Lecho fijo giratorio.

Lecho fijo giratorio RPB (1) dispuesto sobre un árbol giratorio (2),

comprendiendo:

un primer lecho fijo (3) y un segundo lecho fijo (4) dispuestos adyacentes el uno al otro al lado del árbol (2), teniendo el primer lecho fijo (3) un radio interior (ra3) y un radio exterior (rb3) y teniendo el segundo lecho fijo (4) un radio interior (ra4) y un radio exterior (rb4),

comprendiendo además el RPB (1) una entrada de gas (6) dispuesta en el árbol giratorio o en la periferia exterior del primer lecho fijo (3), respectivamente, y una primera cámara de gas (6') que se extiende desde el árbol (2) hasta el radio interior (ra3) o desde la carcasa hasta el radio exterior (rb3), respectivamente, del primer lecho fijo (3), y una primera entrada de líquido (5a) dispuesta en el árbol giratorio y medios distribuidores de líquido,

comprendiendo además el RPB (1) una segunda cámara de gas (6'') que se extiende a lo largo del radio exterior (rb3) o a largo del radio interior (ra3), respectivamente, del primer lecho fijo (3) y del radio exterior (rb4) o del radio interior (ra4), respectivamente, del segundo lecho fijo y una tercera cámara de gas (8) que se extiende desde el radio interior (ra4) o desde el radio exterior (rb4), respectivamente, del segundo lecho (4) hasta el árbol (2) y una segunda entrada de líquido (5b) dispuesta en el árbol giratorio y medios distribuidores de líquido,

caracterizado por que

los medios distribuidores de líquido están dispuestos y configurados para permitir que el líquido circule a través del primer lecho fijo en circulación a cocorriente con el gas en una dirección radialmente hacia fuera o dispuestos y configurados para permitir que el líquido circule a través del primer lecho fijo en una dirección radialmente hacia dentro en circulación a contracorriente con el gas, respectivamente, estando los medios distribuidores de líquido también dispuestos y configurados para permitir que el segundo líquido pase a través del segundo lecho fijo (4), en una dirección radialmente hacia fuera en circulación a contracorriente con el gas o dispuestos y configurados para permitir que el segundo líquido pase a través del segundo lecho fijo (4) en una dirección radialmente hacia fuera en circulación a cocorriente con el gas, respectivamente.

Lecho fijo giratorio

Campo técnico

La presente invención se refiere a un lecho fijo giratorio para un proceso de absorción o de desorción y a un método de absorción o de desorción que utiliza un lecho fijo giratorio.

Antecedentes de la invención Los lechos fijos son conocidos en la técnica por sus aplicaciones en separaciones de gas-líquido tales como aire de agua o procesos de absorción/desorción tales como la absorción de un gas particular a partir de un gas de escape. El rendimiento de los lechos fijos, también conocidos como columnas fijas, está determinado principalmente por la porosidad del material utilizado para el lecho fijo, por la superficie total del lecho fijo, así como por la altura total de la columna. Típicamente, un gas y un líquido son dirigidos a través de lechos fijos estacionarios en una dirección de circulación a contracorriente entre sí, debido a que se puede obtener una mayor eficiencia de separación en un proceso de circulación a contracorriente en comparación con un proceso de circulación a cocorriente.

En lechos fijos estacionarios, la gravedad sólo actúa sobre el líquido que pasa a través del lecho fijo, lo que se traduce en el hecho de que las columnas deben ser diseñadas con una altura considerable con el fin de lograr un grado deseado de separación.

Lechos fijos giratorios como, por ejemplo, el primero presentado por su primer inventor en el documento de patente US 4.400.275, consisten en un lecho fijo dispuesto sobre un árbol, a través del cual se hace pasar gas y líquido. La rotación del lecho fijo sobre el árbol permite aumentar la superficie específica por volumen que actúa en el proceso de separación de manera que el volumen total de lecho fijo para un rendimiento dado puede ser menor si se compara con el de una columna fija estacionaria. Aunque la superficie de contacto específica por volumen y el coeficiente de transferencia de masa para un lecho giratorio se incrementan beneficiosamente, la pérdida de presión sufrida a través del lecho, sin embargo, se incrementa.

En una columna fija estacionaria, la gravedad actúa sobre el líquido que circula a través del lecho fijo y una diferencia en la presión total del gas permite que éste circule a través del lecho fijo en dirección ascendente. Por otro lado, un lecho fijo giratorio requiere energía adicional para acelerar el gas a través del lecho fijo superando al mismo tiempo las fuerzas de fricción así como para hacer funcionar el sistema giratorio.

En DP Rao, A Bhowal, PS Goswami, "Process Intensification in Rotating Packed Beds: An Appraisal ", Ind. Eng. Chem. Res. 2004, 43, 1150-1162, se presenta un lecho fijo giratorio, en el que el gas introducido en la carcasa del lecho giratorio entra en la punta periférica del árbol giratorio y circula radialmente hacia dentro, hacia el ojo del rotor, desde donde sale del aparato a través un tubo de salida. El líquido se alimenta en forma de rociado por gotas pequeñas o de chorro al lecho fijo, en el ojo del rotor, pasa sobre el lecho fijo por la influencia de la fuerza centrífuga en una dirección radialmente hacia fuera, y sale del aparato a través de un tubo de salida que está en la periferia del lecho fijo giratorio. Se describen parámetros que determinan la eficacia de un proceso de separación debido a la rotación, tales como caudal, flujo de gas, flujo de líquido, caída de presión, inundación, coeficiente de transferencia de masa en el lado de gas y líquido, y requisitos de energía, .

El documento US 6.884.401 describe un lecho fijo giratorio con una entrada para un líquido de alta viscosidad en un punto cerca del eje del árbol giratorio y una salida para el líquido en la periferia del lecho. Se proporciona una entrada para que pase un gas radialmente hacia dentro a través del lecho fijo giratorio.

El documento EP 2018900 describe el uso de un lecho giratorio para la desgasificación de un líquido, en el que se aplica un vacío a la zona interior del lecho fijo giratorio a través de una salida de gas en el eje del árbol del lecho giratorio. El líquido con gas disuelto se hace pasar sobre el lecho fijo en una dirección radialmente hacia fuera y puede salir del dispositivo a través de una salida que está cerca de su periferia.

El documento EP0204193 describe un dispositivo giratorio para separar CO2 por adsorción. La separación se realiza en dos lechos en serie mediante contracorriente El documento EP0023745 describe un dispositivo giratorio para la transferencia de masa entre fases de fluido. La transferencia de masa se hace mediante contracorriente o mediante cocorriente.

Resumen de la invención Es un objeto de la presente invención proporcionar un lecho fijo giratorio para la absorción de un gas en un líquido o para la desorción a partir de un líquido que requiere una cantidad reducida de energía para funcionar en comparación con lechos fijos giratorios conocidos en la técnica.

Es otro objeto de la invención proporcionar un método de absorción de un gas en un líquido o de desorción a partir de un líquido utilizando un lecho fijo giratorio, mejorado con respecto a la técnica anterior en lo que se refiere a la energía requerida para llevar a cabo el método.

De acuerdo con la presente invención, un lecho fijo giratorio RPB comprende unos lechos fijos primero y segundo dispuestos adyacentes el uno al otro sobre un árbol giratorio y una entrada para un gas y una entrada para un líquido ambas dispuestas en el árbol giratorio y configuradas para permitir que el gas y el líquido circulen a través del primer lecho fijo en circulación a cocorriente y en una dirección radialmente hacia fuera.

El RPB comprende además una segunda entrada para un segundo líquido dispuesta en el árbol giratorio y configurada para permitir que este líquido pase a través del segundo lecho fijo en una dirección radialmente hacia fuera y en circulación a contracorriente con el gas. El gas circula desde una primera cámara de gas que se extiende a lo largo del árbol entre el árbol y el radio interior del primer lecho, a una segunda cámara de gas en el radio exterior del primer lecho que se extiende a lo largo del radio exterior de los lechos primero y segundo de manera que el gas puede circular del primer lecho al segundo. El gas circula desde esta segunda cámara de gas a través del segundo lecho hasta una tercera cámara de gas en el radio interior del segundo lecho a lo largo del árbol y luego sale del aparato a través de una salida.

En un método de acuerdo con la invención para la absorción de un gas en un líquido o la desorción de un gas a partir de un líquido, un gas se dirige primero a cocorriente con un líquido en una dirección radialmente hacia fuera a través de un primer lecho fijo giratorio y el mismo gas se dirige a través de una cámara de gas a un segundo lecho fijo, desde donde se dirige en circulación a contracorriente a un líquido en una dirección radialmente hacia dentro a través de un segundo lecho fijo giratorio.

El RPB de acuerdo con la invención combina circulación a contracorriente con circulación a cocorriente en un aparato de lecho fijo giratorio. La invención utiliza las ventajas de los procesos de circulación a contracorriente y de circulación a cocorriente y de ese modo permite una optimización de la eficiencia de los procesos del RPB.

El gas que circula a cocorriente con el líquido a través del primer lecho fijo en la dirección radialmente hacia fuera se acelera junto con el líquido por la influencia de la fuerza centrífuga. La presión posterior acumulada se utiliza para forzar el gas a través del segundo lecho fijo superando las pérdidas de presión sufridas durante la circulación de gas de combustión a través del segundo lecho. La energía para acelerar el gas a través del lecho fijo en la dirección a cocorriente con el líquido se recupera cuando es forzado a través del segundo lecho fijo. Efectivamente, el funcionamiento del lecho fijo giratorio de acuerdo con la invención requiere menos energía si se compara con los RPB de la técnica anterior que funcionan solamente con circulación a contracorriente del gas y el líquido.

La disposición de dos lechos fijos sobre un único árbol giratorio con una dirección serial del flujo de gas a través de ambos lechos, permite que la interacción de gas-líquido, ya sea en un proceso de absorción o en un proceso de desorción, tenga lugar en una escala mayor, es decir, a lo largo de un trayectoria de flujo efectivo más larga. Sin embargo, la dimensión real del aparato, en concreto el diámetro del RPB, puede permanecer pequeña. Esta característica permite una mayor flexibilidad en el diseño del RPB. Por ejemplo, el número de lechos fijos... [Seguir leyendo]

1. Lecho fijo giratorio RPB (1) dispuesto sobre un árbol giratorio (2) , comprendiendo:

un primer lecho fijo (3) y un segundo lecho fijo (4) dispuestos adyacentes el uno al otro al lado del árbol (2) , teniendo el primer lecho fijo (3) un radio interior (ra3) y un radio exterior (rb3) y teniendo el segundo lecho fijo (4) un radio interior (ra4) y un radio exterior (rb4) ,

comprendiendo además el RPB (1) una entrada de gas (6) dispuesta en el árbol giratorio o en la periferia exterior del

primer lecho fijo (3) , respectivamente, y una primera cámara de gas (6’) que se extiende desde el árbol (2) hasta el

radio interior (ra3) o desde la carcasa hasta el radio exterior (rb3) , respectivamente, del primer lecho fijo (3) , y una primera entrada de líquido (5a) dispuesta en el árbol giratorio y medios distribuidores de líquido,

comprendiendo además el RPB (1) una segunda cámara de gas (6’’) que se extiende a lo largo del radio exterior (rb3) o a largo del radio interior (ra3) , respectivamente, del primer lecho fijo (3) y del radio exterior (rb4) o del radio interior (ra4) , respectivamente, del segundo lecho fijo y una tercera cámara de gas (8) que se extiende desde el radio interior (ra4) o desde el radio exterior (rb4) , respectivamente, del segundo lecho (4) hasta el árbol (2) y una segunda entrada de líquido (5b) dispuesta en el árbol giratorio y medios distribuidores de líquido,

caracterizado por que

los medios distribuidores de líquido están dispuestos y configurados para permitir que el líquido circule a través del primer lecho fijo en circulación a cocorriente con el gas en una dirección radialmente hacia fuera o dispuestos y configurados para permitir que el líquido circule a través del primer lecho fijo en una dirección radialmente hacia dentro en circulación a contracorriente con el gas, respectivamente, estando los medios distribuidores de líquido también dispuestos y configurados para permitir que el segundo líquido pase a través del segundo lecho fijo (4) , en una dirección radialmente hacia fuera en circulación a contracorriente con el gas o dispuestos y configurados para permitir que el segundo líquido pase a través del segundo lecho fijo (4) en una dirección radialmente hacia fuera en circulación a cocorriente con el gas, respectivamente.

2. Lecho fijo giratorio (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la primera entrada de líquido (5a) y la segunda entrada de líquido (5b) están conectadas a una fuente común.

3. Lecho fijo giratorio (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la primera entrada de líquido (5a) y la segunda entrada de líquido (5b) están conectadas a diferentes fuentes de líquido.

4. Lecho fijo giratorio (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el RPB comprende medios para recircular el líquido que emerge del primer lecho fijo (3) en el radio exterior del RPB hacia la segunda entrada de líquido en el árbol giratorio y el segundo lecho fijo (4) .

5. Lecho fijo giratorio (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el radio interior (ra3) del primer lecho fijo (3) y el radio interior (ra4) del segundo lecho fijo (4) es el mismo.

6. Lecho fijo giratorio (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el radio interior (ra3) del primer lecho fijo (3) y el radio interior (ra4) del segundo lecho fijo (4) son diferentes.

7. Lecho fijo giratorio (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el radio exterior (rb3) del primer lecho fijo (3) y el radio exterior (rb4) del segundo lecho fijo (4) es el mismo.

8. Lecho fijo giratorio (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el radio exterior (rb3) del primer lecho fijo (3) y el radio exterior (rb4) del segundo lecho fijo (4) son diferentes.

9. Lecho fijo giratorio (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la extensión radial de los lechos fijos primero y segundo (3, 4) es la misma.

10. Lecho fijo giratorio (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la extensión radial del primer lecho fijo (3) que difiere de la del segundo lecho fijo (4) son diferentes.

11. Lecho fijo giratorio (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el RPB comprende otros lechos fijos dispuestos en el árbol giratorio (2) y dispuestos en serie con los lechos fijos primero y segundo (3, 4) .

12. Lecho fijo giratorio (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el árbol giratorio está dispuesto verticalmente u horizontalmente.

13. Método de absorción o de desorción que utiliza un lecho fijo giratorio RPB (1) , caracterizado por dirigir en primer lugar un gas a través de un primer lecho fijo giratorio (3) en circulación a cocorriente con un líquido en una dirección radialmente hacia fuera desde un árbol giratorio (2) y por dirigir en segundo lugar el gas a través de un segundo lecho fijo giratorio (4) en una dirección radialmente hacia dentro en circulación a contracorriente con un líquido.

14. Método de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado por dirigir un primer líquido a través del primer lecho fijo giratorio (3) y por dirigir un segundo líquido a través del segundo lecho fijo giratorio (4) , en el que el primer líquido es diferente del segundo líquido.

15. Método de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado por dirigir un primer líquido a través del primer lecho fijo giratorio (3) y por dirigir un segundo líquido a través del segundo lecho fijo giratorio (4) , en el que el primer líquido y el segundo líquido son un líquido que emerge del primer lecho fijo (3) y es recirculado hacia el segundo lecho fijo (4) .

16. Método de acuerdo con las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado por dirigir el gas a través de otros lechos fijos dispuestos en el mismo árbol giratorio (2) alternando de una circulación a cocorriente con un líquido a una circulación a contracorriente con un líquido.