DISPOSITIVO PARA EL TRATAMIENTO DE INTERCAMBIO DE CALOR Y DE MEZCLA DE FLUIDOS.

Dispositivo para el tratamiento de intercambio de calor y de mezcla de medios fluidos,

que comprende una carcasa (2), que presenta un eje longitudinal (3), con estructuras internas (4) dispuestas en ella, en el que las estructuras internas (4) comprenden una primera estructura hueca (5) y una segunda estructura hueca (105) y la primera estructura hueca (5) y la segunda estructura hueca (105) pueden ser atravesadas por la corriente de un primer fluido (6) y puede ser rodeadas por la corriente de un segundo fluido (7), en el que la primera estructura hueca (5) y la segunda estructura hueca (105) están dispuestas cruzadas entre sí, caracterizado porque las estructuras huecas (5, 105) presentan una sección transversal de la circulación con una primera anchura B1 y con una segunda anchura B2, en el que B1/B2 es mayor que uno y B1 está dirigida perpendicularmente a un plano, que contiene el eje longitudinal (3) de la carcasa o una línea paralela a este eje longitudinal (3) y un eje de la estructura hueca (5, 105)

Dispositivo para el tratamiento de intercambio de calor y de mezcla de fluidos.

La invención se refiere a un dispositivo para el tratamiento de intercambio de calor y de mezcla de medios fluidos, especialmente de fluidos de baja viscosidad como también de alta viscosidad. El dispositivo cumple una función de intercambio de calor y de mezcla, de manera que un primer fluido y al menos otro fluido circulan a través del dispositivo. Entre el primer fluido, el fluido portador de calor y al menos otro fluido se realiza un intercambio de calor en el dispositivo. Al mismo tiempo están previstos medios para mezclar a fondo el otro fluido en el dispositivo durante el intercambio de calor. En un dispositivo de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 se realiza un intercambio de calor así como una mezcla a fondo del o de los fluidos. Adicionalmente, el dispositivo puede estar configurado como reactor, en el que se desarrolla una reacción química.

Se conoce a partir del documento DE 28 39 564 un dispositivo para el tratamiento de intercambio de calor y de mezcla de medios de baja viscosidad como también de medios de alta viscosidad.

El cometido de la invención es crear una mejora para el dispositivo mencionado, con la que se puede elevar la homogeneidad de la mezcla, de manera que el dispositivo es especialmente adecuado para el procesamiento de fluidos de alta viscosidad. Además, debe realizarse una mezcla a fondo mejorada del fluido.

Este cometido se soluciona a través del dispositivo para el tratamiento de intercambio de calor y de mezcla de medios fluidos. El dispositivo comprende una carcasa con estructuras internas dispuestas en ella. Las estructuras internas comprenden una primera estructura hueca y una segunda estructura hueca. La primera estructura hueca y la segunda estructura hueca pueden ser atravesadas por una corriente de un primer fluido y por una corriente de un segundo fluido. La primera estructura hueca y la segunda estructura hueca están dispuestas en cruz entre sí. Las estructuras huecas presentan una sección transversal de la circulación con una primera anchura B1 y con una segunda anchura B2, de manera que B1/B2 es mayor que uno y B1 está dirigida perpendicularmente a un plano, que contiene el eje longitudinal de la carcasa o una línea paralela a este eje longitudinal y un eje de la estructura hueca. Como consecuencia del empleo de estructuras huecas para la homogeneización del fluido se puede conseguir de esta manera una distribución mejorada del tiempo de residencia. El dispositivo trabaja como mezcladora o intercambiador de calor o como reactor combinado de intercambio de calor. Las estructuras huecas comprenden, de acuerdo con un ejemplo de realización preferido, una pluralidad de elementos de unión, a través de los cuales se provoca una desviación forzada del primer fluido que circula en el interior de la estructura hueca. De acuerdo con otro ejemplo de realización, la carcasa se forma por un cuerpo de pared interior y un cuerpo de pared exterior, que forman una envolvente doble, que puede ser atravesada por la corriente de un primer fluido. En el interior del cuerpo de pared interior se extienden estructuras huecas, que están dispuestas cruzadas y en las que se introducen corrientes parciales del primer fluido, de manera que estas estructuras huecas son atravesadas por la corriente del primer fluido. Un segundo fluido circula a través de las estructuras huecas y lleva a cabo un intercambio de calor entre los dos fluidos a través de las estructuras huecas y a través de la pared doble del tubo.

De acuerdo con el primer ejemplo se realización, según el cual las estructuras huecas presentan elementos de unión, el segundo fluido circula a través de una sección transversal de entrada de la carcasa a lo largo de una dirección de circulación principal, que se encuentra a lo largo del eje longitudinal de la carcasa. La primera estructura hueca comprende una primera sección, que se extiende paralelamente al eje longitudinal y presenta una pluralidad de elementos de unión, en los que se realiza una desviación forzada del primer fluido que circula en el interior de la estructura hueca. Entre un primer elemento de unión y un segundo elemento de unión está dispuesta una segunda sección, en la que la dirección central de la circulación del primer fluido frente al eje longitudinal se extiende al menos por secciones en un ángulo alfa. El ángulo alfa se extiende entre la dirección principal de la circulación y la tangente común en el eje del primero y del segundo elementos de unión. Una segunda estructura hueca está dispuesta adyacente a la primera estructura hueca y comprende igualmente secciones, que están unidas por medio de elementos de unión, en los que la dirección central de la circulación del primer fluido en contra del eje longitudinal se extiende al menos por secciones en un ángulo beta. Los ángulos alfa y veta se diferencian en su signo y/o su valor absoluto. Las primeras y las segunda estructuras huecas están dispuestas simétricas entre sí, en un ejemplo de realización preferido, en particular están dispuestas cruzadas. No obstante, de acuerdo con un ejemplo de realización preferido, los ángulos alfa y beta presentan signos opuestos. Los primeros y los segundos elementos de unión están configurados esencialmente en forma semicircular. Las secciones de una estructura hueca presentan de esta manera una disposición paralela. De acuerdo con otro ejemplo de realización, los primeros y los segundos elementos de unión están configurados en forma de V o en forma de U.

De acuerdo con un ejemplo de realización preferido, una estructura hueca está constituida por uno o una pluralidad de cuerpos huecos en disposición paralela entre sí. Las estructuras internas se forman a partir de mínimo 4 y máximo 12 estructuras huecas. A través de las 4 a 12 estructuras huecas se lleva a cabo una mezcla íntima a fondo del segundo fluido a lo largo del trayecto.

La primera estructura hueca y/o la segunda estructura hueca están configuradas como un mazo de tubos que se extienden esencialmente paralelos, de manera que los tubos de un mazo pueden estar ligeramente desplazados unos de los otros y/o entre los tubos de un mazo está previsto un intersticio definido. Por lo tanto, este intersticio es tan estrecho que solamente una porción pequeña del segundo fluido fluye a través de éste.

Las estructuras huecas presentan una primera superficie, sobre la que incide el segundo fluido y forma al menos dos corrientes parciales, una primera corriente parcial, que se conduce a lo largo de la superficie así como una segunda corriente parcial, que abandona la superficie y se conduce en uno o varios volúmenes de fluido. El volumen de fluido está configurado como cuerpo prismático, que presenta 6 superficies cuadradas, que se forman por los bordes de la primera, segunda y tercera estructura hueca, de manera que una superficie de base y una superficie de cubierta así como una primera y una segunda superficie lateral están abiertas y las restantes superficies laterales se forman por partes de la primera superficie y de una segunda superficie, de manera que la superficie de base, la superficie de cubierta y la primera y la segunda superficies laterales pueden ser atravesadas por la corriente del segundo fluido. De esta manera se realiza una división continua y una reunificación de corrientes parciales, con lo que se realiza un trasvase y una mezcla a fondo del segundo fluido.

Opcionalmente, un elemento colector puede estar colocado en un segundo extremo de la carcasa o dos estructuras huecas o dos cuerpos huecos individuales de una estructura hueca pueden estar conectados entre sí en un segundo extremo de la carcasa. En el elemento colector desemboca una parte de las estructuras huecas, de manera que el primer fluido es recibido después de circular a través de las estructuras huecas en el elemento colector. Una parte de las estructuras huecas puede ser cargada, partiendo desde el elemento colector, con el primer fluido, de manera que se asigna al elemento colector, al menos por secciones, la función de un elemento de distribución. Opcionalmente, un elemento colector puede estar colocado en un primer extremo de la carcasa, o dos estructuras huecas o dos cuerpos huecos individuales de una estructura hueca pueden estar conectados entre sí en un primer extremo de la carcasa.

El primero y el segundo fluido pueden conducirse de una manera correspondiente tanto a contra corriente o a contra corriente cruzada, como también a contracorriente en corriente continua cruzada entre sí.

El segundo fluido puede comprender componentes, entre los cuales circula una reacción química....

1. Dispositivo para el tratamiento de intercambio de calor y de mezcla de medios fluidos, que comprende una carcasa (2), que presenta un eje longitudinal (3), con estructuras internas (4) dispuestas en ella, en el que las estructuras internas (4) comprenden una primera estructura hueca (5) y una segunda estructura hueca (105) y la primera estructura hueca (5) y la segunda estructura hueca (105) pueden ser atravesadas por la corriente de un primer fluido (6) y puede ser rodeadas por la corriente de un segundo fluido (7), en el que la primera estructura hueca (5) y la segunda estructura hueca (105) están dispuestas cruzadas entre sí, caracterizado porque las estructuras huecas (5, 105) presentan una sección transversal de la circulación con una primera anchura B1 y con una segunda anchura B2, en el que B1/B2 es mayor que uno y B1 está dirigida perpendicularmente a un plano, que contiene el eje longitudinal (3) de la carcasa o una línea paralela a este eje longitudinal (3) y un eje de la estructura hueca (5, 105).

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la corriente del segundo fluido (7) atraviesa una sección transversal de entrada de la carcasa (2) a lo largo de una dirección de la circulación principal (76), que se encuentra esencialmente a lo largo del eje longitudinal (3) de la carcasa.

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que las estructuras internas (4) se forman por mínimo 4 y máximo 12 estructuras huecas (5, 105).

4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que las estructuras huecas (5, 105) comprenden una pluralidad de elementos de unión (9, 11, 13, 15, 17, 19 a 51, 109, 111, 113, 115, 117, 119 a 151), a través de los cuales se realiza una desviación forzada del primer fluido (6) que circula en el interior de las estructuras huecas (5, 105).

5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la primera estructura hueca (6) comprende una primera sección (8), que se extiende paralelamente al eje longitudinal (3), y presenta una pluralidad de elementos de unión (9, 11, 13, 15, 17, 19 a 51), en los que se realiza una desviación forzada del primer fluido (6) que circula en el interior de la primera estructura hueca, de manera que entre un primer elemento de unión y un segundo elemento de unión está dispuesta una segunda sección, en la que la dirección central de la circulación del primer fluido (6) frente al eje longitudinal (3) se extiende, al menos por secciones, en un ángulo alfa (61).

6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5, en el que una segunda estructura hueca (105) está dispuesta adyacente a la primera estructura hueca (5), y la segunda estructura hueca (105) comprende secciones (108, 110, 112, 1143, 116, 118 a 152), que están unidas por medio de elementos de unión (109, 111, 113, 115, 117, 119 a 151), en el que en las secciones la dirección central de la circulación del primer fluido frente al eje longitudinal (3) se extiende, al menos por secciones bajo un ángulo beta (161).

7. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 5 ó 6, en el que los ángulos alfa (61) y beta (161) se diferencian en su signo y/o su valor absoluto.

8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7, en el que los ángulos alfa (61) y beta (161) son esencialmente de la misma magnitud, pero tienen signos opuestos.

9. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 8, en el que al menos una parte de los elementos de unión están configurados esencialmente de forma semicircular.

10. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 8, en el que al menos una parte de los elementos de unión están configurados en forma de V o en forma de U.

11. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera estructura hueca (5) comprende uno o una pluralidad de primeros cuerpos huecos (71, 72, 73), así como la segunda estructura hueca (105) comprende uno o una pluralidad de segundos cuerpos huecos (171, 172, 173).

12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 11, en el que los primeros cuerpos huecos (71, 72, 73) y/o los segundos cuerpos huecos (171, 172, 173) están configurados, respectivamente, como un mazo de tubos que se extienden esencialmente paralelos.

13. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 12, en el que los cuerpos huecos (71, 72, 73) de un mazo están ligeramente desplazados entre sí.

14. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 12 ó 13, en el que entre los cuerpos huecos (71, 72, 73) de un mazo está previsto un intersticio definido.

15. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que las estructuras huecas (105) presentan una primera superficie (68), sobre la que incide el segundo fluido (7) y a lo largo de la cual se conduce una primera corriente parcial (66) así como una segunda corriente parcial (68), que abandona la superficie (68) y es conducida a un volumen de fluido (70), o al volumen de fluido (170) colocado por encima o por debajo, de manera que el volumen de fluido (70) está configurado como cuerpo prismático, que presenta 6 superficies cuadradas, que están formadas por los bordes de 3 estructuras huecas adyacentes y están delimitadas por los puntos de esquina (A, B, C, D, D, F, G, H), de manera que una superficie de base (62, D, F, G, H) y una superficie de cubierta (63, A, B, C, D) así como una primera y una segunda superficie lateral (64, A, B, E, F y 65, C, D, G, H) están abiertas y las restantes superficies laterales se forman por partes de la primera superficie (68) y de una segunda superficie (69), de manera que la superficie de base (62), la superficie de cubierta (63), y la primera y la segunda superficies laterales (64, 65) están atravesadas por la corriente del segundo fluido (7), de manera que se realiza una división continua y una reunificación de corrientes parciales, con lo que se realiza un trasvase y una mezcla a fondo del segundo fluido (7).

16. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que un elemento colector (84) está colocado en un segundo extremo de la carcasa (2), en la que desemboca al menos una parte de las estructuras huecas (5, 105).

17. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 14, en el que una parte de las estructuras huecas (5, 105) puede ser cargada con un fluido (6) partiendo del elemento colector (84).

18. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el primero y el segundo fluido son conducidos a contracorriente entre sí o a contracorriente cruzada entre sí o en la corriente continua o en la corriente continua cruzada entre sí.

19. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el segundo fluido (7) contiene componentes, entre los cuales se desarrolla una reacción química.

20. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que entre dos estructuras huecas (5, 105) adyacentes está prevista una distancia.

21. Procedimiento para el tratamiento de intercambio de calor y de mezcla de medios fluidos, que se realiza en un dispositivo, que comprende una carcasa (2), con estructuras internas (4) dispuestas en ella, en el que las estructuras internas (4) configuran una primera estructura hueca (5) y una segunda estructura hueca (105), en el que en una primera etapa, la primera estructura hueca (5) y la segunda estructura hueca (105) por atravesadas por la corriente de un primer fluido (6) y están rodeadas por un segundo fluido (7), en el que la primera estructura hueca (5) y la segunda estructura hueca (105) están dispuestas cruzadas entre sí, caracterizado porque el segundo fluido (7) es desviado a través de las estructuras huecas, porque las estructuras huecas (5, 105) presentan una primera sección transversal de la circulación con una primera anchura B1 y con una segunda anchura B1, en el que B1/B2 es mayor que uno y B1 está dirigida perpendicularmente a un plano, que contiene el eje longitudinal (3) de la carcasa o una línea paralela a este eje longitudinal (3) y un eje de la estructura hueca (5, 105), de manera que el fluido (7) se mezcla a fondo, mientras circula alrededor de las estructuras huecas.

22. Utilización del dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores para el tratamiento de intercambio de calor y de mezcla de fluidos altamente viscosos, especialmente polímeros o productos alimenticios.