ES2339221T3 - Metodo y dispositivo para la produccion de vapor puro. - Google Patents
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Abstract
Un método para purificar un producto de evaporación para producir vapor de agua puro, en el que el producto de evaporación se coloca en un movimiento de rotación en espiral para separar gotitas por fuerza centrífuga, caracterizado por - proporcionar un producto de evaporación por medio de un evaporador (22) de película descendente, - conducir a dicho producto de evaporación a un canal anular ascendente que comprende aletas en espiral (11) que forman un recorrido en espiral (12), - proporcionar al menos una abertura (13) en la superficie externa de dicho recorrido en espiral, - recoger gotas e impurezas en una superficie enfriada activamente fuera de dicha al menos una abertura.
Description
Método y dispositivo para la producción de vapor
puro.
La invención se refiere a la producción de vapor
de alta pureza para fines especiales. En particular, la invención
se refiere a la producción de vapor puro utilizando un evaporador de
película descendente y canales ascendentes para la separación de
gotas de agua e impurezas.
El vapor altamente purificado se requiere para
varios propósitos médicos, tales como la producción de productos
farmacéuticos, aplicaciones que demandan esterilización y la
producción de agua para inyección. Un método y un dispositivo para
la producción de dicho vapor se describen en la patente de EE.UU.
3.875.017. Un evaporador de película descendente como se describe
en ella comprende un conjunto vertical de tubos de evaporación
encerrados en una envoltura de calentamiento, que a su vez está
encerrada por una carcasa externa de manera que se forma un espacio
anular entre la envoltura de calentamiento y la carcasa externa. El
agua introducida en los tubos de evaporación en su extremo superior
fluye abajo por la superficie interna de los tubos, con lo que se
evapora y se forma vapor, que emerge en los extremos inferiores del
conjunto de tubos. El flujo de vapor hace un giro de 180º y fluye
hacia arriba en el espacio entre la envoltura de calentamiento y la
carcasa externa. Unas aletas que forman un recorrido en espiral
están unidas a la superficie externa de la envoltura de
calentamiento, dejando un hueco estrecho entre sus bordes y la
superficie interna de la carcasa. El vapor que fluye hacia arriba
se ve obligado a un recorrido en espiral, por lo que las gotas de
agua en el producto de la evaporación son conducidas hacia la
carcasa externa por la fuerza centrífuga. Las gotas se adhieren a la
pared de la carcasa externa y forman una película de agua que fluye
hacia abajo y finalmente forman un depósito de líquido en la parte
inferior del dispositivo. Desde allí, una corriente de agua
proporcional a la cantidad de vapor puro producido es retirada como
una corriente de rechazo. Como la fase de agua en el producto de la
evaporación tiende a ser rica en impurezas, éstas se enriquecen en
la corriente de rechazo. Desde encima del recorrido en espiral, el
vapor puro es llevado a los puntos de consumo o a un condensador
para producir agua de alta pureza.
Una variación del dispositivo se describe en la
patente de EE.UU. 5.983.842. El producto de la evaporación que
emerge desde los extremos inferiores del conjunto de tubos es
llevado a un movimiento circular por unas aletas deflectoras en la
parte inferior del dispositivo, y el espacio ascendente se estrecha
hacia la parte superior. El recorrido en espiral está dispuesto en
la parte superior del espacio ascendente y está cerrado, es decir,
las aletas llegan a la superficie interna de la cáscara externa. No
se forma fase de rechazo que fluye hacia abajo, pero las gotas se
aceleran y se recogen en un canal anular por encima del recorrido en
espiral. Un tubo separado devuelve la fase de agua resultante a la
parte inferior del dispositivo.
Se ha inventado un método y un dispositivo
mejorados para aumentar la separación de las gotas de agua e
impurezas en el canal ascendente de un evaporador de película
descendente para la producción de vapor de agua de alta pureza. Un
objeto adicional de la invención es un sistema para la producción y
distribución de vapor puro, el sistema comprende el dispositivo
mejorado.
El dispositivo acorde con la presente invención
se utiliza junto con un conjunto de tubos verticales con una
envoltura de calentamiento, es decir, un tipo convencional de
evaporador de película descendente. El producto de la evaporación
emerge desde la parte inferior del conjunto de tubos.
De acuerdo con la invención, el dispositivo para
separar las gotas de agua e impurezas del producto de la
evaporación comprende una longitud de bajante a través de la que los
productos de la evaporación fluyen inicialmente antes de hacer un
giro de 180º y entrar en un canal ascendente entre la superficie
externa de la bajante y la superficie interna de una carcasa
intermedia. La bajante puede estrecharse inicialmente, formando un
embudo.
Unas aletas en espiral adaptadas en la parte
superior del canal ascendente ponen el producto de evaporación en
un movimiento ascendente en espiral, circular. De acuerdo con la
presente invención, la carcasa intermedia está provista de al menos
una abertura o rendija de salida, permitiendo que las gotitas
transportadas por la fuerza centrífuga a la periferia del recorrido
en espiral se marchen. Fuera de las aberturas, una superficie fría
en la carcasa externa asegura que tiene lugar la condensación de
vapor de agua.
El vapor que se condensa en la superficie
interna de la carcasa externa provoca una corriente radial hacia el
exterior que lleva vapor, gotas de agua e impurezas hacia la
superficie interna mencionada. Se forma una película de agua que
fluye abajo por dicha superficie en el espacio entre las carcasas
externa e intermedia. Se forma un depósito de agua en la parte
inferior de la unidad, sumergiendo el borde inferior de la carcasa
intermedia. Una corriente controlada de agua de rechazo se retira
del depósito. El vapor puro y seco que deja el extremo superior del
recorrido en espiral sale del dispositivo.
La invención permite el uso de piezas internas
desmontables en el generador de vapor, lo que proporciona un fácil
mantenimiento y limpieza, ya que no es necesario que todo el aparato
sea un recipiente a presión certificado.
La invención se describe en detalle a
continuación con referencia a los dibujos que se acompañan, en los
que:
La figura 1 muestra un generador de vapor que
comprende un evaporador de película descendente provisto con una
unidad de separación de acuerdo con la presente invención,
La figura 2 muestra los detalles de una unidad
de separación de acuerdo con la presente invención,
La figura 3 es una sección de la vista superior
de la unidad de la figura 2, y
La Figura 4 muestra un sistema para la
producción de vapor puro, dicho sistema incluye el dispositivo de la
Figura 2.
La figura 1 muestra un intercambiador de calor
de carcasa y tubos dispuesto en posición vertical para formar un
evaporador de película descendente. Unos tubos de evaporación 1
están encerrados en una envoltura 2, mediante la cual un medio de
calentamiento es conducido a través de entradas y salidas 4 y 5. El
agua de alimentación entra por los extremos superiores de los tubos
de evaporación a través de entrada 6. En el extremo inferior del
evaporador se conecta un dispositivo de separación de acuerdo con la
invención.
La construcción del dispositivo de separación se
muestra en la Figura 2. El producto de la evaporación entra en la
bajante 7. En la realización mostrada, el extremo superior de la
bajante tiene la forma de un embudo con el fin de mantener el mismo
diámetro externo en el separador que en el evaporador. El producto
de la evaporación emerge de la parte inferior de la bajante, se
encuentra con la superficie 8 del agua en la parte inferior del
dispositivo y gira 180º para entrar en el canal anular ascendente 9
entre la bajante y la carcasa intermedia 10. Las aletas 11 en
espiral forman un recorrido en espiral 12 para el producto de la
evaporación.
El movimiento en espiral del producto de la
evaporación provoca una fuerza centrífuga que obliga a las gotas de
agua en el producto hacia la periferia de la ruta 12. Las sustancias
extrañas presentes en el producto de la evaporación pueden actuar
como núcleos de condensación, y este fenómeno por lo tanto aumenta
el transporte de estas sustancias a la periferia del recorrido en
espiral. El vapor puro y seco deja el recorrido en espiral 12 y
sale del dispositivo en la conexión 21.
Al menos hay dispuesta una abertura 13 en la
carcasa intermedia 10 para permitir que las gotas entren en el
espacio 3 entre la carcasa intermedia y la carcasa externa 14. La
carcasa externa 14 está provista de una envoltura 15 de control de
temperatura. Como esta envoltura se utiliza para enfriar la
superficie interna de la carcasa 14, el vapor en el espacio 3 se
condensa en dicha superficie interna y forma una película de agua
descendente. La condensación asegura que no se produce reflujo
dentro del recorrido en espiral 12 a través de las aberturas 13. Se
puede proporcionar un número adecuado de aberturas 13 de una forma
adecuada. Las gotas e impurezas conducidas a la pared interna de la
carcasa 10 por la fuerza centrífuga pasan a través de las
aberturas, y son llevadas a la pared interna enfriada de la carcasa
exterior 14 por la corriente radial hacia fuera provocada por la
condensación del vapor.
Las aberturas pueden ser diseñadas como rendijas
verticales en la periferia externa del recorrido en espiral, es
decir, en la carcasa 10. También son posibles una o más rendijas
discurriendo en paralelo a las aletas en espiral, así como
aberturas de forma circular, oval u otras, dispuestas posiblemente
con bordes que aumentan la captura de gotas en el movimiento
circular a lo largo del recorrido en espiral.
La superficie del depósito de agua formado a
partir de gotas y producto condensado se mantiene por encima del
borde inferior 17 de la carcasa intermedia 10, por lo tanto el flujo
del producto de la evaporación sólo es posible a lo largo de la
ruta descrita. Se pueden proporcionar unas muescas de separación 18
para centrar el extremo inferior de la carcasa intermedia. Un flujo
de rechazo rico en impurezas se retira en 19. Se puede proporcionar
un visor de cristal 20 para vigilar el nivel del agua.
La figura 3 muestra una vista superior de la
unidad de la figura 2, con la parte superior separada en el nivel
de la envoltura de control de temperatura. Las flechas grandes
indican el movimiento circular del producto de la evaporación en el
recorrido en espiral. Las aberturas 13 se muestran con deflectores
16 para aumentar la captura de gotas e impurezas llevadas hacia la
periferia del recorrido, como se muestra por las flechas
pequeñas.
Preferiblemente, la temperatura de la carcasa
externa 14 es controlada para efectuar un adecuado ritmo de
condensación. Para conservar energía, el agua de alimentación puede
ser utilizada en la envoltura 15. Por medio de este control de la
temperatura, la cantidad de agua de rechazo formada puede ser
controlada de acuerdo a los requisitos de carga y de pureza.
La figura 4 muestra un sistema para la
producción de vapor puro. A un evaporador 22 de película
descendente, se proporciona el agua de alimentación por medio de
bomba 23. El evaporador comprende una unidad de separación 24,
acorde con la presente invención. El vapor de calentamiento entra a
través de la válvula 25, mientras que el producto condensado se
marcha por la conexión 5 (tubería no mostrada). El vapor puro se
marcha del evaporador a través de la línea 27 y la válvula de
control 28 y entra en la red de distribución que incluye válvulas
29 de línea de vapor puro y colectores 30 de vapor puro. El agua de
rechazo enriquecida con impurezas deja la unidad de separación 24 a
través de la línea 31. Se proporcionan líneas de alimentación y de
retorno 32, 33 para la envoltura de control de temperatura.
En los dispositivos de la técnica anterior, la
corrosión y la estructura cerrada de las unidades de separación
provocaban problemas ya que los recorridos de vapor no eran
fácilmente accesibles. La estructura interna estaba integrada con
la carcasa del recipiente a presión y no podía ser alterada sin
pasar por el procedimiento tedioso requerido para la construcción
de recipientes a presión. En el dispositivo descrito de acuerdo con
la invención, sólo la parte de carcasa externa debe cumplir con los
requisitos de recipientes a presión. En consecuencia, las partes
internas y/o los detalles de las mismas se pueden fabricar de
cualquier material requerido, resistente a la corrosión, y pueden
ser retirados para la limpieza y la inspección. Tales materiales
incluyen polímeros de fluorocarburos, materiales cerámicos y aceros
especiales u otros metales que no necesitan ser adecuados para ser
unidos por soldadura a la carcasa del recipiente a presión. Las
piezas internas también pueden intercambiarse para adaptarse a
diferentes requisitos de pureza y producción total.
Claims (6)
1. Un método para purificar un producto de
evaporación para producir vapor de agua puro, en el que el producto
de evaporación se coloca en un movimiento de rotación en espiral
para separar gotitas por fuerza centrífuga, caracterizado
por
- -
- proporcionar un producto de evaporación por medio de un evaporador (22) de película descendente,
- -
- conducir a dicho producto de evaporación a un canal anular ascendente que comprende aletas en espiral (11) que forman un recorrido en espiral (12),
- -
- proporcionar al menos una abertura (13) en la superficie externa de dicho recorrido en espiral,
- -
- recoger gotas e impurezas en una superficie enfriada activamente fuera de dicha al menos una abertura.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El método acorde con la reivindicación 1,
caracterizado porque la temperatura de la superficie enfriada
se controla por medio del agua utilizada como agua de
alimentación.
3. Un evaporador de película descendente que
comprende un dispositivo para la purificación de un producto de
evaporación para producir vapor de agua puro que tiene
- -
- una carcasa externa (14),
- -
- un canal anular ascendente (9) que comprende aletas en espiral (11) que forman un recorrido en espiral (12), entre una carcasa intermedia (10) y una bajante (7),
- -
- un espacio (16) entre la carcasa intermedia (10) y la carcasa externa (14),
- -
- al menos una abertura (13) en la carcasa intermedia (10),
- -
- una envoltura (15) de control de temperatura para enfriar una superficie en la carcasa externa (14) fuera de dicha al menos una abertura (o aberturas) (13),
- -
- caracterizado por estar conectado al extremo inferior del evaporador (22) de película descendente de tal manera que el producto de evaporación puede entrar en primer lugar en la bajante (7) y posteriormente en el canal anular ascendente (9).
\vskip1.000000\baselineskip
4. El dispositivo acorde con la reivindicación
3, caracterizado porque las aberturas (13) son rendijas
verticales.
5. El dispositivo acorde con la reivindicación 3
ó 4, caracterizado porque al menos un detalle dentro de la
carcasa de recipiente a presión es desmontable.
6. El dispositivo de acuerdo a cualquier
reivindicación 3-5, caracterizado porque al
menos un detalle dentro de la carcasa de recipiente a presión está
hecho de un material resistente a la corrosión diferente al de la
carcasa de recipiente a presión.
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