MXPA00000071A - Aparato para introducir fluido en una corriente de proceso - Google Patents

Abstract

Aparato para introducir un fluido en una corriente de proceso, tal como para introducir un promotor en la corriente de alimentación de un reactor para la producción de acetato de vinilo. El aparato comprende:a) un tubo para conducir dicha corriente de proceso, teniendo dicho tubo un codo;y b) una tobera para introducir dicho fluido en dicha corriente de proceso aguas debajo de dicho codo, caracterizado porque dicho tubo tiene un dispositivo corrector del fluido aguas debajo de dicho codo y porque dicha tobera estáinstalada, aguas debajo de dicho dispositivo corrector del flujo, en un extremo de un brazo de soporte que se extiende al interior de dicho tubo en una dirección sustancialmente paralela a la dirección de dicho tubo aguas debajo de dicho codo.

Description

AP ARATO PARA INTRODUCIR FLUIDO EN UNA CORRIENTE DE PROCESO Campo de la Invención La presente invención se relaciona con un aparato para introducir un fluido en una corriente de proceso. En particular, aunque no de forma exclusiva, la presente invención se relaciona con un aparato para introducir un fluido en un reactor de acetato de vinilo. Estado de la Técnica El acetato de vinilo se puede producir haciendo reaccionar ácido acético, oxígeno y etileno en presencia de un catalizador. La actividad del catalizador se puede mejorar utilizando un promotor tal como acetato potásico acuoso. Habitualmente, la reacción se lleva a cabo en un reactor de lecho fijo que contiene el catalizador. Se alimenta al reactor, a través de una entrada, una corriente de reactantes del proceso que comprende vapor de ácido acético, etileno y oxígeno. La entrada comprende un tubo que tiene un codo de un ángulo comprendido entre 45 y 90° aguas arriba del reactor. A medida que las moléculas reactantes fluyen a lo largo del codo del tubo, las mismas se aceleran en cantidades variables. Ello distorsiona la distribución de velocidad de las moléculas reactantes y, como resultado, el perfil de velocidad de la corriente del proceso es asimétrico. El promotor del catalizador se introduce también en el reactor a través de dicho tubo. De forma convencional, ello se consigue utilizando una tobera pulverizadora instalada en un extremo de un brazo de soporte rígido. El brazo de soporte está situado aguas abajo del codo y se extiende perpendicularmente al interior del tubo desde la pared del tubo. El promotor se introduce en el tubo como gotitas de líquido desde la tobera, evaporándose parcialmente mientras se encuentra en el tubo. El promotor es transportado por la corriente de reactantes del proceso al interior del reactor para su distribución sobre el lecho de catalizador. Sin embargo, debido al perfil de velocidad distorsionado de la corriente de reactantes del proceso, el promotor no se deposita uniformemente sobre el catalizador. El problema se ve agravado además por el brazo de soporte el cual, al estar configurado en ángulos rectos con respecto a la dirección de flujo, distorsiona aún más el perfil de velocidad de la corriente de reactantes del proceso. La entidad solicitante ha mitigado el problema proporcionando un nuevo aparato para introducir fluido en una corriente de proceso. Sumario de la Invención De acuerdo con la presente invención, se proporciona un aparato para introducir un fluido en una corriente de proceso, cuyo aparato comprende: (a) un tubo para conducir dicha corriente de proceso, teniendo dicho tubo un codo; y (b) una tobera para introducir dicho fluido en dicha corriente de proceso aguas abajo de dicho codo, caracterizado porque dicho tubo tiene un dispositivo corrector del flujo aguas abajo de dicho codo y porque dicha tobera está instalada, aguas abajo de dicho dispositivo corrector del flujo, en un extremo de un brazo de soporte que se extiende al interior de dicho tubo en una dirección sustancialmente paralela a la dirección de dicho tubo aguas abajo de dicho codo. El codo del tubo puede tener un ángulo de 40 a 120°, preferentemente de 45 a 100° aproximadamente. En una modalidad preferida, el codo del tubo tiene un ángulo de alrededor de 90°. Descripción de la Invención En la práctica, se alimenta una corriente de proceso al interior del tubo en un punto situado aguas arriba del codo del tubo. Esta corriente de proceso fluye a través del tubo y a lo largo del codo del mismo. Se introduce también fluido en el tubo a través de la tobera. El fluido de la tobera se introduce en un punto aguas abajo del codo y es transportado junto con el flujo de la corriente del proceso. La tobera está dispuesta sobre un brazo de soporte que se extiende al interior del tubo en una dirección sustancialmente paralela a la dirección del tubo aguas abajo del codo. De este modo, el brazo de soporte causa una perturbación mínima del flujo de la corriente del proceso a medida que ella fluye a lo largo del codo. Con preferencia, el brazo de soporte asume la forma de un tubo, que está acoplado a un suministro de fluido de la tobera.

Preferentemente, el fluido de la tobera es un líquido. A medida que la corriente del proceso fluye por el codo, las moléculas se aceleran en cantidades variables. Ello distorsiona la distribución de velocidad de la corriente del proceso y, como resultado, el perfil de velocidad de la corriente del proceso es no uniformemente asimétrico. El codo puede hacer también que la corriente del proceso se arremoline. Al menos uno de estos inconvenientes puede ser mitigado disponiendo un dispositivo corrector del flujo en el tubo de la presente invención. Según una modalidad, el dispositivo corrector del flujo comprende un cuerpo que tiene una pluralidad de canales longitudinales. En la práctica, el cuerpo está situado aguas abajo del codo del tubo y configurado de manera que los canales sean sustancialmente paralelos con la dirección (eje longitudinal) del tubo aguas abajo del codo. A medida que la corriente del proceso fluye a través de los canales, se reduce cualquier remolino en el modelo de flujo. Sin embargo, la distribución de velocidad de la corriente del proceso permanece inalterada. En una modalidad preferida de la invención, el dispositivo corrector del flujo comprende una placa que dispone de perforaciones. Las perforaciones pueden asumir la forma de poros o aberturas que, preferentemente, están separados entre sí de modo uniforme. Por ejemplo, la placa puede comprender una pluralidad de orificios con diámetros de 5 a 30 mm, con preferencia de 8 a 12 mm. Estos orificios pueden estar separados en aproximadamente 5-30 mm, con preferencia en 12-17 mm. En una modalidad preferida, la placa tiene una pluralidad de orificios de 10 mm de diámetro separados entre sí en 14,7 mm. En la práctica, la placa reduce el área de flujo libre a través del tubo de manera que la corriente de proceso que pasa a través de las perforaciones experimenta una caída de presión. La caída de presión puede ser equivalente a 5-20 alturas dinámicas aproximadamente basado en el flujo de entrada del tubo. La caída de presión causa un incremento de la turbulencia y un flujo casi igualado a través de los orificios de la placa. Como resultado, se reducen o eliminan las distorsiones en el perfil de velocidad de la corriente del proceso.

La tobera está situada aguas abajo del dispositivo corrector del flujo. De este modo, el fluido de la tobera introducido en el tubo es transportado a lo largo del tubo mediante un flujo de la corriente de proceso cuyo modelo de flujo ha sido corregido bien respecto al arremolinamiento y/o bien respecto a la falta de uniformidad en el perfil de distribución de velocidad. Cuando se emplea una placa que tiene perforaciones como dispositivo corrector del flujo, la tobera puede acoplarse con la placa. Según una modalidad, la placa que tiene perforaciones está provista de un orificio. En la práctica, la tobera se inserta a través del orificio y se mantiene en su sitio, por ejemplo, utilizando medios de retención. Los medios de retención pueden tener la forma de un manguito de guía que se acopla a la placa. El manguito de guía se puede usar para asegurar que la tobera quede situada en la misma posición cada vez que se utilice. Preferentemente, el manguito de guía asegura que la punta de la tobera justo sobresalga del lado inferior de la placa. Ello permite introducir el fluido de la tobera en la zona de mezcla óptima del tubo. La presente invención se puede emplear como una entrada para un reactor de lecho fijo, por ejemplo, para poner en contacto la corriente de proceso y el fluido de la tobera con un lecho de catalizador situado en dicho reactor. Según una modalidad, la presente entrada está acoplada con un reactor de lecho fijo para la producción de acetato de vinilo. En esta modalidad, se alimenta al reactor una corriente de proceso que comprende vapor de ácido acético, etileno y oxígeno, al tiempo que se introduce un promotor, por ejemplo, solución de acetato potásico, al interior del reactor como el fluido de una tobera. El promotor se puede evaporar tras entrar en el tubo y es transportado por el flujo de reactantes al interior del reactor para su deposición sobre el lecho de catalizador. Se ha comprobado que el fluido se deposita más uniformemente sobre el lecho de catalizador en forma de vapor más que en forma líquida. De este modo, en una modalidad preferida, la distancia entre la tobera y el lecho de catalizador se ajusta para maximizar el tiempo de residencia del fluido de la tobera en la entrada. Ello asegura que se evapore una proporción relativamente grande del fluido de la tobera antes de entrar en el reactor.

La presente invención puede comprender además un distribuidor, por ejemplo, en forma de una placa. La placa es preferentemente circular y, cuando se instala sobre una porción de un lecho de catalizador, proporciona una superficie escarpada que es sustancialmente perpendicular a la dirección del tubo aguas abajo del codo. La placa elimina parte de la presión dinámica de la mezcla de entrada consistente en corriente de proceso/fluido de la tobera a través de remolinos turbulentos y promueve el retro-mezclado de la mezcla de corriente de proceso/fluido de la tobera estableciendo una recirculación dentro del espacio de cabeza del reactor. Esto asegura que el fluido de la tobera se disperse adecuadamente en la corriente del proceso y pueda depositarse sobre el lecho de catalizador de un modo uniforme. La placa puede instalarse sobre elementos de soporte los cuales se pueden asegurar en la superficie del lecho de catalizador, por ejemplo, empotrando los elementos a una profundidad predeterminada por debajo de la superficie del lecho de catalizador. Preferentemente, la placa se instala sobre una región central del lecho de catalizador. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento para la producción de acetato de vinilo en un reactor de lecho fijo, cuyo procedimiento comprende las etapas de: - proporcionar un tubo que tiene un codo y un dispositivo corrector del flujo aguas abajo de dicho codo; - acoplar el tubo a un react o r de lecho fijo; - proporcionar una tobera i nstalada en un extremo de un brazo de soporte; - situar la tobera en el tubo de manera que la misma quede localizada aguas abajo del codo y aguas abajo del dispositivo corrector del flujo y de manera que el brazo de soporte se extienda al interior del tubo en una dirección sustancialmente paralela a la dirección del tubo aguas abajo del codo; - alimentar una corriente d e reactantes del proceso que comprende ácido acético, etileno y oxígeno al interior del reactor a lo largo del tubo; - alimentar un fluido promotor del catalizador a la corriente de reactantes del proceso a través de la tobera para depositar el promotor sobre el lecho de catalizador; y - reaccionar el etileno, ácido acético y gas conteniendo oxígeno en el reactor para producir acetato de vinilo. Descripción de los Dibujos Estos y otros aspectos de la presente invención serán descritos ahora, a título de ejemplo, con referencia a la Figura 1 la cual es una vista esquemática del aparato para introducir un fluido en una corriente de proceso de acuerdo con una modalidad de la presente invención. En la Figura 1, se muestra una entrada (10) instalada en un reactor de lecho fijo (12) que aloja a un lecho de catalizador (13). La entrada (10) comprende un tubo (14), una tobera de pulverización (16), un brazo de soporte (18) y un dispositivo corrector del flujo (20). El tubo (14) tiene un codo (15) de un ángulo de alrededor de 90° aguas arriba del reactor (12). La tobera (16) está ubicada aguas abajo del codo y está dispuesta en un extremo del brazo de soporte (18) el cual es un tubo acoplado a un suministro (28) de fluido de la tobera. Como se muestra en el dibujo, el brazo de soporte (18) se extiende al interior del tubo (14) en la dirección "D" que es paralela a la dirección del tubo (14) aguas abajo del codo (15). En la práctica, una corriente de reactantes del proceso que comprende vapor de ácido acético, etileno y oxígeno se introduce en el reactor (12) por vía del tubo (14). A medida que la corriente del proceso se desplaza alrededor del codo (15), las moléculas reactantes se aceleran en cantidades variables. Ello distorsiona el perfil de velocidad de la corriente. El perfil de velocidad se corrige posteriormente usando el dispositivo corrector del flujo (20). El dispositivo corrector del flujo (20) comprende una placa perforada que está instalada en el tubo (14) en la posición "P". La placa comprende una pluralidad de orificios (21) de 10 mm de diámetro que están separados entre sí en 14,7 mm. En la práctica, la placa reduce el área de flujo libre a través del tubo de manera que la corriente del proceso que pasa a través de las perforaciones experimenta una caída de presión. Ello causa un incremento de la turbulencia y un flujo casi igualado a través de las perforaciones. Como resultado, se reducen o eliminan las distorsiones en el perfil de velocidad de la corriente.

Se introduce un promotor de solución de acetato potásico en la corriente del proceso en el tubo (14) usando la tobera pulverizadora (16) y se transporta al interior del reactor (12) mediante el flujo "corregido" de reactantes. La tobera (16) está introducida en un orificio de la placa perforada de manera que la punta de la tobera justo sobresale del lado inferior de la placa. La tobera (16) se mantiene en esta posición mediante un manguito de guía (no ilustrado). Tras entrar en el reactor (12), al menos una parte de la corriente de promotor/reactantes llega a entrar en contacto con un distribuidor (22). El distribuidor (22) asume la forma de una placa instalada sobre el lecho de catalizador (13) sobre elementos de soporte (24). La placa proporciona una superficie escarpada sustancialmente perpendicular a la dirección "D". De este modo, cuando el fluido llega a entrar en contacto con la placa, parte de la presión dinámica del fluido de entrada es eliminada a través de remolinos turbulentos. Ello promueve el retro-mezclado de la mezcla de reactantes/promotor en el espacio de cabeza (26) del reactor, asegurando que el promotor se disperse por completo en la corriente de reactantes. La mezcla homogénea de reactantes/promotor puede ser así utilizada para depositar el promotor uniformemente sobre el lecho de catalizador (13).

Claims (10)

1. NO VEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención se considera como novedad y, por tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones: 1.- Aparato para introducir un fluido en una corriente de proceso, cuyo aparato comprende: (a) un tubo para conducir dicha corriente de proceso, teniendo dicho tubo un codo; y (b) una tobera para introducir dicho fluido en dicha corriente de proceso aguas abajo de dicho codo, caracterizado porque dicho tubo tiene un dispositivo corrector del flujo aguas abajo de dicho codo y porque dicha tobera está instalada, aguas abajo de dicho dispositivo corrector del flujo, en un extremo de un brazo de soporte que se extiende al interior de dicho tubo en una dirección sustancialmente paralela a la dirección de dicho tubo aguas abajo de dicho codo. 2.- Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque el codo del tubo tiene un ángulo de alrededor de 40 a 120°, con preferencia de alrededor de 45 a 100°. 3.- Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque el codo del tubo tiene un ángulo de alrededor de 90°. 4.- Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el brazo de soporte comprende un tubo acoplado a un suministro de fluido de la tobera. 5.- Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo corrector del flujo comprende un cuerpo que tiene una pluralidad de canales longitudinales sustancialmente paralelos con la dirección del tubo aguas abajo del codo. 6.- Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el dispositivo corrector del flujo comprende una placa que tiene perforaciones. 1.- Un reactor de lecho fijo para la producción de acetato de vinilo, del tipo que comprende un reactor con un lecho de catalizador en el mismo y que tiene una entrada para una corriente de proceso que comprende vapor de ácido acético, etileno y un gas conteniendo oxígeno y para un fluido de una tobera que comprende solución de acetato potásico, caracterizado porque dicha entrada comprende un aparato como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores. 8.- Un reactor según la reivindicación 7, caracterizado porque dispone de una placa distribuidora sobre una porción del lecho de catalizador sustancialmente perpendicular a la dirección del tubo aguas abajo del codo. 9.- Procedimiento para la producción de acetato de vinilo en un reactor de lecho fijo, caracterizado porque comprende las etapas de: (i) proporcionar un tubo que tiene un codo y un dispositivo corrector del flujo aguas abajo de dicho codo; (ii) acoplar el tubo a un reactor de lecho fijo; (iii) proporcionar una tobera instalada en un extremo de un brazo de soporte; (iv) situar la tobera en el tubo de manera que la misma quede localizada aguas abajo del codo y aguas abajo del dispositivo corrector del flujo y de manera que el brazo de soporte se extienda al interior del tubo en una dirección sustancialmente paralela a la dirección del tubo aguas abajo del codo; (v) alimentar una corriente de reactantes del proceso que comprende ácido acético, etileno y oxígeno al interior del reactor a lo largo del tubo; (vi) alimentar un fluido promotor del catalizador a la corriente de reactantes del proceso a través de la tobera para depositar el promotor sobre el lecho de catalizador; y (vii) reaccionar el etileno, ácido acético y gas conteniendo oxígeno en el reactor para producir acetato de vinilo. 10.- Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque dicho reactor de lecho fijo comprende un reactor de lecho fijo como el reivindicado en la reivindicación 7 u 8.