Relleno estructurado para un reactor.

Un reactor (1) de intercambio térmico que tiene una entrada, una salida, al menos una pared

(2) y un relleno estructurado (3), comprendiendo el relleno estructurado (3):

a) una chapa (20) plegada hacia atrás y adelante, formando de este modo una fila de primeras y segundas columnas (6, 7) alternas separadas entre sí por paredes (5 8) de separación; y

b) primeras y segundas aletas (9, 11) de guía situadas en las respectivas primeras y segundas columnas (6, 7) de manera que al menos algunas de las primeras aletas (9) están inclinadas en un ángulo oblicuo con respecto a la pared (2) del reactor y al menos algunas de las segundas aletas (11) están inclinadas en un ángulo oblicuo opuesto con respecto a la misma pared (2) del reactor;

caracterizado por

c) pestañas (37, 47) que conectan las al menos algunas de las primeras y al menos algunas de las segundas aletas (9, 11) a las paredes de separación a lo largo de al menos un lado lateral de las al menos algunas de las primeras y al menos algunas de las segundas aletas (9, 11); y

d) una multiplicidad de intersticios entre las paredes (8) de separación y la pared (2) del reactor, desde la entrada a la salida.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2010/021401.

Solicitante: Zoneflow Reactor Technologies, LLC.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 130 West Street Windsor, Connecticut 06095 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: FEINSTEIN, JONATHAN JAY.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS,... > Procedimientos químicos o físicos en general, llevados... > B01J8/02 (con partículas inmóviles, p. ej. en lechos fijos)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS,... > Procedimientos químicos, físicos o físico-químicos... > B01J19/32 (Elementos de relleno en forma de rejilla o de elementos compuestos de varias piezas para formar una unidad o un módulo en el aparato de transferencia de calor o de materia)

PDF original: ES-2542235_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Relleno estructurado para un reactor Campo de la invención La invención se refiere a un relleno estructurado para un reactor. Se puede utilizar el relleno en un reactor cilíndrico, anular o de tipo de placas, por ejemplo un reactor catalítico o un intercambiador de calor.

Antecedentes de la invención Los reactores tales como reactores químicos e intercambiadores de calor son ampliamente utilizados para favorecer la transferencia de calor, la transferencia de masa y/o la velocidad de reacciones químicas. En el caso de reactores tales como reactores químicos, a menudo se presenta la necesidad de transferir calor al reactor (por ejemplo, para reacciones endotérmicas) o bien de transferir calor desde el reactor (por ejemplo, reacciones exotérmicas) . En la práctica comercial es deseable, para lograr economías de escala, emplear reactores de gran diámetro. Para favorecer la transferencia de calor entre el contenido del reactor y el entorno es deseable un elevado coeficiente de transferencia térmica dentro del reactor. Es especialmente deseable un coeficiente de transferencia térmica elevado dentro del reactor cerca del diámetro externo del reactor, donde la relación entre el área de superficie para flujo de calor radial y el volumen interno es mínima, y donde la cantidad de calor que ha de transferirse radialmente es proporcional al volumen situado dentro de la fuente del reactor. La fricción entre el fluido y la pared del reactor da lugar a menudo a velocidades relativamente bajas y, en consecuencia, coeficientes de transferencia térmica relativamente bajos cerca de la pared del reactor, donde son sumamente deseables coeficientes de transferencia térmica mayores.

En el caso de reactores de lecho fijo, heterogéneos y catalíticos, la transferencia de calor hacia la pared del reactor puede limitar la velocidad de reacción en el caso de reacciones endotérmicas o bien la transferencia de calor desde el reactor puede limitar el control o la conducción segura de las reacciones exotérmicas. En general, es deseable limitar el número de paredes internas dentro del reactor para minimizar, por tanto, el número de capas límite de baja velocidad y bajo coeficiente de transferencia térmica a través de las cuales tenga que pasar el calor en la dirección radial. Una mayor área de superficie en reactores catalíticos proporciona una mayor oportunidad para acelerar las reacciones, al proporcionar más sitios para desplegar eficazmente el catalizador. En particular, una elevada área de superficie geométrica cerca de la pared de reactores catalíticos aumenta el calor disponible para llevar a cabo reacciones exotérmicas, así como la disipación de calor en el caso de reacciones endotérmicas, en puntos donde la distancia que debe recorrer el calor para salir o entrar al reactor, respectivamente, es corta.

Técnica anterior Se sabe que el relleno técnico compuesto de sustratos metálicos se puede construir de manera que tenga paredes más delgadas que lo que puede ser posible en lechos para catálisis empaquetados al azar, y por lo tanto contenga una área mayor de superficie geométrica con una caída de presión comparable o menor en comparación con lo que podría alcanzarse en un lecho empaquetado al azar. También se sabe que se puede diseñar el relleno técnico para proporcionar deseablemente altos coeficientes de transferencia térmica cerca de la pared del reactor.

Las patentes de EE.UU. 4.882.130, 4.719.090 y 4.340.501 se refieren a rellenos técnicos de diversos diseños para proporcionar mejoras uniformes en el área de superficie geométrica y en la transferencia térmica en todo el volumen del reactor, con deseable baja caída de presión y sin transferencia de calor o área de superficie geométrica diferencialmente superiores cerca de la pared del reactor.

La patente de EE.UU. 4.985.230 describe un relleno técnico adecuado para uso en sectores anulares o entre dos paredes que proporciona columnas alternas de canales que respectivamente dirigen fluido hacia la primera pared y hacia la segunda pared con el fin de inducir turbulencia en fluido que pasa a través del reactor. Tal relleno proporciona transferencia térmica y área de superficie geométrica deseables cerca de las paredes del reactor, con deseable baja caída de presión, pero tiene el inconveniente de ser difícil de fabricar.

La solicitud de patente publicada US2004/0013580 se refiere a un cuerpo de filtro para eliminar partículas de hollín del escape de un motor diésel. La estructura descrita, que está diseñada para hacer que fluya fluido a través de láminas filtrantes adyacentes, no es adecuada para hacer que incida fluido sobre una pared y retorne desde la misma para proporcionar transferencia térmica deseable.

La solicitud PCE WO2006/058060 describe un reactor no anular que contiene una estructura de núcleo cerca del eje del reactor y una estructura de carcasa entre el núcleo y la pared del reactor. La estructura de carcasa contiene canales con paredes sólidas para conducir fluido hacia y desde la pared del reactor. Los canales están formados por una lámina plegada hacia atrás y adelante formando con ello una fila de primeras y segundas columnas alternas separadas entre sí por paredes de separación. Las columnas alternas contienen aletas y espaciadores de intersticio que dirigen flujos de fluido centrífugos y centrípetos, respectivamente. Las aletas y espaciadores de intersticio están cortados a lo largo de tres bordes, inclusive sus dos lados. Los lados de estas aletas y espaciadores de intersticio colindan con las paredes de separación, pero no están unidos a las paredes de separación. Las aletas y los propios

separadores de intersticio forman un intersticio de separación entre las paredes de separación y una pared del reactor.

Objetos de la invención Es un objeto de la invención proporcionar relleno estructurado para un reactor que aumente el área de superficie geométrica y/o el coeficiente de transferencia térmica, especialmente cerca de la pared del reactor, de reactores tales como reactores catalíticos heterogéneos de lecho fijo, sin aumentar en gran medida su caída de presión.

Es un objeto adicional de la invención proporcionar relleno estructurado para un intercambiador de calor que aumente el coeficiente de transferencia térmica de intercambiadores de calor sin aumentar grandemente su caída de presión.

Los objetos precedentes y otros objetos de la invención se harán evidentes a partir de los detalles de la invención que se exponen a continuación.

Compendio de la invención El relleno estructurado de la invención se prepara fácilmente cortando una chapa y plegando después la chapa para formar una estructura que comprende columnas alternas que contienen aletas dispuestas en orientación oblicua opuesta con respecto al eje del reactor para hacer que alternativamente incida fluido sobre una pared del reactor y retorne desde la misma. Las columnas están separadas entre sí por paredes de separación sustancialmente rectas. Las aletas plegadas de la misma chapa están unidas a lo largo de sus lados a las paredes de separación por medio de pestañas plegadas de la misma chapa. Preferiblemente, la chapa es una lámina metálica y la estructura se forma preferiblemente por medio de troqueles de plegado y corte progresivos.

El relleno estructurado de la invención puede estar situado cerca del diámetro interno de un tubo o recinto de reactor cilíndrico, en el sector anular de un reactor anular o entre dos paredes de otra forma de reactor, por ejemplo entre dos paredes planas en un intercambiador de calor de tipo de placas. En todos los casos, el relleno estructurado de la invención hará que incida fluido sobre una pared del reactor para aumentar de ese modo la transferencia de calor... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un reactor (1) de intercambio térmico que tiene una entrada, una salida, al menos una pared (2) y un relleno estructurado (3) , comprendiendo el relleno estructurado (3) : a) una chapa (20) plegada hacia atrás y adelante, formando de este modo una fila de primeras y segundas columnas (6, 7) alternas separadas entre sí por paredes (8) de separación; y b) primeras y segundas aletas (9, 11) de guía situadas en las respectivas primeras y segundas columnas (6, 7) de manera que al menos algunas de las primeras aletas (9) están inclinadas en un ángulo oblicuo con respecto a la pared (2) del reactor y al menos algunas de las segundas aletas (11) están inclinadas en un ángulo oblicuo opuesto con respecto a la misma pared (2) del reactor; caracterizado por c) pestañas (37, 47) que conectan las al menos algunas de las primeras y al menos algunas de las segundas aletas (9, 11) a las paredes de separación a lo largo de al menos un lado lateral de las al menos algunas de las primeras y al menos algunas de las segundas aletas (9, 11) ; y d) una multiplicidad de intersticios entre las paredes (8) de separación y la pared (2) del reactor, desde la entrada a la salida.

2. El reactor (1) según la reivindicación 1 en donde el relleno (3) está conformado a partir de una sola chapa (20) .

3. El reactor (1) según la reivindicación 1 en donde la chapa (20) comprende una chapa o lámina metálica.

4. El reactor (1) según la reivindicación 1 en donde el ángulo oblicuo de las primeras aletas (9) y el ángulo oblicuo opuesto de las segundas aletas (11) tienen la misma amplitud.

5. El reactor (1) según la reivindicación 1 en donde el ángulo oblicuo de las primeras aletas (9) y el ángulo oblicuo opuesto de las segundas aletas (11) tienen diferente amplitud.

6. El reactor (1) según la reivindicación 1 en donde los intersticios son discontinuos.

7. El reactor (1) según la reivindicación 1 en donde el reactor (1) es cilíndrico y contiene paredes concéntricas (2) interna y externa y un sector anular entre las mismas en donde está dispuesto el relleno (3) .

8. El reactor (1) según la reivindicación 7 en donde el relleno (3) comprende una fila de dichas primeras y segundas columnas (6, 7) alternas con sus respectivas primeras y segundas aletas (9, 11) , estando dispuesta dicha fila en el sector anular.

9. El reactor (1) según la reivindicación 7, en donde está dispuesta una placa en el sector anular y el relleno (3) comprende una fila de dichas primeras y segundas columnas alternas (6, 7) con sus respectivas primeras y segundas aletas (9, 11) , estando dispuesta dicha fila en el sector anular.

10. El reactor según la reivindicación 1 en donde está presente un catalizador en al menos una parte de la chapa (20) .

11. El reactor (1) según la reivindicación 1 en donde el reactor es un reactor catalítico.

12. El reactor según la reivindicación 1 en el cual el elemento de pared es plano.

13. El reactor según la reivindicación 1 en donde el relleno (3) está entre dos paredes planas.