BANDEJA DE CONTACTO GAS-LIQUIDO
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con una bandeja de contacto gas liquido que comprende una área de burbujeo y uno o más conductos de descenso de liquido provista en su extremo superior con una abertura de conducto de descenso de liquido para la recepción de liquido. Tales bandejas pueden utilizarse en dispositivos de contacto gas liquido. Un uso típico de estas bandejas es como internos de una columna de destilación. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La publicación de patente alemana 764103 describe el uso de placas de colisión planas y curvadas en la abertura del conducto de descenso de liquido para limitar la altura la espuma en el conducto de descenso de liquido. La publicación está dirigida a las configuraciones de bandeja denominadas de cruzamiento para usaue en sistemas espumantes gas-liquido. La figura 4 de esta publicación describe una modalidad en la cual se colocan tres placas curvadas en la abertura del conducto de descenso de liquido. La tangente en el extremo superior de las placas ilustradas forman un ángulo con la horizontal de más de cero grados. Cuando se trata de aumentar los flujos de liquido y/o de gas de las columnas de contacto gas-liquido como se REF 141242
describió anteriormente deberá observarse una carga máxima. Cargas mayores darán como resultado que la columna falle en su función como un contactor o separador liquido- gas debido al fenómeno conocido como inundación. La 5 inundación se describe como la acumulación excesiva de liquido dentro de la columna. Los mecanismos bien conocidos de inundación son retroceso del conducto de descenso de liquido, inundación a chorro y obstrucción del conducto de descenso de líquido. Estos mecanismos se describen en
Distillation Design (Diseño de Destilación), Henry Z. Kister, McGraw-Hill Inc., 1992, páginas 267-291. De acuerdo con esta publicación el retroceso del conducto de descenso de líquido es debido a una acumulación de líquido dentro del conducto de descenso de líquido ocasionando que el
líquido retroceda sobre la bandeja dando lugar a la acumulación de líquido en esa bandeja. La altura del líquido en el conducto de descenso se determina por la caída de presión de la bandeja, la altura del líquido en la bandeja y las pérdidas por fricción en el conducto de
descenso de líquido y en el área de ranura del conducto de descenso de líquido. La inundación a chorro o inundación por arrastre es ocasionada por una velocidad de gas muy alta dando lugar al arrastre del líquido, ya se por gotitas o espuma, hacia la bandeja superior. El líquido se acumulará y
dará lugar a la inundación. La obstrucción del conducto de
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descenso de líquido es ocasionada por una velocidad de líquido demasiado aireada en el conducto de descenso de líquido. A cierta velocidad las pérdidas por fricción en el conducto de descenso de líquido y en la entrada del conducto de descenso de líquido se hace excesivo, y la mezcla espumosa gas-líquido no puede ser transportada a la siguiente bandeja, ocasionando la acumulación de líquido en la bandeja. Con el término de espuma deberá entenderse cualquier mezcla gas-líquido presente en la bandeja que no depende de algún régimen de flujo.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención tiene por objetivo proporcionar una bandeja de contacto gas-líquido como se describe arriba la cual permite mayores cargas de gas y/o líquido. Por tanto una bandeja tiene por objetivo contar con una capacidad mejorada. Este objetivo se logra por medio de la siguiente bandeja. El contacto gas-líquido comprende una área de burbujeo y uno o más conductores de descenso de líquido provistos en su extremo superior con una abertura de conducto de descenso para la recepción de líquido, en donde la abertura del conducto de descenso de líquido y el conducto de descenso de líquido están provistos con una placa para dirección del flujo, en donde la placa para dirección de flujo tiene un
extremo superior el cual se extiende horizontalmente en la dirección del área de burbujeo. Se ha encontrado que cuando la bandeja de conformidad con la invención se utiliza en una columna de contacto gas-líquido se observa una capacidad mejorada. La bandeja de contacto gas-líquido de conformidad con la invención comprenderá típicamente una área de burbujeo circular, una o dos aberturas segmentarias de conductos de descenso de líquido y opcionalmente una pluralidad de aberturas de conductos de descenso de líquido espaciadas en esta área de burbujeo. La abertura del conducto de descenso de líquido puede ser de cualquier forma, por ejemplo, segmentaria, rectangular, cuadrada o circular.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención se describirá con mayor detalle a continuación: Preferentemente en la bandeja está presente un vertedero. Un vertedero es un dispositivo colocado sobre o en torno del lindero del área de burbujeo y a la abertura del conducto de descenso de líquido el cual asegura que cierta cantidad preseleccionada de líquido esté presente en la superficie del área de burbujeo. La altura del vertedero puede seleccionar de valores convencionales conocidos para alguien con experiencia en la técnica. El vertedero deberá
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estar adecuadamente inclinado hacia la dirección del líquido que fluye hacia al abertura del conducto de descenso de líquido. Para mejorar adicionalmente la capacidad de manejo de líquido el vertedero de derrame está preferentemente 5 inclinado hacia el área de burbujeo, de tal manera que una línea imaginaria, dibujada desde la parte superior del vertedero de derrame hasta la base del vertedero de derrame, forma un ángulo a con el plano horizontal de la bandeja el
cual es menor que 80° y con más preferencia mayor que 30°. 10 La altura del vertedero de derrame está preferentemente en el intervalo de 25 mm a 1/6 de la altura del espaciamiento de la bandeja. El extremo superior de la placa de dirección se extiende horizontalmente en la dirección del área de 15 burbujeo. En otras palabras la línea tangente en el extremo superior de la placa esta colocada en forma horizontal. El número de medios de direccionamiento puede ser de 1 a 10. Este número dependerá, por ejemplo, de la posición de la abertura del conducto de descenso de líquido en la 20 bandeja. En el caso de una abertura de conducto de descenso de líquido situada en el lado de la bandeja, como por ejemplo, el conducto de descenso de líquido segmentario de DE-A-764103, el número de placas será preferentemente de 1 y 4 y con más preferencia de 2 a 4.
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En el caso en el que las aberturas de conductos de descenso de líquido estén espaciadas en el área de burbujeo, tales que, cuando están en uso, un líquido entra ' por la abertura de descenso de líquido desde lados opuestos de la abertura del conducto de descenso de líquido, el número de placas de dirección será preferentemente de 2 a 10 y con más preferencia de 4 a 6. Cuando se espera que fluya substancialmente la misma cantidad de espuma desde ambos lados de un conducto de descenso de líquido de este tipo se prefiere tener el mismo número de placas de dirección inclinadas hacia cada una de las direcciones de flujo. Cuando se espera que fluya más espuma desde un lado, pueden estar presentes más placas de dirección con un extremo superior inclinado en esa dirección en lugar de placas de dirección que apunten hacia el lado de donde fluye menos espuma. Cuando la abertura del conducto de descenso de líquido es de forma rectangular puede estar presente una placa desviadora antisaltos como se describe por ejemplo en US-A-5382390. Las placas de dirección de flujo pueden estar colocadas ventajosamente en cada lado de la placa desviadora antisaltos. Las placas de dirección tienen convenientemente un extremo inferior el cual está dirigido hacia la abertura del conaucto de descenso de líquido. El extremo inferior puede estar colocado por arriba del nivel de la bandeja.
Preferentemente la parte inferior de la placa de dirección se extiende hacia abajo dentro del conducto de descenso de líquido. La parte inferior de las placas de dirección pueden colocarse verticalmente o en forma inclinada en relación una con la otra. El extremo inferior está colocado preferentemente al nivel del extremo superior del vertedero o debajo. En ausencia de un vertedero, el extremo inferior está colocado preferentemente al nivel de la bandeja o debajo. La longitud del extremo inferior del nivel de la bandeja o nivel superior del vertedero dependerá, por ejemplo, del espaciamiento entre las placas de dirección individuales. Espaciamientos menores generalmente requerirán que esta distancia aumente. Opcionalmente las diferentes placas de dirección pueden extenderse con diferentes longitudes dentro del conducto de descenso de líquido. La parte superior de las placas de dirección pueden estar por ejemplo en forma de gancho o curvadas. Por razones prácticas de fabricación de la placa se favorece el diseño en forma de gancho. El extremo superior de la placa de dirección puede extenderse a una posición por arriba del área de burbujeo. Preferentemente la altura de las placas de dirección sobre la superficie de la bandeja aumenta cuando se colocan adicionalmente fuera del área de
burbujeo. La distancia vertical entre las líneas tangenciales horizontales de dos placas consecutivas aumentará preferentemente al aumentarse la altura sobre la bandeja. 5 Convenientemente la distancia horizontal en el nivel superior del vertedero (o nivel de la bandeja en ausencia de un vertedero) entre dos placas de dirección consecutivas que se doblan en la misma dirección está entre 0.015 y 0.1 m y preferentemente entre 0.015-0.05 m. 10 La distancia de la placa de dirección sobre la bandeja dependerá de la forma de la placa de dirección, típicamente carga de gas y líquido en la bandeja y el tipo de gas y de líquido que será contactado o separado. Convenientemente las placas se extenderán entre 5 y 85% del espaciamiento de la
bandeja por arriba de la superficie de la bandeja, en donde el espaciamiento de la bandeja es la distancia entre dos bandejas de contacto consecutivas cuando se colocan en una columna. Convenientemente el espaciamiento de la bandeja está entre 0.2-1 m. 20 Las placas de dirección pueden ser sólidas, parcialmente perforadas, perforadas con un área abierta variable o con un área abierta constante. La forma de las perforaciones podría ser de cualquier forma. Por ejemplo podrían usarse materiales como metal foraminado u otro
material de lámina corrugada para hacer las placas de
dirección. Preferentemente la placa de dirección es una lámina de metal sólido. Los expertos en la técnica conocen varias diseños posibles de bandejas de las aberturas de conductos de descenso de líquido en el área de burbujeo de la bandeja. Ejemplos de tales diseños de bandeja los cuales pueden utilizarse ventajosamente en combinación con la presente invención se describen en GB-A-1422132, GB-A-1422131, GB-A-1416732, GB-A-1416731, BE-584426, US-A-4550000, EP-A-882481, WO-9626779, US-A-5382390, US-A-3410540, US-A-5318732, EP-A-155056, US-A-5223183 y US-A-5098615. Para la presente invención no es crítico qué tipo de abertura se utilice en el área de burbujeo de la bandeja. Ejemplos de aberturas posibles son aberturas de bandeja de malla, aberturas de bandeja de válvulas, aberturas de tapas de burbujeo y aberturas de válvulas fijas. Ejemplos de estas aberturas se pueden encontrar en libros de textos generales tales como el libro de texto general antes mencionado de Kister en las páginas 260-267 y en US-RE-27908, US-A-5120474, WO-A-9828056, W0-A-9737741, US-A-5911922, US-A-3463464 y US-A-5454989. La invención se ilustrará con las siguientes figuras: La figura 1 es una vista tridimensional de parte de una bandeja de conformidad con la invención colocada en una columna .
La figura 1 es una vista tridimensional de una parte de una bandeja (1), parte de una pared de columna (2) y un conducto de descenso de líquido (3) que tiene una abertura de conducto de descenso de líquido rectangular (4) . Como se 5 muestra está presente una área de burbujeo (5) a lo largo de ambos lados alargados de la abertura del conducto de descenso de líquido (4) . El área de burbujeo (5) está provisto con aberturas (6) para el pasaje de gas ascendente. El conducto de descenso de líquido (3) está
provisto también con un vertedero (7) y una placa desviadora antisaltos (8) . Dos placas de dirección de flujo (9) están colocadas en cada lado de las placas desviadoras antisaltos (8). Como se muestra la línea tangente en el extremo superior de la placa (9) corre horizontalmente. 15 Debido a que los flujos que se dirigen a la abertura de conducto de descenso de líquido rectangular (4) vendrán predominantemente de ambos lados alargados del conducto de descenso de líquido (3), las placas de dirección de flujo (9) únicamente apuntarán hacia estos lados alargados. Las
placas de dirección de flujo (9) mostrados están dispuestos substancialmente en forma paralela y verticalmente en su extremo inferior (10). El extremo superior está curvado de tal manera que apuntan horizontalmente hacia los flujos líquidos opuestos que fluyen, cuando son utilizados, desde
los espacios sobre el área de burbujeo (5) al interior de la
abertura de conducto de descenso de líquido (4) . El extremo superior alargado corre en forma paralela a los lados alargados del conducto de descenso de líquido (3) . Las paredes del conducto de descenso de líquido (11) apuntan 5 una hacia la otra en la dirección de flujo del líquido. El extremo inferior del conducto de descenso de líquido está provisto con una cubierta (12) . En la cubierta (12) están presentes una pluralidad de aberturas (13) . La bandeja de conformidad con la invención se utiliza
preferentemente en una columna de contacto o de separación gas-líquido, cuya columna está provista con estas bandejas espaciadas axialmente una de la otra. El contacto puede ser un proceso de absorción en donde un líquido descendente se pone en contacto con un gas ascendente. La separación es
típicamente un proceso de destilación para separar uno o más componentes de una alimentación. Típicamente la alimentación del proceso de destilación es suministrado en una posición intermedia en la columna de destilación, en donde están presentes bandejas por arriba y por abajo de dicha posición
de entrada. Una columna de este tipo está provista adicionalmente con medios hervidores, de condensación y de reflujo. La columna se utiliza preferentemente para el contacto o separación de sistemas gas-líquido del tipo espumante y
no espumante. Las ventajas de la presente invención se
logran especialmente para sistemas del tipo no espumoso debido a que el retroceso en el conducto de descenso de líquido es un problema más frecuente para tales sistemas. Los sistemas no espumantes tienen una velocidad de líquido 5 libre típicamente mayor en el conducto de descenso de líquido que en los sistemas espumantes. Ejemplos de sistemas espumantes son los absorbedores de amina, separadores de agua acida, contactores de glicerol y absorbedores de amina. Ejemplos de sistemas no espumantes 10 son separadores de H2S y la separación de hidrocarburo- hidrocarburo, por ejemplo depropanizadoras, deetanizadoras, demetanizadoras, destilación de crudo atmosférico y la I destilación al vacío de fracciones del petróleo que ebullen por arriba de 350°C. 15 La invención se ilustrará adicionalmente con los siguientes ejemplos no limitativos.
EJEMPLOS Experimento Comparativo A 20 Se provee una unidad de prueba con 3 bandejas de flujo cruzado cada bandeja provista con un conducto de descenso de líquido rectangular. Los conductos de descenso de líquido están provistos con dos placas de dirección. Los extremos superior de las aletas están colocados de tal manera que la 25 línea tangente hace un ángulo de 60 ° con el plano
horizontal. La distancia horizontal entre las placas en el nivel del vertedero es de 0.025 m. A esta columna se introduce un flujo de gas en los respectivos extremos superior e inferior. Con una carga de aire de 340 m3/h se 5 observa que la carga máxima de agua que puede alcanzarse es de aproximadamente 18.1 m3/h. Ejemplo 1 Se repite el experimento A excepto que el extremo superior de las aletas se colocan de tal manera que la línea
tangente hace un ángulo de 0° con el plano horizontal, de tal manera que las aletas se extienden horizontalmente de conformidad con la presente invención. Con una carga de aire de 340 m3/h se observa que la carga máxima de agua que puede alcanzarse es mayor que 18.1 m3/h. 15 Experimento Comparativo B Se repite el ejemplo 1 excepto que se utiliza un conducto de descenso de líquido sin placas de dirección de flujo. Con una carga de 340 m3/h se observa que la carga de agua máxima que puede alcanzarse es de aproximadamente 14.5
m3/h. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el convencional para la manufactura de los objetos a que la misma se refiere.