MXPA99007097A - Metodo para operar una columna de rectificacioncriogenica - Google Patents

Abstract

Un método para operar una columna de rectificación criogénica para la separación de los componentes del aire medianterectificación criogénica, por el cual la columna puede ser operada por arriba de su capacidad de diseño sin encontrar inundación, pasando vapor hacia arriba a través de la columna a un régimen de flujo que genera una caída de presión dentro de la columna de por lo menos 5.83 cm de agua por metro de altura de empaque a través de una altura de hojas de empaque con estructura definida que tienen una estructura diferente en sus porciones lo superior e inferior.

Description

MÉTODO PARA OPERAR UNA COLUMNA DE RECTI FICACIÓN CRIOGÉN ICA CAMPO TÉCN ICO Esta invención se refiere en general a la rectificación criogénica de aire para la separación del aire en sus componentes y es útil particularmente para operar una columna de rectificación criogénica a capacidad incrementada para llevar a cabo la rectificación.

ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA Es deseable operar una planta de separación de aire más allá de la capacidad de diseño de la planta con el fin de producir productos adicionales de la planta si tal operación de capacidad incrementada puede ser llevada a cabo económicamente. La mayoría de los componentes de una planta de separación de aire pueden ser diseñados o modificados para aceptar un régimen de flujo incrementado. Por ejemplo, un ventilador corriente arriba puede ser usado para potenciar la capacidad de un compresor. Los cambiadores de calor pueden ser operados a regímenes de flujo incrementados aceptando simplemente una caída de presión incrementada. La capacidad de pre-purificadores de aire también puede ser incrementada operando con una caída de presión incrementada siempre que se evite la fluidización de las partículas adsorbentes. Sin embargo, es más difícil incrementar la capacidad de las columnas de destilación en una planta de separación de aire porque son de capacidad limitada por el fenómeno de inundación. La inundación ocurre en el equipo de proceso siempre que hay flujo de dos fases vertical a contracorriente y los regímenes de flujo son tales que exceden la capacidad del equipo. En columnas empacadas y de charolas, la aproximación a la inundación está caracterizada por una caída de presión que se incrementa rápidamente, por una pérdida de rendimiento de separación y por una operación inestable. El comienzo de la inundación en las columnas es usualmente el cuello de botella limitativo que se encuentra cuando se intenta incrementar la capacidad de una planta de separación de aire más allá de su capacidad de diseño. En general está bien establecido que la capacidad de una columna de destilación puede ser incrementada cambiado la presión de la columna. Elevando la presión se incrementa la densidad del vapor, permitiendo un incremento en el régimen de flujo de masa de vapor. Sin embargo, incrementando la presión disminuye la volatilidad relativa haciendo de esa forma la separación por destilación más difícil. La capacidad del régimen de flujo de masa de vapor se incrementa como la potencia de 0.4 o 0.5 de la presión de operación para columnas empacadas y de charola respectivamente. La desventaja de esta solución al problema de la inundación es que un incremento en la presión de operación de la columna se traduce en un incremento substancial en la presión de descarga del compresor principal de aire, y en costos de energía mayores. Un incremento de presión es desventajoso particularmente en la columna superior (o presión menor) de una planta de doble columna puesto que cualquier incremento en presión debe ser multiplicado típicamente por tres ya que se propaga a través del recalentador/condensador principal, debido a las diferencias en las relaciones de presión/temperatura de vapor de oxígeno y nitrógeno. Una solución al problema es incrementar los regímenes de flujo a través de las columnas más allá del punto de diseño pero no tan lejos como el punto de inundación. Las columnas empacadas están diseñadas típicamente a aproximadamente 80% del punto de inundación. Desafortunadamente, usando empaques estructurados convencionalmente, los regímenes de flujo pueden ser incrementados sólo ligeramente más allá del punto de diseño porque las fluctuaciones de caída de presión se hacen tan grandes que las columnas se vuelven inestables. Consecuentemente, es un objetivo de esta invención proporcionar un método para operar una columna de rectificación criogénica para llevar a cabo la separación de los componentes del aire a capacidad incrementada mientras se evita inundación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El anterior y otros objetivos que se harán aparentes al experto en la técnica a la lectura de esta descripción, son alcanzados por esta invención, la cual es: Un método para operar una columna de rectificación criogénica que comprende: (A) pasar una mezcla que comprende un componente más volátil del aire y un componente menos volátil del aire en una columna, dicha columna conteniendo una altura de empaque que comprende hojas de empaque que tienen una porción inferior la cual difiere en estructura de una porción superior de la hoja; (B) llevar a cabo la rectificación criogénica con la columna en donde el vapor fluye hacia arriba a través de la altura de las láminas de empaque y el líquido fluye hacia abajo a través de la altura de las láminas de empaque por medio del cual el mencionado componente más volátil se concentra en el vapor fluyendo hacia arriba y el mencionado componente menos volátil se concentra en el líquido fluyendo hacia abajo; (C) pasar el vapor que fluye ascendente hacia arriba a través de la altura de empaque dentro de la columna a un régimen de flujo para tener una caída de presión dentro de la columna de por lo menos 5.83 cm de agua por metro de altura de empaque; y (D) extraer el componente más volátil de la porción superior de la columna y extraer menos componente volátil de la porción inferior de la columna. El término "columna" como se usa aquí significa una columna o zona de destilación o fraccionamiento, es decir, una columna o zona de contacto en donde las fases líquida y vapor se ponen en contacto concurrentemente para efectuar la separación de una mezcla de fluidos, como, por ejemplo, poniendo en contacto las fases vapor y líquidas en los elementos de empaque. Para una discusión adicional de columnas de destilación ver el Manual del Ingeniero Químico, Quinta Edición, editado por R. H. Perry y C. H. Chilton, McGraw-Hill Book Company, New York, Sección 13, "Destilación" B. D. Smith, y colaboradores, página 13-3 El Proceso de Destilación Continua. Los procesos de separación por contacto de vapor y líquido dependen de la diferencia en presiones de vapor para los componentes. El componente de presión de vapor elevada (o más volátil o bajo punto de ebullición) tenderá a concentrarse en la fase vapor mientras que el componente de presión de vapor baja (o menos volátil o de alto punto de ebullición) tenderá a concentrarse en la fase líquida. La destilación es el proceso de separación por el cual el calentamiento de una mezcla de líquidos puede ser usado para concentrar el (los) componente(s) más volátil(es) en la fase vapor y de ese modo el (los) componente(s) menos volátil(es) en la fase líquida. La condensación parcial es el proceso de separación por el cual el enfriamiento de una mezcla de vapores puede ser usado para concentrar el (los) componente(s) más volátil(es) en la fase vapor y de ese modo el (los) componente(s) más volátil(es) en la fase líquida. La rectificación, o destilación continua, es el proceso de separación que combina vaporizaciones y condensaciones parciales sucesivas obtenidas por un tratamiento a contracorriente de las fases líquida y vapor. El contacto a contracorriente de las fases vapor y líquida puede ser adiabático o no-adiabático y puede incluir contacto integral (por etapas) o diferencial (continuo) entre las fases. Los arreglos de proceso de separación que utilizan los principios de rectificación para separar mezclas son calificados con frecuencia de manera intercambiable columnas de rectificación, columnas de destilación, o columnas de fraccionamiento. La rectificación criogénica es rectificación efectuada, por lo menos en parte, a temperaturas por debajo de 150°K. Como se usa aquí, el término "empaque" significa cualquier cuerpo sólido o hueco de configuración, tamaño y forma predeterminados usados como internos de columna para proporcionar un área de superficie para permitir al líquido la transferencia de masa en la interface líquido-vapor durante el flujo a contracorriente de las dos fases. Como se usa aquí, el término "empaque estructurado" significa empaque ondulado cruzado diagonalmente en donde los miembros individuales tiene orientación específica con relación uno de otro y con el eje de la columna. Como se usa en la presente, los términos "porción superior" y "porción inferior" de una columna u hoja de empaque significa esas secciones de la columna u hoja de empaque arriba y abajo respectivamente del punto medio de la columna u hoja de empaque.

BREVE DESCRI PCIÓN DE LOS DI BUJOS LA Figura 1 es una representación esquemática de un sistema de rectificación criogénica el cual puede ser usado en la práctica de esta invención. Las figuras 2A y 2B ilustran en vistas en perspectiva y lateral respectivamente una modalidad de hojas de empaque estructurado útil en la práctica de la invención en donde la altura de ondulación de las hojas de empaque en la porción inferior se reduce a cero. Las Figuras 3A y 3B ilustran en vistas en perspectiva y lateral otra modalidad de hojas de empaque estructurado útil en la práctica de la invención en donde la altura de ondulación de las hojas de empaque en la porción inferior es reducida, pero no a cero.

Las Figuras 4A y 4B ilustran en vistas en perspectiva y lateral respectivamente otra modalidad de hojas de empaque estructurado útil en la práctica de la invención en donde la altura de ondulación de las hojas de empaque en la porción inferior es la misma que en la porción superior, pero las ondulaciones en la porción inferior están en un ángulo más pronunciado que en la porción superior. Las Figuras 5A y 5B ilustran en vistas en perspectiva y lateral respectivamente otra modalidad de las hojas de empaque estructurado y su arreglo útil en la práctica de la invención. Las Figuras 6A y 6B ilustran en vistas en perspectiva y lateral respectivamente otra modalidad de las hojas de empaque estructurado y su arreglo útil en la práctica de la invención. Las Figuras 7, 8 y 9 son representaciones gráficas de las ventajas alcanzables con la práctica de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Es sabido que la capacidad hidráulica del empaque estructurado ondulado en cruz puede ser incrementada haciendo la resistencia al flujo de gas o vapor entre las hojas de empaque en la porción inferior de las hojas menor que la resistencia al flujo de gas entre las hojas en ia porción superior de las hojas. La invención comprende el descubrimiento de que cuando las hojas de empaque estructurado que tienen una porción inferior la cual difiere en estructura de una porción superior de las hojas son empleadas en una columna y esa columna es operada con una caída de presión en exceso a 5.83 cm de agua por metro de altura de empaque, tal columna puede ser operada por arriba del punto de diseño de la columna mientras se tiene un rendimiento de transferencia de masa mejorado y estabilidad de columna mientras se evita la inundación. La invención será descrita en detalle con referencia a los dibujos. La Figura 1 ilustra una modalidad de un sistema de rectificación criogénico en donde puede ser practicada la invención. El sistema particular ilustrado en la Figura 1 comprende una doble columna y una columna lateral de argón. Haciendo referencia ahora a la Figura 1 , el aire de alimentación 1 que comprende principalmente nitrógeno, oxígeno y argón es comprimido en el compresor 2 y enfriado del calor de compresión mediante paso a través del enfriador 3. El aire de alimentación presurizado es entonces limpiado de impurezas de alto punto de ebullición tales como vapor de agua, dióxido de carbono e hidrocarburos mediante paso a través del purificador 4 el cual es típicamente un purificador por adsorción de temperatura o de presión. El aire de alimentación 5 comprimido, limpio es enfriado entonces mediante intercambio de calor indirecto con corrientes de retorno en el intercambiador de calor primario 6. En la modalidad ilustrada en la Figura 1 , una primera porción 7 del aire de alimentación 5 es comprimida adicionalmente mediante paso a través del compresor de refuerzo 8, una segunda porción 9 es comprimida adicionalmente mediante paso a través del compresor de refuerzo 10, y las porciones de aire de alimentación 1 1 y 12 comprimidas adicionalmente resultantes y la porción de aire de alimentación 50 comprimida restante son enfriadas mediante paso a través del intercambiador de calor primario 6 para producir aire de alimentación comprimido, limpio y enfriado, en las corrientes 51 , 52 y 53 respectivamente. La corriente 52 es expandida por turbina para formar la corriente 54 pasándola a través de un expansor de turbina 55 para generar la refrigeración para la rectificación criogénica subsecuente y pasada después a la columna 24 de presión menor. Las corrientes 51 y 53 son pasadas cada una a la columna 21 de presión más alta. Dentro de la columna 21 de presión más alta el aire de alimentación es separado por rectificación criogénica en vapor enriquecido con nitrógeno y líquido enriquecido con oxígeno. El vapor enriquecido con nitrógeno es pasado como corriente 22 al condensador principal 23 en donde se condensa mediante intercambio de calor indirecto con el líquido del fondo de la columna 24 de presión menor para formar el líquido 25 enriquecido en nitrógeno. Una porción 26 del líquido 25 enriquecido con nitrógeno es regresada a la columna 21 de presión mayor como reflujo, y otra porción 27 de líquido 25 enriquecido con nitrógeno es sub-enfriada en el intercambiador de calor 6 y pasada después a la columna 24 de presión menor como reflujo. El líquido enriquecido con oxígeno es pasado desde la porción inferior de la columna 21 de presión mayor en la corriente 28 y una porción 56 es pasada al condensador 29 de la parte superior de la columna de argón en donde es vaporizada mediante intercambio de calor indirecto con vapor más rico en argón, y el fluido resultante enriquecido con oxígeno es pasado como se ¡lustra por la corriente 30 desde el condensador 29 de la parte superior a ia columna 24 de presión menor. Otra porción 57 del líquido enriquecido con oxígeno es pasada directamente a la columna 24 de presión menor.

Una corriente 31 que comprende oxígeno y argón se pasa desde la columna 24 de presión menor a la columna 32 de argón en donde es separada mediante rectificación criogénica en vapor enriquecido con argón y líquido enriquecido con oxígeno. El líquido enriquecido con oxígeno es regresado a la columna 24 de presión menor en la corriente 33. El vapor rico en argón es pasado por la corriente 34 al condensador 29 superior en donde se condensa mediante intercambio de calor indirecto con el líquido enriquecido con oxígeno que se evapora como se describió previamente. El líquido resultante enriquecido con argón es regresado por la corriente 35 a la columna de argón 32 como reflujo. El fluido enriquecido con argón, es recuperado como vapor y/o líquido de la porción superior de la columna de argón 32 como producto argón en la corriente 36. La columna 24 de presión menor está operando a una presión menor que la de la columna 21 de presión mayor. Dentro de la columna 24 de presión menor son separadas las varias alimentaciones a la columna mediante rectificación criogénica en fluido rico en nitrógeno y fluido rico en oxígeno. Ei fluido rico en nitrógeno es extraído de la parte superior de la columna 24 de presión menor como corriente de vapor 37, calentado mediante paso a través del intercambiador de calor primario 6 y recuperado como producto nitrógeno 38. Una corriente de desperdicio 58 es extraída de la parte superior de la columna 24 de presión menor, calentada mediante paso a través del intercambiador de calor 6 y retirada del sistema en la corriente 59. El fluido rico en oxígeno es extraído de la porción inferior de la columna 24 de presión menor como vapor y/o líquido. Si se extrae como un líquido, el líquido rico en oxígeno puede ser bombeado a una presión mayor y vaporizado o en un hervidor de producto separado o en el intercambiador de calor primario 6 antes de recuperarlo como producto oxígeno de alta presión. En la modalidad ilustrada en la Figura 1 , el fluido rico en oxígeno es extraído de la columna 24 de presión menor como corriente de líquido 39, bombeado a una presión mayor a través de la bomba 60 de líquidos, vaporizado mediante paso a través del intercambiador de calor primario 6 y recuperado como producto oxígeno 40. Una porción 61 del oxígeno líquido puede ser recuperada como líquido. Por lo menos una de las columnas contiene una pluralidad de capas o ladrillos de empaque estructurado apilados verticalmente. Cada capa o ladrillo comprende hojas de empaque estructurado orientadas verticalmente con ondulaciones en un ángulo con el eje vertical. Las hojas están dispuestas de manera que la dirección de la ondulación de hojas adyacentes es invertida. Las capas son generalmente de entre 15.24 y 30.48 cm de altura. Las capas adyacentes están giradas alrededor de un eje vertical para aumentar el mezclado. La cama de empaque completa de una columna comprende capas múltiples del empaque, siendo establecido el número de capas por la altura del empaque requerido para efectuar la separación. Las ondulaciones del empaque están caracterizadas por una altura de ondulación. El patrón de ondulación puede ser afilado (dientes de sierra) o redondeado (sinusoidal). Las hojas se tocan unas con otras en puntos de contacto a lo largo de los picos y valles de las ondulaciones.

Una o más de las columnas contiene una altura de empaque, a través de por lo menos algo, de preferencia toda, la altura de la columna, en donde las hojas de empaque tienen una porción inferior que difiere en estructura de una porción superior de las hojas. Las Figuras 2, 3 y 4 ilustran tres ejemplos de tal empaque en donde la modificación está en la porción inferior de las hojas de empaque. Alternativamente, la modificación podría ocurrir en la porción superior de las hojas de empaque con la porción inferior siendo sin modificación. En una modalidad de la invención particularmente preferida, las hojas de empaque alternan con una hoja que tiene una porción inferior modificada y la hoja adyacente teniendo una porción superior modificada. Tal empaque se muestra en las Figuras 5 y 6. Las hojas de empaque están orientadas verticalmente en la columna adyacente una con otra a través del diámetro de la columna para formar un ladrillo o capa de hojas de empaque, y otro de tales ladrillo o capa de hojas de empaque está colocado encima de la primera capa y así sucesivamente en la columna para llenar la columna con empaque. Las Figuras 7, 8 y 9 reportan los resultados de pruebas llevadas a cabo con la práctica de la invención, en donde los puntos de datos están representados por círculos, y, para propósitos de comparación, con prácticas convencionales, en donde los puntos de datos están representados por cruces, para demostrar las ventajas de la invención. Las pruebas de destilación fueron llevadas a cabo en una columna de 30.48 cm de diámetro. La altura de cada capa de empaque fue de aproximadamente 25.4 cm y fueron usadas diez capas de empaque. La mezcla de destilación consistió de oxígeno y argón y la destilación se operó a reflujo total y a una presión de 1 .55 kg/cm2 abs. Se probaron dos juegos de empaque. El primero fue un empaque estructurado convencional el cual no tenía ninguna modificación. El segundo, representado en las Figuras 2A y 2B, fue un empaque idéntico excepto por una región aplanada que tiene una altura de ondulación de cero en la porción inferior de cada una de las hojas. Esta región aplanada tenía una altura de 0.95 cm. Ambos empaques tenían un área de superficie específica de aproximadamente 700 m2/m3 y tenían un tamaño de ondulación, material de construcción, textura de superficie y perforaciones idénticos. La Figura 7 muestra la caída de presión trazada contra el régimen de flujo de vapor expresado como una fracción del régimen de flujo de vapor en el punto de inundación. Los resultados para el empaque estructurado convencional y empaque estructurado teniendo una modificación en la porción inferior se muestran en la Figura 7. La caída de presión de ambos tipos de empaque sigue la misma relación cuando se grafican contra la fracción de inundación. Un punto de diseño típico, con un esquema de control típico, sería 80% de inundación para ambos tipos de empaque, que corresponde a una caída de presión de 5.0 a 5.83 cm de agua por metro. Sin embargo, hemos descubierto diferencias notables en comportamiento entre los dos tipos de empaque cuando son operados a una caída de presión en exceso de 5.83 cm de agua por metro. Estas diferencias son en a) rendimiento de transferencia de masa y b) estabilidad de columna. Como resultado de estas diferencias, es difícil operar columnas de separación criogénica empacadas más allá del punto de diseño típico cuando se utiliza empaque estructurado convencional, mientras que tales columnas son operadas fácilmente por encima del punto de diseño cuando se utiliza empaque estructurado que tiene una estructura diferente en la porción inferior de aquella de la porción superior. La Figura 8 muestra HETP normalizada graficada contra la caída de presión de columna para empaque estructurado convencional y para el empaque estructurado antes mencionado. La H ETP (altura equivalente a un plato teórico) se normaliza dividiendo cada valor medido de HETP entre la HETP de empaque estructurado convencional en la caída de presión del punto de diseño de 5.83 cm de agua por metro de altura de empaque. Hay una diferencia muy clara entre los dos empaques. La HETP de empaque estructurado convencional se incrementó a medida que la caída de presión se incrementó por arriba de 4.16 cm de agua por metro y se incrementó muy rápidamente por encima de 8.33 cm de agua por metro. En contraste, para el empaque definido de la invención, la HETP continuó cayendo aun hasta una caída de presión de columna de 16.63 cm de agua por metro de altura de empaque y permaneció por debajo del valor del punto de diseño del empaque convencional hasta 21 ,65 cm de agua por metro de altura de empaque. Deberá notarse que la deterioración del rendimiento de transferencia de masa de empaque estructurado convencional a gradientes de temperatura por encima de 4.16 cm de agua por metro de altura de empaque ha sido reportada previamente con frecuencia. En el curso de los experimentos descritos antes, se notó que el empaque convencional exhibió comportamiento inestable cuando se operó a una caída de presión por encima de la caída de presión del punto de diseño normal de 5.83 cm de agua por metro, en que cualesquiera fluctuaciones en el régimen de flujo de vapor y en la caída de presión de la columna resultó en una tendencia de la columna a inundarse. Fue difícil operar la columna y se requirió cuidado en extremo para evitar inundación. En contraste, con la invención, se experimentó estabilidad con una operación a una caída de presión por encima de 5.83 cm por metro de altura de empaque. Pequeñas fluctuaciones en el régimen de flujo de vapor no tuvieron efecto en la habilidad de operación de la columna. Fue posible operar la columna hasta una caída de presión de 24.98 cm de agua por metro de altura de empaque mientras que con empaque convencional no fue posible exceder 16.65 cm de agua por metro de altura de empaque aun con operación extremadamente cuidadosa. Con el fin de tener más compresión sobre el comportamiento diferente de los dos tipos de empaque, se llevó a cabo una nueva serie de experimentos para medir el cambio de líquido retenido (o fracción nula de líquido) con variaciones en la velocidad de gas. El diámetro de la columna fue de 1 .22 metros y la altura de empaque fue 264.16 cm. Se sopló aire a través del empaque mediante un ventilador y se provocó que fluyera un líquido, Isopar-M, a través de todo el empaque. Se usó un distribuidor de líquido calibrado cuidadosamente teniendo 193 puntos de vertido por metro cuadrado para asegurar la distribución uniforme de líquido sobre el empaque. El cambio en la retención del líquido en el empaque fue medido a partir del cambio en el nivel del líquido en el pozo abajo del empaque después de que el flujo de aire fue cambiado. Por ejemplo, un incremento en el régimen de flujo de aire causó que el nivel del líquido en el pozo cayera debido a la retención del líquido incrementada en el empaque. El Isopar-M tiene una tensión superficial de aproximadamente 26 dinas/cm y es un líquido más representativo que el agua para simular el comportamiento de un líquido criogénico que tiene una tensión superficial de 6-16 dinas/cm en la presión inferior de ias columnas de argón. Los resultados se muestran en la Figura 9. Para estos experimentos el régimen de flujo de líquido varió entre 81 .37 y 284.82 litros por minuto por metro cuadrado de sección transversal de columna. Lo ordinario es la diferencia entre la retención de líquido con flujo de aire y la retención de líquido sin flujo de aire a la misma relación de líquido. La abscisa es la caída de presión sobre la cama empacada que varía conforme los regímenes de flujo de aire y líquido fueron cambiados. Dos paquetes de resultados se muestran, un empaque estructurado convencional y un empaque que fue idéntico excepto por una modificación en la base de cada ladrillo como se muestra en las Figuras 2A y 2B. El área de superficie específica de cada empaque fue aproximadamente de 700 m2/m3. Hubo una diferencia marcada entre los resultados para los dos tipos de empaque a caídas de presión por arriba de 24.98 cm de agua por metro de altura de empaque. Para el empaque estructurado convencional, a una caída de presión dada hubo una retención de líquido grande debido al flujo de aire a través del empaque. En contraste, para el empaque con resistencia reducida al flujo de gas en la base de cada ladrillo, la resistencia del líquido causada por el flujo de aire fue comparativamente pequeña. La pendiente de las dos curvas también es significativa. Para el empaque convencional un pequeño cambio en el flujo de aire, y por consiguiente en la caída de presión, causó un cambio grande en la retención de líquido.

Para la invención el mismo cambio en el flujo de aire y caída de presión causó un cambio mucho menor en la retención de líquido. Estos resultados son consistentes con las diferencias en estabilidad observadas para estos dos empaques en las pruebas de destilación criogénicas anotadas anteriormente. Uno puede especular porque un empaque que tiene solamente un cambio pequeño en retención de líquido conforme cambia el régimen de flujo de vapor resulta en una columna más estable y fácilmente controlada que un empaque para el cual hay un cambio mucho mayor en retención de líquido. Aunque no se desea sostener alguna teoría, se cree que debido a que la retención de vapor es pequeña, un incremento o decremento pequeño en el régimen de flujo de vapor es transmitido rápidamente a través de la columna de manera que todas las etapas de equilibrio en la columna están sujetas al nuevo régimen de flujo de vapor. La separación de aire se caracteriza por la volatilidad relativamente baja tal como del sistema oxígeno-argón y por la operación cercana al régimen de reflujo mínimo. Con el fin de evitar pizcas de concentración y separación reducida, es necesario mantener siempre la relación de L y V, los regímenes de flujo molares de Líquido a Vapor, en el valor de diseño. La perturbación en el régimen de flujo de vapor debe ser igualada por un cambio equivalente en el régimen de flujo del líquido para mantener la relación L/V requerida en cada etapa. Sin embargo, cuando la retención de líquido cambia significativamente conforme cambia el régimen de vapor, hay un retraso en establecer los nuevos regímenes de flujo de líquido en cada etapa porque el líquido fluyendo hacia abajo de la columna debe ser usado parcialmente para aumentar o disminuir la retención de líquido en cada etapa. Así L/V es cambiada del valor de diseño con una deterioración consecuente en rendimiento de separación. Hemos encontrado que el cambio de retención de líquido con un cambio de régimen de flujo de vapor es considerablemente mayor para empaque estructurado convencional de lo que es para empaque con una resistencia reducida al flujo de vapor en la base da cada ladrillo. Es por esta razón que una columna que contiene empaque del último tipo es más estable y fácilmente controlable. Es posible que la base de cada ladrillo en empaque estructurado se comporte análogamente a una charola de destilación de doble flujo. En la última, ambos, vapor y líquido pasan a contracorriente a través de las mismas aberturas en el piso de la charola. Es bien sabido que las charolas de destilación de doble flujo adolecen de mala distribución de líquido y vapor a regímenes de vapor altos y que la eficiencia de la charola de destilación se reduce como consecuencia. La base de los ladrillos en empaque estructurado convencional puede comportarse análogamente. El empaque estructurado que tiene modificaciones en la base de cada ladrillo parece eliminar la retención excesiva de líquido en esa región tal en que líquido y vapor pueden fluir sin obstáculos en flujo a contracorriente sin problemas de inestabilidad. El régimen de flujo de vapor (así como también el régimen de flujo de líquido) varía en las columnas de destilación de una planta de separación de aire de sección a sección y aun a través de una sección dada. Consecuentemente, la caída de presión sobre la columna como un todo o sobre una sección dada de empaque puede ser menor que 5.83 cm de agua por metro de altura de empaque aun cuando para el ladrillo o ladrillos más altamente cargados puede exceder este valor. Es el gradiente de presión local, no el gradiente de presión global, el que determina la estabilidad de columna y el que es importante en esta invención. Ahora con la práctica de esta invención, uno puede operar una columna de rectificación criogénica para separar los componentes del aire en un punto más alto que el punto de diseño de la columna evitando al mismo tiempo la inundación. Aunque la invención ha sido descrita en detalle con referencia a ciertas modalidades preferidas aquellos expertos en la técnica reconocerán que hay otras modalidades de la invención dentro del espíritu y alcance de las reivindicaciones.

Claims (7)

1. REIVIN DICACION ES 1. Un método para operar una columna de rectificación criogénica que comprende: (A) pasar una mezcla que comprende un componente más volátil del aire y un componente menos volátil del aire a una columna, dicha columna conteniendo una altura de empaque que comprende hojas de empaque las cuales tienen una porción inferior que difiere en estructura de una porción superior de la hoja; (B) llevar a cabo la rectificación criogénica dentro de la columna en donde el vapor fluye hacia arriba a través de la altura de las hojas de empaque y el líquido fluye hacia abajo a través de la altura de las hojas de empaque con lo que el dicho componente más volátil se concentra en el vapor que fluye hacia arriba y el dicho componente menos volátil se concentra en el líquido que fluye hacia abajo. (C) pasar el vapor fluyendo ascendentemente hacia arriba a través de la altura de empaque dentro de la columna a un régimen de flujo para tener una caída de presión dentro de la columna de por lo menos 5.83 cm de agua por metro de altura de empaque; y (D) extraer el componente más volátil desde la porción superior de la columna y extraer el componente menos volátil desde la porción inferior de la columna.
2. 2. El método de la reivindicación 1 en donde el componente más volátil es nitrógeno y el componente menos volátil es oxígeno.
3. 3. El método de la reivindicación 1 en donde el componente más volátil es argón y el componente menos volátil es oxígeno.
4. 4. El método de la reivindicación 1 en donde la dicha diferencia en estructura comprende una altura de ondulación reducida en la porción inferior de cada hoja de empaque con relación a la altura de ondulación en una porción superior de cada hoja de empaque.
5. 5. El método de la reivindicación 4 en donde la altura de ondulación en la porción inferior de cada hoja de empaque es cero.
6. 6. El método de la reivindicación 1 en donde dicha diferencia en estructura comprende ondulaciones en una porción inferior de cada hoja de empaque que están en un ángulo pronunciado con relación a las ondulaciones en una porción superior de cada hoja de empaque.
7. 7. El método de la reivindicación 1 en donde hojas adyacentes tienen modificaciones en la porción inferior y en la porción superior respectivamente en secuencia alternante.