Una disposición para mezclar corrientes de fluidos en un conducto (1),

comprendiendo dicha disposición

- al menos un dispositivo de mezcla (3) que tiene un lado frontal y lado trasero (3'') y posicionándose dentro de dicho conducto (1) a través del que viaja una primera corriente principal (2), el al menos un dispositivo de mezcla (3) determinando un área de sección transversal total que es menor que aquella del conducto (1), en el que el al menos un dispositivo de mezcla (3) se posiciona dentro del conducto (1) con un ángulo de incidencia (a) de la primera corriente principal (2) sobre el lado frontal del al menos un dispositivo de mezcla (3) entre 10 y 80º,

caracterizado por que el al menos un dispositivo de mezcla (3) tiene forma de una placa sólida llana provista de uno o más salientes (9, 11) que se extienden hacia fuera del cuerpo de placa sólida principal (10) y en el mismo plano definido por la sección transversal de dicho cuerpo de placa sólida principal

Aparato para mezclar corrientes de fluidos.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una disposición para mezclar corrientes de fluidos en un conducto con al menos un dispositivo de mezcla posicionándose dentro de dicho conducto y en particular la invención se refiere a un novedoso dispositivo de mezcla para una disposición de este tipo.

Particularmente, la invención se refiere a disposiciones de este tipo, que se construyen a fin de adecuarse para su uso en aplicaciones que incluyen reducción de óxidos de nitrógeno y reducción de ácido sulfúrico a partir de vapor ácido en la depuración del gas de combustión.

Antecedentes de la invención

La mezcla apropiada de corrientes de fluidos individuales o varias corrientes de fluidos que interactúan en conductos o canales requiere la presencia de regiones relativamente turbulentas por la generación de componentes de velocidad transversales a la corriente de fluido primordial, principal que pasa a través del conducto. A fin de conseguir la mezcla apropiada entre, por ejemplo, una o más corrientes de fluidos inyectándose en una corriente de fluido principal, una cierta distancia se requiere a lo largo del conducto (canal). De forma convencional, la misma se cuantifica en términos de diámetros del canal denominados como distancias de mezcla. En la presente memoria descriptiva, la distancia de mezcla se considera como la distancia desde el punto en el que se emplaza el primer dispositivo de mezcla y el punto en el que se consigue la mezcla deseada de la corriente. Por mezcla se entiende, una unificación de las propiedades de las corrientes implicadas en términos de flujo de masa, velocidad, temperatura y concentración de las especies presentes. Las distancias de mezcla pueden variar dentro de un intervalo de 1-100 diámetros del canal dependiendo, entre otras cosas, del tipo de corriente de fluido, flujos de volúmenes relativos y concentración de las especies dentro de las corrientes de fluidos. En la presente memoria descriptiva de la patente, una corriente de fluido puede ser un gas, un líquido o una corriente de partículas suspendidas en un gas, por ejemplo, un aerosol. Por aerosol se entiende una colección de partículas muy pequeñas dispersas en un gas.

La reducción de las distancias de mezcla es altamente deseable y puede conseguirse mediante la implementación de mezcladores estáticos, es decir, dispositivos de mezcla sin movimiento. Estos son dispositivos básicos que no tienen partes de accionamiento y en los que se mezclan o se agitan las corrientes de fluidos que pasan a través del mezclador estático. La turbulencia localizada se crea cerca del mezclador estático, y por consiguiente, puede conseguirse la homogenización de una o más corrientes de fluidos que estén en contacto con el mezclador.

El uso de mezcladores estáticos tiene la desventaja que su uso se manifiesta en pérdidas de presión considerables en el conducto, con el efecto asociado de costosas pérdidas de energía. Aunque pueden aceptarse pérdidas de presión muy importantes en aplicaciones en las que la buena mezcla es de suma importancia, todavía existe la necesidad de que los mezcladores estáticos eficaces o disposición de mezcladores estáticos sean capaces de proporcionar una buena mezcla en las corrientes que interactúan, con una desventaja relativamente baja en términos de pérdida de presión.

Mezclar bien las corrientes que interactúan es particularmente relevante en aplicaciones relacionadas con la depuración de gases, por ejemplo, gases de combustión a partir de equipos de combustión u hornos de temperaturas elevadas en los que se generan contaminantes gaseosos. Cuando el contaminante transportado por la corriente de gas principal es óxido de nitrógeno (NO_x), se inyecta un agente de reducción, tal como amoniaco, como la especie activa de una segunda corriente. En este proceso, la cantidad de amoniaco incorporada por la segunda corriente es mucho menor que el flujo del volumen de la corriente principal o primordial. Por consiguiente, el uso de cantidades pequeñas de amoniaco impone una gran demanda en la homogeneidad o grado de mezcla de la mezcla de gas. El gas mezclado va hacia delante hasta una unidad de catálisis, en la que los óxidos de nitrógeno se reducen en nitrógeno libre por reacción con el amoniaco.

Debido a que la abertura de salida de la segunda corriente se inyecta en el conducto que trasporta la primera corriente principal sólo puede sobresalir interiormente una pequeña distancia desde la pared del conducto, la concentración de la especie activa de la segunda corriente, por ejemplo, amoniaco, tiende a disminuir hacia el centro del conducto, contribuyendo de esta manera a una mezcla de mala calidad. Es imprescindible que concentraciones sustancialmente iguales de amoniaco prevalezcan a través de toda la sección transversal del conducto mientras la corriente principal va hacia la unidad de catálisis. La mezcla de mala calidad u homogeneidad de mala calidad del amoniaco inyectado puede implicar mayores niveles de NO_x en la chimenea así como que pasen niveles no deseados de amoniaco sin reaccionar a través de la unidad de catálisis.

Pueden proveerse otras aplicaciones, por ejemplo, la reducción de la formación de vapor ácido a partir de la fabricación de ácido sulfúrico. Durante la condensación del ácido sulfúrico, se genera el vapor del ácido sulfúrico. Este vapor del ácido puede observarse como un aerosol que consiste de pequeñas gotitas de ácido sulfúrico. Las demandas ambientales con respecto al escape del vapor ácido a partir de plantas de fabricación de ácido sulfúrico son bastante estrictas, y se han publicado varios procedimientos para regular las emisiones de vapor ácido. Uno de los procedimientos publicados, por ejemplo, como se ha descrito en la patente Europea Nº 419.539, depende de la presencia de pequeñas partículas en el gas que actúan como semillas de nucleación para la condensación del ácido sulfúrico a fin de estimular la generación de gotitas de ácido sulfúrico más grandes. Estas gotitas son más grandes cuando la condensación se realiza en la presencia de semillas de nucleación, haciendo de esta manera su filtración mucho más fácil y más eficaz y por tanto, llevando el escape del vapor ácido dentro de niveles ambientalmente aceptables. En este proceso, las semillas de nucleación que tienen un diámetro de, por ejemplo, menor que 1 µm pueden añadirse como una suspensión de partículas (humo a partir de óxidos metálicos generados mediante soldadura eléctrica, humo a partir de la combustión del combustible, por ejemplo, humo a partir de la combustión de aceites de silicona) dentro del aire suministrado antes de la condensación del ácido sulfúrico. Las formas adecuadas de introducir una corriente que comprende las semillas de nucleación se describe en la patente Europea Nº 419.539. El éxito del proceso depende de la capacidad de las semillas de nucleación para interactuar con los vapores del ácido sulfúrico. Esta interacción se promueve mediante la mezcla.

La necesidad de dispositivos de mezcla adecuados, particularmente mezcladores estáticos es bastante reconocida en la técnica, a fin de proporcionar la mezcla absoluta de corrientes de fluidos sin pérdidas de presión considerables dentro de los conductos o canales.

La patente de Estados Unidos Nº 4.527.903 describe un sistema para mezclar al menos flujos que se descargan en un flujo principal que comprende superficies insertables para crear remolinos que pueden variar en forma. Las Figuras 5-10 de este documento citado muestran un amplio intervalo de formas para las superficies insertables para crear remolinos, por ejemplo, circular, parabólica o con base de diamante. Las superficies insertables para crear remolinos pueden usarse en torres de enfriamiento, en las que se descargan dos corrientes diferentes en un flujo principal, o en chimeneas y sistemas de tuberías.

La Patente de Estados Unidos Nº 6.135.629 describe una disposición de dispositivos de mezcla o estructuras insertables para mezclar varias corrientes de fluidos. Las estructuras insertables se pliegan a lo largo de líneas rectas para formar secciones transversales con forma de ? o w, se manera que las mismas son más delgadas y más ligeras en peso que las estructuras insertables convencionales. Esto permite la incorporación de soportes relativamente ligeros para asegurar las estructuras insertables de tal manera que se mejora el diseño mecánico del sistema. Las estructuras insertables convencionales mencionadas o dispositivos genéricos requieren de estructuras de soporte relativamente...

1. Una disposición para mezclar corrientes de fluidos en un conducto (1), comprendiendo dicha disposición

caracterizado por que el al menos un dispositivo de mezcla (3) tiene forma de una placa sólida llana provista de uno o más salientes (9, 11) que se extienden hacia fuera del cuerpo de placa sólida principal (10) y en el mismo plano definido por la sección transversal de dicho cuerpo de placa sólida principal.

2. Una disposición de acuerdo con la reivindicación 1, comprendiendo además medios de inyección (5) para la introducción de al menos una segunda corriente (4) dentro de dicho conducto (1), en la que dicha primera corriente principal (2) viaja, y en la que la segunda corriente (4) impacta sobre al menos una región parcial del lado trasero (3') del al menos un dispositivo de mezcla (3).

3. Una disposición de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, en la que dicho conducto (1) es cuadrado o rectangular.

4. Una disposición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la forma de dicho cuerpo de placa sólida principal (10) es sustancialmente circular o elíptico.

5. Una disposición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el al menos un saliente (9, 11) se ahúsa hacia fuera desde el cuerpo de placa sólida principal (10).

6. Una disposición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el al menos un dispositivo de mezcla (3) se posiciona en una relación lado a lado a través y a lo largo de la longitud del conducto (1), donde tiene lugar la mezcla de la corriente de fluido (2, 4).

7. Una disposición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes en la que el ángulo de incidencia (a) es de 30º a 50º.

8. Una disposición de acuerdo con la reivindicación 5, en la que los salientes principales (9) tienen forma triangular y en la que SW > 2•(Rc-R) y ? está en el intervalo de 20º a 45º, preferiblemente entre 30º y 40º.