BRPI0702569B1 - dispositivo de admissão de fluido, coluna, e método para operação - Google Patents

Abstract

dispositivo de admissão de fluido para um aparelho. a presente invenção refere-se a um dispositivo de admissão de fluido que é provido para um aparelho, mais especificamente para uma coluna (2). o dispositivo inclui um stub de fluxo para dentro (3) e uma unidade de deflexão (1) confinante com o mesmo a jusante munida de lamelas guias curvadas (11, 12, 13). fluxos centrais e parciais laterais (131, 132, 133 e 134, 135, 136 respectivamente) podem ser produzidos pela unidade de deflexão a partir de um fluxo de fluido alimentado, que efetua uma apassivação de fluxo através de uma interação em uma área central do aparelho. a unidade de deflexão inclui uma zona de entrada com uma pluralidade de passagens de entrada (31, 32,..., 36), em que as seções transversais de passagem permanecem constantes. esta zona de entrada pode ser disposta pelo menos parcialmente no stub de fluxo para dentro. as passagens de admissão se fundem em passagens em forma de difusor formadas pelas lamelas guias curvas. pelo menos dois pavimentos, cada um tendo pelo menos uma passagem central (31, 32, 33) e duas passagens laterais (34, 35, 36) estão presentes. os fluxos parciais do segundo pavimento e, opcionalmente, do terceiro pavimento disposto mais abaixo podem ser desviados para baixo por lamelas guias curvas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO DE ADMISSÃO DE FLUIDO, COLUNA, E MÉTODO PARA OPERAÇÃO". A presente invenção refere-se a um dispositivo de admissão de fluido para um aparelho, mais especificamente para uma coluna.

Um dispositivo de admissão de fluido é conhecido do DE-A-1 519 711, especificamente um dispositivo para admissão e distribuição para uma mistura de vapor/líquido, com o qual um fluido bifásico dessa natureza pode ser alimentado ao interior de um aparelho, mais especificamente uma coluna, no qual o líquido conduzido no fluido (na forma de gotículas líquidas) pode ser simultaneamente precipitado. Nesta conexão, o fluido afluente é ramificado em fluxos parciais por uma pluralidade de lamelas guias curvadas ou ‘guias’, e cada fluxo parcial é defletido de tal modo que a fase mais densa possa ser precipitada pelo menos parcialmente enquanto fazendo uso de forças centrífugas. O vapor é distribuído pela seção transversal do aparelho, ao passo que o líquido é precipitado. Este dispositivo de admissão de fluido conhecido pode naturalmente também ser utilizado para a alimentação de um fluido monofásico (líquido ou gás). O dispositivo de admissão produz um fluxo uniforme, para um fluxo afluente inferior, para um pacote, por exemplo, que está localizado espaçado sobre o dispositivo de admissão de fluido. Outras instalações também podem ser providas no aparelho, ou na coluna ao invés do pacote, por exemplo, um dispositivo para a separação de gotículas líquidas conduzidas, que não foram interceptadas no dispositivo de admissão de fluido. O dispositivo de admissão de fluido consiste em uma construção em chapa metálica relativamente complexa.

Outro dispositivo de admissão de fluido substancialmente mais simples é conhecido do EP-A-1 018 360, o qual é formado por uma por unidade de deflexão relativamente pequena para o fluido alimentado ao interior de uma coluna. Este dispositivo de admissão de fluido requer menos material e é mais simples de ser fabricado. Todavia, a modalidade mais simples deste dispositivo de admissão de fluido não é adequada para também precipitar líquido simultaneamente com a distribuição de gás em um fluido bifásico. Dois fluxos parciais laterais são formados na unidade de deflexão que fluem substancialmente em simetria especular (i.e. imagem espelhada) ao longo de uma superfície de parede interna da coluna e subsequentemente formam um refluxo após uma reunificação, cujo componente de velocidade horizontal é dirigido radialmente e no sentido do dispositivo de admissão de fluido. Pelo menos um terceiro fluxo parcial central é formado por intermédio da unidade de deflexão, o qual é dirigido radialmente e opostamente com respeito ao refluxo dos dois fluxos parciais reunificados. O terceiro fluxo parcial é produzido com potência o suficiente para substancialmente impedir que ocorra refluxo através do centro da coluna. Um fluxo central e dois fluxos de ramificação laterais podem ser assim produzidos pela unidade de deflexão, que efetua um acalmar de fluxo, com um perfil de fluxo decorrente que resulta em uma distribuição de velocidade uniforme sob o pacote. O fluxo de gás se desenvolve livremente após egressar da unidade de deflexão; não tendo de ser desviado usando uma construção em chapa metálica complexa. O objetivo da invenção é apresentar um novo dispositivo de admissão de fluido que é uma unidade de deflexão que é tão simples quanto possível para um fluxo de gás contendo líquido, com o qual uma distribuição de gás e separação de pelo menos parte do líquido pode ser simultaneamente realizada.

Este objetivo é satisfeito por um dispositivo de admissão de fluido para uma coluna, munido de um bocal de admissão de fluxo e de uma unidade de deflexão adjacente ao mesmo, a jusante, que inclui lamelas guias curvadas. Onde um fluxo de fluido afluente pode ser dividido em uma pluralidade de fluxos parciais centrais e laterais, aonde a unidade de deflexão inclui uma zona de entrada, com uma pluralidade de passagens de admissão, em que as passagens de admissão tem seções transversais que permanecem constantes, por meio do que a zona de entrada é disposta pelo menos parcialmente no bocal de admissão de fluxo, e as passagens de admissão se fundem em passagens do tipo difusor, formadas pelas lamelas guias curvadas, e as passagens de admissão compreendem pelo menos um primeiro e um segundo andares (‘níveis’ ou ‘divisões’) cada um tendo pelo menos uma passagem central e duas passagens laterais, onde os fluxos parciais do segundo andar são dispostos mais abaixo, para serem divergidos para baixo pelas lamelas guias curvadas. O dispositivo de admissão de fluido é provido para um aparelho, particularmente para uma coluna. Este dispositivo inclui um bocal de admissão de fluxo e uma unidade de deflexão combinando com o mesmo a jusante munida de lamelas guias curvadas. Fluxos parciais central e lateral podem ser produzidos pela unidade de deflexão a partir de um fluxo de fluido alimentado e efetuam uma desaceleração de fluxo por interação em uma área central do aparelho. A unidade de deflexão inclui uma zona de entrada tendo uma pluralidade de passagens de admissão em que a seções transversais de passagem permanecem constantes. Esta zona de entrada pode ser pelo menos parcialmente localizada no bocal de admissão de fluxo. As passagens de admissão se fundem em passagens que são em forma de difusor formadas com as lamelas guias curvadas. Pelo menos dois andares com pelo menos uma passagem central e duas passagens laterais estão presentes. Os fluxos parciais do segundo e, opcionalmente terceiro andar dispostos mais abaixo, podem ser defletidos para baixo por lamelas guias curvadas. Cálculos de modelo (simulações por Fluidodinâmica Computacional - CFD) confirmam que o dispositivo de acordo com a invenção tendo chapas metálicas defletoras (i.e. as lamelas guias curvadas) que formam as passagens de fluxo do tipo difusor (ainda que passagens com um ângulo de abertura relativamente grande) resulta em uma distribuição de velocidade uniforme no pacote. Experimentos mostram que a separação de um líquido localizado no fluxo de gás é relativamente satisfatória, isto é, praticamente tão boa quanto com o dispositivo de entrada de fluido, que é descrito no supracitado DE-A-1 519 711.

Estas e outras modalidades vantajosas do presente dispositivo de admissão de fluido tornaram-se aparentes pela descrição detalhada a seguir tomada em conjunto com os seguintes desenhos, onde: A figura 1 é uma seção transversal através de uma coluna com dispositivo de admissão de fluido de acordo a invenção produzindo fluxos parciais; A figura 2 ilustra o dispositivo de admissão de fluido da figura 1, mostrado pela metade, com uma representação esquemática dos fluxos parciais; A figura 3 mostra o mesmo dispositivo de admissão de fluido, porém ilustrado em mais detalhes; A figura 4 mostra uma seção transversal através do bocal de admissão de fluxo da coluna da figura 1 com uma configuração de passagem preferencial; A figura 5 ilustra uma unidade de deflexão do dispositivo de admissão de fluido que é mostrado a partir de uma posição abaixo da unidade de deflexão; e A figura 6 mostra uma unidade de deflexão como na figura 5 que inclui elementos adicionais e na qual uma lamela é omitida.

Um aparelho, especificamente uma coluna 2 disposta verticalmente, é provida de um dispositivo de admissão de fluido de acordo com a invenção é mostrada como uma seção transversal na figura 1. Uma grade 30 composta de partes de parede lisa é disposta em um bocal de admissão de fluxo 3 e forma passagens de fluxo para dentro 31, 32, 33, 34, 35, 36; ver a configuração de fluxo para dentro na figura 4 (uma seção da linha IV-IV na figura 1). Uma unidade de deflexão 1 segue-se a jusante confinando com o bocal de fluxo de admissão 3 e inclui as lamelas guias curvas 11, 12, 13. Um fluido, que pode ser monofásico ou multifásico, é alimentado ao interior da coluna 2. É guiado sobre trilhas curvas pelas lamelas guias 11, 12, 13 e é distribuído através da seção transversal da coluna 2 após egressar da unidade de deflexão 1. Uma fase dispersa de alta densidade pode ser pelo menos parcialmente precipitada através do uso de sua inércia (por exemplo, força centrífuga) na unidade de deflexão 1 no caso de um fluido bifásico. A grade 30 no bocal de admissão de fluxo o 3 pode ser muito curta ou mesmo ser inteiramente omitida. Todavia, uma correspondente zona de entrada tipo-grade tem de ser provida na unidade de deflexão 1, na qual as seções transversais das passagens permanecem constantes. Esta zona de entrada pode ser disposta pelo menos parcialmente no bocal de admissão de fluxo. As paredes da passagem são formadas pelas áreas curvadas das lamelas guias 11, 12, 13 após a zona de entrada.

Na modalidade ilustrada, as passagens de fluxo para dentro 31, 32, 33, 34, 35, 36, que formam a zona de entrada disposta no bocal de admissão de fluxo 3 e que cada uma em uma superfície em seção transversal constante, se fundem em passagens do tipo difusor da unidade de deflexão 1 formadas pelas lamelas guias curvas 11, 12, 13 e pela parede de coluna 20. Graças ao formato tipo difusor, a energia cinética do fluxo é convertida em um aumento de pressão estática de forma que uma perda de pressão é reduzida. As passagens de fluxo para dentro 31, 32, 33, 34, 35, 36 e as seções de passagem de fluxo para dentro que se seguem a jusante são formadas de maneira que uma perda de pressão no fluido afluente torna-se mínima ou em grande parte mínima ou substancialmente mínima.

Os fluxos da parte central 131,132, 133 e fluxos da parte lateral 134, 135, 136 são produzidos pela unidade de deflexão 1 a partir do fluxo para dentro de fluido alimentado, ver as figuras 1 e 2. Os fluxos da parte lateral 134, 135, 136, que fluem em simetria especular ao longo da parede 20, subsequentemente formam um campo de fluxo 4 após uma reunificação na qual os componentes de velocidade horizontal do gás que reflui são substancialmente dirigidos radialmente e no sentido da unidade de deflexão 1. Uma pacificação de fluxo resulta de uma interação com os fluxos da parte central 131, 132, 133 na área central do aparelho. A grade 30 e, por conseguinte, a unidade de deflexão 1 compreende pavimentos, cada um com uma passagem central 31, 32 e 33, e passagens laterais 34, 35 e 36, que se aparentam em pares e em simetria especular. Existem pelo menos dois pavimentos, cada um com três passagens na modalidade ilustrada nas figuras 1 a 4. As superfícies em seção transversal via de regra têm superfícies em seção transversal diferentemente dimensionadas. O eixo geométrico especular da configuração da passagem pode situar-se em uma parede central da grade 30 - em contraste com o que é mostrado. Neste caso, os pavimentos têm duas passagens centrais cada um.

As lamelas curvas 11, com as quais a parte lateral flui 134, 135, 136 são defletidas no sentido da parede de coluna 20 na unidade de defle-xão 1, separam as passagens centrais das passagens laterais. Os fluxos parciais 132, 133, 135 e 136 dos segundo e terceiro pavimentos dispostos mais abaixo, são desviados para baixo pelas lamelas guias curvadas 12 e 13; ver a figura 2, que mostra a metade esquerda do dispositivo de entrada de fluido especularmente simétrico. A distribuição de gás é aperfeiçoada perceptivelmente por estas deflexões dirigidas para baixo com respeito à unidade de deflexão conhecida do documento EP-A-1 018 360. A figura 3 mostra mais claramente que a figura 2, o dispositivo de admissão de fluido de acordo com a invenção que consiste em uma seção parcial do bocal de admissão de fluxo 3, da grade 30 e da unidade de deflexão 1. Somente metade da unidade de deflexão 1 é mostrada, que está localizada por traz de um plano vertical 21 situado em um eixo geométrico central do aparelho 2. A metade frontal é formada em simetria especular com a traseira. A grade 30 e a unidade de deflexão 1 podem se formadas como partes separadas ou como uma construção combinada. As passagens de fluxo para dentro 31, 32, 33, 34, 35, 36, o número das quais vantajosamente equivale a nove, habilitam diferentes resistências de fluxo a se elevarem para o fluido fluindo através destas passagens. Este procedimento resulta em uma formação vantajosa dos fluxos parciais para a distribuição de gás. As superfícies em seção transversal dos bocais de admissão de fluxo 3 podem, por conseguinte, ser de diferentes dimensões. Superfícies em corte transversal ideais podem ser determinadas empiricamente por medições ou numericamente por intermédio de modelos de computador. Um coeficiente de variação Kp = VJ(w/wm - 1)2 dA/J(w/wmw-1)2 dA/JdA) é calculado para a distribuição dos componentes de velocidade verticais (w; média Wm) em uma seção transversal horizontal dada através do fluxo, por exemplo, na entrada inferior para o pacote. Este coeficiente de variação terá um valor mínimo se um fluxo ideal existir. A unidade de deflexão 1 também pode ser realizada assimétrica e na verdade com uma assimetria que é formada com respeito a um fluxo do fluido alimentado, que fluí assimetricamente. Um fluxo assimétrico existirá, por exemplo, se um coletor for disposto à montante em fronte do bocal de admissão de fluxo 3. A unidade de deflexão 1 e a grade 30 podem ser projetadas como construções em chapa metálica. A unidade de deflexão 1 pode ser fabricada de duas chapas metálicas 12, 13, as áreas as quais no lado de entrada são horizontais e cujas áreas no lado de saída são curvadas para baixo na maneira de lingüetas assim como de duas chapas metálicas 11, que curvadas em um formato arqueado em torno de um eixo geométrico aproximadamente vertical. A construção das quatro chapas metálicas 11, 12, 13 é coberta por um teto. As passagens extremas superiores são cobertas por peças de parede 10, que são alinhadas horizontalmente na direção do fluxo da parte central extrema superior 131. As peças de parede de cobertura 10 podem também ser curvadas para baixo na direção do fluxo. As passagens de unidade de deflexão 1 têm seções transversais variáveis devido às placas curvadas 11, 12, 13, que se estendem na forma tipo difusa na direção do fluxo.

As peças de parede 10 podem ser formadas contiguamente e, por exemplo, na forma de uma peça em chapa metálica arqueada. As chapas metálicas 12 e 13 podem ser constituídas de duas superfícies parciais, que são cada uma adjacentes entre si no plano 21 (figura 3) e desse modo formam um perfil em V em forma de arado, a crista curvada ou dobra da qual se situa no plano de simetria vertical 21. As duas superfícies parciais que são curvadas para baixo para o lado da crista, guiam o fluxo da parcialmente para fora do centro para os lados do aparelho.

As passagens de fluxo para dentro, cada uma dotada de uma superfície em seção transversal constante diferem na modalidade ilustrada da seguinte maneira (figura 4): as larguras horizontais das passagens de fluxo para dentro centrais convergem de cima para baixo, e as passagens de fluxo para dentro do pavimento central apresentam as maiores superfícies em seção transversal. Configurações com outras dimensões são também possíveis, por exemplo, de tal maneira que nenhuma convergência está presente. A figura 5 mostra uma unidade de deflexão 1 do dispositivo de admissão de fluido 1 de acordo com a invenção, que é mostrado a partir de uma posição abaixo do dispositivo de deflexão 1 (de um ponto de vista de um parafuso sem fim). Sobre as superfícies côncavas, isto é,as superfícies inferiores visíveis das lamelas 12 e 13, líquido é precipitado com um fluido em duas fases. (As curvas de seção do plano central 21, não mostradas a-qui, com as lamelas 12 e 13 indicadas com linhas pontilhadas 121 e 131 respectivamente). Na figura 6, uma unidade de deflexão 1 como na figura 5 é ilustrada, na qual somente a lamela 12 é mostrada e a lamela 13 é omitida. Dois elementos adicionais 14 são dispostos no lado inferior das lamelas 12, que formam nervuras para uma deflexão de líquido. Os ditos repelentes líquidos 14 podem também ser nervuras curvadas com uma seção em L ou em U, com um dos flancos destas seções situados nivelados sobre as superfícies de lamela. É igualmente possível fazer uso de um meio-tubo aberto contra o fluxo. Correspondentes repelentes são também vantajosos sobre o lado externo côncavo em grande parte invisível das lamelas laterais 11. Os ditos repelentes guiam o líquido precipitado para baixo devido a uma forma com uma curvatura apropriada.

As lamelas guias curvadas 11, 12, 13 podem adicionalmente ser formadas como cavidades nas margens no lado externo para que a fase líquida precipitada nas lamelas guias possa ser guiada para fora do fluxo de fluido alimentado nas margens em forma de cavidade por intervalos de escoamento (não mostrado).

Um aparelho, especialmente uma coluna 2, inclui pelo menos um dispositivo de admissão de fluido de acordo com a invenção. Uma direção de fluxo, que é dada por uma passagem central 31, desse modo está voltada no sentido do centro das área central em frente da unidade de deflexão 1. Este fluxo da parte também pode ser dirigido para um ponto excêntrico na área central, por exemplo, com modalidade assimétrica do dispositivo de admissão de fluido. O dispositivo de admissão de fluido de acordo com a invenção pode ser usado para alimentar um fluido, que é monofásico ou polifásico, ao interior de um aparelho ou de uma coluna 2 e para sua distribuição ali. O fluido é especialmente um gás que é carregado com uma fase mais densa, por exemplo, gotículas líquidas. Também pode consistir em somente um material ou de uma mistura monofásica de materiais. Na unidade de deflexão 1, uma fase dispersa de maior densidade pode ser precipitada pelo menos parcialmente, com forças centrífugas ou mais genericamente, a inércia da fase dispersa sendo usada para a precipitação, no caso de um fluido de duas fases.

REIVINDICAÇÕES

Claims (14)

1. Dispositivo de admissão de fluido para uma coluna (2), munido de um bocal de admissão de fluxo (3) e de uma unidade de deflexão (1) adjacente ao mesmo a jusante, que inclui lamelas guias curvadas (11, 12, 13), onde um fluxo de fluido afluente pode ser dividido em uma pluralidade de fluxos parciais centrais e laterais (131, 132, 133, 134, 135, 136), caracterizado pelo fato de que a unidade de deflexão (1) inclui uma zona de entrada com uma pluralidade de passagens de admissão (31, 32, 33, 34, 35, 36), onde as passagens de admissão (31, 32, 33, 34, 35, 36) tem seções transversais que permanecem constantes, através das quais a zona de entrada é disposta, pelo menos parcialmente no bocal de admissão (3), e as passagens de admissão (31, 32, 33, 34, 35, 36) se fundem em passagens do tipo difusor, formadas pelas lamelas guias curvadas (11, 12, 13) e as passagens de admissão (31, 32, 33, 34, 35, 36) compreendem pelo menos um primeiro e um segundo andar, cada um do primeiro e segundo andar tendo pelo menos uma passagem central (31, 32, 33) e duas passagens laterais (34, 35, 36), onde os fluxos parciais do segundo andar estão dispostos mais abaixo para serem desviados para baixo pelas lamelas guias curvadas.

2. Dispositivo de admissão de fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que três passagens são no primeiro e no segundo andar, e em um terceiro andar, e onde duas lamelas curvas (11) separam as passagens centrais das passagens laterais na unidade de deflexão (1).

3. Dispositivo de admissão de fluido, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a unidade de deflexão (1) é feita com simetria especular em relação a um plano vertical (21) situado em um eixo geométrico central do aparelho.

4. Dispositivo de admissão de fluido, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a unidade de deflexão é feita com uma assimetria.

5. Dispositivo de admissão de fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os canais extremos superiores são cobertos por pelo menos uma peça de parede plana ou curvada, a qual é alinhada horizontalmente ou com uma inclinação para baixo na direção do fluxo da parte central superior (31).

6. Dispositivo de admissão de fluido, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as peças da parede de cobertura são curvadas para baixo na direção do fluxo.

7. Dispositivo de admissão de fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as passagens de admissão central (31, 32, 33) tem larguras horizontais que convergem de cima para baixo.

8. Dispositivo de admissão de fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as passagens de admissão (31, 32, 33) são seguidas por seções de passagem do tipo difusor a jusante das mesmas.

9. Dispositivo de admissão de fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que defletores de fluido tipo nervura (14) são dispostos sobre superfícies côncavas das lamelas guias curvas (11, 12, 13).

10. Dispositivo de admissão de fluido, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que as margens no lado de saída das lamelas guias curvas (11, 12, 13) são formadas em feitio de cavidade, de tal modo que uma fase fluida precipitada nas lamelas guias pode ser drenada para fora do fluxo de fluido alimentado pelas margens em forma de cavidade.

11. Coluna (2), dotada de pelo menos um dispositivo de admissão de fluido tal como definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizada pelo fato de que uma direção de fluxo conferida por uma passagem central (31) estar voltada no sentido do centro ou no sentido de um ponto excêntrico da área central.

12. Método para operação do dispositivo de admissão de fluido tal como definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de incluir as etapas de: fornecer e distribuir um fluido polifási-co ou monofásico ao dispositivo de admissão de fluido, por meio de que o dispositivo de admissão de fluido é carregado com uma fase de maior densidade na forma de gotículas líquidas, que formam uma fase dispersa, por meio de que a fase dispersa de maior densidade é precipitada pelo menos parcialmente devido a sua inércia.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o fluido compreende um fluxo de gás.

14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que um fluxo assimétrico do fluido afluente flui através do bocal de admissão assimetricamente.