Un aparato mezclador-distribuidor-colector (3) situado entre un lecho superior y un lecho inferior de partículas sólidas (2) en una vasija (1) que tiene un eje geométrico vertical (13),

cuyo aparato comprende: un límite superior (5) para retener el lecho superior de partículas sólidas y permitir el flujo hacia abajo de un fluido con un perfil de velocidades del fluido a través del aparato mezclador-distribuidor-colector (3); un distribuidor (6) de fluido situado debajo del límite superior (5) y separado de él, mejorando el distribuidor (6) de fluido la uniformidad del perfil de velocidades del fluido; una placa (8) de desviación de fluido que se extiende horizontalmente a través del área de la sección transversal de la vasija y que está situada entre el límite superior (5) y el distribuidor (6) de fluido y separada de ellos, al menos un paso (9) a través de la placa (8) de desviación de fluido que proporciona comunicación de fluido entre el límite superior (5) y el distribuidor (6) de fluido; y un manipulador de flujo (7) seleccionado del grupo que consiste en placas perforadas, tamices, rejillas, sólidos porosos, nidos de abeja y combinaciones de los mismos; en el que el límite superior (5), el distribuidor (6) de fluido y el manipulador de flujo (7) están orientados sustancialmente paralelos entre sí y sustancialmente perpendiculares al eje geométrico (13) de la vasija vertical, y el manipulador de flujo (7) está situado debajo del distribuidor (6) de fluido y separado de él en una distancia (X), y tiene un área abierta, OAM, tal que la relación OAM/OAD sea mayor que 1, siendo OAD el área abierta del distribuidor (6) de fluido

ANTECEDENTES DEL INVENTO

El presente invento se refiere a un aparato utilizado para distribuir y/o mezclar fluido. Más específicamente, el invento se refiere a un aparato que distribuye y/o mezcla un fluido que circula en una vasija que contiene partículas sólidas. En una aplicación ilustrativa, este invento encuentra uso en procedimientos de separación por adsorción en lecho móvil simulado (SMB).

En la técnica son bien conocidos diversos aparatos que mezclan y/o distribuyen un fluido a medida que éste circula a través de una vasija que contiene partículas sólidas. En el interior de una vasija pueden estar posicionados uno o más de tales dispositivos que dividen las partículas sólidas en dos o más lechos. El uso de tales dispositivos de distribución de fluido puede incrementar la eficacia de operaciones al proporcionar propiedades más uniformes del fluido a través del área de la sección transversal de la vasija. Por ejemplo, pueden reducir al mínimo o eliminar por completo las variaciones de caudal o la formación de canales; diferencias de temperatura; y variaciones de la composición del fluido. Estos aparatos también pueden incluir una gran variedad de medios para introducir una corriente de fluido en la vasija y/o retirar una corriente de fluido de la vasija. Tales dispositivos se denominarán "mezcladores-distribuidores-colectores".

En la técnica se conocen muchas variantes de mezcladores-distribuidores-colectores. Por ejemplo, su uso en procesos de cromatografía o de separación por adsorción tales como en separaciones SMB por adsorción, se ilustra a modo de ejemplo en los documentos US 3.214.247; US 3.789.989; US 4.378,292 y US 6.024.871. Los siguientes son componentes comunes de un aparato de esta clase: 1) un límite superior que comprende medios para retener el lecho de partículas sólidas arriba del aparato y que permiten el flujo de fluido hacia abajo a través del aparato; 2) una placa de desviación del fluido situada debajo y separada del límite superior; 3) un distribuidor de fluido situado debajo y separado de la placa de desviación; y 4) un paso a través de la placa de desviación de fluido que proporciona comunicación de fluido entre el límite superior y el distribuidor de fluido. También se conocen bien en la técnica una multitud de otros componentes y de importantes variantes de los mismos, así como de los componentes comunes antes enumerados.

También se conocen bien en la técnica características deseables de tales mezcladores-distribuidores-colectores. Ejemplos de ellas incluyen: 1) que tengan un volumen mínimo; 2) que impidan el retro-mezclado; 3) que recojan el líquido que circula a través de la vasija y lo mezclan a fondo para reducir al mínimo gradientes de concentración localizados; 4) que permitan la introducción y el mezclado a fondo de otra corriente de fluido cuando así se desee; 5) que permitan la retirada de una corriente de fluido desde la vasija cuando así se desee, sin que ello tenga un impacto negativo sobre la operación; y 6) que reduzcan al mínimo la caída de presión a través del aparato. Finalmente, el mezclador-distribuidor-colector debe proporcionar una redistribución uniforme del fluido a través del área de la sección transversal de la vasija, impidiendo simultáneamente que corrientes en chorro a alta velocidad y/u otras turbulencias del fluido, perturben el lechos de partículas sólidas aguas abajo. Las expresiones "aguas arriba" y "aguas abajo" se utilizan, en este documento, en su sentido normal y han de interpretarse basándose en la dirección global en la que circula el fluido en la vasija. Así, "aguas abajo" equivale a un lugar inferior o situado hacia abajo en la vasija.

El Perry's Chemical Engineers' Handbook, en su 7ª edición, editado por D.W. Green y otros, publicado por McGraw-Hill, de New York, EE.UU. en 1997, en sus páginas 6-33 a 6-34, describe el bien conocido uso de la adición de suficiente resistencia uniforme a través del canal de flujo para suavizar un perfil de velocidades no uniforme a través de canales o del equipo de proceso. Estudios detallados de diversos manipuladores de flujo de fluido y de combinaciones de los mismos los proporcionan J. Tan-Atichat, H.M. Nagib y R.I. Loehrke, en "Interacción de una turbulencia libre de corrientes con tamices y rejillas; un equilibrio entre escalas de turbulencia", en J. of Fluid Mech., (1982), vol. 114. págs. 501-528. El uso de dispositivos manipuladores del flujo de fluido tales como nidos de abeja, tamices, placas perforadas, sólidos porosos tales como material fritado y mantas de malla, rejillas y combinaciones de los mismos con una resistencia uniforme suficiente y que proporcionen una redistribución más uniforme (perfil de velocidades más uniforme) en el límite de aguas abajo o de salida de un mezclador-distribuidor-colector, es bien conocido en la técnica. En este documento, a este componente del mezclador-distribuidor-colector se denominará "distribuidor de fluido".

Se ha encontrado que un aparato mezclador-distribuidor-colector de la técnica anterior puede crear corrientes en chorro a alta velocidad y/o turbulencias que provoquen un movimiento significativo de las partículas del lecho de contacto inmediatamente debajo del aparato, incluso con una velocidad lineal media del fluido a través de la vasija, relativamente baja. El presente invento reduce los chorros de fluido y/o las turbulencias para eliminar perturbaciones en el lecho de partículas sólidas inferior a la velocidad lineal media, baja, del fluido en la vasija. Además, el invento reduce de forma significativa o elimina por completo las perturbaciones del lecho de partículas situado debajo incluso cuando la velocidad lineal media del fluido se incrementa en un factor de cuatro a siete.

BREVE RESUMEN DEL INVENTO

El presente invento proporciona un aparato mezclador-distribuidor-colector más útil, que reduce al mínimo o elimina por completo los chorros a alta velocidad y/u otras turbulencias que perturben el lecho de partículas de aguas abajo. Específicamente, el presente invento supone la adición de otro componente, un manipulador de flujo, al aparato que está situado entre el distribuidor de fluido y el lecho de partículas sólidas de aguas abajo. El manipulador de flujo está separado del distribuidor de fluido y tiene aberturas que proporcionan comunicación de fluido desde el distribuidor de fluido al lecho de partículas sólidas de debajo. El manipulador de flujo es un dispositivo tal como un nido de abeja, un sólido poroso, una placa perforada, un tamiz, o una rejilla que tenga un área abierta mayor que el área abierta del distribuidor de fluido.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 es una vista lateral en sección de una vasija que representa una vasija que contiene una pluralidad de lechos de partículas superpuestos con mezcladores-distribuidores-colectores intermedios.

Las figuras 2A-2C son vistas en sección desde arriba que representan secciones de mezclador-distribuidor-colector montadas dentro de vasijas.

Las figuras 3A y 3B son vistas laterales en sección, tomadas por las líneas de sección marcadas en las figuras 2A y 2B, respectivamente, de realizaciones adicionales del invento.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL INVENTO

El presente invento puede utilizarse en cualquier proceso en el que un fluido entre en contacto con partículas sólidas que están divididas en una pluralidad de lechos contenidos en una vasija. La vasija está orientada verticalmente a lo largo de su eje geométrico mayor. Si bien tales vasijas son, típicamente, cilíndricas y, por ello, tienen una sección transversal de forma circular, el presente invento no está limitado por la forma de la sección transversal de la vasija. El proceso puede emplear uno o más de tales vasijas. El fluido circula hacia abajo en la vasija a través de los lechos de partículas sólidas que están separados por mezcladores-distribuidores-colectores. En tales procedimientos se utilizan millares de partículas sólidas. Ejemplos no limitativos de grupos de tales materiales, cada uno de los cuales puede tener muchas composiciones específicas y formas físicas, incluyen adsorbentes, resinas, catalizadores y materiales inertes. El fluido puede ser un vapor, un líquido o un líquido supercrítico. Aunque el invento no está proyectado para múltiples fases de fluido, el fluido puede contener muchos compuestos o puede consistir en una mezcla de múltiples corrientes de fluido, siempre que todas ellas sean sustancialmente monofásicas. Así, en... [Seguir leyendo]

1. Un aparato mezclador-distribuidor-colector (3) situado entre un lecho superior y un lecho inferior de partículas sólidas (2) en una vasija (1) que tiene un eje geométrico vertical (13), cuyo aparato comprende:

un límite superior (5) para retener el lecho superior de partículas sólidas y permitir el flujo hacia abajo de un fluido con un perfil de velocidades del fluido a través del aparato mezclador-distribuidor-colector (3);

un distribuidor (6) de fluido situado debajo del límite superior (5) y separado de él, mejorando el distribuidor (6) de fluido la uniformidad del perfil de velocidades del fluido;

una placa (8) de desviación de fluido que se extiende horizontalmente a través del área de la sección transversal de la vasija y que está situada entre el límite superior (5) y el distribuidor (6) de fluido y separada de ellos,

al menos un paso (9) a través de la placa (8) de desviación de fluido que proporciona comunicación de fluido entre el límite superior (5) y el distribuidor (6) de fluido; y

un manipulador de flujo (7) seleccionado del grupo que consiste en placas perforadas, tamices, rejillas, sólidos porosos, nidos de abeja y combinaciones de los mismos;

en el que el límite superior (5), el distribuidor (6) de fluido y el manipulador de flujo (7) están orientados sustancialmente paralelos entre sí y sustancialmente perpendiculares al eje geométrico (13) de la vasija vertical, y el manipulador de flujo (7) está situado debajo del distribuidor (6) de fluido y separado de él en una distancia (X), y tiene un área abierta, OAM, tal que la relación OAM/OAD sea mayor que 1, siendo OAD el área abierta del distribuidor

(6) de fluido.

2. El aparato de la reivindicación 1, en el que OAM está comprendida entre un 25% y un 50%.

3. El aparato de la reivindicación 1, en el que OAD está comprendida entre un 1% y un 20%.

4. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 o 3, en el que la distancia X entre el distribuidor (6) de fluido y el manipulador de flujo (7), está definida por la relación X/MD, siendo MD la malla del distribuidor de fluido, y la relación X/MD es, al menos, 1.

5. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 o 3, en el que la relación MD/MM es menor que 3, siendo MD la malla del distribuidor de fluido y siendo MM la malla del manipulador de flujo.

6. El aparato de la reivindicación 4, que comprende además:

un conducto (18) que permite la adición y/o la retirada de una segunda corriente de fluido procedente de un volumen V del aparato;

una caja de mezclado (19) situada al menos parcialmente dentro del volumen V del aparato, y en comunicación de fluido con el conducto (18), teniendo la caja de mezclado (19) al menos una abertura que proporciona comunicación de fluido entre la caja de mezclado (19) y el volumen V del aparato;

en el que el volumen V del aparato está definido como el volumen comprendido entre el límite superior (5) y el distribuidor (6) de fluido.

7. El aparato de la reivindicación 1, cuyo aparato está situado en una vasija adsorbente de un proceso de separación por adsorción mediante lecho móvil simulado, cuyo aparato comprende, además:

un cubo de soporte central (11) coaxial con el eje geométrico vertical (13);

una pluralidad de costillas (10) que radian horizontalmente desde el cubo de soporte central (11) hacia la pared de la vasija y que se extienden al menos entre el límite superior (5) y el distribuidor (6) de fluido para definir una pluralidad de volúmenes de segmento entre el límite superior (5), el distribuidor (6) de fluido y las costillas (10);

la placa (8) de desviación de fluido está dividida en sectores y un sector está situado en cada volumen de segmento y cada sector radia desde el cubo de soporte central (11) hacia la parte exterior de cada volumen de segmento para definir un volumen superior entre el límite superior (5) y la placa (8) de desviación de fluido y un volumen inferior comprendido entre la placa (8) de desviación de fluido y el distribuidor (6) de fluido;

el paso (9) se extiende a través de la placa (8) de desviación de fluido, proporcionando comunicación de fluido entre los volúmenes superior e inferior dentro del volumen de segmento; una caja de mezclado (19) situada al menos parcialmente dentro de cada volumen de segmento junto al paso (9),

teniendo la caja de mezclado (19) aberturas que proporcionan comunicación de fluido entre la caja de mezclado y el volumen de segmento;

un conducto (18) de transferencia de fluido fijado a la caja de mezclado (19) y en comunicación de fluido con ella;

5 en el que el límite superior (5) comprende un tamiz de alambres con perfil; el distribuidor (6) de fluido comprende un tamiz de alambres con perfil; y el área abierta OAM del manipulador de flujo está comprendida entre el 30% y el 40%.

8. El aparato de la reivindicación 7, en el que el distribuidor (6) de fluido tiene un área abierta comprendida entre el 10 6% y el 12%.

9. El aparato de la reivindicación 7, en el que al menos parte de la caja de mezclado (19) está situada al menos parcialmente dentro del paso (9).

10. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 1 o 7, en el que la distancia X está comprendida entre 5 mm (0,2 pulgadas) y 20 mm (0,8 pulgadas).