Un aparato de bandejas (10, 10’, 62, 64, 66, 200, 200’

, 200”) de contacto de vapor-líquido, que comprende una bandeja (26, 68, 101, 202) con una sección de alimentación de fluido y una sección de circulación de fluido; un tubo vertical de bajada (12, 70, 103, 119, 204) que está en comunicación de fluido con la sección de circulación de fluido de dicha bandeja; un desviador de cambio de dirección (a, a1, a2, a3, 42, 44, 72, 74, 76, 108, 109, 120, 214, 218, RP1, RP2, RP3, G1, G2, G3) posicionado en una abertura de entrada de dicho tubo vertical de bajada; y válvulas de empuje (11, 32, 84, 86, P, Pu, Ps) previstas en la sección de circulación del fluido de dicha bandeja, caracterizado porque el desviador de cambio de dirección (a, a1, a2, a3, 42, 44, 72, 74, 76, 108, 109, 120, 214, 218, RP1, RP2, RP3, G1, G2, G3) incluye un extremo superior cóncavo, que tiene un borde superior posicionado por encima de un nivel definido por la sección de circulación del fluido de dicha bandeja, de tal manera que el desviador se extiende por encima del nivel horizontal de dicha bandeja también por encima del nivel horizontal de la bandeja y también por encima del nivel inferior del fluido y dentro del nivel de captura y de cambio de dirección de la espuma de 90 a 95 mm o más de extensión por encima del nivel de la bandeja adyacente, en el que existen una pluralidad de desviadores de cambio de dirección (a, a1, a2, a3, 42, 44, 72, 74, 76, 108, 109, 120, 214, 218, RP1, RP2, RP3, G1, G2, G3) posicionados en la abertura de entrada de dicho tubo vertical de bajada, en el que dicho tubo vertical de bajada (70, 204) tiene una sección superior y una sección inferior (208), teniendo la sección inferior una pendiente hacia fuera y siendo dicha sección superior más vertical, y dicho desviador de cambio de dirección (a, a1, a2, a3, 42, 44, 72, 74, 76, 108, 109, 120, 214, 218, RP1, RP2, RP3) incluye un extremo inferior que termina a un nivel esencialmente en o por encima de una zona de transición de la pendiente entre las secciones superior e inferior de la pared interior del tubo vertical de bajada.

Aparato de bandejas, columna provista con dicho aparato y método de montaje y utilización

PRIORIDAD

La presente invención reivindica la prioridad conforme al Art. 35 USC 119 (e) de la Solicitud de Patente Provisional 60/445.253 presentada el 6 de Febrero de 2003.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un aparato de bandejas de columna, tal como se utiliza en una columna de destilación, con una forma de realización preferida que se caracteriza por una esquina inferior y una bandeja con válvulas de empuje o medios de mejora del momento de flujo combinados con medios de redirección del flujo, como en una o más presas rebajadas o aletas de guía de entrada configuradas del tubo vertical de bajada, para recibir el fluido (por ejemplo, espuma de contacto vapor – líquido) con momento mejorado y para redirigir y descargar el fluido a través del tubo vertical de bajada. Esta invención se refiere, además, a columnas de transferencia y de intercambio de masa y a bandejas de contacto de vapor-líquido empleadas dentro de tales columnas. La invención se refiere también a bandejas de contacto y a métodos de montaje y uso de aparatos de bandejas de columna y al uso de columnas con dicho aparato de bandejas.

ANTECEDENTES

Las bandejas de contacto de vapor-líquido se utilizan en columnas de transferencia o intercambio de masas para facilitar el contacto, por ejemplo, entre corrientes de vapor que fluyen hacia arriba y corrientes de líquido de fluyen hacia abajo. Las bandejas están dispuestas convencionalmente en posición horizontal dentro de las columnas para proporcionar una superficie horizontal a través de la cual pueden fluir las corrientes de líquido. Las bandejas están formadas típicamente de un material sólido similar a una lámina (por ejemplo, una pluralidad de paneles) y condenen una pluralidad de aberturas que permite que el vapor fluya hacia arriba a través de la bandeja para interacción con el líquido que fluye a través de la superficie superior de la bandeja. En bandejas conocidas como bandejas de tamiz, las aberturas están dimensionadas suficientemente pequeñas para que durante el funcionamiento de la columna, la presión del vapor que pasa hacia arriba a través de las aberturas restrinja o prevenga que el líquido pase hacia abajo a través de las aberturas, En otros tipos de bandejas, se pueden prever válvulas móviles o elementos estructurales estacionarios, tales como caperuzas de burbujas sobre las aberturas para sellado contra el paso descendente de líquido.

Los tubos verticales de bajada se utilizan en combinación con las bandejas de contacto de vapor-líquido descritas anteriormente para proporcionar un pasillo para que el líquido pase hacia abajo desde una bandeja hasta una bandeja subyacente. En disposiciones de bandeja de paso individual, los tubos verticales de bajada están previstos en extremos opuestos de bandejas adyacentes, de manera que el líquido fluye completamente a través de una bandeja desde el extremo de entrada hasta el extremo de salida, antes de que entre en el tubo vertical de bajada para pasar e la siguiente bandeja inferior. El líquido fluye entonces en la dirección opuesta a través de la bandeja inferior (o en algunos casos se utilizan bandejas que generan un flujo circular, de tal manera que el líquido fluye en la misma dirección en cada bandeja) y entre en el tubo vertical de bajada asociado para pasar hasta y a través de las bandejas inferiores de la misma manera en vaivén. En disposiciones de bandejas de dos pasos, la bandeja está dividida en dos corrientes que circulan en direcciones opuestas en cada bandeja. Un tubo vertical de bajada central está previsto en una de cada dos bandejas y dos tubos verticales de baja extremos están colocados en extremos opuestos de bandejas intermedias para proporcionar el patrón de flujo de doble paso. Además de las disposiciones de bandejas de doble paso, diseños de tubos verticales de baja alternativos de pasos múltiples incluyen tres y cuatro pasos. Una bandeja de cuatro pasos tiene tubos verticales de bajada laterales y centrales sobre una de cada dos bandejas y tiene dos tubos verticales de bajada intermedios o fuera del centro sobre las otras bandejas alternativas. Los tubos verticales de bajada centrales e intermedios (o fuera del centro) tienen circulación del líquido desde cada lado. Estas disposiciones de bandejas incluyen diseños de tubos verticales de bajada cordales, ya que cortan una cuerda a través de la torre. También existen en la técnica disposiciones de bandejas de tubos verticales de bajada múltiples que caracterizan a los tubos verticales de bajada porque “cuelgan” en el centro de las cubiertas de bandeja y pueden recibir potencialmente líquido desde todo el perímetro del tubo vertical de bajada. Estos tubos verticales de bajada que cuelgan en el interior existen en varias formas y tamaños, tales como tubos verticales de bajada de sección transversal rectangular o circular.

También se utiliza típicamente una presa en el extremo de salida de las bandejas de contacto de vapor-líquido para proporcionar una junta de obturación mecánica sobre el tubo vertical de bajada curso arriba y también para provocar que el líquido se acumule sobre la superficie superior de la bandeja para interacción mejorada con el burbujeo de vapor hacia arriba a través de las aberturas en la cubierta de la bandeja antes de entrar en el tubo vertical de bajada. El área de la cubierta de la bandeja que contiene las aberturas en las bandejas de contacto de vapor-líquido es referida como el “área activa” de la bandeja, debido a que la interacción de vapor-líquido tiene lugar por encima de la bandeja en esta área. El área activa no incluye típicamente el área en el extremo de entrada de la cubierta de la bandeja, que se encuentra inmediatamente debajo de la salida del tubo vertical de bajada, que está asociado con la bandeja de solape. Esta área de la bandeja debajo de la salida del tubo vertical de bajada se refiere como el área de recepción del tubo vertical de bajada y es típicamente una placa sólida que recibe la descarga que fluye verticalmente desde el tubo vertical de bajada y la redirige horizontalmente para que fluya a través de la bandeja.

Un problema asociado con bandejas convencionales del tipo descrito anteriormente es la tendencia a que el líquido fluya de una manera no uniforme a través de la bandeja. Debido a que la anchura de una bandeja circular se incrementa en la dirección del flujo de fluido desde el extremo de entrada hasta el punto medio de la bandeja y luego disminuye desde el punto medio hasta el extremo de salida, el líquido tiende a fluir con preferencia a lo largo de la porción central de la bandeja. Esto da como resultado una reducción del rendimiento de las bandejas ya que el líquido de estanca o forma gradientes no-uniformes a lo largo de los bordes laterales u otras porciones de la bandeja. Intentos anteriores para reducir el estancamiento y los gradientes no uniforme han incluido el uso de aberturas que redirigen el vapor desde una trayectoria de flujo vertical hasta una trayectoria de flujo horizontal. Las aberturas provocan, por lo tanto que el líquido en la proximidad en las aberturas fluya en la dirección del vapor redirigido. Estas aberturas están espaciadas alrededor de la bandeja y están generalmente concentradas en aquellas zonas donde el líquido tiene que ser redirigido con el fon de evitar el estancamiento o gradientes. Un ejemplo de una bandeja de manguito ranurado, que está dirigida a evitar los problemas de mala distribución del flujo mencionados anteriormente se encuentra en la patente de los Estados Unidos US 4.101.610, que se incorpora aquí por referencia.

También es deseable incrementar el caudal de procesamiento de paso del flujo, evitando al mismo tiempo cualquier degradación del intercambio de vapor-líquido. Un flujo más rápido de fluido a través de la bandeja puede proporcionar potencialmente un incremento de los caudales de flujo de paso y un uso más eficiente de una columna, pero también puede conducir a degradación con respecto a la eficiencia de contacto de vapor/líquido así como a potenciales problemas de flujo de paso, tales como problemas de inundación y de reflujo en el tubo vertical de bajada de intercambio. Por ejemplo, se evita que la circulación de líquido se realice con excesivo momento del fluido inducido por válvulas de empuje, ya que un momento alto del fluido tendería a caer uniformemente en el tubo vertical de bajada y el momento incrementado horizontalmente podría reducir la efectividad de la porción curso arriba del tubo vertical de bajada.... [Seguir leyendo]

1. Un aparato de bandejas (10, 10’, 62, 64, 66, 200, 200’, 200”) de contacto de vapor-líquido, que comprende una bandeja (26, 68, 101, 202) con una sección de alimentación de fluido y una sección de circulación de fluido; un tubo vertical de bajada (12, 70, 103, 119, 204) que está en comunicación de fluido con la sección de circulación de fluido de dicha bandeja; un desviador de cambio de dirección (a, a1, a2, a3, 42, 44, 72, 74, 76, 108, 109, 120, 214, 218, RP1, RP2, RP3, G1, G2, G3) posicionado en una abertura de entrada de dicho tubo vertical de bajada; y válvulas de empuje (11, 32, 84, 86, P, Pu, Ps) previstas en la sección de circulación del fluido de dicha bandeja, caracterizado porque el desviador de cambio de dirección (a, a1, a2, a3, 42, 44, 72, 74, 76, 108, 109, 120, 214, 218, RP1, RP2, RP3, G1, G2, G3) incluye un extremo superior cóncavo, que tiene un borde superior posicionado por encima de un nivel definido por la sección de circulación del fluido de dicha bandeja, de tal manera que el desviador se extiende por encima del nivel horizontal de dicha bandeja también por encima del nivel horizontal de la bandeja y también por encima del nivel inferior del fluido y dentro del nivel de captura y de cambio de dirección de la espuma de 90 a 95 mm o más de extensión por encima del nivel de la bandeja adyacente, en el que existen una pluralidad de desviadores de cambio de dirección (a, a1, a2, a3, 42, 44, 72, 74, 76, 108, 109, 120, 214, 218, RP1, RP2, RP3, G1, G2, G3) posicionados en la abertura de entrada de dicho tubo vertical de bajada, en el que dicho tubo vertical de bajada (70, 204) tiene una sección superior y una sección inferior (208) , teniendo la sección inferior una pendiente hacia fuera y siendo dicha sección superior más vertical, y dicho desviador de cambio de dirección (a, a1, a2, a3, 42, 44, 72, 74, 76, 108, 109, 120, 214, 218, RP1, RP2, RP3) incluye un extremo inferior que termina a un nivel esencialmente en o por encima de una zona de transición de la pendiente entre las secciones superior e inferior de la pared interior del tubo vertical de bajada.

2. El aparato de la reivindicación 1, en el que dichos desviadores de cambio de dirección (a, a1, a2, a3, 42, 44, 72, 74, 76, RP1, RP2, RP3) se extienden de una manera cordal a través de toda la abertura de entrada de dicho tubo vertical de bajada.

3. El aparato de la reivindicación 1, en el que al menos dos de dicha pluralidad de desviadores de cambio de dirección (a, a1, a2, a3, 42, 44, 72, 74, 76, 108, 109, 120, 214, 218, RP1, RP2, RP3, G1, G2, G3) tienen extremos superiores curvados posicionados por encima del nivel de la bandeja y que están espaciados radialmente para definir múltiples canales de flujo del tubo vertical de bajada.

4. El aparato de la reivindicación 1, en el que al menos uno de dicha pluralidad de desviadores de cambio de dirección (a, a1, a2, a3, 42, 44, 72, 74, 76, 108, 109, 120, 214, 218, RP1, RP2, RP3, G1, G2, G3) tiene una sección abierta posicionada debajo del nivel de la bandeja.

5. El aparato de la reivindicación 4, en el que dicha sección abierta incluye una o más aberturas del tipo de toldo, que comprende una abertura y una cubierta parcial que se extiende inclinada hacia abajo.

6. El aparato de la reivindicación 1, en el que dicho desviador de cambio de dirección (a, a1, a2, a3, 42, 44, 72, 74, 76, 108, 109, 120, 214, 218, RP1, RP2, RP3, G1, G2, G3) incluye una sección abierta por debajo del nivel de la bandeja.

7. El aparato de la reivindicación 1, en el que dicho tubo vertical de bajada es un tubo vertical de bajada extremo (12, 70, 204) en contacto con dicha bandeja y está posicionado en un extremo de dicha bandeja, que está opuesto a una sección extrema que define la sección de alimentación de dicha bandeja.

8. El aparato de la reivindicación 7, en el que dicho tubo vertical de bajada (12, 70, 204) es un tubo vertical de bajada de suelo escalonado o de suelo inferior.

9. El aparato de la reivindicación 7, en el que dicho tubo vertical de bajada (12, 70, 204) tiene un interior en pendiente que define una pared.

10. El aparato de la reivindicación 1, en el que una porción curso arriba de la sección de circulación del fluido de dicha bandeja (202) está adyacente a dicha sección de alimentación de dicha bandeja y está a un nivel elevado con relación a una porción de placa curso debajo de la sección de circulación de dicha bandeja.

11. El aparato de la reivindicación 1, que comprende, además, válvulas de no-empuje, esencialmente válvulas de no-empuje o aberturas sin válvulas, previstas en la sección de circulación de fluido de dicha bandeja.

12. El aparato de la reivindicación 11, en el que dicha bandeja (26, 68, 101, 202) tiene una o más zonas concentradas de válvulas de empuje (Z4, Z5, Z7, Z8, Z9, ZA, ZB, ZC) .

13. El aparato de la reivindicación 12, en el que una primera zona concentrada de válvulas de empuje (Z4) está concentrada en una porción curso arriba de la sección de circulación del fluido de dicha bandeja, que está adyacente a dicha sección de alimentación de dicha bandeja.

14. El aparato de la reivindicación 13, que comprende, además, una segunda zona concentrada de válvulas de empuje (Z5, Z7, Z8, Z9, ZA, ZB, ZC) dispuestas adyacentes a la abertura de entrada de dicho tubo vertical de bajada.

15. El aparato de la reivindicación 14, en el que la concentración de válvulas de empuje en la segunda zona concentrada (Z5, Z7, Z8, Z9, ZA, ZB, ZC) es menor que la de dicha primera zona concentrada.

16. El aparato de la reivindicación 15, en el que dichas válvulas de empuje (11, 32, 84, 86, P, Pu, Ps) están esencialmente espaciadas a través de una longitud total de un borde de recepción de la entrada de fluido de dicho tubo vertical de bajada (12, 70, 103, 119, 204) , en una secuencia alterna o secuencia continua no-alterna.

17. El aparato de l reivindicación 16, en el que dichas válvulas de empuje (11, 32, 84, 86, P, Pu, Ps) están alteradas en secuencia espaciada con aberturas sin válvulas o válvulas con un momento menor que las válvulas de empuje espaciadas a través de la longitud total.

18. El aparato de la reivindicación 17, en el que dichas válvulas de empuje (11, 32, 84, 86, P, Pu, Ps) están dispuestas en columna de al menos tres de fondo.

19. El aparato de la reivindicación 12, en el que las válvulas de empuje (11, 32, 84, 86, P, Pu, Ps) en una o más secciones de dicha bandeja incluyen válvulas de empuje de alto momento de avance que tienen hasta 60 % o más de vectores de momentos horizontales sumados en línea con la dirección del flujo de fluido que conduce al tubo vertical de bajada.

20. El aparato de la reivindicación 19, en el que dichas válvulas de empuje (11, Ps) de alto momento de avance incluyen esencialmente válvulas de empuje esencialmente mono-direccionales.

21. El aparato de la reivindicación 20, en el que dichas válvulas de empuje (11, Ps) esencialmente monodireccionales incluyen una porción superior en pendiente hacia arriba y dos paredes laterales que se extienden desde los bordes de dicha porción superior hacia abajo hacia dicha bandeja.

22. El aparato de la reivindicación 12, en el que al menos una de dichas una o más zonas concentradas de válvulas de empuje (Z5, Z7, Z8, Z9, ZA, ZB, ZC) están dispuestas adyacentes a la abertura de entrada de dicho tubo vertical de bajada.

23. El aparato de la reivindicación 22, en el que dichas válvulas de empuje (11, 32, 84, 86, P, Pu, Ps) están espaciadas a través de una longitud total de un borde de recepción de la entrada de fluido de dicho tubo vertical de bajada.

24. El aparato de la reivindicación 1, que comprende, además, un tubo vertical de bajada (103, 119) posicionado en una porción interior de dicha bandeja que está espaciada hacia dentro de regiones extremas de dicha bandeja.

25. El aparato de la reivindicación 24, en el que dicho tubo vertical de bajada (103) tiene una sección transversal poligonal con un primer lado que recibe fluido desde una primera sección de alimentación de dicha bandeja y un segundo lado que recibe fluido desde una segunda sección de alimentación de dicha bandeja, y existen una pluralidad de desviadores de cambio de dirección (109) con un primero o un conjunto de desviadores de cambio de dirección que tienen una superficie superior cóncava que mira en una dirección para recibir fluido desde el primer lado y un segundo o un conjunto de desviadores de cambio de dirección que tienen una superficie superior cóncava que mira en una dirección para recibir fluido desde el segundo lado.

26. El aparato de la reivindicación 24, en el que dicho tubo vertical de bajada (119) tiene una abertura de entrada de sección transversal circular y dicho desviador de cambio de dirección (120) tiene una sección transversal circular.

27. El aparato de la reivindicación 1, en el que dicho tubo vertical de bajada es tubo vertical de bajada truncado que tiene una altura vertical de 85 % o menos de un espaciamiento vertical general entre una bandeja y otra,

28. El aparato de la reivindicación 1, en el que están previstos medios de mejora (11, 32, 84, 86, P, Pu, Ps) para mejorar el momento del flujo de fluido en el flujo de fluido y el momento desde una dirección lo largo de la bandeja hasta una dirección a través del tubo vertical de bajada, en el que dichos medios de mejora incluyen Al menos una zona (Z4, Z5, Z7, Z8, Z9, ZA, ZB, ZC) de válvulas de empuje (11, 32, 84, 86, P, Pu, Ps) , que están posicionadas para incrementar el momento del flujo de fluido hacia dicho tubo vertical de bajada, en el que dichas válvulas de empuje (11, 32, 84, 86, P, Pu, Ps) incluyen válvulas de empuje (11, Ps) esencialmente mono-direccionales, que están posicionadas (i) adyacentes a una región interior de dicho tubo vertical de bajada, (ii) y están espaciadas a lo largo de un borde de recepción de dicho tubo vertical de bajada, o (iii) una combinación de (i) ó (ii) , y en el que dichos medios de mejora incluyen una zona de alta concentración de válvulas de empuje en una zona de alimentación de entrada de dicha bandeja (Z5, Z7, Z8, Z9, ZA, ZB, ZC) y en una sección de salida de dicha bandeja en conexión con dicho tubo vertical de bajada (Z4) .

29. Una columna de destilación, que comprende: una torre, y una pluralidad de aparatos de bandejas (10, 10’, 62, 64, 66, 200, 200’, 200”) de la reivindicación 1, dispuestos en secuencia espaciada verticalmente dentro de dicha torre; un orificio de alimentación de gas para dejar pasar un gas hacia arriba a través de dicha pluralidad de aparatos de bandejas; y un orificio de alimentación de líquido para alimentar líquido a dichas bandejas.

30. Un método de montaje de un aparato de bandejas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones

precedentes para uso en una columna de destilación, que comprende: proporcionar una bandeja con una sección de alimentación de fluido y una sección de circulación del fluido; proporcionar un tubo vertical de bajada para que esté en comunicación de fluido con la sección de circulación de fluido de dicha bandeja; proporcionar un desviador de cambio de dirección en una abertura de entrada de dicho tubo vertical de bajada; y proporcionar válvulas de empuje en una sección de circulación de fluido de dicha bandeja, de manera que dicho desviador de cambio de dirección

incluye un extremo superior cóncavo que tiene un borde superior posicionado por encima de un nivel definido por la sección de circulación de dicha bandeja.

31. Un método de utilización de un aparato de bandejas soportado en una columna de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 28, que comprende: hacer pasar un fluido horizontalmente a través de un área de dicha cubierta de la bandeja que tiene un área activa; burbujear gas a través de abertura en dicha área 15 activa dentro de dicho flujo de fluido; incrementar el momento horizontal del flujo de fluido en una dirección hacia un tubo vertical de bajada de dicho aparato de bandejas con válvulas de empuje que reciben vapor desde aberturas en el área activa y dirigir el líquido con momento incrementado desde las válvulas de empuje dentro de un desviador previsto en una entrada de dicho tubo vertical de bajada que cambia la dirección del flujo de fluido horizontal en un flujo vertical a través del tubo vertical de bajada, de manera que dicho desviador de cambio de dirección incluye un

extremo superior cóncavo que tiene un borde superior posicionado por encima de un nivel definido por la sección de circulación del fluido de dicha bandeja.