.
En una segunda modalidad, la cubierta 10 tiene una longitud perimetral exterior tal que cuando no se aplique fuerza a la cubierta y antes de su inserción en el reactor, la longitud perimetral exterior sea igual a la circunferencia interior del reactor en el cual se inserte la cubierta 10. Así, la cubierta 10 tendrá un diámetro externo igual al diámetro interno del reactor. El núcleo 9 es luego colocado con respecto a la cubierta 10 para de esta manera empalmar superficies interiores o bordes de la cubierta 10 en ese diámetro externo de la cubierta 10 igual al diámetro interno del reactor, y la cubierta 10 y núcleo 9 son luego insertados como una unidad en el reactor.
En una tercera modalidad, la cubierta 10 tiene una longitud perimetral exterior tal que cuando no se aplique fuerza a la cubierta y antes de su inserción en el reactor, la longitud perimetral exterior sea menor (por ejemplo, en aproximadamente 1 a alrededor de 5%) que la circunferencia interior del reactor en el cual se inserte la cubierta 10. La cubierta 10 es luego expandida a un diámetro externo igual al diámetro interno del reactor. El núcleo 9 es luego colocado con respecto a la cubierta 10 para de esta manera empalmar superficies interiores o bordes de la cubierta 10 en el diámetro externo de la cubierta 10 igual al diámetro interno del reactor, y la cubierta 10 y núcleo 9 son luego insertados como una unidad en el reactor.
Aunque la presente invención ha sido descrita en términos de varias modalidades, varias características de modalidades separadas pueden combinarse para formar modalidades adicionales no expresamente descritas. Además, otras modalidades dentro del alcance de la presente invención serán aparentes para aquellos expertos en la técnica. Las únicas limitaciones en el alcance de la invención son aquellas expresamente establecidas en las siguientes reivindicaciones.

Claims (17)

REIVINDICACIONES
1 . Un empaque estructurado para su inserción en un reactor, que tiene una entrada, una salida, una pared y un eje, el empaque se caracteriza porque comprende una primera parte y una segunda parte, en donde la segunda parte está libre para moverse con relación a la primera parte.
2. El empaque de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la primera parte y la segunda parte se insertan en el reactor de tal manera que la primera parte se ubica cerca del eje y la segunda parte se ubique entre la primera parte y la pared del reactor.
3. El empaque de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la segunda parte está en contacto con la pared del reactor.
4. El empaque de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque antes de su inserción en el reactor, la segunda parte tiene una longitud periférica exterior mayor que la circunferencia interior de la pared del reactor.
5. El empaque de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la longitud periférica exterior de la segunda parte es de 1 a 5% mayor que la circunferencia interior de la pared del reactor.
6. El empaque de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque antes de su inserción en el reactor, la segunda parte tiene una longitud periférica exterior igual a la circunferencia interior de la pared del reactor.
7. El empaque de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque antes de su inserción en el reactor, la segunda parte tiene una longitud periférica exterior inferior a la circunferencia interior de la pared del reactor.
8. El empaque de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la longitud periférica exterior de la segunda parte es de 1 a 5% menor que la circunferencia interior de la pared del reactor.
9. El empaque de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la primera parte al menos una superficie exterior y/o borde exterior orientada a un ángulo oblicuo a la pared del reactor y en la cual la segunda parte puede moverse a lo largo de la superficie exterior y/o borde exterior.
10. El empaque de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el movimiento de la segunda parte a lo largo de la superficie exterior y/o borde exterior causa que la segunda parte cambie su longitud periférica exterior.
1 1 . El empaque de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el ángulo oblicuo tiene un valor de 1 a 80°.
12. El empaque de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado porque el ángulo oblicuo tiene un valor de 5 a 35°.
13. El empaque de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la segunda parte tiene al menos una superficie interior y/o borde interior orientada a un ángulo oblicuo a la pared del reactor y en la cual la primera parte puede moverse a lo largo de la superficie interior y/o borde interior.
14. El empaque de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el movimiento de la primera parte a lo largo de la superficie interior y/o borde interior causa que la segunda parte cambie su longitud periférica exterior.
15. El empaque de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el ángulo oblicuo tiene un valor de 1 a 80°.
16. El empaque de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el ángulo oblicuo tiene un valor de 5 a 35°.
17. El empaque de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el reactor es un reactor catalítico y al menos parte del empaque se recubre con un catalizador adecuado para la reacción que vaya a tener lugar en el reactor.
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