Intercambiador de calor gas/gas.

Intercambiador de calor (1), en particular para su uso en el grupo de contacto de una planta de ácido sulfúrico, con una cámara

(2) en la que un haz de tubos (12) está dispuesto en un anillo circular, en el que entre el haz de tubos (12) y una carcasa de cámara (13) que rodea el haz de tubos (12) se forma un espacio de gas (15), con una abertura de suministro de gas (6) dispuesta en la carcasa de cámara (13) para introducir un gas en el espacio de gas (15) en dirección sustancialmente radial con respecto al haz de tubos (12), y con una abertura de salida de gas que incluye un espacio interior (16) cerrado por el haz de tubos (12) en una dirección sustancialmente axial, caracterizado por que el centro (ZR) del haz de tubos (12) está desplazado con respecto al centro (ZK) de la carcasa de cámara (13) en una dirección opuesta a la abertura de suministro de gas (6).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2012/064914.

Solicitante: Outotec (Finland) Oy.

Nacionalidad solicitante: Finlandia.

Dirección: Rauhalanpuisto 9 02230 Espoo FINLANDIA.

Inventor/es: DAUM, KARL-HEINZ, SCHALK, WOLFRAM, STORCH,HANNES.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > INTERCAMBIADORES DE CALOR, NO PREVISTOS EN NINGUNA... > Aparatos cambiadores de calor que tienen conjuntos... > F28D7/16 (estando las canalizaciones situadas paralelamente (F28D 7/02 - F28D 7/10 tienen prioridad))

PDF original: ES-2549064_T3.pdf

 

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Intercambiador de calor gas/gas.

Fragmento de la descripción:

Intercambiador de calor gas/gas La presente invención se refiere a un intercambiador de calor, en particular para su uso en el grupo de contacto de una planta de ácido sulfúrico, con una cámara en la que un haz de tubos está dispuesto sobre un anillo circular, en el que entre el haz de tubos y una carcasa de cámara que rodea el haz de tubos se forma un espacio de gas, con una abertura de suministro de gas que está dispuesta en la carcasa de la cámara para introducir un gas en el espacio de gas en dirección sustancialmente radial con respecto al haz de tubos, y con una abertura de salida de gas que incluye un espacio interior encerrado por el haz de tubos en dirección sustancialmente axial.

El documento GB-A-897593 da a conocer un intercambiador de calor de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Dentro del grupo de contacto de plantas de ácido sulfúrico por lo general se emplean intercambiadores de calor de haz de tubos, que se instalan en una configuración vertical, de modo que el condensado de ácido sulfúrico posiblemente obtenido pueda fluir hacia de la bandeja del fondo y pueda ser extraído allí para evitar la corrosión. En general, el gas SO2 es guiado sobre el lado de la carcasa y el gas SO2 / SO3 es guiado sobre el lado de los tubos. En plantas comerciales de más de 1.500 toneladas por día de MH, se utilizan intercambiadores de calor de tipo disco y anillo (ver también Winnacker / Küchler, Chemische Technik: Prozesse und Produkte, editado por Roland Dittmeyer et al, Vol. 3: Anorganische Grundstoffe, Zwischenprodukte, pág. 96 f., Wiley-VCH Verlag, Weinheim, 2005) .

El gas SO2 frío generalmente es guiado en contraflujo hacia el gas que contiene SO3 a enfriar. Se ha encontrado que el condensado de ácido sulfúrico deriva en una fuerte corrosión, en particular, en la primera cámara del intercambiador de calor, por lo que se deben utilizar materiales de acero inoxidable y de alta aleación costosos. Para reducir los costes, el intercambiador de calor se ha dividido en dos partes, de modo que en el caso de una corrosión excesiva no tenga que reemplazarse todo el intercambiador de calor, sino solamente la región expuesta al gas frío, en la que se produce una corrosión particularmente alta. Aunque inicialmente se asumió una división uniforme de la región de transferencia de calor, el solicitante ha empleado recientemente intercambiadores de calor en los que en la sección de intercambio de calor fría (primera cámara) se proporciona solamente una pequeña parte de toda la superficie de transferencia de calor. Además, en lugar de una disposición en la que estén dispuestos dos intercambiadores de calor orientados verticalmente uno al lado de otro y que cree problemas en lo que se refiere al drenaje, ahora se ha utilizado una disposición en la que la cámara, a la que se suministra el gas S02 frío, esté dispuesta horizontalmente. Desde esta primera cámara, el condensado de ácido sulfúrico simplemente puede ser extraído en el fondo. El gas que contiene SO2 es transferido después a la sección vertical adyacente con una mayor superficie de transferencia de calor. Se ha encontrado, sin embargo, que en el caso del flujo de aproximación radial del haz de tubos en la sección horizontal del intercambiador de calor se puede producir un flujo de gas no uniforme y como resultado un deterioro de la transferencia de calor.

Por lo tanto, el objeto de la invención es lograr una transferencia de calor uniforme. Se debe evitar en la medida de lo posible una caída por debajo de la temperatura de condensación del ácido sulfúrico.

Este objeto se resuelve sustancialmente mediante la invención con las características de la reivindicación 1 en la que el centro del haz de tubos está desplazado con respecto al centro de la carcasa de la cámara en una dirección opuesta a la abertura de suministro de gas.

En el intercambiador de calor convencional, el haz de tubos dispuesto como un anillo circular está dispuesto concéntricamente con respecto a la cámara formada sustancialmente cilíndrica de manera similar del intercambiador de calor. La presente invención, sin embargo, se aparta de esta concentricidad y el haz de tubos está desplazado con respecto a la carcasa de la cámara, de modo que el espacio de gas formado entre el haz de tubos y la carcasa de cámara se estrecha cada vez más desde una anchura máxima orientada hacia la abertura de suministro de gas hasta el lado opuesto del haz de tubos. Durante el flujo de aproximación del gas suministrado al intercambiador de calor, la presión en el espacio de gas aumenta cada vez más debido al estrechamiento hasta un máximo en el lado orientado en dirección opuesta a la abertura de suministro de gas. El aumento de presión durante el contacto del gas sobre el haz de tubos en la región de la abertura de suministro de gas puede ser de este modo compensado, por lo que a lo largo de toda la circunferencia del haz de tubos, el gas pasa a través del haz de tubos y entra en el espacio interior cerrado por dicho haz de tubos con velocidad uniforme. Se puede asegurar una transferencia de calor uniforme en todas las regiones del haz de tubos.

De acuerdo con la invención, se obtiene una distribución de flujo especialmente uniforme, en particular cuando el centro del haz de tubos está desplazado con respecto al centro de la carcasa de la cámara entre un 30% y un 70%, de manera preferible en aproximadamente un 50% de la anchura del espacio de gas central. "Espacio de gas central" aquí se entiende como el espacio de gas que se lograría con una disposición concéntrica del haz de tubos con respecto a la carcasa de cámara. Con un diseño cilíndrico de la cámara, el haz de tubos en este caso tendría una distancia uniforme hacia la pared de la cámara en toda su circunferencia. El espacio de gas también tendría una

anchura uniforme. Desde esta posición, el haz de tubos ahora se desplaza aproximadamente entre 30% y 70% de la anchura del espacio de gas. Si en lugar de una cámara cilíndrica se emplea una cámara poligonal o con otra forma diferente, las distancias mínimas hacia la pared de la cámara son decisivas para desplazar el haz de tubos. Las cámaras con forma de polígono, sin embargo, implican desventajas con respecto a la distribución del flujo.

De acuerdo con una realización preferida de la invención, la abertura de suministro de gas tiene una sección transversal ovalada, en la que el diámetro máximo de la abertura de suministro de gas equivale preferiblemente a entre 70% y 95%, más preferiblemente a entre 85% y 90%, de la distancia de las placas de tubos que definen el haz de tubos en la dirección axial. De esta manera, la abertura de suministro de gas se extiende sustancialmente a lo largo de la longitud del haz de tubos.

De acuerdo con la invención, el eje principal de la cámara está orientado sustancialmente en la dirección horizontal, de modo que es posible un fácil drenaje de ácido sulfúrico que se acumula en la región inferior. Para este propósito, se proporciona una salida de drenaje en la región inferior de la cámara de acuerdo con la invención.

De acuerdo con un aspecto preferido de la invención, la primera cámara del intercambiador de calor sólo incluye aproximadamente entre 10% y 30%, preferiblemente entre 15% y 20%, de toda la superficie de intercambio de calor del intercambiador de calor. Como resultado de ello, el aumento de la temperatura del dióxido de azufre (S02) puede limitarse a aproximadamente entre 5 y 30 K, preferiblemente entre 15 y 20 K, de modo que se evita en gran medida que caiga por debajo de la temperatura de condensación del ácido sulfúrico. De la misma manera, se obtiene una condensación minimizada de ácido sulfúrico.

De acuerdo con un desarrollo de la invención, una sección... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Intercambiador de calor (1) , en particular para su uso en el grupo de contacto de una planta de ácido sulfúrico, con una cámara (2) en la que un haz de tubos (12) está dispuesto en un anillo circular, en el que entre el haz de tubos (12) y una carcasa de cámara (13) que rodea el haz de tubos (12) se forma un espacio de gas (15) , con una abertura de suministro de gas (6) dispuesta en la carcasa de cámara (13) para introducir un gas en el espacio de gas (15) en dirección sustancialmente radial con respecto al haz de tubos (12) , y con una abertura de salida de gas que incluye un espacio interior (16) cerrado por el haz de tubos (12) en una dirección sustancialmente axial, caracterizado por que el centro (ZR) del haz de tubos (12) está desplazado con respecto al centro (ZK) de la carcasa de cámara (13) en una dirección opuesta a la abertura de suministro de gas (6) .

2. Intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el centro del haz de tubos (12) está desplazado con respecto al centro (ZK) de la carcasa de cámara (13) entre 30% y 70% de la anchura (B) del espacio de gas central (15) .

3. Intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la abertura de suministro de gas (6) tiene una sección transversal ovalada.

4. Intercambiador de calor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el diámetro máximo de la abertura de suministro de gas (6) equivale a entre 70% y 95% de la distancia de las placas de tubos (17) que limitan el haz de tubos (12) en la dirección axial.

5. Intercambiador de calor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el eje principal (A) de la cámara (2) está orientado sustancialmente en la dirección horizontal.

6. Intercambiador de calor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que una salida de drenaje (18) está dispuesta en la cámara (2) .

7. Intercambiador de calor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la cámara (2) del intercambiador de calor (1) incluye aproximadamente entre 10% y 30% de la superficie de intercambio de calor del intercambiador de calor (1) .

8. Intercambiador de calor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que después de la abertura de salida de gas de la cámara (2) , se proporciona una sección de intercambio de calor vertical (4) , en la que una pluralidad de tubos están dispuestos en dirección sustancialmente vertical .

9. Intercambiador de calor de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que la sección de intercambio de calor vertical (4) incluye aproximadamente entre 70% y 90% de la superficie de intercambio de calor del 30 intercambiador de calor (1) .