BRPI0817691B1 - anel de suporte para acomodar um elemento na forma de placa em um vaso - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ANEL DE SUPORTE PARA ACOMODAR UM ELEMENTO NA FORMA DE PLACA EM UM VASO". A presente invenção refere-se a um anel de suporte para acomodar um elemento na forma de placa em um vaso, em particular, uma bandeja ou placa separada em um conversor para produzir SO3 de gás contendo S02, em que 0 elemento na forma de placa se apoia em um braço de suporte conectado à parede do vaso.

No conversor de uma instalação de ácido sulfúrico, o dióxido de enxofre (SO2) é convertido em trióxido de enxofre (S03) por meio de um catalisador. O gás contendo dióxido de enxofre é introduzido no conversor juntamente com oxigênio, guiado através de uma pluralidade de estágios de contato ou bandejas do conversor dispostas uma depois da outra, e pelo menos parcialmente convertido em trióxido de enxofre por oxidação catalítica. A reação do dióxido de enxofre em trióxido de enxofre é intensamente exotérmica, de modo que os trocadores de calor sejam providos entre os estágios de contato individuais, a fim de dissipar o calor produzido. Para se obter uma construção compacta, um ou mais trocadores de calor são frequentemente formados dentro do conversor, e as bandejas de contato são dispostas anularmente em torno do tubo central que acomoda os trocadores de calor. A construção e a operação de um conversor são descritas, por exemplo, na Enciclopédia de Química Industrial, de Ullmann, 5a. edição, vol. A25, páginas de 649 a 653.

Os estágios de contato individuais do conversor são separados um do outro por chapas de separação. Nos estágios de contato, o catalisador geralmente contendo pentóxido de vanádio como componente ativo é disposto nas bandejas assim chamadas. Conversores para produzir trióxido de enxofre são geralmente muito grandes por razões econômicas. Por exemplo, o vaso pode ter um diâmetro de 15 m. Com um diâmetro do tubo central de 7 m, é obtida, portanto, uma largura anular de 4 m para bandejas que portam 0 catalisador. É relativamente óbvio que, devido ao peso do catalisador, a perda de pressão do gás de processo e as altas temperaturas existentes no conversor, seja exercida uma alta carga sobre as bandejas, o que ocasiona uma deformação plástica. Em geral, é assumido, por exemplo no caso de aço austenítico, que um alongamento de cerca de 30% cause uma ruptura. Para impedir uma deflexão excessiva e a ruptura das bandejas, faz-se necessário um reforço. Para esta finalidade, uma estrutura de grade é geralmente incorporada no conversor no qual são dispostas bandejas configuradas como chapas perfuradas, que são atravessadas pelo gás de processo. Devido à alta temperatura causada pela reação exotérmica, que, por exemplo, no primeiro estágio de contato, é de cerca de 625°C, é necessário usar aços inoxidáveis de alto custo para as bandejas que portam o catalisador e chapas de separação entre os estágios de contato. Uma vez que a estrutura de grade tem também que ser formada de aço inoxidável por causa das altas temperaturas e tem que ter uma espessura suficiente para suportar o peso do catalisador, pesos elevados e, por conseguinte, custos elevados são obtidos para estes insertos de caldeiras.

Por isso, o objetivo da invenção é o de otimizar o consumo de material para fabricar um conversor de ácido sulfúrico.

Este objetivo é substancialmente solucionado com a invenção pelo fato de o braço de suporte apresentar uma superfície de sustentação superior que é inclinada para baixo com relação à horizontal.

Quando a bandeja estiver carregada e for defletida pelo catalisador aplicado e pela perda de pressão do gás de processo, isto levará a uma deformação plástica da bandeja. Mas antes que a bandeja deformada alcance o limite de alongamento permitido de cerca de 15 vezes o alongamento elástico, a deformação plástica da bandeja será limitada em sendo apoiada contra o suporte. Na extremidade desta faixa de suporte, uma deformação da folha começando em zero poderá possivelmente ser iniciada novamente. Com uma inclinação correspondente do braço de suporte, uma transição definida do esforço de flexão a um mero esforço de tração poderá ser conseguida adicionalmente, para cujo esforço de tração há valores de limite de carga distintamente mais altos. A invenção permite, portanto, uma plasticidade restrita da bandeja sustentada (articulação plástica), a fim de seletivamente converter o esforço de flexão em um esforço de tração de membrana.

Se, como é prática comum em conversores convencionais, o elemento na forma de placa for constituído de um anel circular que, em seu interior, se apoia em um segundo braço de suporte, a superfície de sustentação superior do segundo braço de suporte também será inclinada para baixo com relação à horizontal de acordo com um aspecto da invenção. A bandeja pode assim ser igualmente presa em ambos os lados.

De acordo com um aspecto preferido da invenção, a superfície de sustentação superior é curvada para baixo. Com uma seleção correspondente da curvatura, é possível, por assim dizer, "seguir" a linha física da deformação plástica da folha, a fim de alcançar um alongamento admissível máximo.

De acordo com um aspecto particularmente preferido da invenção, a superfície de sustentação superior apresenta pelo menos dois raios sucessivos de diferente magnitude. Como resultado, pode ser conseguida uma transição suave entre as regiões individuais de curvatura, onde uma borda que poderia potencialmente causar uma ruptura do elemento na forma de placa é impedida na transição entre os raios.

De acordo com a invenção, a magnitude dos raios é decrescente do raio mais próximo à parede do vaso para os raios localizados mais afastados (R1 > R2 > ... > Ri > ... Rn). Quando do uso de dois raios, o primeiro raio localizado próximo à parede do vaso poderá definir a flexão do elemento na forma de placa, ao passo que o segundo raio, que está mais afastado da parede e é menor, serve para o desprendimento da placa a partir do braço de suporte.

Em um conversor de tamanho comum, o raio mais próximo à parede do vaso está na faixa de 500 a 900 mm, preferivelmente de 600 a 800 mm, sendo, em particular, de cerca de 700 mm de acordo com a invenção. O raio que sucede o raio mais próximo à parede do vaso está na faixa de 300 a 700 mm, preferivelmente de 400 a 600 mm, sendo, em particular, de cerca de 500 mm de acordo com a invenção. Estes valores devem, natu- ralmente, ser adaptados ao tamanho do vaso que acomoda o elemento na forma de placa.

Naturalmente, também é possível adaptar o fundamento da deformação plástica à flexão física/mecânica do elemento na forma de placa. Em vez de adaptar os raios, isto poderá, por exemplo, também ser efetuado com o uso de uma geometria de curva, tal como cicloide.

Em outra concretização da presente invenção, a superfície de sustentação superior do braço de suporte é inclinada para baixo. Em particular, quando nenhuma carga muito alta atuar sobre o elemento na forma de placa, por exemplo, no caso das chapas de separação no conversor, a sustentação gradual da placa de deflexão por meio de uma pluralidade de regiões adjacentes de diferente curvatura poderá ser omitida, podendo ser provida meramente uma superfície de sustentação reta. Desta forma, os custos de fabricação para o braço de suporte podem ser adicionalmente reduzidos. Neste caso, o ângulo de inclinação da superfície de sustentação superior preferivelmente é de cerca de 4 a 9o, em particular, de cerca de 6 a 7o, a fim de alcançar uma transição definida do esforço de flexão da placa de deflexão para um mero esforço de tração.

Se, por exemplo, no caso de chapas de separação de um conversor, uma carga atuar sobre a folha a partir de baixo devido à pressão do gás, a folha poderá se apoiar contra o braço de suporte a partir de baixo em um aspecto alternativo da invenção e o dito braço de suporte poderá ter uma superfície de contato inferior que é inclinada para cima com relação à horizontal. A configuração desta superfície de contato é efetuada similar à configuração da superfície de contato descrita acima. Como resultado, a superfície de sustentação/contato recua na direção da força exercida sobre a folha em ambas as concretizações, a fim de permitir uma deformação plástica da folha.

De acordo com a invenção, é conseguido um suporte uniforme do elemento na forma de placa na parede do vaso, em que o braço de suporte é um anel que se estende ao redor da parede interna do vaso. No lado oposto da placa, é naturalmente provido um suporte correspondente da pia- ca, por exemplo, um anel externo que se estende ao redor do tubo central do conversor.

De acordo com a invenção, a conexão entre o braço de suporte e o elemento na forma de placa pode ser aperfeiçoada, em que furos atra-vessantes para cavilhas de montagem são formados na mesma. Por meio de tais cavilhas de montagem, o braço de suporte e o elemento na forma de placa podem ser soldados, rebitados ou atarraxados entre si. A conexão pode naturalmente ser também aperfeiçoada por outras possibilidades de montagem, por exemplo, ranhuras, costuras ou chanfraduras.

Além disso, pode ser determinado, de acordo com a invenção, que o braço de suporte é sustentado a partir de baixo por um cone de sustentação ou uma barra de sustentação.

De acordo com outra concretização, um cone de sustentação ou barra de sustentação conectada com a parede do vaso sustenta o elemento na forma de placa a partir de cima, a fim de reter o mesmo no braço de suporte. A conexão entre a parede do vaso, o cone de sustentação ou a barra de sustentação, o braço de suporte e a placa é preferivelmente efetuada por soldagem.

Desenvolvimentos, vantagens e possíveis aplicações da invenção podem também ser tirados da seguinte descrição de concretizações e do desenho. Todas as características descritas e/ou ilustradas por si ou em qualquer combinação formam o tema da invenção, independente de sua inclusão nas reivindicações ou sua contrareferência.

No desenho: a figura 1 mostra esquematicamente um conversor para a conversão de S02 em SO3; a figura 2 mostra esquematicamente 0 suporte de uma placa em uma parede do vaso de acordo com a invenção; as figuras de 3 a 7 mostram variantes do anel de suporte de acordo com a invenção; e a figura 8 mostra 0 anel de suporte da invenção de acordo com outra concretização. A caldeira de contato (conversor, por exemplo) 1 para converter S02 em SO3, conforme mostrado na figura 1, inclui um total de quatro estágios de contato (bandejas) K1 a K4, nos quais é provido um catalisador contendo, em particular, pentóxido de vanádio, a fim de converter 0 dióxido de enxofre em trióxido de enxofre. O gás de processo contendo S02 é suprido para 0 conversor 1 através de um duto 2, cujo gás de processo atravessa os estágios de contato K1 e K2 com o aquecimento nos trocadores de calor internos WT. Os estágios de contato K1 a K4 são dispostos anularmente em torno de um tubo central 3 servindo para o suprimento de gás e para a acomodação dos trocadores de calor WT.

Através de um duto 4, o gás contendo S03 obtido é suprido para um sistema de recuperação de calor não-ilustrado e para a absorção intermediária, a fim de grandemente remover o trióxido de enxofre do gás de processo. Através de um duto 6, o gás de processo contendo S02 é suprido no topo do conversor 1 e atravessa os estágios de contato K3 e K4, antes de ser suprido para um sistema de recuperação de calor não-ilustrado e para a absorção final através de um duto 7. Porquanto, este é o desenho convencional do conversor de uma instalação de ácido sulfúrico. O catalisador dos estágios de contato de K1 a K4 é sustentado nas bandejas 8 formadas de aço inoxidável. As bandejas 8 constituem, cada qual, um anel circular ao redor do tubo central 3. Os estágios de contato de K1 a K4 são separados entre si por chapas de separação 9 formadas de aço inoxidável.

Conforme ilustrado mais claramente na figura 2, um braço de suporte 11 é provido na parede interna 10 do conversor 1, no qual é sustentada uma bandeja 9. O braço de suporte 11 constitui um anel de sustentação, que se estende ao redor de toda a circunferência interna do conversor 1. No lado de fora do tubo central 3, um braço de suporte circunferencial é provido em um meio correspondente não ilustrado aqui, no qual se apoia a bandeja na forma de anel 9. Consequentemente, a bandeja 9 é anularmente sustentada no lado interno e no lado externo. A superfície de sustentação 12 do braço de suporte 11, sobre a qual se apoia a bandeja 8, é inclinada para baixo com relação à horizontal procedendo da parede interna 10 do conversor 1. Aqui, a superfície de sustentação 12 apresenta dois raios sucessivos R1 e R2 de diferente magnitude. O raio R1, que está mais próximo à parede do vaso 10, é maior do que o raio R2 localizado afastado com relação ao lado de dentro. A magnitude dos raios R1, R2 é escolhida dependendo do tamanho do conversor 1, das características do material da bandeja 8 e da carga aplicada pelos estágios de contato de K1 a K4, de tal modo que uma deformação plástica da bandeja 8 seja limitada pelo apoio contra o braço de suporte 11, antes de a deformação atingir um valor limite na quantidade de 10 a 20 vezes a deformação elástica. Em conversores comumente usados, o raio R1 está na faixa de 500 a 900 mm, preferivelmente de 600 a 800 mm, sendo, em particular, de cerca de 700 mm. O raio R2 está geralmente na faixa de 300 a 700 mm, preferivelmente de 400 a 600 mm, sendo, em particular, de cerca de 500 mm. Na extremidade livre do braço de suporte 11, é provido um raio R3, a fim de impedir uma borda pontuda que poderia ocasionar uma ruptura da bandeja 8. É possível prover uma pluralidade de raios de R1 a Rn na superfície de sustentação 12 do braço de suporte 11, a fim de impedir a deformação da bandeja 8 em um número correspondente de estágios n, com R1 > R2 > ... Ri > ... > Rn.

As figuras de 3 a 7 mostram diferentes variantes do anel de suporte da invenção, que efetuam o suporte adicional da conexão entre a parede do vaso 10, o suporte 11 e a bandeja 8.

Na figura 3, o braço de suporte 11 é sustentado a partir de baixo por uma barra de sustentação 13, que é abarcada contra a parede 10 do conversor 1.

Na variante mostrada na figura 4, uma barra de suporte 14 conectada com a parede 10 do conversor 1 é sustentada na bandeja 8 a partir de cima.

Na variante mostrada na figura 5, uma placa de retenção chata 15 é provida acima da bandeja 6, que retém a mesma no braço de suporte 11.

Na variante mostrada na figura 6, furos atravessantes 16 e 17 são formados no braço de suporte 11 e na bandeja 8, respectivamente, através dos quais se estende uma cavilha de montagem 18 que é soldada à bandeja 8 e ao braço de suporte 11.

Na variante mostrada na figura 7, um parafuso de montagem 19 se estende através dos furos atravessantes 16, 17, de modo que o braço de suporte 11 e a bandeja 8 sejam atarraxados entre si.

Deve ser apreciado que os furos atravessantes 16, 17 e as cavilhas de montagem 18 ou parafusos 19 que se estendem através dos mesmos são providos em inúmeras posições no braço de suporte 11 ou na bandeja 8, os quais são uniformemente distribuídos sobre a circunferência do conversor 1.

Deve também ser apreciado que, nas variantes mostradas nas figuras de 5 a 7, a barra de sustentação 13, 14 pode ser provida acima e/ou abaixo do braço de suporte 11. A barra de sustentação 13, 14 pode também constituir uma placa que se estende ao redor da circunferência do conversor 1, que é soldada à parede 10 do conversor 1 e ao braço de suporte 11 ou à bandeja 8. A figura 8 mostra uma variante adicional da configuração do braço de suporte, que pode ser provido, em particular, para uso para sustentar as chapas de separação 9 entre os estágios de contato de K1 a K4 do conversor 1.

Na concretização mostrada na figura 8, a superfície de sustentação 12 do braço de suporte 11a apresenta uma inclinação descendente que procede da parede interna 10 do conversor 1 na faixa de 4 a 9o, preferivelmente de 5 a 8o, e, em particular, de 6 a 7o. Neste caso, o anel de sustentação inclinado 11a formará uma tangente com relação à placa de separação 9, quando a mesma for deformada devido às altas temperaturas e às pressões no vaso 1. Pode também ser determinado que a placa de separação 9 já seja provida com uma pré-curvatura, de modo que a etapa da deformação plástica inicial da placa de separação 9 possa ser omitida e as tensões sejam diretamente convertidas em um esforço de tração devido ao efeito tan- gente da placa de sustentação 11 a.

As figuras mostram, cada qual, concretizações, nas quais a superfície de sustentação 12, 12a para as bandejas 8 ou as chapas de separação 9 é inclinada para baixo. Estas concretizações são adequadas, em particular, para aplicações nas quais a carga de pressão é exercida sobre as folhas 8, 9 a partir de cima. Por outro lado, se a carga atuar sobre a folha a partir de baixo, por exemplo, no caso das chapas de separação 9 de um conversor, a folha poderá se apoiar contra o braço de suporte a partir de baixo em uma maneira não ilustrada aqui, e a superfície de contato inferior do braço de suporte poderá recuar ascendentemente com relação à horizontal, a fim de permitir uma deformação plástica da folha na direção da força exercida sobre a folha. A configuração desta superfície de contato é efetuada similar à configuração da superfície de sustentação 12, 12a descrita acima.

Como resultado da ideia da invenção para deter a deformação plástica do elemento na forma de placa com o apoio conta o braço de suporte 11, 11a e substancialmente converter por completo os esforços de flexão em esforços de tração, poderá ser conseguida uma deformação muito menor do sistema. Pode ser omitido um suporte adicional da bandeja por meio de uma estrutura de grade pesada e de alto custo. Com igual segurança, poderá ser assim conseguida uma economia considerável de material.

Por meio da invenção, pelo menos 70% do material podem ser economizados com a omissão da estrutura de grade que sustenta a bandeja.

Listagem de Referência 1 conversor 2 duto 3 tubo central 4 duto 5 duto 6 duto 7 duto 8 bandeja 9 placa de separação 10 parede 11,11a braço de suporte 12,12a superfície de sustentação 13 barra de sustentação 14 barra de sustentação 15 placa de retenção 16 furo atravessante 17 furo atravessante 18 cavilha de montagem 19 parafuso K1 a K5 estágios de contato WT trocador de calor REIVINDICAÇÕES

Claims (21)

1. Anel de suporte para acomodar um elemento na forma de placa (8, 9) em um vaso (1), em particular, uma bandeja (8) ou uma placa de separação (9) em um conversor (1) para produzir SO3 a partir de gás contendo S02l onde o elemento na forma de placa (8, 9) se apoia em um braço de suporte (11,11a) conectado à parede (10) do vaso (1), caracterizado pelo fato de que 0 braço de suporte (11, 11a) apresenta uma superfície de sustentação superior (12, 12a) que é inclinada para baixo com relação à horizontal.

2. Anel de suporte para acomodar um elemento na forma de placa (8, 9) em um vaso (1), em particular, uma placa de separação (9) em um conversor (1) para produzir S03 a partir de gás contendo S02, em que 0 elemento na forma de placa (8, 9) se apoia abaixo de um braço de suporte (11, 11a) conectado à parede (10) do vaso (1), caracterizado pelo fato de que o braço de suporte (11, 11a) apresenta uma superfície de contato inferior que é inclinada para cima com relação à horizontal.

3. Anel de suporte, de acordo com a reivindicação 1, em que 0 elemento na forma de placa (8, 9) constitui um anel circular, que, em seu lado de dentro, se apoia em um segundo braço de suporte (11, 11a), caracterizado pelo fato de que o segundo braço de suporte (11, 11a) apresenta uma superfície de sustentação superior (12, 12a) que é inclinada para baixo com relação à horizontal.

4. Anel de suporte, de acordo com a reivindicação 2, em que o elemento na forma de placa (8, 9) constitui um anel circular que, em seu lado de dentro, se apoia abaixo de um segundo braço de suporte (11, 11a), caracterizado pelo fato de que 0 segundo braço de suporte (11, 11a) apresenta uma superfície de contato inferior que é inclinada para cima com relação à horizontal.

5. Anel de suporte, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que a superfície de sustentação superior (12) é curvada para baixo.

6. Anel de suporte, de acordo com a reivindicação 2 ou 4, carac- terizado pelo fato de que a superfície de contato inferior é curvada para cima.

7. Anel de suporte, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que a superfície de sustentação superior (12) ou a superfície de contato inferior apresenta pelo menos dois raios sucessivos (R1, R2, R3, ...) de diferente magnitude.

8. Anel de suporte, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a magnitude dos raios (R1, R2, R3, ...) diminui procedendo do raio (R1) próximo à parede (10) do vaso (1) para os raios (R2, R3,...) localizados afastados.

9. Anel de suporte, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que o raio (R1) mais próximo à parede (10) do vaso (1) está na faixa de 500 a 900 mm.

10. Anel de suporte, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de que o raio (R2) que sucede o raio (R1) mais próximo à parede (10) do vaso (1) está na faixa de 300 a 700 mm.

11. Anel de suporte, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que a superfície de sustentação superior (12a) do braço de suporte (11a) é inclinada para baixo.

12. Anel de suporte, de acordo com a reivindicação 2 ou 4, caracterizado pelo fato de a superfície de suporte inferior do braço de suporte (11a) ser inclinada para cima.

13. Anel de suporte, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o ângulo de inclinação (a) da superfície de sustentação superior ou inferior (12a) é de cerca de 4 a 9o.

14. Anel de suporte, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o braço de suporte (11, 11a) é um anel que se estende ao redor da parede (10) do vaso (1).

15. Anel de suporte, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os furos atravessantes (16, 17) para cavilhas de montagem (18, 19) são formados no braço de suporte (11, 11 a) e no elemento na forma de placa (8, 9).

16. Anel de suporte, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o braço de suporte (11, 11a) é soldado ao elemento na forma de placa (8, 9).

17. Anel de suporte, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o braço de suporte (11, 11a) é atarraxado ao elemento na forma de placa (8, 9).

18. Anel de suporte, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o braço de suporte (11, 11a) é sustentado a partir de baixo por uma barra de suporte (13) que é abarcada contra a parede (10) do vaso (1).

19. Anel de suporte, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma barra de suporte (14) conectada com a parede (10) do vaso (1) é sustentada no elemento na forma de placa (8, 9) a partir de cima.

20. Anel de suporte, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o braço de suporte (11, 11a) é sustentado a partir de baixo por um cone de suporte (13) que é abarcado contra a parede (10) do vaso (1).

21. Anel de suporte, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que um cone de sustentação (14) conectado com a parede (10) do vaso (1) é sustentado no elemento na forma de placa (8, 9) a partir de cima.