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BRPI0703407B1 - Condensador de refluxo e processo para separar uma mistura de fluido em uma coluna de separação - Google Patents

Condensador de refluxo e processo para separar uma mistura de fluido em uma coluna de separação Download PDF

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BRPI0703407B1
BRPI0703407B1 BRPI0703407-5A BRPI0703407A BRPI0703407B1 BR PI0703407 B1 BRPI0703407 B1 BR PI0703407B1 BR PI0703407 A BRPI0703407 A BR PI0703407A BR PI0703407 B1 BRPI0703407 B1 BR PI0703407B1
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BR
Brazil
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passages
reflux
heat exchanger
reflux condenser
exchanger block
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BRPI0703407-5A
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Inventor
Thomas Hecht
Sepp Schuhbeck
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Linde Aktiengesellschaft
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Abstract

condensador de refluxo. a presente invenção refere-se a um condensador de refluxo que tem pelo menos um bloco trocador de calor (1) o qual tem passagens de refluxo e passagens de refrigerante, e um recipiente de pressão (2) que envolve o bloco trocador de calor (1) no topo e lateralmente. são providos os recursos (14, 15, 16, 17) para introdução de vapor dentro da região inferior das passagens de refluxo, recursos (19) para condução para fora líquido da região inferior das passagens de refluxo, recursos (29, 30) para extrair o vapor da região superior das passagens de refluxo, e os recursos para introdução de refrigerante dentro das passagens de refrigerante. as passagens de refluxo se comunicam em sua extremidade inferior com um tubo de comunicação que é disposto em baixo do bloco trocador de calor (1) e tem um dispositivo separador de fase.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para CONDENSADOR DE REFLUXO E PROCESSO PARA SEPARAR UMA MISTURA DE FLUIDO EM UMA COLUNA DE SEPARAÇÃO.
A presente invenção refere-se a um condensador de refluxo com pelo menos um bloco trocador de calor que tem passagens de refluxo e passagens de refrigerante, com um recipiente de pressão que envolve o bloco trocador de calor no topo e lateralmente, sendo que um espaço intermediário lateral está disposto entre o bloco trocador de calor e a parede do recipiente de pressão, com meios para introduzir vapor dentro da região inferior das passagens de refluxo, com meio para conduzir para longe o líquido da região inferior das passagens de refluxo, com meios para extrair o vapor da região superior das passagens de refluxo e com meio para introduzir o refrigerante nas passagens de refrigerante.
Dois tipos fundamentais de condensadores de refluxo são conhecidos. Ou o bloco de trocador de calor (ou senão uma pluralidade de blocos de trocador de calor) é disposto no interior de um recipiente de pressão, como ilustrado, por exemplo, em EP 1189000 A2 ou o bloco de trocador de calor é fechado em todos os lados por tubos de comunicação, vide, por exemplo, US 6128920. A presente invenção refere-se à primeira variação.
As passagens de refluxo de um condensador de refluxo são submetidas ao vapor por debaixo. O dito vapor condensa parcialmente quando ele se eleva nas passagens de refluxo. As passagens de refluxo são construídas em uma tal maneira que o líquido condensado não é carreado, mas ao invés disso flui para baixo. A retificação acontece nas passagens de refluxo por causa do contrafluxo do vapor e líquido. O líquido que surge na extremidade inferior é enriquecido com componentes que são menos fáceis de volatilizar, e o vapor que surge no topo com os componentes que são mais fáceis de volatilizar.
Um condensador de refluxo (também chamado deflegmador) pode ser usado como uma unidade de separação independente. Como uma alternativa, ele é usado como um condensador superior de uma coluna de separação e reforça a ação de separação da mesma.
Termos espaciais tais como no topo, no fundo, lateralmente, etc., sempre refere-sem aqui à orientação do condensador de refluxo durante a operação correta.
A invenção é baseada, portanto, no objetivo de melhorar a eficiência econômica de um condensador de refluxo do tipo mencionado no começo e, em particular, de obter custos favoráveis de produção e/ou operação.
Esse objetivo é atingido em que as passagens de refluxo se comunicam na sua extremidade inferior com um tubo de comunicação que é disposto abaixo do bloco do trocador de calor e tem um dispositivo de separação de fase.
O dito tubo de comunicação constitui pelo menos parte do meio para introduzir o vapor para dentro da região inferior das passagens de refluxo e do meio para conduzir para longe o líquido da região inferior das passagens de refluxo.
Embora o bloco do trocador de calor do condensador de refluxo de acordo com a invenção seja instalado no interior de um recipiente de pressão, suas passagens de refluxo não são abertas para o espaço intermediário entre o recipiente de pressão e o bloco do trocador de calor, mas preferivelmente têm um tubo de comunicação. Isso pode inicialmente parecer excessivamente complicado, mas tem a vantagem de tornar possível dispor um dispositivo de separação de fase no tubo de comunicação, o que possibilita que o vapor e o líquido possam ser efetivamente separados um do outro abaixo das passagens de refluxo. Isso impede, em particular, que o líquido seja carreado pelo fluxo do vapor. Além de tudo, um grau de eficiência particularmente elevado da operação de troca de substância e calor é obtido no condensador de refluxo.
Uma vantagem adicional da estrutura de acordo com a invenção é que o interior do recipiente de pressão, isto é, o espaço intermediário entre o recipiente de pressão e o bloco do trocador de calor, pode ser usado para finalidades diferentes e também pode ter uma pressão diferente do que as passagens de refluxo.
O bloco do trocador de calor é preferivelmente fabricado como um trocador de calor de placa, em particular como um trocador de calor de placa de alumínio soldada.
É favorável se o dispositivo de separação de fase disposto no tubo de comunicação tiver uma base, a base contendo pelo menos uma abertura de passagem de gás e a abertura de passagem de gás sendo provida no seu lado superior com uma borda para refluir o líquido.
O líquido que sai das passagens de refluxo é, portanto, coletado na base. O vapor ascendente que entra nas passagens de refluxo posteriormente flui além do líquido refluído através da abertura da passagem de gás sem sofrer uma perda substancial na pressão e sem carrear gotículas de líquido no processo.
A borda da abertura da passagem do gás pode ser formada por uma ou mais paredes verticais, no caso mais simples por meio de uma parede na forma de um invólucro cilíndrico com um eixo vertical de simetria. Entretanto, outras formas de borda são também concebíveis, por exemplo, essas que alargam ou estreitam. A borda é preferivelmente disposta diretamente na margem da abertura da passagem do gás, mas pode também ficar em uma certa distância da margem da abertura da passagem do gás.
O lado inferior da abertura da passagem do gás pode ser conectado em termos de fluxo no topo de uma coluna de separação, de modo que o gás removido no topo do mesmo flui para dentro das passagens de refluxo.
O dispositivo de separação de fase do bloco do trocador de calor tem, por exemplo, uma a dez aberturas de passagem de gás, de preferência duas a seis aberturas de passagem de gás.
O dispositivo de separação de fase preferivelmente tem pelo menos um cano de descarga para o líquido refluído na base. O líquido capturado na base é conduzido para longe através do dito cano de descarga separadamente do fluxo de vapor que entra.
O cano de descarga pode ser conectado em termos de fluxo, por exemplo, em um distribuidor de líquido que distribui o líquido formado nas passagens de refluxo para a seção de troca de substância de uma coluna de separação que contém recheio ou enchimento sistemático. No caso de uma coluna de placa, o cano de descarga abre sobre uma placa da coluna.
Além do mais, é vantajoso se, acima da abertura da passagem do gás, uma cobertura seja disposta em uma distância da base e cubra pelo menos parte da área transversal da abertura da passagem do gás. Isso impede que o líquido caindo sobre as passagens de refluxo passe para dentro da abertura de passagem do gás. A cobertura preferivelmente cobre toda a seção transversal da abertura da passagem do gás. A distância vertical da base ou da margem superior da borda é selecionada em uma tal maneira que o vapor pode fluir sem uma perda significativa na pressão. Toda a estrutura pode ser projetada de acordo com o princípio da base da chaminé.
Dentro do contexto da invenção, o vapor que entra pode ser provido com uma área transversal substancialmente maior do que no caso de um tubo de comunicação convencional com uma conexão de cano. A seção transversal da abertura da passagem de gás do dispositivo de separação de fase preferivelmente equivale a pelo menos um quadragésimo, em particular pelo menos um vigésimo, em particular pelo menos um décimo da superfície da extremidade inferior do bloco do trocador de calor. Se o dispositivo de separação de fase tiver mais do que uma abertura de passagem de gás, essa dimensão se aplicará à soma das seções transversais de todas as aberturas de passagem de gás.
O tubo de comunicação pode ter paredes laterais planares, em particular retangulares, que são conectadas nas margens inferiores do bloco do trocador de calor. Além disso, ele pode ter uma base que também forma a base do dispositivo de separação de fase. Por exemplo, ele é no geral na forma de um cubo, a superfície da extremidade superior do qual é formada pela superfície da extremidade inferior do bloco do trocador de calor.
Os meios para introduzir o refrigerante nas passagens de refrigerante são projetados como aberturas laterais do bloco do trocador de calor, através das quais as passagens de refrigerantes se comunicam com o espaço intermediário entre o recipiente de pressão e o bloco do trocador de calor. O dito espaço intermediário pode ser usado, portanto, para elevar o refrigerante sem um tubo de comunicação ser exigido para essa finalidade. Se o refrigerante for introduzido na forma de líquido, o espaço intermediário entre o recipiente de pressão e o bloco do trocador de calor poderá ser usado como um banho de líquido. As aberturas laterais são então dispostas em uma tal maneira que elas se situam abaixo da superfície do líquido durante a operação do condensador de refluxo. Elas podem ser dispostas em um ou dois lados do bloco do trocador de calor.
As passagens do refrigerante são também, de preferência, abertas para cima no lado superior do bloco do trocador de calor. Isso possibilita que as passagens do refrigerante sejam operadas na maneira de um evaporador circulante costumeiro (evaporador de banho) com a ajuda do efeito de termossifão sem tubos de comunicação sendo exigidos no lado do refrigerante. O bloco do trocador de calor então tem apenas um tubo de comunicação adicional na extremidade inferior, além do tubo de comunicação descrito para as passagens de refluxo, cujo tubo de comunicação adicional serve como meio para puxar o vapor para fora da região superior das passagens de refluxo.
A invenção também refere-se a um processo para separar uma mistura de fluido em uma coluna de separação compreendendo um condensador de refluxo.
A invenção e detalhes adicionais da invenção são explicados em mais detalhes abaixo com referência a uma modalidade exemplar ilustrada esquematicamente nos desenhos. A figura 1 mostra um corte longitudinal, a figura 2 uma seção transversal no plano A-A.
Um bloco do trocador de calor 1 é disposto no interior de um recipiente de pressão 2. Ele é projetado como um trocador de calor de placa de alumínio soldada e, em uma maneira alternativa, tem passagens de refluxo e passagens de refrigerante, que não são ilustradas em detalhes.
Na modalidade exemplar, as passagens do refrigerante funcionam como um evaporador circulante. O refrigerante líquido é introduzido através de um ramal de conexão 4 dentro do espaço intermediário 3 entre o recipiente de pressão 2 e o bloco do trocador de calor 1, onde ele forma um banho de líquido. O líquido 5 flui para fora do banho para dentro das passagens do refrigerante através de aberturas laterais das passagens do refrigerante. Por meio do efeito de termossifão, uma mistura bifásica é guiada para cima nas passagens do refrigerante e, no lado superior do bloco do trocador de calor 1, sai das passagens de refrigerante que são abertas nesse ponto. O refrigerante gasoso 6 é puxado para fora através de uma linha de gás 7 e o refrigerante 8 que permaneceu na forma de líquido cai de volta dentro do banho de líquido.
As passagens de refluxo são abertas nas suas extremidades inferiores e se comunicam com um tubo de comunicação que é disposto abaixo do bloco do trocador de calor 1. O tubo de comunicação tem quatro paredes laterais retangulares 9,10,11,12 e uma base 13. A base 13 ao mesmo tempo forma a base de um dispositivo de separação de fase e, no exemplo, tem quatro aberturas de passagem de gás 14,15,16,17. As aberturas de passagem de gás são providas no seu lado superior com uma borda respectiva 18 para refluir o líquido. O líquido refluído pode fluir para fora através de um cano de descarga 19. Uma cobertura respectiva 20,21 é disposta acima das aberturas de passagem de gás.
O condensador de refluxo é disposto diretamente no topo de uma coluna de separação. A parede da coluna 22 é indicada na figura 1 por linhas tracejadas. O vapor 23 flui para fora do topo da coluna através das aberturas da passagem de gás, é desviado (24) pelas coberturas 20,21 e finalmente flui para dentro das passagens de refluxo (25). O líquido (26) formado nas passagens de refluxo sai da sua extremidade inferior, se apropriado bate contra uma das coberturas 20,21, é refluído na base 13 e finalmente flui para fora através do cano de descarga 19 (27,28). A porção que permaneceu na forma gasosa é puxada das passagens de refluxo no topo através de um tubo de comunicação lateral 29 e um cano de remoção de gás 30.

Claims (9)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Condensador de refluxo com pelo menos um bloco trocador de calor (1) que tem passagens de refluxo e passagens de refrigerante, com um recipiente de pressão (
  2. 2) que envolve o bloco trocador de calor (1) no
    5 topo e lateralmente, sendo que um espaço intermediário lateral (
  3. 3) está disposto entre o bloco trocador de calor (1) e a parede do recipiente de pressão (2), com meios (14, 15, 16, 17) para introduzir vapor dentro da região inferior das passagens de refluxo, com meio (19) para conduzir para longe o líquido da região inferior das passagens de refluxo, com meios (29, 30) para extrair
    10 o vapor da região superior das passagens de refluxo e com meio para introduzir o refrigerante nas passagens de refrigerante, caracterizado pelo fato de que as passagens de refluxo se comunicam, na sua extremidade inferior, com um tubo de comunicação que é disposto abaixo do bloco do trocador de calor (1) e tem um dispositivo de separação de fase.
    15 2. Condensador de refluxo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de separação de fase tem uma base (13), a base contendo pelo menos uma abertura de passagem de gás (14, 15, 16, 17) e a abertura de passagem de gás sendo provida no seu lado superior com uma borda (18) para refluir o líquido.
    20 3. Condensador de refluxo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de separação de fase tem pelo menos um cano de descarga (19) para o líquido refluído na base (13).
  4. 4. Condensador de refluxo de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que, acima da abertura de passagem de gás
    25 (14,15,16,17), uma cobertura (20,21) é disposta em uma distância da base (13) e cobre pelo menos parte da área transversal da abertura de passagem de gás.
  5. 5. Condensador de refluxo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a seção transversal livre
    30 da abertura da passagem de gás ou a soma das seções transversais livres de todas as aberturas de passagem de gás (14,15,16,17) do dispositivo de separação de fase equivale a pelo menos um quadragésimo, em particular
    Petição 870180165650, de 20/12/2018, pág. 4/9 pelo menos um vigésimo, em particular pelo menos um décimo, da superfície da extremidade inferior do bloco trocador de calor (1).
  6. 6. Condensador de refluxo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o tubo de comunicação
    5 tem paredes laterais planares, em particular retangulares (9,10,11,12), que são conectadas nas margens inferiores do bloco do trocador de calor (1).
  7. 7. Condensador de refluxo de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, caracterizado pelo fato de que o tubo de comunicação tem uma base que também forma a base do dispositivo de separação de
    10 fase.
  8. 8. Condensador de refluxo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que os meios para introduzir o refrigerante nas passagens de refrigerante são projetados como aberturas laterais do bloco do trocador de calor (1), através das quais as passagens do
    15 refrigerante se comunicam com o espaço intermediário (3) entre o recipiente de pressão (2) e o bloco trocador de calor (1).
  9. 9. Processo para separar uma mistura de fluido em uma coluna de separação compreendendo um condensador de refluxo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de reforçar a
    20 ação de separação da coluna de separação pelo uso do condensador de refluxo como o condensador superior da coluna de separação.
BRPI0703407-5A 2006-08-08 2007-08-07 Condensador de refluxo e processo para separar uma mistura de fluido em uma coluna de separação BRPI0703407B1 (pt)

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DE102006037058 2006-08-08

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