MXPA05000636A

MXPA05000636A - Conjunto de elementos cruzados y metodo para construirlos.

Info

Publication number: MXPA05000636A
Application number: MXPA05000636A
Authority: MX
Inventors: Robert E Mcmillen
Original assignee: Sulzer Chemtech Usa Inc
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2005-08-19
Also published as: WO2004007063A1; RU2319538C2; EP1551539B1; BR0312680B1; AU2003259124A1; JP2005532900A; US20040125691A1; ATE378102T1; US7077561B2; DE60317544T2; DE60317544D1; ES2297222T3; CA2491755A1; KR20050035863A; EP1551539A1; CN1321729C; KR100942342B1; BR0312680A; RU2005103832A; CN1668369A

Abstract

Un mezclador estatico (10) esta provisto de una primera rejilla (14) que incluye uno ovarios elementos cruzados (16) y una o varias ranuras, y una segunda rejilla (14) que incluye uno o varios elementos cruzados (16) y una o varias ranuras; los elementos cruzados (16) de la primera rejilla (14) se disponen en angulos entrecruzados con respecto a los elementos cruzados (16) de la segunda rejilla (14); por lo menos un conector alargado (18) se posiciona entre y se sujeta en los elementos cruzados (16) adyacentes de la primera rejilla (14) y los elementos cruzados (16) de la segunda rejilla (14); ademas, las rejillas pueden disponerse de tal manera que cada elemento de cruce de una rejilla cruza una ranura de la otra rejilla.

Description

CONJUNTO DE ELEMENTOS CRUZADOS Y METODO PARA CONSTRUIRLOS ANTECEDENTES DE LA INVENCION La presente invención se refiere a elementos y métodos de mezcla y, más particularmente, a un conjunto de elementos cruzados como se encuentran en mezcladores estáticos e intercambiadores térmicos, y a un método para construirlos. Los elementos de mezcla estática se colocan en tubos u otros conductos en los que circulan fluidos para originar la mezcla de una o varias corrientes de fluido que circulan dentro del conducto, u originar la mezcla simultánea de una corriente fluida de producto y el intercambio térmico entre la corriente fluida de producto y un fluido de servicio, separado de la corriente fluida de producto por medio de una pared y circulando en una relación con la corriente o contracorriente. Las corrientes fluidas incluyen fusiones poliméricas y otros fluidos altamente viscosos en flujo laminar y líquidos o gases de baja viscosidad en aplicaciones de flujo turbulento. Típicamente, estos elementos de mezcla estática no comprenden partes movibles y son operados por el transporte radial de la corriente fluida y dividiendo la corriente fluida en múltiples corrientes parciales que se recombinan posteriormente para reducir las variaciones transversales con respecto a la composición, temperatura u otras propiedades de la corriente fluida. En los tipos de elementos de mezcla estática, conocidos generalmente como mezcladores SMX, SMXL, SMV y SMR, dos o varias rejillas de elementos cruzados se disponen en ángulos entrecruzados entre sí y en un ángulo al eje longitudinal del conducto. Los elementos cruzados, que son placas corrugadas en el caso de mezcladores SMV, barras en el caso de mezcladores SMX y SMXL, y varas o tubos en el . caso de mezcladores SMR, se colocan a una distancia entre sí dentro de cada rejilla, y en los espacios se interponen elementos cruzados de la rejilla combinada. Por lo general, para lograr una mezcla apropiada, los elementos cruzados se colocan cerca uno del otro de manera que no haya ningún espacio, o sólo un espacio reducido, entre los elementos adyacentes. Los mezcladores estáticos, según se describen con anterioridad, se utilizan con frecuencia para incrementar la transmisión de calor entre un fluido de servicio y una corriente fluida de producto separada del fluido de servicio a través de una pared del conducto. En el caso de mezcladores de tipo SMV, SMX y SMXL, los elementos cruzados se insertan en un tubo encamisado o dentro de los tubos de un intercambiador térmico de varios tubos. El fluido de servicio circula entonces fuera de la camisa o coraza y la mezcla y el intercambio térmico con la corriente fluida de producto dentro del ducto o los tubos es incrementado por medio de los elementos cruzados. En el caso de mezcladores SMR, las barras en los elementos cruzados son reemplazadas por tubos dispuestos en una rejilla de múltiples tubos paralelos. El fluido de servicio circula dentro de los tubos y la corriente fluida de producto circula fuera de los tubos y se mezcla mientras se encuentra sometida al intercambio térmico con el fluido de servicio. Un problema con los mezcladores estáticos, que utilizan rejillas de elementos cruzados de los tipos que se describen con anterioridad, consiste en la dificultad de hacerlos suficientemente fuertes para resistir la caída de presión causada por fluidos viscosos, tales como los polímeros, que circulan a través de los mezcladores. Asimismo, los elementos cruzados deben fijarse al conducto de flujo, y estos elementos fijados en el conducto deben resistir los esfuerzos aplicados a los demás elementos cruzados. En muchas aplicaciones, como son los enfriadores de fibra, los tubos SMR deben resistir adicionalmente una alta presión externa. Para resistir estos esfuerzos, los elementos cruzados deben tener un diseño de máxima resistencia que implica materiales muy gruesos y componentes reforzados, tal como la soldadura de los elementos cruzados entre sí en sus puntos de cruce. En el caso de mezcladores de tipo SMR, es una práctica común soldar adicionalmente lengüetas entre cada bucle de tubo dentro de cada conjunto de tubos. Por lo general, las lengüetas tienen el mismo grosor que la pared del tubo, y hasta tres filas de lengüetas se colocan en cada conjunto de tubos. Un haz de tubos SMR típico puede comprender de ocho a más de cuarenta de tales conjuntos de tubos y, como resultado, más de dos mil lengüetas pueden ser necesarias para un haz de tubos SMR típico. Es evidente que la soldadura, u otro tipo de fijación de estas lengüetas a los tubos, es extremadamente laborioso y puede aumentar el costo del haz de tubos de manera considerable. Por lo tanto, ha surgido una necesidad significativa de un método mejorado para reforzar los elementos cruzados que se describen con anterioridad.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION En un aspecto, la invención se refiere a un mezclador estático con una primera rejilla que comprende uno o varios elementos cruzados y una o varias ranuras adyacentes a cada uno de los elementos cruzados, y una segunda rejilla que comprende uno o varios elementos cruzados y una o varias ranuras adyacentes a cada uno de los elementos cruzados. Los elementos cruzados de la primera rejilla se disponen en ángulos entrecruzados a dichos elementos cruzados de dicha segunda rejilla. Por lo menos un conector alargado se posiciona entre y está sujetado en los elementos cruzados de la primera y segunda rejilla. Las rejillas pueden disponerse de tal modo que cada elementos cruzados de una rejilla cruza una ranura en la otra rejilla. En otro aspecto, la invención se refiere a un método de construir el mezclador estático que se describe con anterioridad. La invención se refiere también a un conjunto de mezclador estático.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS En los dibujos adjuntos que forman parte de la especificación y deben interpretarse en conjunto con la misma y en los cuales se emplean números de referencia idénticos para indicar partes ¡guales en las diferentes vistas: La figura 1A comprende una vista de plano desde arriba de un mezclador estático de tipo SMX construido de conformidad con la presente invención; La figura 1 B comprende una vista en alzado lateral de un mezclador estático de tipo SMX construido de conformidad con la presente invención; La figura 2 es una vista en alzado lateral de un mezclador estático de tipo SMR de la presente invención de la presente invención; La figura 3 es una vista en alzado lateral fragmentaria ampliada de una porción del mezclador estático de tipo SMR que se muestra en la figura 2; La figura 4 es una vista de un conectar de la presente invención; La figura 5A es una vista de una conectar de la presente invención; La figura 5B es una vista de un conectar de la presente invención; La figura 6A es una vista de plano lateral de un conector tomada a lo largo de la línea 6A - 6A de la figura 5A; La figura 6B es una vista de plano lateral de un conector tomada a lo largo de la línea 6B - 6B de la figura 5B; La figura 6C es una vista de plano lateral de un conector y elementos de conexión tomada a lo largo de la línea 6C - 6C de la figura 3; La figura 7 es una vista en alzado lateral que ilustra la sujeción de conjuntos de tubos adyacentes durante un método de construcción de la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Ahora refiriéndose con mayor detalle a los dibujos, la presente invención se dirige a un mezclador estático 10 que se utiliza colocado dentro de un tubo u otro conducto de flujo fluido encerrado completa o parcialmente 12 para mezclar o reducir de alguna otra manera las variaciones transversales con respecto a la composición, temperatura u otras propiedades de una o varias corrientes fluidas circulando dentro del conducto 12. El mezclador estático 10 puede utilizarse también para generar el intercambio térmico entre una corriente fluida de producto y un fluido de servicio que circulan con la corriente o contracorriente y se encuentran separados de la corriente fluida de producto por medio de una pared. Un mezclador estático de tipo SMX 10 se ilustra en la figura 1 y porciones de un mezclador estático de tipo SMR se ilustran en las figuras 2 - 3. El mezclador estático 10 comprende dos o varias rejillas 14 de los elementos cruzados 16 y ranuras adyacentes a cada uno de los elementos cruzados 16. Los elementos cruzados 16 se disponen en ángulos entrecruzados entre sí y en un ángulo de inclinación a un eje longitudinal del conducto de flujo fluido 12. Por ejemplo, pueden utilizarse ángulos entrecruzados de 60 y 90 grados y los ángulos de inclinación de 30 y 45 grados. Las rejillas se disponen de tal manera que cada elemento de cruce de una rejilla cruza una ranura en la otra rejilla. Los elementos cruzados 16 dentro de cada rejilla 14 se extienden, de preferencia pero no forzosamente, en forma paralela una a la otra y se encuentran en un plano común. Los elementos cruzados 16 pueden estar configurados como placas corrugadas como en el caso de un mezclador estático SMV 10, barras como en el caso de un mezclador estático SMX 10 que se muestra en la figura 1 , y tubos como en el caso del mezclador estático SMR 10 que se muestra en las figuras 2 - 3. Asimismo, como elementos cruzados 16 pueden utilizarse placas, varas y otras estructuras que sirven para originar la separación y recombinación de la corriente fluida circulando dentro del conducto 12. En el caso de tubos, una o varias corrientes fluidas también circulan dentro de los tubos, como para el intercambio térmico con la corriente fluida que circula fuera de los tubos. Además de los mezcladores estáticos SMR y SMX, la invención también es aplicable a mezcladores estáticos conocidos comúnmente con el nombre SMXL y otros tipos de mezcladores que comprenden elementos inclinados y de cruce de cualquier forma. De conformidad con la presente invención, un conector alargado 18 se posiciona entre y se fija en los elementos cruzados 16 adyacentes desde cada rejilla combinada 14. Cuando se utilizan rejillas combinadas múltiples 14, el conector 18 se extiende, de preferencia, continuamente a lo largo de toda la longitud transversal del mezclador estático 10 y une los elementos cruzados 16 adyacentes en cada una de las rejillas múltiples 14. El conector 18 es, de preferencia, una barra plana como se ilustra en las figuras 4 - 6C, pero también puede ser una vara u otra estructura. El conector 18 está hecho de un material que presenta la rigidez y composición necesarias para unir los elementos cruzados 16. Por ejemplo, cuando los elementos cruzados 16 están hechos de metal, el conector 18 es, de preferencia, un metal compatible. Cuando los elementos cruzados 16 son de construcción polimérica o cerámica, el conector 18 tiene, de preferencia, una construcción similar. El conector 18 se coloca, de preferencia, de tal modo que cruza los elementos cruzados 16 a lo largo de, por lo menos, algunos de sus puntos de intersección. Asimismo pueden utilizarse conectores múltiples 18 que se extienden en paralelo y separados entre sí. El conector 18 debe presentar una construcción relativamente delgada para minimizar la restricción de flujo entre los elementos cruzados 16 adyacentes. Sin embargo, de preferencia el conector 18 está conformado de un material más grueso para lograr una mayor resistencia e incluye muescas de cruce 20 posicionados a lo largo de las líneas de contacto de los elementos cruzados 16 con el conector 18. Las muescas 20 en un lado del conectar 18 se extienden en paralelo entre sí y en un ángulo a las muescas 20 formadas en el lado opuesto del conector 18. El grosor del conector 18 en los puntos de cruce de las muescas 20, si los hay, es, de preferencia muy reducido o igual a cero. Por lo tanto, las muescas 20 sirven para reducir el espaciamiento entre los elementos cruzados 6 adyacentes facilitando a la vez la sujeción de los elementos cruzados 16 al conector 18 al proporcionar una superficie de unión más grande y un ajuste mecánico para mantener los elementos cruzados 16 unidos. Las muescas 20 pueden formarse de cualquier manera, ya sea mediante la eliminación de material del conector 18 o la formación de las muescas durante la fabricación del conector 18, por ejemplo durante la fundición o el moldeo por inyección del conector 18. Como en uno de los ejemplos, cuando el conector 18 se utiliza con elementos cruzados 16 tubulares como se incluyen en un mezclador estático SMR 10, el conector 18 tiene un ancho de 30 mm y un grosor de 5 mm y comprende muescas 20 que están contorneados para recibir en su totalidad los elementos cruzados 16 tubulares. Por lo tanto, si los tubos en los elementos cruzados 16 tienen un diámetro de 13.5 mm, las muescas 20 tendrán forma de media luna que corresponde a un diámetro de tubo de aproximadamente 14 mm. La profundidad de esta muesca en forma de media luna 20 es, de preferencia, de 2.5 a 3 mm para permitir un espacio nulo entre los elementos cruzados 16, pero también puede tener un tamaño menor para facilitar que haya cierta separación entre los elementos cruzados 16. Los elementos cruzados 16 se sujetan al conectar 18 mediante soldadura, soldadura dura, engomado u otras técnicas adecuadas de una manera gradual o continua. Por ejemplo, el conectar 18 pueden unirse inicialmente a los elementos cruzados 16 adyacentes mediante sujeción como se muestra en la figura 7 o mediante soldadura TAG. Después de que se haya fijado una estructura de dos o más capas de elementos cruzados 16 de esta manera, las muescas 20 se llenan con material de soldadura fuerte, como por ejemplo soldadura de níquel en forma de pasta o lámina. El conjunto completo se coloca entonces en un horno al vacío para aplicar un tratamiento térmico y soldar a una temperatura apropiada, por ejemplo a 1050 °C. Alternativamente, pueden utilizarse otros métodos de soldadura, así como la soldadura completa o parcial, el engomado u otras técnicas de sujeción. Notablemente, la carga en cada elemento de cruce 16, originada por la caída de presión de la corriente fluida que circula alrededor de los elementos cruzados 16, se transfiere al conectar 18 y no al siguiente elemento de cruce 16 como en el caso de la construcción convencional y el método de refuerzo que utiliza lengüetas. Muestras de prueba han demostrado que los elementos cruzados 16 tubulares pueden aguantar una carga de por lo menos 30 kN si el conectar 18 tiene un ancho de 30 mm y un grosor de 5 mm y se encuentra sujetado mediante el procedimiento de soldadura dura que se describe con anterioridad. Esta resistencia excede por mucho la carga de 0.5 a 1 kN que se experimenta típicamente para una caída de presión de 20 a 40 bar a través de un mezclador estático hecho de veinte rejillas de tubos con quince tubos inclinados en cada rejilla. El conector 18 pueden utilizarse también como estructura de soporte para todo el conjunto sujetándolo a la brida o el cuerpo de entrada o salida, eliminando así la necesidad de soportes costosos entre los haces de tubos o los elementos de mezcla.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES 1.- Un mezclador estático que comprende: una primera rejilla que incluye uno o varios elementos cruzados y una o varias ranuras adyacentes a cada uno de los elementos cruzados, y una segunda rejilla que incluye uno o varios elementos cruzados y una o varias ranuras adyacentes a cada uno de los elementos cruzados, en donde dichos elementos cruzados de dicha primera rejilla se disponen en ángulos entrecruzados con dichos elementos cruzados de dicha segunda rejilla; y por lo menos un conectar alargado posicionado entre y sujetado en dichos elementos cruzados de dicha primera rejilla y dichos elementos cruzados de dicha segunda rejilla. 2. - El mezclador estático de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dichas rejillas se disponen de tal manera que cada elementos cruzados de una rejilla cruza una rejilla en la otra rejilla. 3. - El mezclador estático de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque dichos elementos cruzados de dicha primera rejilla se encuentran en una relación generalmente paralela uno con respecto al otro. 4. - El mezclador estático de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque dichos elementos cruzados de dicha primera rejilla se encuentran en un plano común. 5 - El mezclador estático de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque dichos elementos cruzados de dicha segunda rejilla se encuentran en una relación generalmente paralela uno con respecto al otro. 6.- El mezclador estático de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque dichos elementos cruzados de dicha segunda rejilla se encuentran en un plano común. 7. - El mezclador estático de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dichos elementos cruzados están configurados como placas corrugadas y tubos. 8. - El mezclador estático de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el mezclador estático comprende más de dos rejillas. 9. - El mezclador estático de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque cada rejilla comprende elementos cruzados. 10. - El mezclador estático de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque dichos elementos cruzados de cada rejilla están dispuestos en ángulos entrecruzados entre sí. 11. - El mezclador estático de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque dicho conector se posiciona entre dichos elementos cruzados de cada rejilla. 12. - El mezclador estático de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dichos elementos cruzados son de construcción metálica, polimérica, cerámica o combinaciones de las mismas. 13. - El mezclador estático de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho conector se extiende continuamente a lo largo de toda la longitud transversal de dicho mezclador estático. 14. - El mezclador estático de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho conector alargado se posiciona de tal manera que cruza dichos elementos cruzados a lo largo de por lo menos algunos de sus puntos de intersección. 15 - El mezclador estático de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho conector comprende muescas de cruce posicionadas a lo largo de las líneas de contacto de dichos elementos cruzados con dicho conector, en donde dichas muescas proporcionan una superficie de unión más grande y un ajuste mecánico para mantener dichos elementos cruzados unidos. 16.- El mezclador estático de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque dichas muescas se ubican en un primer lado de dicho conector y se extienden en relación con dichos elementos cruzados de dicha primera rejilla y en donde dichas muescas se ubican en un segundo lado de dicho conector y se extienden en relación con dichos elementos cruzados de dicha segunda rejilla. 17.- El mezclador estático de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dichos elementos cruzados se sujetan en dicho conectar mediante ya sea soldadura, soldadura dura, engomado y combinaciones de los mismos. 18.- Un método para construir un mezclador estático que comprende: (a) proveer por lo menos dos rejillas; (b) posicionar uno o varios elementos cruzados y una o varias ranuras adyacentes a cada uno de los elementos cruzados en una primera rejilla; (c) posicionar uno o varios elementos cruzados y una o varias ranuras adyacentes a cada uno de los elementos cruzados en una segunda rejilla; (d) disponer dichos elementos cruzados de dicha primera rejilla en ángulos entrecruzados con dichos elementos cruzados de dicha segunda rejilla; (e) posicionar por lo menos un conectar entre dichos elementos cruzados de dicha primera rejilla y dichos elementos cruzados de dicha segunda rejilla y (f) sujetar dicho conectar en dichos elementos cruzados. 19.- El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque comprende disponer dichas rejillas de tal manera que cada elemento de cruce de una rejilla cruza una ranura en la otra rejilla. 20.- El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque comprende proveer más de dos rejillas. 21. - El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque comprende posicionar uno o varios elementos cruzados en cada rejilla. 22. - El método de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque comprende disponer dichos elementos cruzados de cada rejilla en ángulos entrecruzados uno con respecto al otro. 23. - El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque comprende posicionar dicho conectar entre dichos elementos cruzados de cada rejilla. 24.- Un conjunto de mezclador estático que comprende un conducto de flujo fluido, generalmente en forma anular, que incluye un eje central, superficies interiores y exteriores concéntricas, espaciadas en dirección radial y que se extienden en dirección circunferencial, dicha superficie interior define una trayectoria del flujo fluido que se extiende a lo largo de dicho eje; uno o varios mezcladores estáticos ubicados en dicha trayectoria del flujo, cada mezclador estático comprende una primera rejilla que incluye uno o varios elementos cruzados y una o varias ranuras adyacentes a cada uno de los elementos cruzados y una segunda rejilla que comprende uno o varios elementos cruzados y una o varias ranuras adyacentes a cada uno de los elementos cruzados, en donde dichos elementos cruzados de dicha primera rejilla se disponen en ángulos entrecruzados con respecto a dichos elementos cruzados de dicha segunda rejilla; y por lo menos un conector alargado posicionado entre y sujetado en dichos elementos cruzados de dicha primera rejilla y dichos elementos cruzados de dicha segunda rejilla. 25.- El conjunto de mezclador estático de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque dichas rejillas se disponen de tal manera que cada elemento de cruce de una rejilla cruza una ranura de la otra rejilla.