ES2996963T3

ES2996963T3 - Structured cross-channel packing element with reduced material requirement

Info

Publication number: ES2996963T3
Application number: ES20775684T
Authority: ES
Inventors: Ilja Ausner; Marc Wehrli; Florian Kehrer; Bernhard Horschitz
Original assignee: Sulzer Management AG
Current assignee: Sulzer Management AG
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2025-02-13
Anticipated expiration: 2040-09-28
Also published as: EP3808446A1; TW202116390A; CA3153266A1; WO2021073859A1; JP7607649B2; CN114761120B; AU2020368972B2; TWI829970B; KR20220078666A; JP2022551191A; BR112022007115A2; MX2022004457A; CN114761120A; PL4021632T3; US12337292B2; EP4021632A1; AU2020368972A1; EP4021632B1; US20240116021A1

Abstract

La presente invención se refiere a un elemento de relleno de canal transversal estructurado para una columna para transferencia de masa y/o intercambio de calor entre una fase de fluido pesado y una fase de fluido ligero, en el que el elemento de relleno de canal transversal estructurado comprende al menos dos capas adyacentes hechas de láminas de metal expandido que comprenden cada una aberturas, que están rodeadas y separadas entre sí por elementos de separación, en el que al menos dos de las al menos dos capas están dispuestas en la dirección longitudinal del elemento de relleno paralelas y en contacto entre sí de modo que se proporciona un espacio abierto que se extiende desde un extremo hasta el extremo opuesto de las al menos dos capas de modo que al menos una de la fase de fluido pesado y ligero puede fluir a través de él, en el que la relación entre el ancho promedio de al menos el 50% de los elementos de separación entre aberturas adyacentes y el espesor del material de la lámina es de al menos 15, en el que la relación entre la distancia máxima entre al menos dos de las al menos dos capas medida en el plano perpendicular a la dirección longitudinal y el ancho promedio de los elementos de separación es de al menos 4, y en el que la relación entre la distancia entre dos aberturas que está en la dirección perpendicular a la dirección de estiramiento del metal expandido. hoja adyacente a un elemento separador y el ancho promedio de este elemento separador es de al menos el 50% de todos los elementos separadores 4 a 6. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado con menor necesidad de material

La presente invención se refiere a un elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado para una columna de transferencia de masa y/o intercambio de calor entre una fase fluida pesada y una fase fluida ligera.

Los elementos de empaquetadura estructurados se utilizan en columnas de transferencia de masa, como por ejemplo en columnas de fraccionamiento, columnas de destilación, columnas de absorción, columnas de extracción o depuradores de gases de combustión. Los elementos de empaquetadura estructurados sirven para mejorar la transferencia de masa y/o la transferencia de calor entre al menos dos fases fluidas de diferente densidad, en las que los elementos de empaquetadura estructurados suelen funcionar en flujo contracorriente. Mientras que en las aplicaciones de destilación y absorción, la fase ligera es un gas o vapor y la fase pesada es un condensado o líquido, en los procesos de extracción ambas fases son líquidos con diferente densidad. Los elementos de empaquetadura estructurados comprenden una pluralidad de capas diferentes, cada una de las cuales proporciona una superficie para la fase más pesada que se escurre a lo largo de la superficie de la capa y se extiende. Además, entre las diferentes capas de los elementos de empaquetadura estructurados se proporcionan espacios abiertos, que se llenan con la fase ligera (por ejemplo, vapor o gas en la destilación) y proporcionan una trayectoria para que la fase ligera ascienda, mientras es impulsada por un gradiente de presión. El gradiente de presión es necesario para vencer la resistencia al flujo. En el caso típico de transferencia de masa en contracorriente, la dirección media del flujo de la fase ligera es de abajo hacia arriba del elemento de empaquetadura estructurado y, por tanto, opuesta a la dirección media del flujo de la fase pesada. Al permitir que la fase pesada se extienda por la superficie del elemento de empaquetadura estructurado, se crea una interfaz entre las dos fases como mínimo, de modo que se establece en la interfaz una transferencia eficaz de calor y masa entre las fases. También puede haber aplicaciones con más de una fase pesada. Un ejemplo es la destilación extractiva.

Una columna de transferencia de masa suele constar de varios lechos de elementos de empaquetadura estructurados. Normalmente, se dispone un distribuidor en la parte superior de cada lecho para distribuir uniformemente la fase pesada sobre la sección transversal del lecho, dejando al mismo tiempo espacio suficiente para que la fase ligera ascienda a través de él. Además, a menudo se dispone debajo de cada lecho un dispositivo de sujeción en forma de rejilla y un colector, en el que la estructura en forma de rejilla mantiene el lecho en su posición y el colector recoge la fase pesada que gotea del lecho, mientras que en el colector se deja un espacio abierto suficiente para que ascienda la fase ligera.

Un tipo habitual de elementos de empaquetadura estructurados es la denominada empaquetadura de láminas onduladas de canal transversal, que se ensambla a partir de una pluralidad de, por ejemplo, láminas onduladas, dispuestas en paralelo y en contacto entre sí. Normalmente, las láminas metálicas onduladas se fijan entre sí mediante varias varillas que penetran en las láminas onduladas perpendicularmente a la sección longitudinal de las láminas onduladas, en las que las varillas se fijan con la primera y la última láminas ondulada mediante una arandela y una tuerca o doblando la varilla. Cada lámina ondulada comprende una pluralidad de deformaciones periódicas, como picos y valles orientados alternativamente, en los que las láminas onduladas adyacentes están orientadas de tal manera que las ondulaciones de las láminas onduladas adyacentes se entrecruzan con las ondulaciones de las láminas onduladas que se extienden oblicuamente con respecto a la dirección vertical o longitudinal, formando así canales inclinados que se cruzan continuamente. Estos canales influyen positivamente en los flujos de la fase gaseosa y de la fase líquida dentro de la empaquetadura y facilitan la transferencia de masa entre las fases. Es decir, la fase gaseosa y la fase líquida se ponen en contacto en los canales del elemento de empaquetadura estructurado y se facilita así la transferencia de masa, así como la transferencia de calor entre las fases. Más concretamente, el gas ascendente entra en contacto con el líquido presente en la superficie de las láminas que forman los canales cuando fluye hacia abajo a través de la columna de transferencia de masa. Durante este contacto, un componente enriquecido en el gas puede pasar al líquido y viceversa; esto significa que puede producirse una transferencia de masa eficaz. Tales empaquetaduras se describen, por ejemplo, en DE 1253673, en CA 1270751 y en US 6,206,349 B1.

La cantidad de transferencia de masa por unidad de tiempo es proporcional al área de la interfaz entre el gas y el líquido, en la que el área de la interfaz se hace mayor con el aumento de la porción de la superficie de las capas del elemento de empaquetadura que es humedecida por el líquido. Se sabe que las empaquetaduras de láminas onduladas de canal transversal hechas de gasa metálica tienen una excelente humectabilidad gracias a una buena dispersión de la fase pesada en la superficie de las láminas onduladas debido a la fuerza capilar de la gasa metálica y, por tanto -a causa de la excelente humectabilidad-, una elevada eficacia de transferencia de masa. Ejemplos de este tipo de elementos de empaquetadura estructurados son los tipos de empaquetadura BX y CY de Sulzer, que se presentaron por primera vez en los años sesenta del siglo XX. Otro ejemplo de un elemento de empaquetadura estructurado de este tipo se describe en EP 1477224 A1. Sin embargo, la gasa metálica es un material caro. Por este motivo se ha intentado sustituir el material de gasa por una lámina ondulada con un gran número de pequeñas aberturas. Un ejemplo es el Montz-Pak tipo BSH disponible en el mercado. Durante el funcionamiento de la columna de transferencia de masa, las aberturas de esta empaquetadura se llenan con la fase pesada debido a la fuerza capilar. La humectabilidad de estas láminas metálicas perforadas onduladas y de estructura relativamente fina es peor que la de las empaquetaduras a base de gasa metálica, y la producción de la lámina sigue siendo relativamente cara, en parte debido al lento proceso de producción asociado a la estructura fina.

Como se ha expuesto anteriormente, es importante para una alta eficacia de transferencia de masa que la superficie del elemento de empaquetadura estructurado esté bien cubierta por líquido, ya que de no ser así se produce un desperdicio de material de empaquetadura al no estar la fase ligera en contacto con la fase pesada tanto como podría estarlo dada el área física de la empaquetadura. Sugerencias alternativas para favorecer el esparcimiento de la fase pesada sobre la superficie de las capas -en lugar de utilizar gasas metálicas o láminas onduladas de metal expandido muy finas como material para el elemento de empaquetadura estructurado- son dotar a las capas de perforaciones y otra textura superficial, como la descrita en el documento US 4,296,050, en GB 1,569,828, en US 4,981,621 y en EP 3003550 A1.

Para mejorar aún más el aprovechamiento de la superficie del elemento de empaquetadura estructurado ya se propuso en DE 3818917 C1 y en CN 88200252 U proporcionar empaquetaduras de láminas onduladas de canal transversal hechas de capas perforadas que tienen una fracción de vacío elevada, es decir, una relación elevada del área total de las aberturas de la capa dividida por el área de la lámina de la capa. Más concretamente, DE 38 18917 C1 divulga elementos de empaquetadura estructurados hechos de capas de láminas que comprenden aberturas, separadas entre sí por elementos separadores. Los bordes de las aberturas están provistos de rebordes salientes, en los que los rebordes de las aberturas adyacentes se extienden alternativamente hacia arriba desde el lado superior de la superficie y hacia abajo desde el lado inferior de la superficie de las capas de lámina. Además, D<e>38 18917 C1 enseña que las aberturas de las capas serán de 3 a 7 veces mayores que la anchura de los elementos separadores situados entre las aberturas adyacentes. El resultado es un elemento de empaquetadura estructurado hecho de láminas metálicas abiertas con una fracción vacía muy alta del orden del 50 % o más. CN 88200252 U divulga un elemento de empaquetadura estructurado hecho de láminas perforadas con un grosor de 0,1 a 0,5 mm. Las aberturas tienen una forma rómbica, en la que la anchura de las aberturas oscila entre 2 y 3 mm y en la que el porcentaje de área abierta en la lámina, es decir, la fracción vacía, es del 40 % al 50 %. Así, ambos documentos del estado de la técnica enseñan a proporcionar elementos estructurales de empaquetadura que comprenden capas de láminas que tienen fracciones de vacío bastante elevadas, de más del 40 % y preferiblemente de alrededor del 50 %. Por el contrario, los elementos de empaquetadura estructurados clásicos tienen fracciones de vacío drásticamente inferiores, de un 10 % como máximo.

Los elementos de empaquetadura estructurados basados en un principio distinto al de las empaquetaduras de láminas onduladas de canal transversal se describen, por ejemplo, en EP 0 069 241 A1, en US 4,304,738 y en el EP 0 250 061 A1. Las capas de estos elementos de empaquetadura estructurados consisten en láminas metálicas expandidas, en las que las capas asumen una determinada anchura debido al proceso de expansión. Sin embargo, a diferencia de las empaquetaduras de láminas onduladas de canal transversal, las capas de estos elementos de empaquetadura estructurados no están onduladas ni deformadas, salvo por la deformación que conlleva el proceso de expansión. Esto limita el espacio abierto para el vapor ascendente. Por lo tanto, la eficacia de la transferencia de masa no es óptima, ya que el espacio abierto entre las capas no proporciona una trayectoria bien definida que impulse el vapor ascendente de forma que promueva una distribución homogénea en todo el plano de la sección transversal del elemento de empaquetadura estructurado. Sería deseable imponer al vapor una dirección determinada mediante un grado de libertad adicional a la hora de definir la forma de la empaquetadura.

Además de una elevada eficacia en la transferencia de masa, la capacidad es un aspecto importante para un elemento de empaquetadura estructurado. A medida que aumentan los caudales de las fases ligera y pesada en un elemento de empaquetadura estructurado, aumenta la caída de presión en el elemento de empaquetadura estructurado. A una cierta caída de presión, la gravedad no es lo suficientemente fuerte como para contrarrestar la fricción entre las dos fases y la fase pesada o el líquido, respectivamente, se ve arrastrado por la fase ligera o el gas, respectivamente, por lo que ya no puede descender a lo largo del elemento de empaquetadura estructurado. En este punto, la transferencia de masa se rompe y esta situación se denomina inundación. Este punto de inundación determina la capacidad de un elemento de empaquetadura estructurado, es decir, la capacidad de un elemento de empaquetadura estructurado se caracteriza por pares de caudales máximos de las fases en contracorriente más allá de los cuales un aumento de cualquiera de los dos caudales conduce a la inundación. El punto de inundación se refiere a una caída de presión característica, que suele ser del orden de 10 mbar por metro de altura de la empaquetadura.

Sería óptimo que un elemento de empaquetadura estructurado tuviera una excelente eficacia de transferencia de masa, así como una excelente capacidad, porque ello permitiría reducir el diámetro y/o la altura de la columna de transferencia de masa a una capacidad dada y, por tanto, minimizar los costes de inversión para la columna de transferencia de masa. Sin embargo, estas dos características dependen de tendencias opuestas con respecto al área específica y otros parámetros geométricos. Más concretamente, un área específica elevada, es decir, un cociente alto del área geométrica del elemento de empaquetadura estructurado dividido por el volumen que ocupa, conduce a un contacto intensivo entre las fases ligera y pesada, por lo que un elemento de empaquetadura estructurado respectivo tiene una eficiencia de transferencia de masa elevada, que se expresa comúnmente en términos de número de etapas teóricas por metro de altura de empaquetadura NTSM. Sin embargo, un elemento de empaquetadura estructurado con un área específica elevada se caracteriza por una alta resistencia al flujo de la fase ligera, por lo que un elemento de empaquetadura estructurado respectivo tiene -a un caudal dado de la fase ligera- una mayor caída de presión por altura de empaquetadura y, por tanto, una capacidad menor que una empaquetadura con un área específica menor.

En vista de lo anterior, el objeto subyacente a la presente invención es proporcionar un elemento de empaquetadura estructurado polifuncional y rentable que tenga una mayor eficacia de transferencia de masa con una capacidad dada o una mayor capacidad con una eficacia de transferencia de masa dada o un menor peso con una eficacia de transferencia de masa dada, respectivamente.

De acuerdo con la presente invención, este objeto se satisface proporcionando un elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado para una columna de transferencia de masa y/o de intercambio de calor entre una fase fluida pesada y una fase fluida ligera, en el que el elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado comprende al menos dos capas adyacentes hechas de láminas metálicas expandidas, cada una de las cuales comprende aberturas, que están rodeadas y separadas entre sí por elementos separadores, en el que al menos dos de las al menos dos capas están dispuestas en la dirección longitudinal del elemento de empaquetadura de forma paralela y en contacto entre sí, de modo que entre las al menos dos capas hay un espacio abierto que se extiende desde un extremo hasta el extremo opuesto, de modo que, durante el uso, al menos una de las fases de fluido pesada y ligera puede fluir a través de él, en la que la relación entre la anchura media de al menos uno y preferiblemente al menos el 50 % de los elementos separadores entre las aberturas adyacentes y el espesor del material de la lámina es de al menos 15, siendo el espesor del material de la lámina, en el que la relación entre la distancia máxima entre al menos dos adyacentes de las al menos dos capas medida en el plano perpendicular a la dirección longitudinal y la anchura media de los elementos separadores es de al menos 4, y en el que la relación entre la distancia entre dos aberturas que se encuentran en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida adyacente a un elemento separador y la anchura media de este elemento separador es preferiblemente para al menos el 50 % de todos los elementos separadores de 4 a 6, en la que la distancia entre dos aberturas se mide determinando la distancia entre el punto más exterior de un lado del borde de una de las aberturas en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida y el punto más exterior del mismo lado del borde de una abertura adyacente en la misma dirección de la lámina metálica expandida, en la que la dirección longitudinal del elemento de empaquetadura se determina colocando el elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado sobre una superficie horizontal de modo que las capas del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado dispuestas en paralelo y en contacto entre sí se extiendan en la dirección vertical y de modo que los espacios abiertos que se extienden desde un extremo al extremo opuesto de las capas se extiendan desde la parte superior a la parte inferior del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado, en la que la dirección longitudinal (V) es la dirección que va de la parte superior a la inferior del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado así dispuesto, en la que la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida es la dirección perpendicular a la dirección longitudinal del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado, y en la que la anchura media de un elemento separador se determina dividiendo el elemento separador en secciones individuales i=1, 2, 3.... n cada una de las cuales tiene una longitud de sección di, en la que para cada una de las secciones se mide la distancia más corta bi entre los bordes adyacentes dentro de las secciones y la suma de los productos di-bi se divide por la suma de di para obtener la anchura media b del elemento separador, en la que n es de 5 a 100.

Esta solución se basa en el sorprendente hallazgo de que la eficacia de la transferencia de masa con una capacidad dada puede mejorar significativamente si la anchura media de los elementos separadores entre las aberturas adyacentes es relativamente grande en comparación con las aberturas (es decir, la relación entre la distancia entre dos aberturas que se encuentran en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad (que es la dirección perpendicular a la dirección longitudinal) de la lámina metálica expandida adyacente a un elemento separador y la anchura media de este elemento separador es de 4 a 6) y significativamente mayor que el grosor del material de la lámina (es decir, en 15 veces o más). Esto fue especialmente inesperado, porque está en contradicción con la enseñanza de DE 3818917 C1 y de CN 88200252 U. Los dos documentos del estado de la técnica implican que una película libre que cuelga entre los elementos separadores contribuye dos veces al área de transferencia de masa y, por tanto, sugieren minimizar aún más la anchura de los elementos separadores y eliminar aún más el área física. En vista de ello, resultó aún más sorprendente que, ajustando los parámetros antes mencionados como se ha descrito, la eficacia de la transferencia de masa a una capacidad dada mejorara significativamente.

Otra ventaja significativa del elemento de empaquetadura estructurado de acuerdo con la presente invención es que no se basa en absoluto en el uso de material de capa costoso. Más bien, las capas se fabrican simplemente a partir de láminas metálicas expandidas, es decir, cortando y estirando una placa de metal fina y luego, en un segundo paso, deformando la lámina metálica expandida hasta convertirla, por ejemplo, en láminas onduladas. Así, se utiliza una materia prima rentable e incluso se reduce la cantidad necesaria de material de esta materia prima rentable estirándola. En conjunto, la presente invención proporciona un elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado, rentable y polifuncional que tiene una mayor eficacia de transferencia de masa con una capacidad dada o una mayor capacidad con una eficacia de transferencia de masa dada, respectivamente.

La dirección longitudinal del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado es la dirección del área superior al área inferior del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado cuando se incorpora a una columna de transferencia de masa y/o de intercambio de calor, es decir, la dirección longitudinal es la dirección de la parte superior a la parte inferior de la columna de transferencia de masa y/o de intercambio de calor. En otras palabras, es la dirección prevista del flujo impulsado por gravedad de la fase más pesada durante el funcionamiento del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado y de la columna de transferencia de masa y/o de intercambio de calor, respectivamente. De acuerdo con la presente invención, la dirección longitudinal del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado se determina como sigue: El elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado se coloca en un área horizontal de modo que las capas del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado que están dispuestas en paralelo y en contacto entre sí se extiendan en la dirección vertical y de modo que los espacios abiertos (o canales, respectivamente, que están rodeados y así definidos por las deformaciones periódicas de las capas) que se extienden desde un extremo al extremo opuesto de las capas se extiendan desde la parte superior a la inferior del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado. La dirección longitudinal es entonces la dirección desde la parte superior a la inferior del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado de este modo o, dicho de otro modo: La fase pesada, por ejemplo el agua, que se deja caer sobre la parte superior del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado de este modo fluye por gravedad hacia abajo a lo largo de los espacios abiertos, en los que la dirección longitudinal es la dirección media de flujo de la fase pesada.

La distancia máxima (posteriormente también denominada o abreviada como "D") está estrechamente relacionada con la anchura de la capa (posteriormente también denominada o abreviada como "W"), que es la extensión de una sola capa medida en el plano mencionado. El valor de W es típicamente alrededor de la mitad de D. El espacio abierto entre las dos capas se obtiene gracias a la anchura de capa W. La distancia máxima D entre dos capas adyacentes del elemento de empaquetadura estructurado medida en el plano perpendicular a la dirección longitudinal denota, según la presente invención, la distancia entre las capas, si la distancia entre las capas es constante en las superficies completas de las capas adyacentes, como en el caso de dos láminas planas paralelas. Si la distancia entre las capas no es constante en toda la superficie de las capas adyacentes, es decir, si la distancia entre las distintas porciones de superficie de las capas difiere, la distancia máxima D entre las dos capas adyacentes es la distancia entre esas porciones de superficie de ambas capas, donde la distancia en el plano perpendicular a la dirección longitudinal entre ambas capas es máxima. Más concretamente, la distancia máxima D entre dos capas adyacentes del elemento de empaquetadura estructurado medido en el plano perpendicular a la dirección longitudinal denota, según la presente invención, la distancia entre los dos puntos más distantes A y B, estando el punto A en la primera capa y el punto B en la segunda. Se definen dos planos paralelos, uno comprende el punto A y el otro el punto B. Estos dos planos paralelos están orientados de forma esencialmente paralela a la orientación de las dos capas. La distancia D se define como la distancia entre estos dos planos paralelos.

De acuerdo con la presente invención, el elemento de empaquetadura estructurado comprende al menos dos capas dispuestas en dirección longitudinal paralelas entre sí. La disposición paralela de dos capas significa, de acuerdo con la presente invención, que una de las capas está inclinada un ángulo de como máximo /- 20°, preferiblemente de como máximo /-10°, más preferiblemente de como máximo /- 5°, aún más preferiblemente de como máximo /- 2° con respecto a la otra capa y lo más preferiblemente no está inclinada en absoluto con respecto a la otra capa.

Además, de acuerdo con la presente invención, la relación entre la anchura media de al menos el 50 % de los elementos separadores entre aberturas adyacentes y el grosor del material de la lámina es de al menos 15. Esto significa que para al menos el 50 % de los elementos separadores la relación entre la anchura media del elemento separador respectivo y el grosor del material de la lámina es de al menos 15. Preferiblemente, la relación entre la anchura media de al menos el 75 %, más preferiblemente de al menos el 80 %, aún más preferiblemente de al menos el 90 %, aún más preferiblemente de al menos el 95 % y lo más preferiblemente de todos los elementos separadores entre aberturas adyacentes y el grosor del material de la lámina es de al menos 15.

Espesor del material de la lámina significa conformemente el espesor del material, que constituye o forma la capa, respectivamente. Dado que de acuerdo con la presente invención la capa está formada por una lámina metálica expandida, el grosor del material de la lámina es el grosor de la lámina. En caso de que el grosor de la lámina varíe en el área de la capa, el grosor del material de la lámina es el grosor de la lámina medido en uno de los bordes exteriores del grosor del material de la lámina mediante, por ejemplo, un tornillo micrométrico. Por ejemplo, el grosor del material que forma la capa se mide en al menos dos, preferiblemente en al menos tres y más preferiblemente en al menos cinco puntos en uno o más de los bordes exteriores con el tornillo micrométrico, antes de que los valores numéricos obtenidos se sumen y se promedien dividiendo la suma por el número de mediciones. Se obtienen buenos resultados, por ejemplo, cuando el espesor se mide en 2 a 20, preferiblemente de 2 a 10, más preferiblemente de 3 a 10 y más preferiblemente de 5 a 10 ubicaciones en uno o más de los bordes exteriores de la capa con el tornillo micrométrico, en el que las diferentes ubicaciones distan unos 3 cm entre sí a lo largo del borde exterior. Un tornillo micrométrico es un dispositivo de medición conocido que comprende un área de medición fija y otra móvil, en la que el área de medición móvil se ajusta con una rosca fina. Ambas áreas de medición pueden entrar en contacto o tocarse, respectivamente, si el área de medición móvil se desplaza completamente hacia el área de medición fija. Ambas áreas de medición son planas y circulares, en las que el diámetro de ambas áreas de medición es preferiblemente de 5 a 6 mm.

La anchura media (posteriormente también denominada o abreviada como "b") de un elemento separador se determina de acuerdo con la presente invención midiendo la distancia entre los dos bordes paralelos adyacentes del elemento separador, si éste tiene una anchura uniforme. Si el elemento separador no tiene una anchura uniforme, la anchura media b de un elemento separador se determina dividiendo el elemento separador en secciones individuales i=1, 2, 3... n cada una de las cuales tiene una longitud de sección di. Para cada una de las secciones, se mide la distancia bi más corta entre los bordes adyacentes dentro de las secciones. La suma de los productos drbi dividida por la suma de di da la anchura media b del elemento separador. Cuanto mayor sea la falta de uniformidad del elemento separador, mayor será el número de secciones y más cortas deberán elegirse. De acuerdo con la presente invención, el número n de secciones individuales i tomadas para la medición por elemento separador es de 5 a 100 y preferiblemente de 5 a 20, como por ejemplo de 8 a 15. Por ejemplo, se seleccionan 5 secciones por cm de un elemento separador.

Preferiblemente, la anchura media b de un elemento separador se determina en una vista superior o en una vista en planta de una de las aberturas adyacentes al elemento separador. Esto se consigue ventajosamente tomando una imagen fotográfica de una abertura. La vista superior de una abertura se realiza haciendo una fotografía de una abertura después de haber aplanado la lámina metálica expandida respectiva colocando la lámina metálica expandida sobre una superficie plana, poniendo una placa en la parte superior de la lámina metálica expandida y presionando después la placa hacia abajo con una presión suficientemente baja como para aplanar apenas la lámina metálica expandida para eliminar las deformaciones periódicas, pero sin cambiar la geometría y las dimensiones de los elementos separadores y las aberturas, es decir, sin cambiar la geometría y las dimensiones de la estructura de rejilla de la lámina metálica expandida. La vista en planta de una abertura se realiza sobre lámina metálica expandida en su forma tal y como se utiliza en el elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado, es decir, sin haberla aplanado ni procesado mecánicamente de otro modo. Más concretamente, la vista en planta de una abertura se toma a lo largo del eje normal del plano definido por los bordes adyacentes de la abertura. En algunos casos, dicho plano no está bien definido. En este caso, la vista más adecuada se obtiene por prueba y error. Se toman varias imágenes, como mínimo cinco imágenes o preferiblemente al menos 10 imágenes, desde varios ángulos. La imagen que representa la abertura más grande se considera entonces la vista en planta de la abertura. Una longitud de referencia z puede utilizarse para determinar longitudes y tamaños tanto en la vista en planta como en la vista superior. La mejor forma de conseguirlo es identificar o marcar una cierta distancia z en el objeto real en las proximidades de la abertura y medir su longitud. La relación entre la longitud efectiva z' de esta distancia en la vista en planta o en la vista superior, respectivamente, y la distancia z medida en el objeto real se utiliza para escalar todas las demás distancias que se miden en la vista en planta. Por ejemplo, la longitud real de la anchura de un segmento se obtiene mediante b¡=b¡'-(z/z'), mientras que las variables imprimadas denotan las longitudes medidas en la vista en planta o en la vista superior, respectivamente, y las variables no imprimadas la longitud real.

De acuerdo con la presente invención, el diámetro hidráulico d de una abertura se calcula con la fórmula 4 A / P, en la que A es el área de la sección transversal de la abertura y P es el perímetro de la misma abertura. El área de la sección transversal de la abertura puede determinarse utilizando medidas básicas (como la longitud y la altura de la forma) y una fórmula geométrica básica (conocida de la geometría euclidiana), si la forma de la abertura es simple, por ejemplo, un triángulo plano, un rectángulo, un cuadrilátero, un trapecio o similar. Preferiblemente, el área se determina en una vista superior o en una vista en planta de la abertura. Las formas complejas pueden aproximarse y subdividirse en un número j=1, 2, 3... m de formas simples que tengan un área Aj. El área de estas formas puede calcularse de nuevo utilizando medidas básicas y fórmulas geométricas básicas. El área A de la abertura se obtiene sumando todas las áreas Aj determinadas en la abertura. Cuanto más compleja sea la forma de la abertura, más subdivisiones serán necesarias. Preferiblemente, el número m de secciones individuales de forma simple j tomadas para la medición es de 1 a 1000, preferiblemente de 5 a 100, más preferiblemente de 5 a 20, como de 8 a 15. Como antes, las longitudes reales se determinan en función de la relación z/z' definida anteriormente.

El perímetro de una abertura de forma simple puede determinarse utilizando medidas básicas y la fórmula geométrica básica. En el caso más general, se utiliza la vista superior o en planta de la abertura. El perímetro de la abertura se subdivide en un número de k=1, 2, 3... K líneas rectas individuales Pkque mejor se aproximen a la abertura y representarla mediante un polígono cerrado. Sumando las longitudes de estas líneas rectas, se obtiene el perímetro P. De nuevo, las longitudes deben traducirse a longitudes reales utilizando la relación z/z' definida anteriormente.

Pueden utilizarse métodos de procesamiento numérico de imágenes para determinar la anchura media b, el área A de una abertura y su perímetro P. En este caso, la unidad básica viene determinada por el tamaño de un pixel. Para traducir longitudes y áreas basadas en pixeles, la relación z/z' debe definirse de forma adecuada como, por ejemplo, se ha explicado anteriormente. Los valores de gris pueden utilizarse para identificar los pixeles que pertenecen a un elemento separador y otros que pertenecen a la abertura. Las áreas pueden calcularse de forma directa sumando los pixeles y multiplicando la suma por el área real de un pixel (en relación con el objeto real). Al determinar la anchura bi o la longitud di de un segmento deben aplicarse reglas trigonométricas si la orientación de la anchura no es paralela a los lados de los pixeles.

Más adelante, en relación con las figuras, se ofrecen más detalles sobre los métodos de medición y ejemplos ilustrativos.

De acuerdo con la presente invención, las capas del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado están hechas de láminas metálicas expandidas, que se fabrican expandiendo una lámina metálica, es decir, cortando y estirando una lámina metálica. Por lo tanto, las aberturas resultantes suelen ser de forma esencialmente elíptica, lenticular, trapezoidal o rómbica y, por lo general, de forma esencialmente lenticular o trapezoidal. Así, como se muestra esquemáticamente en las figuras y como se describe en detalle más adelante, cada lámina metálica expandida es de hecho una rejilla que comprende aberturas, en la que cada abertura está rodeada por elementos separadores que tienen cada uno una anchura b, en la que los elementos separadores de aberturas adyacentes están conectados entre sí en puntos de unión. El diámetro hidráulico es generalmente desconocido, pero puede determinarse como se ha expuesto anteriormente o calcularse a partir de las dimensiones características comúnmente utilizadas, como se explica a continuación. Las láminas desplegadas se caracterizan típicamente por las dimensiones de sus aberturas y las anchuras (medias) de los elementos separadores b. Las aberturas, que suelen tener una forma esencialmente lenticular o trapezoidal, tienen así una longitud característica más corta y otra más larga, en las que la longitud característica más corta (posteriormente también denominada o abreviada como "e2") de una abertura es la dimensión máxima de la abertura en la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida y la longitud característica más larga (posteriormente también denominada o abreviada como "e1") de una abertura es la dimensión máxima de la abertura en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida. La dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida es aquella dirección a lo largo de la cual se ha estirado la lámina metálica durante la producción de la lámina metálica expandida. Más concretamente, la dirección de elasticidad es, según la presente invención, la dirección perpendicular a la dirección longitudinal del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado. Así pues, la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad es la dirección longitudinal del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado. Las anchuras (medias) de los elementos separadores b y las longitudes características de las aberturas determinan las distancias entre aberturas adyacentes. La distancia entre las aberturas que son adyacentes en la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida difiere de la distancia entre las aberturas que son adyacentes en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida. Posteriormente, la distancia entre una primera abertura y una segunda abertura que se encuentran en la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida adyacentes también se denomina o abrevia u2, mientras que la distancia entre la primera abertura y una tercera abertura que se encuentra en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida adyacente a la primera abertura también se denomina o abrevia ui. Estas distancias ui y u2 pueden medirse como se explica detalladamente a continuación en referencia a las figuras. Las siguientes ecuaciones podrían utilizarse para determinar el diámetro hidráulico (posteriormente también denominado o abreviado como "d") de la abertura respectiva si las aberturas tienen una forma aproximadamente rómbica:

Si la relación de e2/e1 es de alrededor de 0,5 o inferior, como es realista en el caso de las láminas metálicas expandidas, pueden utilizarse las siguientes ecuaciones simplificadas para e1 y e2 a fin de determinar el diámetro hidráulico d de la abertura respectiva:

ei = U1- b • U1/U2

e2 = Ü2 - b

Además, la lámina metálica expandida puede caracterizarse mediante el factor de elasticidad, que se define como u2/2b. La inversa de la elasticidad es una buena indicación del ahorro de material que puede conseguirse en comparación con una lámina metálica maciza. Más adelante, en relación con las figuras, se ofrecen más detalles sobre estas dimensiones con un ejemplo ilustrativo.

De acuerdo con la presente invención, el elemento de empaquetadura es un elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado. Por consiguiente, se prefiere que al menos el 50 %, preferiblemente al menos el 75 %, más preferiblemente al menos el 80 %, aún más preferiblemente al menos el 90 %, aún más preferiblemente al menos el 95 % y lo más preferiblemente todas las al menos dos capas estén hechas de láminas metálicas expandidas y comprendan deformaciones periódicas, en las que las capas estén orientadas de tal manera que las deformaciones periódicas de las capas adyacentes se entrecrucen con las deformaciones periódicas de las capas que se extienden oblicuamente con respecto a la dirección longitudinal. Al menos el 50 %, preferiblemente al menos el 75 %, más preferiblemente al menos el 80 %, aún más preferiblemente al menos el 90 %, aún más preferiblemente al menos el 95 % y lo más preferiblemente cada una de las capas contacta con cada una de las capas adyacentes en puntos de intersección entre las deformaciones periódicas de la capa y las de las capas onduladas adyacentes y en las que el espacio abierto entre las al menos dos capas está definido por las deformaciones periódicas. Preferiblemente, la distancia entre los puntos superiores de dos deformaciones periódicas adyacentes de una capa es, en función de la superficie, de entre 10 y 25 mm y más preferiblemente de entre 13 y 23 mm.

Se obtienen buenos resultados, en particular, cuando el factor de elasticidad de la lámina metálica expandida de las al menos dos capas se sitúa entre 1,1 y 1,5 y, más preferiblemente, entre 1,2 y 1,35.

De acuerdo con la presente invención, la distancia u1 se mide determinando la distancia entre el punto más exterior de un lado del borde de una de las aberturas en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida y el punto más exterior del mismo lado del borde de una abertura adyacente en la misma dirección de la lámina metálica expandida. Por ejemplo, si se realiza una imagen fotográfica de una vista superior o en planta de una capa del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado, en la que la dirección de elasticidad se muestra en la dirección vertical de la imagen fotográfica y la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad se muestra en la dirección horizontal de la imagen fotográfica, la distancia u1 puede determinarse como la distancia entre el punto más exterior del lado izquierdo del borde de una abertura y el punto más exterior del lado izquierdo del borde de una abertura que es adyacente a la abertura en la misma dirección de la lámina metálica expandida.

Para determinar con especial precisión la distancia u-i, puede medirse la distancia entre el punto más exterior de un lado del borde de una abertura en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida y el punto más exterior del mismo lado del borde de la quinta o n-ésima abertura adyacente a la misma dispuesta en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida y dividirse entre cuatro o (n-1).

Aún más preferiblemente, la distancia u se determina midiendo la distancia entre el punto más exterior de un lado del borde de una abertura en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida y el punto más exterior del mismo lado del borde de la décima abertura adyacente a ella dispuesta en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida puede medirse y dividirse entre nueve.

De acuerdo con la presente invención, la relación entre la distancia u entre dos aberturas que se encuentran en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida adyacente a un elemento separador y la anchura media de este elemento separador es para al menos el 50 % de todos los elementos separadores 4 a 6. En particular, se obtienen buenos resultados cuando la relación entre la distancia u y la anchura media b de al menos el 75 %, más preferiblemente de al menos el 80 %, aún más preferiblemente de al menos el 90 %, aún más preferiblemente de al menos el 95 % y más preferiblemente de todos los elementos separadores es de 4 a 6, preferiblemente de 4,5 a 5,5 y más preferiblemente de 4,9 a 5,1.

En otro desarrollo de la idea de la presente invención, la distancia u es preferiblemente de al menos el 50 %, más preferiblemente de al menos el 75 %, aún más preferiblemente de al menos el 80 %, aún más preferiblemente de al menos el 90 %, aún más preferiblemente de al menos el 95 % y lo más preferiblemente para todas las aberturas de 5 a 20 mm. Más preferiblemente, la distancia u es preferiblemente para al menos el 50 %, más preferiblemente para al menos el 75 %, aún más preferiblemente para al menos el 80 %, aún más preferiblemente para al menos el 90 %, aún más preferiblemente para al menos el 95 % y lo más preferiblemente para todas las aperturas es de 7,5 a 15 mm y lo más preferiblemente de 9 a 11 mm.

Según otra realización particular de la presente invención, la relación entre la distancia u2 entre una primera abertura y una segunda abertura que se encuentran en la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida adyacentes entre sí y la distancia u entre la primera abertura y una tercera abertura que se encuentran en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida adyacentes entre sí es de 0,4 a 0,7, en la que la distancia u2 se mide determinando la distancia entre el punto más exterior de un lado del borde de la primera abertura en la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida y el punto más exterior del mismo lado del borde de la segunda abertura adyacente en la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida, y en la que la distancia u se mide como se ha descrito anteriormente.

Del mismo modo que se determina la distancia u1, la distancia u2 se mide preferiblemente determinando la distancia entre el punto más exterior de un lado del borde de la primera abertura en la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida y el punto más exterior del mismo lado del borde de la quinta o incluso décima (n-ésima) abertura adyacente a la misma dispuesta en la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida y dividiendo la distancia entre cuatro o nueve (n-1), respectivamente.

Se obtienen buenos resultados, en particular, cuando la relación entre la distancia U2 y la distancia ui es de al menos 50 %, preferiblemente de al menos 75 %, más preferiblemente de al menos 80 %, aún más preferiblemente de al menos 90 %, aún más preferiblemente de al menos 95 % y lo más preferiblemente para todas las aperturas de 0,4 a 0,7, más preferiblemente de 0,45 a 0,70 y lo más preferiblemente de 0,49 a 0,55.

Además, se prefiere que la distancia u2 sea de al menos un 50 %, preferiblemente de al menos un 75 %, más preferiblemente de al menos un 80 %, aún más preferiblemente de al menos un 90 %, aún más preferiblemente de al menos un 95 % y lo más preferiblemente para todas las aberturas de 2 a 8 mm, más preferiblemente de 3 a 7 mm y lo más preferiblemente de 4 a 6 mm.

De acuerdo con otra realización particular de la presente invención, la anchura media b de al menos un elemento separador entre aberturas adyacentes está comprendida entre el 70 % y el 125 % del diámetro hidráulico medio d de las aberturas adyacentes.

En un desarrollo ulterior de la idea de la presente invención, se sugiere que la anchura media b de al menos el 50 %, preferiblemente de al menos el 75 %, más preferiblemente de al menos el 80 %, aún más preferiblemente de al menos el 90 %, aún más preferiblemente de al menos el 95 % y lo más preferiblemente de todos los elementos separadores entre aberturas adyacentes esté comprendida entre el 70 % y el 125 % del diámetro hidráulico medio d de las aberturas adyacentes. Más preferiblemente, la anchura media b de al menos el 50 %, preferiblemente de al menos el 75 %, más preferiblemente de al menos el 80 %, aún más preferiblemente de al menos el 90 %, aún más preferiblemente de al menos el 95 % y lo más preferiblemente de todos los elementos separadores entre aberturas adyacentes se sitúa entre el 75 % y el 100 % del diámetro hidráulico medio d de las aberturas adyacentes.

Para conseguir una distribución óptima de la fase pesada en la superficie de la capa, se prefiere que la anchura media b de al menos el 50 %, preferiblemente de al menos el 75 %, más preferiblemente de al menos el 80 %, aún más preferiblemente de al menos el 90 %, aún más preferiblemente de al menos el 95 % y lo más preferiblemente de todos los elementos separadores entre las aberturas adyacentes sea de 1,5 a 4,0 mm. Más preferiblemente, la anchura media b de al menos el 50 %, preferiblemente de al menos el 75 %, más preferiblemente de al menos el 80 %, aún más preferiblemente de al menos el 90 %, aún más preferiblemente de al menos el 95 % y lo más preferiblemente de todos los elementos separadores entre aberturas adyacentes es de 1,6 a 3,5 mm y lo más preferiblemente de 1,8 a 3,0 mm.

De acuerdo con la presente invención, la relación entre la anchura media b de al menos el 50 % de los elementos separadores entre aberturas adyacentes y el espesor del material de la capa (posteriormente también denominado o abreviado como "s") es de al menos 15. Se obtienen resultados especialmente buenos cuando la relación entre la anchura media b de al menos el 50 % de los elementos separadores entre aberturas adyacentes y el grosor del material de la capa es de al menos 18. Preferiblemente, la relación entre la anchura media de al menos el 75 %, más preferiblemente de al menos el 80 %, aún más preferiblemente de al menos el 90 %, aún más preferiblemente de al menos el 95 % y lo más preferiblemente de todos los elementos separadores entre aberturas adyacentes y el grosor del material de la lámina es de al menos 18.

De acuerdo con la presente invención, la relación entre la distancia máxima D entre al menos dos adyacentes de las al menos dos capas medidas en el plano perpendicular a la dirección longitudinal y la anchura media b de los elementos separadores es de al menos 4. Esto significa que la relación entre la distancia máxima D entre al menos dos adyacentes de las al menos dos capas medidas en el plano perpendicular a la dirección longitudinal y la anchura media b de al menos el 50 %, preferiblemente de al menos el 75 %, más preferiblemente de al menos el 80 %, aún más preferiblemente de al menos el 90 %, aún más preferiblemente de al menos el 95 % y lo más preferiblemente de todos los elementos separadores, es de al menos 4.

Se obtienen resultados especialmente buenos cuando la relación entre la distancia máxima medida en el plano perpendicular a la dirección longitudinal y la anchura media de los elementos separadores entre al menos el 50 %, preferiblemente entre al menos el 75 %, más preferiblemente entre al menos el 80 %, aún más preferiblemente entre al menos el 90 %, aún más preferiblemente entre al menos el 95 % y lo más preferiblemente entre todas las al menos dos capas es de al menos 4.

Además, se prefiere que la relación entre la distancia máxima D entre al menos 50 %, preferiblemente entre al menos 75 %, más preferiblemente entre al menos 80 %, aún más preferiblemente entre al menos 90 %, aún más preferiblemente entre al menos 95 % y lo más preferiblemente entre todas las al menos dos capas medidas en el plano perpendicular a la dirección longitudinal y la anchura media b de los elementos separadores sea de al menos 5 y más preferiblemente de al menos 8.

En un desarrollo ulterior de la idea de la presente invención, se sugiere que la relación entre la distancia máxima D entre al menos el 50 %, preferiblemente entre al menos el 75 %, más preferiblemente entre al menos el 80 %, aún más preferiblemente entre al menos el 90 %, aún más preferiblemente entre al menos el 95 % y lo más preferiblemente entre todas las al menos dos capas medidas en el plano perpendicular a la dirección longitudinal y la anchura media b de los elementos separadores sea de 4 a 15, preferiblemente de 5 a 13 y lo más preferiblemente de 8 a 12.

Se obtienen buenos resultados, en particular, si la distancia máxima D entre al menos el 50 %, preferiblemente entre al menos el 75 %, más preferiblemente entre al menos el 80 %, aún más preferiblemente entre al menos el 90 %, aún más preferiblemente entre al menos el 95 % y lo más preferiblemente entre todas las al menos dos capas medidas en el plano perpendicular a la dirección longitudinal es de 8 a 80 mm, preferiblemente de 12 a 51 mm y lo más preferiblemente de 16 a 30 mm. En consecuencia, es preferible que la anchura de capa W sea de 4 a 40 mm, más preferiblemente de 6 a 25,5 mm y lo más preferiblemente de 8 a 15 mm.

De acuerdo con una realización particular preferida de la presente invención, para al menos una de las al menos dos capas, la relación del área total de las aberturas de la capa dividida por el área de la lámina de la capa, es decir, la fracción vacía de la capa, se sitúa entre el 20 % y el 38 %. El área de la lámina As de una capa es según la presente invención la suma del área física de todos los elementos separadores medidos sólo por un lado y el área total de las aperturas encerradas por los elementos separadores. El área total de las aberturas no es más que la suma de las áreas (sección transversal) A de las aberturas. Además, el área de lámina As de un elemento de empaquetadura estructurado es la suma de las áreas de lámina de las capas incluidas en el elemento de empaquetadura estructurado. Como se ha indicado anteriormente, la fracción vacía de la capa de empaquetadura es la relación entre el área total de las aberturas de esta capa dividida por el área de la lámina de esta capa.

Preferiblemente, para al menos el 50 %, más preferiblemente para al menos el 75 %, aún más preferiblemente para al menos el 80 %, aún más preferiblemente para al menos el 90 %, aún más preferiblemente para al menos el 95 % y lo más preferiblemente para todas las al menos dos capas la fracción vacía de la capa está entre el 20 % y el 38 %. Esto permite obtener las ventajas de la presente invención en un grado particularmente elevado.

Además, se prefiere que para al menos el 50 %, más preferiblemente para al menos el 75 %, aún más preferiblemente para al menos el 80 %, aún más preferiblemente para al menos el 90 %, aún más preferiblemente para al menos el 95 % y más preferiblemente para todas las al menos dos capas la fracción vacía de la capa esté entre el 25 % y el 35 % y lo más preferiblemente entre el 28 % y el 32 %. Esto conduce a una humectación particularmente excelente de las capas del elemento de empaquetadura estructurado de acuerdo con la presente invención.

Se obtienen resultados especialmente buenos si la estructura tipo rejilla de las láminas metálicas expandidas es uniforme, es decir, cuando todas o al menos la mayoría de las aberturas y elementos separadores son idénticos o al menos muy similares entre sí. En vista de ello, se prefiere que al menos el 50 %, más preferiblemente al menos el 75 %, aún más preferiblemente al menos el 80 %, aún más preferiblemente al menos el 90 %, aún más preferiblemente al menos el 95 % y lo más preferiblemente todas las aberturas de cada una de las al menos dos capas tengan un diámetro hidráulico d, que esté entre el 50 y el 150 %, preferiblemente entre el 70 y el 130 %, más preferiblemente entre el 80 y el 120 % y lo más preferiblemente entre el 90 y el 110 % del diámetro hidráulico medio d de todas las aberturas.

Se prefiere que el diámetro hidráulico d de al menos el 50 %, preferiblemente de al menos el 75 %, más preferiblemente de al menos el 80 %, aún más preferiblemente de al menos el 90 %, aún más preferiblemente de al menos el 95 % y lo más preferiblemente de todas las aberturas de cada una de las al menos dos capas sea de 1,25 a 5,0 mm. Aún más preferiblemente, el diámetro hidráulico d de al menos el 50 %, preferiblemente de al menos el 75 %, más preferiblemente de al menos el 80 %, aún más preferiblemente de al menos el 90 %, aún más preferiblemente de al menos el 95 % y lo más preferiblemente de todas las aberturas de cada una de las al menos dos capas es de 2,0 a 4,0 mm, lo más preferiblemente de 2,2 a 3,5 mm.

De acuerdo con una realización alternativa de la presente invención, al menos el 50 %, preferiblemente al menos el 75 %, más preferiblemente al menos el 80 %, aún más preferiblemente al menos el 90 %, aún más preferiblemente al menos el 95 % y lo más preferiblemente todas las aberturas tienen una longitud característica más corta e2 de 1,0 a 4,0 mm y preferiblemente de 2,0 a 3,0 mm y una longitud característica más larga e1 de 2,0 a 8,0 mm, preferiblemente de 2,5 a 7,0 mm y lo más preferiblemente de 3,0 a 6,0 mm. Como se ha indicado anteriormente, la longitud característica más corta e2 de una abertura es la dimensión máxima de la abertura en la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida y la longitud característica más larga e1 de una abertura es la dimensión máxima de la abertura en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida.

En otro desarrollo de la idea de la presente invención, se sugiere que la relación entre la longitud característica más corta e2 de una abertura y la longitud característica más larga e1 de la misma abertura sea de al menos 50 %, preferiblemente de al menos 75 %, más preferiblemente de al menos 80 %, aún más preferiblemente de al menos 90 %, aún más preferiblemente de al menos 95 % y lo más preferiblemente para todas las aberturas de 0,4 a 0,7, preferiblemente de 0,45 a 0,6 y lo más preferiblemente de 0,49 a 0,55. Como se ha expuesto anteriormente, la longitud característica más corta e2 de una abertura es la dimensión máxima de la abertura en la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida y la longitud característica más larga e1 de una abertura es la dimensión máxima de la abertura en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida.

La presente invención no está particularmente limitada en cuanto al material de las láminas metálicas expandidas del elemento de empaquetadura estructurado. Por ejemplo, las láminas metálicas expandidas pueden ser de acero inoxidable o de un compuesto seleccionado del grupo formado por el aluminio, el cobre, el titanio, el circonio y sus aleaciones.

Preferiblemente, el espesor s del material de cada lámina metálica expandida es s = 0,05 a 0,50 mm, más preferiblemente s = 0,08 a 0,20 mm y más preferiblemente s = 0,09 a 0,15.

Normalmente, al menos el 50 %, más preferiblemente al menos el 75 %, aún más preferiblemente al menos el 80 %, aún más preferiblemente al menos el 90 %, aún más preferiblemente al menos el 95 % y lo más preferiblemente todas las aberturas de las capas del elemento de empaquetadura estructurado tienen una sección transversal esencialmente elíptica, lenticular o trapezoidal.

Tras la producción, es decir, el corte y la elasticidad de una placa metálica, la lámina metálica expandida resultante ya no es plana. Esto es el resultado de la deformación, distorsión, flexión o abovedado de elementos separadores individuales y de una deformación relativa de elementos separadores en comparación con otros, por ejemplo, por inclinación. Otras características como las rebabas pueden haber resultado de un proceso de punzonado y, por tanto, contribuir al grosor. La dimensión resultante de la lámina metálica expandida se denomina espesor de la rejilla (posteriormente también denominada o abreviada como "g") y puede ser idéntica al espesor del material de la capa (lo que ocurre, si la lámina expandida es plana, porque se ha aplanado mediante laminación) o hasta varias veces mayor que el espesor del material de la capa. El grosor de la rejilla es típicamente del orden de magnitud de la anchura b del elemento separador y no debe ser mucho mayor que la anchura b. Por lo tanto, la relación entre el grosor de la rejilla g y la anchura media b de los elementos separadores oscila entre más de 0 y aproximadamente 1,2, más preferiblemente entre 0,4 y 1 y más preferiblemente entre 0,5 y 0,8. El grosor de la rejilla g es significativamente menor que la distancia máxima D entre dos capas adyacentes medidas en el plano perpendicular a la dirección longitudinal.

Se prefiere además que la relación entre el grosor medio de la rejilla g de cada capa y el grosor del material de la lámina s sea al menos 6.

En particular, se obtienen buenos resultados cuando el grosor medio de la rejilla g de cada capa (32, 32') es de 1,0 a 1,4 mm, preferiblemente de 1,1 a 1,3 mm y más preferiblemente de 1,15 a 1,25 mm.

La rejilla también se puede aplanar presionando una placa sobre ella como se ha descrito anteriormente.

Otra realización de la presente invención comprende el laminado de la lámina metálica expandida para proporcionar una lámina metálica expandida con una superficie texturizada. Más concretamente, cada una de las deformaciones periódicas, como en particular las ondulaciones, puede tener una superficie de goteo que incluya un frente estampado con una pluralidad de protuberancias y depresiones que definan canales capilares de cruce continuo. Las protuberancias pueden estar dispuestas en relación de tope con protuberancias adyacentes y pueden tener paredes laterales que definan canales entre ellas y una parte posterior estampada idéntica a la parte frontal y que defina canales capilares continuos que se crucen, tal como se describe, por ejemplo, en el documento EP 0190435 B1. Las protuberancias pueden tener un rango de altura similar al grosor de la rejilla g sin ningún tratamiento adicional.

Preferiblemente, la relación entre la distancia máxima D y el grosor de la rejilla g (es decir, D/g) es de al menos 3.

Se obtienen buenos resultados, en particular, cuando la relación entre la distancia máxima D entre cada adyacente de las al menos dos capas medidas en el plano perpendicular a la dirección longitudinal y el diámetro hidráulico medio d de las aberturas es como máximo de 15.

Las láminas metálicas expandidas ofrecen, como se muestra en la figura 7c, una cara rugosa y otra lisa. Preferiblemente, las capas individuales del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado están dispuestas de modo que en el lado rugoso de la capa una capa adyacente está dispuesta con su lado rugoso y que en el lado liso de la capa una capa adyacente está dispuesta con su lado liso.

En un desarrollo ulterior de la idea de la presente invención, se sugiere que al menos el 50 %, preferiblemente al menos el 75 %, más preferiblemente al menos el 80 %, aún más preferiblemente al menos el 90 %, aún más preferiblemente al menos el 95 % y lo más preferiblemente todas las al menos dos capas comprendan deformaciones periódicas, en las que el espacio abierto entre las al menos dos capas esté definido por las deformaciones periódicas. Es particularmente preferible que todas las capas del elemento de empaquetadura estructurado de la presente invención comprendan tales deformaciones periódicas, es decir, que el elemento de empaquetadura estructurado de la presente invención no incluya ninguna capa plana. Preferiblemente, el ángulo (posteriormente también denominado o abreviado como "a") entre cada una de las deformaciones periódicas con respecto a la dirección longitudinal es de 10° a 60°, más preferiblemente de 20° a 50° y más preferiblemente de 25° a 47°, en el que las deformaciones periódicas de las capas adyacentes se orientan preferiblemente en direcciones opuestas.

Por ejemplo, las deformaciones periódicas pueden ser ondulaciones que comprenden una pluralidad de picos y valles orientados alternativamente, en las que los picos de una capa entran en contacto con los valles de una capa adyacente y los valles de una capa entran en contacto con los picos de una capa adyacente, en las que las capas adyacentes están orientadas de tal manera que los picos y los valles de las capas adyacentes se entrecruzan con los picos y los valles de las capas que se extienden oblicuamente con respecto a la dirección longitudinal. Por lo tanto, se prefiere que al menos el 50 %, preferiblemente al menos el 75 %, más preferiblemente al menos el 80 %, aún más preferiblemente al menos el 90 %, aún más preferiblemente al menos el 95 % y lo más preferiblemente todas las al menos dos capas comprendan deformaciones periódicas, en las que las deformaciones periódicas del elemento de empaquetadura transversal sean ondulaciones que comprendan una pluralidad de picos y valles orientados alternativamente, en las que los picos de una capa contactan con los valles de una capa adyacente y los valles de una capa contactan con los picos de una capa adyacente, en las que las capas adyacentes están orientadas de forma que los picos y los valles de las capas adyacentes se entrecruzan con los picos y los valles de las capas que se extienden oblicuamente con respecto a la dirección longitudinal. Por supuesto, también es posible que no todos los picos de una capa contacten con uno o más valles de una capa adyacente, sino que más bien una parte de los picos de una capa contacten con uno o más valles de una capa adyacente y viceversa. Sin embargo, entre dos capas adyacentes deben existir al menos tres puntos de contacto. Preferiblemente en el 30 al 90 % y más preferiblemente en el 50 al 80 % de las ubicaciones, donde los picos y los valles de las capas adyacentes son opuestos entre sí, no hay contacto, mientras que en las ubicaciones restantes los respectivos picos y valles de las capas adyacentes se tocan entre sí.

En particular, se obtienen buenos resultados en esta realización, cuando el ángulo a entre cada uno de los picos y cada uno de los valles con respecto a la dirección longitudinal es de 10° a 60°, preferiblemente de 20° a 50° y más preferiblemente de 25° a 47°, en el que los picos y los valles de las capas adyacentes están orientados preferiblemente en direcciones opuestas. Esto permite una distribución uniforme de la fase ligera en al menos una dirección de la sección transversal del elemento de empaquetadura estructurado. Los ángulos no deben ser demasiado grandes para minimizar la caída de presión y maximizar la capacidad.

Para reducir la pérdida de presión del elemento de empaquetadura estructurado, se propone en un desarrollo posterior de la idea de la presente invención que los picos y los valles se doblen en las porciones terminales de las capas en relación con los picos y los valles de la porción central dispuesta entre las porciones terminales, de modo que la resistencia al flujo en las zonas terminales del elemento de empaquetadura estructurado se reduzca con respecto a la de la zona dispuesta entre las zonas terminales. En consecuencia, los picos y valles de las capas de esta realización no se extienden linealmente. Preferiblemente, los picos y los valles están curvados en las porciones terminales de las capas de modo que se extienden al menos esencialmente en vertical. Esencialmente vertical significa que los picos y valles no están inclinados en los bordes inferior y superior de las capas más de 10°; preferiblemente no más de 5° y más preferiblemente no más de 2° con respecto a la dirección vertical. Las zonas terminales son las zonas superior e inferior de las capas que se extienden desde los bordes superior e inferior de las capas un 30 %, preferiblemente un 25 % y más preferiblemente un 20 % o menos a lo largo de la longitud de la lámina, que es la dirección a lo largo de la dirección longitudinal de la capa. Cada una de las zonas terminales puede tener picos y valles con una altura diferente a los de la zona central, que es la zona de la capa entre las dos zonas terminales. En lugar de prever estas curvas o alturas diferentes en ambas zonas terminales, pueden estar presentes sólo en una de ellas.

De acuerdo con una realización alternativa de la presente invención, las deformaciones periódicas son ondas que tienen una sección transversal cuadrada, triangular, sinusoidal o de tipo meandro que comprende picos y valles, en las que los picos de una capa contactan con los valles de una capa adyacente, y los valles de una capa contactan con los picos de otra capa adyacente, en la que las capas adyacentes están orientadas de tal manera que los picos y los valles de las capas adyacentes se entrecruzan de forma entrelazada con los picos y valles de las capas que se extienden de forma oblicua con respecto a la dirección longitudinal.

En particular, se obtienen buenos resultados en esta realización, cuando el ángulo a entre cada uno de los picos y cada uno de los valles con respecto a la dirección longitudinal es de 10° a 60°, preferiblemente de 20° a 50° y más preferiblemente de 25° a 47°, en el que los picos y los valles de las capas adyacentes están orientados preferiblemente en direcciones opuestas. Esto permite una distribución uniforme de la fase ligera en al menos una dirección de la sección transversal del elemento de empaquetadura estructurado.

La presente invención no está particularmente limitada en cuanto al número de capas que contiene. El número de capas de un elemento de empaquetadura depende del diámetro de la columna de transferencia de masa y del área específica aM necesaria para la transferencia de masa. Cuanto mayor sea la superficie requerida, es decir, cuanto mayor sea el área específica, mayor será el número de capas y, en consecuencia, menor será la distancia máxima D. Aunque el elemento de empaquetadura estructurado es generalmente de forma cilíndrica con sección transversal redonda, también puede haber secciones transversales de otras formas, por ejemplo rectangulares, dependiendo de la forma de la columna de transferencia de calor y/o masa. Si la columna tiene un gran diámetro, el elemento suele subdividirse en segmentos o mosaicos para reducir el peso y permitir la instalación a nivel de piezas.

Se obtienen combinaciones particularmente buenas de eficacia de transferencia de masa y capacidad, cuando el elemento de empaquetadura estructurado según la presente invención tiene un área específica aM de 60 a 750 m2/m3, de 120 a 500 m2/m3 y más preferiblemente de 200 a 450 m2/m3

El área específica aM se define como el área geométrica A<m>del elemento de empaquetadura estructurado dividida por el volumen V<m>que ocupa el elemento de empaquetadura estructurado. El área geométrica A<m>del elemento de empaquetadura estructurado es la suma del área geométrica de todas las capas comprendidas en el elemento, en la que el área geométrica de una capa suma ambos lados de la capa como si no hubiera aberturas ni orificios. En otras palabras, el área geométrica se obtiene aproximadamente multiplicando por dos el área de la lámina As de las capas de empaquetadura, ya que ambos lados de las capas representan el área geométrica.

El área de lámina As de una capa de empaquetadura estructurada se obtiene sumando el área de las aberturas de la capa y el área física Ap de la capa. Ap sólo cuenta la superficie que está físicamente presente. Los agujeros o aberturas no contribuyen al valor. El área de lámina As del elemento de empaquetadura estructurado se obtiene sumando el área de lámina de todas las capas que lo componen.

El área física Ap de una capa de empaquetadura estructurada es la suma de la superficie medida en un lado seleccionado de todos los elementos separadores incluidos en la capa de empaquetadura estructurada. Los bordes del espesor del material de la capa s no contribuyen a esta área. El área física Ap de la empaquetadura es la suma del área física de todas las capas que la componen.

Aparte de las definiciones aM, A<m>, As y A<p>para las áreas, las expresiones "superficie" y "área de superficie" se utilizan de forma más cualitativa o intuitiva en la descripción de la presente invención.

Preferiblemente, el elemento de empaquetadura estructurado tiene una altura de 100 a 300 mm y preferiblemente de 150 a 250 mm.

De acuerdo con otro aspecto, la presente invención se refiere a una columna de transferencia de masa que comprende al menos un elemento de empaquetadura estructurado como el descrito anteriormente.

Preferiblemente, la columna de transferencia de masa comprende de 1 a 10, más preferiblemente de 2 a 8 y más preferiblemente de 2 a 4 lechos, en los que cada lecho comprende al menos un elemento de empaquetadura estructurado como el descrito anteriormente. Preferiblemente, un lecho comprende de 2 a 20, más preferiblemente de 4 a 15 y lo más preferiblemente de 6 a 10 elementos de empaquetadura estructurados. Para lograr una muy buena distribución del gas en el lecho, dos elementos estructurados adyacentes de la empaquetadura se hacen girar a lo largo del eje de la columna que es generalmente paralelo a la dirección longitudinal. El ángulo de rotación es de unos 50 a 120°, más preferiblemente de 70° a 110° y más preferiblemente de 80° a 100°.

Además, se prefiere que la columna de transferencia de masa comprenda un distribuidor por encima de cada uno de los lechos de elementos de empaquetadura estructurados para permitir distribuir de forma al menos esencialmente homogénea la fase pesada durante el funcionamiento de la columna de transferencia de masa sobre la sección transversal del lecho de elementos de empaquetadura estructurados.

De acuerdo con otra realización preferida de la presente invención, se propone que la columna de transferencia de masa comprenda por debajo del fondo de cada lecho de elemento de empaquetadura estructurado un colector, que permita recoger la fase pesada que gotea por las superficies de las capas de los elementos de empaquetadura estructurados durante el funcionamiento de la columna de transferencia de masa.

Las realizaciones específicas de acuerdo con la presente invención se describen posteriormente con referencia a los dibujos adjuntos y mediante ejemplos.

La figura 1 es una vista lateral esquemática de una columna de transferencia de masa que incluye varios elementos estructurados de empaquetadura de canal transversal según una realización de la presente invención.

La figura 2a es una vista en explosión de una parte de las láminas de un elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado según una realización de la presente invención.

La figura 2b es una vista lateral esquemática del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado mostrado en la figura 2a.

La figura 2c muestra dos capas del elemento estructurado de empaquetadura de canal transversal mostrado en la figura 2a.

La figura 3 es una vista fragmentaria de un elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado según otra realización de la presente invención.

Las figuras 4a-f son vistas esquemáticas de diferentes realizaciones de la estructura de rejilla de las láminas metálicas expandidas de las capas del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado según la presente invención.

La figura 5a-b son vistas esquemáticas que ilustran la determinación de la anchura media de un elemento separador y del diámetro hidráulico medio de una abertura.

La figura 6 ilustra la determinación de la porción menos deformada de un elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado hecho de capas onduladas.

La figura 7a es una vista superior esquemática de una lámina metálica expandida de una capa de un elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado según otro ejemplo de la presente invención.

La figura 7b-c son vistas esquemáticas a lo largo de los planos A y B, respectivamente, de la figura 7a.

La figura 8 es una vista esquemática en planta de una lámina metálica expandida de una capa de un elemento estructurado de empaquetadura de canal transversal mostrado en la figura 7.

La figura 9 muestra vistas esquemáticas de la sección transversal de una capa de empaquetadura para ilustrar las definiciones de las áreas Ap (figura 9b), As (figura 9c), Am, Vm y aM (figura 9d).

La figura 10 muestra las curvas de eficacia obtenidas en el ejemplo 1 y en el ejemplo comparativo 1 para una presión de cabeza de la columna de destilación de 960 mbar.

La figura 11 muestra las curvas de eficacia obtenidas en el ejemplo 1 y en el ejemplo comparativo 1 para una presión de cabeza de la columna de destilación de 100 mbar.

La figura 12 muestra las caídas de presión obtenidas en el ejemplo 1 y en el ejemplo comparativo 1 para una presión de cabeza de la columna de destilación de 100 mbar.

La figura 13 muestra las curvas de eficacia obtenidas en el ejemplo 2 y en los ejemplos comparativos 2 y 3 para una presión de cabeza de la columna de destilación de 960 mbar.

La figura 14 muestra las curvas de eficacia obtenidas en el ejemplo 2 y en los ejemplos comparativos 2 y 3 para una presión de cabeza de la columna de destilación de 100 mbar.

La figura 15 muestra las caídas de presión obtenidas en el ejemplo 2 y en los ejemplos comparativos 2 y 3 para una presión de cabeza de la columna de destilación de 100 mbar.

La figura 1 muestra una vista lateral esquemática de una columna de transferencia de masa 10 y, más concretamente, de una columna de destilación 10 según una realización de la presente invención (el interior transparente de la figura sólo tiene fines ilustrativos). También con fines ilustrativos, la estructura de rejilla de las capas no se muestra en la figura 1, sino sólo en la figura 4. La columna de destilación 10 comprende una pluralidad de elementos estructurados de empaquetadura de canal transversal 12, que están dispuestos en forma de dos lechos 14, 14'. Encima de cada uno de los dos lechos 14, 14' se dispone un distribuidor 16, 16' para distribuir uniformemente el líquido sobre la sección transversal del lecho, dejando al mismo tiempo espacio suficiente para que el vapor ascienda a través de él. Debajo de cada lecho 14, 14' se dispone un dispositivo de retención tipo rejilla 18 y un colector 20, en el que el dispositivo de retención tipo rejilla 18 mantiene el lecho 14 en su posición y el colector 20 recoge el líquido que gotea del lecho 14, mientras que en el colector se deja un espacio abierto suficiente para que el vapor ascienda.

Durante el funcionamiento de la columna de destilación 10, el gas asciende como fase ligera desde abajo hacia arriba, mientras que el líquido como fase pesada desciende en contracorriente desde arriba hacia abajo de la columna de destilación 10. Más concretamente, el líquido es distribuido de forma esencialmente homogénea por el distribuidor 16 sobre la sección transversal del lecho 14 y se escurre a lo largo de las superficies de las capas de los elementos estructurados de empaquetadura de canal transversal 12. Entre las diferentes capas de los elementos estructurados de empaquetadura de canal transversal 12 se proporcionan espacios abiertos, que se llenan con el gas y proporcionan una trayectoria para que el gas ascienda, mientras es impulsado por un gradiente de presión. Al permitir que el líquido se extienda por la superficie de las capas de los elementos estructurados de empaquetadura de canal transversal 12, se crea una gran interfaz entre las dos fases, de modo que se establece en la interfaz una transferencia eficaz de calor y masa entre el líquido y el gas. En la parte inferior del lecho 14, el líquido se recoge en el colector 20 y se conduce a través de la tubería 22 hasta el distribuidor 16' situado encima del segundo lecho 14'.

Las figuras 2a a 2c muestran un elemento de empaquetadura estructurado de canal transversal 12 del denominado tipo de empaquetadura de láminas onduladas de canal transversal. A efectos ilustrativos, la estructura de rejilla de las capas no se muestra en la figura 2, sino sólo en la figura 4. El elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado 12 está ensamblado a partir de una pluralidad de láminas onduladas 24, 24', que son paralelas y están en contacto entre sí. Cada una de las láminas onduladas 24, 24' es una rejilla como se ha descrito anteriormente y como se describe con más detalle a continuación según las figuras 4. En la parte inferior derecha de la figura 2c se indica esquemáticamente la estructura de rejilla de una parte de la lámina ondulada 24. Como se desprende de la especificación anterior, de hecho todas las láminas onduladas 24, 24' están formadas por dichas rejillas, que no se muestran en las figuras 2a a 2c únicamente por motivos ilustrativos. En la presente realización, las láminas onduladas 24, 24' están hechas de material de lámina expandida, es decir, se preparan cortando y estirando una placa metálica fina y deformando después la lámina metálica expandida hasta obtener las láminas onduladas 24, 24'.

Las láminas metálicas onduladas 24, 24' se fijan entre sí mediante varias varillas (no mostradas) que penetran en las láminas onduladas 24, 24' perpendicularmente a la sección longitudinal de las láminas onduladas 24, 24', en las que las varillas se fijan con la primera y la última lámina ondulada mediante una arandela y una tuerca o doblando las varillas o por cualquier otro medio (no mostrado). Cada lámina ondulada 24, 24' comprende una pluralidad de picos 26 y valles 28 orientados alternativamente, en los que las láminas onduladas adyacentes 24, 24' están orientadas de tal manera que las ondulaciones 26, 28 de las láminas onduladas adyacentes 24, 24' se entrecruzan de forma entrelazada con las ondulaciones 26, 28 de las láminas onduladas 24, 24' que se extienden oblicuamente con respecto a la dirección longitudinal, formando así canales inclinados 30 que se cruzan continuamente. Más concretamente, el ángulo a entre cada uno de los picos 26 y cada uno de los valles 28 con respecto a la dirección longitudinal V es de 10° a 60°, preferiblemente de 20° a 50° y más preferiblemente de 25° a 47°, en el que los picos 26 y los valles 28 de las capas adyacentes 32, 32' o 24, 24', respectivamente, están orientados en direcciones opuestas. Los canales 30 definen una distancia máxima D entre láminas corrugadas adyacentes 24, 24', como por ejemplo de 20 mm. Estos canales 30 influyen positivamente en los flujos de la fase gaseosa y de la fase líquida dentro del elemento de canal transversal de empaquetadura estructurado 12 y facilitan la transferencia de masa entre las fases. Es decir, la fase gaseosa y la fase líquida se ponen en contacto en los canales 30 del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado 12 y se facilita así la transferencia de masa así como la transferencia de calor entre las fases. Más concretamente, el gas ascendente entra en contacto con el líquido, presente en la superficie de las láminas onduladas 24, 24' que definen los canales 30, cuando fluye hacia abajo a través de la columna de transferencia de masa. En total, la fase ligera fluye a través del espacio abierto o de los canales 30, respectivamente, sin que se produzca un flujo de derivación a través de las aberturas 40 de la rejilla 38 de las capas 32, 32' del elemento de empaquetadura estructurado de canal transversal 12. Esto conduce a una transferencia de masa y energía especialmente eficaz entre las fases ligera y pesada. Además, la forma de entrelazado de los canales 30 conduce a una distribución óptima de las fases de izquierda a derecha.

La figura 3 muestra una vista fragmentaria de un elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado de acuerdo con una realización alternativa. El elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado de la figura 3 es similar al mostrado en las figuras 2a a 2c, excepto en que las láminas onduladas 24, 24' no comprenden picos y valles de extensión lineal, sino que los picos 26, 26' y los valles de las láminas onduladas 24, 24' están doblados en las porciones terminales 33, 33' de forma que se extienden en las porciones terminales 33, 33' de las láminas onduladas 24, 24' esencialmente en dirección vertical. En la figura 3, las líneas continuas representan los picos 26 de las ondulaciones en la cara de la lámina ondulada 24 presentada al espectador, mientras que las líneas discontinuas 26' representan los picos de las ondulaciones en la cara correspondiente de la lámina ondulada 24' inmediatamente posterior a la que está a la vista. Al doblar las porciones o zonas terminales 33, 33', respectivamente, de forma que se extiendan en las porciones terminales 33, 33' de las láminas onduladas 24, 24' esencialmente en dirección vertical, la resistencia al flujo de las porciones terminales 33, 33' de las láminas onduladas 24, 24' se reduce en comparación con la resistencia al flujo de las porciones que se encuentran entre las porciones terminales 33, 33' de las láminas onduladas 24, 24'. De este modo se reduce la pérdida de presión del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado. Las zonas terminales son las zonas superior e inferior 33, 33' de las láminas onduladas 24, 24' que se extienden desde los bordes superior e inferior de las láminas onduladas 24, 24' un 30 %, preferiblemente un 25 % y más preferiblemente un 20 % o menos a lo largo de la longitud de las láminas onduladas 24, 24', que es la dirección a lo largo de la dirección longitudinal de las láminas onduladas 24, 24'. Cada una de las zonas terminales 33, 33' puede tener picos 26, 26' y valles con una altura diferente a los de la zona central, que es la zona de la capa entre las dos zonas terminales 33, 33'. Características como la diferente altura o la curvatura pueden estar presentes sólo en ambas zonas terminales 33, 33' de las láminas onduladas 24, 24'.

Las figuras 4a a 4f son vistas esquemáticas de diferentes realizaciones de la rejilla 38 que forma las capas 32 del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado 12 según la presente invención, que son por ejemplo adecuadas para ser utilizadas en un elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado como el mostrado en cualquiera de las figuras 2a a 2c y 3. La rejilla 38 de la capa 32 del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado que se muestra en la figura 4a comprende aberturas 40 con una sección transversal cuadrilátera, en la que las aberturas 40 están rodeadas y separadas entre sí por elementos separadores 42. Los elementos separadores 42 son tiras finas con una anchura media b de, por ejemplo, 2 mm, en las que los elementos separadores 42 rodean completamente las aberturas 40. Las dos longitudes laterales a - a2 de las aberturas 40 se seleccionan de modo que den como resultado una abertura 40 con un diámetro hidráulico adecuado d de, por ejemplo, 3 mm. Como se sabe en la materia, el diámetro hidráulico d puede calcularse de acuerdo con la fórmula 4 A / P, en la que A es el área de la sección transversal de la abertura 40 y P es el perímetro de la abertura 40.

La rejilla 38 se fabrica simplemente con material de lámina expandida, es decir, cortando y estirando una placa metálica fina y deformando después la lámina metálica expandida hasta darle la forma deseada, por ejemplo, la de una lámina ondulada.

Las rejillas 38 con una geometría diferente de las aberturas 40 y una geometría diferente de los elementos separadores 42 se muestran en las figuras 4b a 4f. Las aberturas 40 de las rejillas 38 de las figuras 2b y 2c son cuadriláteras, mientras que las aberturas 40 de la rejilla 38 de la figura 2d son irregulares y las aberturas 40 de las rejillas 38 de las figuras 2e y 2f son elipsoidales. También pueden tener forma lenticular.

A continuación, la determinación de la anchura b de un elemento separador 42 y del diámetro hidráulico d de una abertura 40 de la rejilla 38 de un elemento de empaquetadura estructurado de acuerdo con la presente invención se describe con referencia a las figuras 5a y 5b. En primer lugar, se realizan varias vistas en planta de una de las aberturas 40, 40' del elemento de empaquetadura estructurado 12 tomando tres imágenes fotográficas 44a, 44b, 44c de la abertura 40 bajo diferentes ángulos. Las vistas en planta de las imágenes fotográficas 44a, 44b, 44c de la abertura 40 están tomadas a lo largo del eje normal del plano definido por los bordes adyacentes 48, 48' del elemento separador 42. La imagen fotográfica 44b que representa la abertura 40 más grande se toma entonces como la vista en planta de la abertura 40. Se utiliza una longitud de referencia z para determinar longitudes y tamaños en la vista en planta. Esto se consigue identificando o marcando una determinada distancia z en el objeto real en la vecindad de la abertura 40 y midiendo su longitud. La relación entre la longitud efectiva z' de esta distancia en la vista en planta y la distancia aparente z medida en el objeto real se utiliza para escalar todas las demás distancias que se miden en la vista en planta.

Para determinar la anchura b de un elemento separador 42, el elemento separador 42 de la vista en planta se divide en secciones individuales 46 designadas i=1, 2, 3... n cada una de las cuales tiene una longitud de sección di. Para cada una de las secciones, se mide la distancia bi más corta entre los bordes adyacentes 48, 48' dentro de las secciones 46. La suma de los productos di bi dividida por la suma de di multiplicada por el coeficiente z/z' da la anchura media b del elemento separador 42.

El diámetro hidráulico de la abertura 40 se calcula con la fórmula 4 A / P, en la que A es el área de la sección transversal de la abertura 40 y P es el perímetro de la misma abertura 40. El área en sección transversal de la abertura 40 está subdividida en un número j=1, 2, 3... m de secciones 50 cada una de las cuales tiene una forma simple. El área de cada sección 50 se designa Aj y se calcula utilizando medidas básicas y la fórmula geométrica básica. El área A de la abertura 40 se obtiene sumando todas las áreas Aj determinadas en la abertura 40.

El perímetro P de la abertura 40' se determina subdividiendo el perímetro P de la abertura 40' en un número de k=1, 2, 3... K líneas rectas individuales Pkque mejor se aproximen a la abertura 40' y representarla mediante un polígono cerrado. Sumando las longitudes de estas líneas rectas Pk, se obtiene el perímetro P De nuevo, las longitudes deben traducirse a longitudes reales utilizando la relación z/z' definida anteriormente.

La figura 6 ilustra la determinación de la porción menos deformada de un elemento de empaquetadura estructurado formado por láminas onduladas 24, 24' como capas 32, 32'. Como se ha expuesto anteriormente, en las realizaciones preferidas de la presente invención, las capas 32, 32' del elemento de empaquetadura estructurado 12 están hechas de lámina metálica expandida, es decir, cortando y estirando una placa metálica fina y deformando después la lámina metálica expandida hasta convertirla, por ejemplo, en láminas onduladas 24, 24'. Tras este procesamiento, es probable que las aberturas y los elementos separadores se deformen y/o se estiren alrededor de los picos 26 y los valles 28 de las ondulaciones de las láminas onduladas 24, 24'.

Sin embargo, los flancos inclinados, que están definidos por la porción aproximadamente recta de la rejilla que conecta los picos 26 y los valles 28, incluyen aberturas y elementos separadores de tamaños casi sin modificar, porque la deformación es menos pronunciada allí. Por lo tanto, se prefiere según la presente invención medir las dimensiones sólo en la porción de la capa menos deformada, que se designa como "porción menos deformada" de las láminas onduladas 24, 24'. Esta "porción menos deformada" se define como sigue: La lámina ondulada tiene una anchura media de capa W. Esta anchura media de capa viene determinada por la amplitud de la mayoría de los picos 26 y valles 28 de la capa 24. Un plano superior y otro inferior representados por dos líneas discontinuas en la figura inferior se trazan para tocar la mayoría de los picos 26 y los valles 28 de la capa. La distancia entre estas dos líneas discontinuas se denomina anchura media de las capas W, y suele ser aproximadamente la mitad de la distancia máxima D. El valor W es muy a menudo un valor constante, pero puede variar en el caso más general, ya que no es necesario que los dos planos sean paralelos y un elemento de empaquetadura puede contener capas de anchura diferente. Se define un tercer plano central 52, que se coloca de tal manera, que desde cada punto de este plano central 52, la distancia medida al plano superior y al plano inferior es idéntica. La porción menos deformada de la capa ondulada 24, que se tendrá en cuenta a la hora de determinar las dimensiones características de la rejilla, está delimitada por un plano límite superior y otro inferior 54, 54', que se sitúan a ±20 %, más preferiblemente ±30 % y lo más preferiblemente ±40 % de W alrededor del plano central 52. Las aberturas y los elementos separadores de esta porción menos deformada, es decir, las aberturas y los elementos separadores que se encuentran entre estos dos planos límite 54, 54', se analizan al determinar los parámetros, como el diámetro hidráulico medio de los orificios y las anchuras medias de los elementos separadores. Según una realización de la presente solicitud de patente para al menos el 90 % de los orificios entre los planos limitadores es válido lo siguiente: Cada abertura con su sistema circundante de elementos separadores tendrá el mismo aspecto e idéntico diámetro hidráulico d. Los elementos separadores circundantes tendrán en promedio la misma anchura b. Una capa de elementos de empaquetadura estructurados que cumpla esta afirmación se considera una capa formada por una rejilla uniforme.

Las observaciones anteriores también son válidas para capas de cualquier forma diferente. No se limita a las capas onduladas.

La figura 7a es una vista superior esquemática de una lámina metálica expandida de una capa de un elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado según otro ejemplo de la presente invención. La vista superior se ha realizado tomando una imagen fotográfica de la lámina metálica expandida después de haberla aplanado colocando la lámina metálica expandida sobre una superficie plana, poniendo una placa en la parte superior de la lámina metálica expandida y presionando a continuación una placa en la parte superior de la lámina metálica expandida hacia abajo con una presión lo suficientemente baja como para que sólo se aplane la lámina metálica expandida, sin cambiar la geometría y las dimensiones de los elementos separadores y las aberturas. La lámina metálica expandida comprende aberturas 40, 40', 40", 40" de forma esencialmente trapezoidal, separadas entre sí por los elementos separadores 42. Por consiguiente, las aberturas 40, 40', 40" tienen una longitud característica más corta e2 y una longitud característica más larga ei, en las que la longitud característica más corta e2 de una abertura 40, 40', 40" es la dimensión máxima de la abertura en la dirección de elasticidad SD de la lámina metálica expandida y la longitud característica más larga ei de una abertura 40, 40', 40" es la dimensión máxima de la abertura en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad SD de la lámina metálica expandida. La dirección de elasticidad SD de la lámina metálica expandida es aquella dirección a lo largo de la cual se ha estirado la lámina metálica durante la producción de la lámina metálica expandida. Por ejemplo, la longitud característica más larga ei de las aberturas 40, 40', 40" se determina midiendo la distancia entre el punto más exterior izquierdo y el punto más exterior derecho del borde de la abertura 40" en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad Sd de la lámina metálica expandida, mientras que la longitud característica más corta e2 de las aberturas 40, 40', 40" puede determinarse midiendo la distancia entre el punto más superior y el punto más inferior del borde de la abertura 40. Para determinar con especial precisión las longitudes características ei y e2, las dimensiones respectivas pueden medirse para al menos 5 aberturas diferentes 40, 40', 40" y más preferiblemente para al menos 10 aberturas diferentes 40, 40', 40" y dividiendo entonces la suma de los valores medidos por cinco o diez, respectivamente.

La distancia ui entre dos aberturas 40, 40', 40" adyacentes en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad SD de la lámina metálica expandida adyacentes entre sí y separadas por un elemento separador 42 se determina midiendo la distancia entre el punto más exterior de un lado del borde de la abertura 40 y el punto más exterior del mismo lado del borde de la abertura 40" adyacentes en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad SD de la lámina metálica expandida. En la figura 7a, la distancia ui se determina midiendo la distancia entre el punto más exterior del lado izquierdo del borde de la abertura 40 y el punto más exterior del lado izquierdo del borde de la abertura 40" que es adyacente en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad SD de la lámina metálica expandida. Además, la distancia u2 entre dos aberturas 40, 40' que se encuentran en la dirección de elasticidad SD de la lámina metálica expandida adyacentes entre sí y separadas por el elemento separador 42 se determina midiendo la distancia entre el punto más exterior de un lado del borde de la abertura 40 en la dirección de elasticidad SD de la lámina metálica expandida y el punto más exterior del mismo lado del borde de la abertura 40' que se encuentra adyacente en la dirección de elasticidad SD de la lámina metálica expandida. En la figura 7a, la distancia u2 se determina midiendo la distancia entre el punto más alto del lado superior del borde de la abertura 40 en la dirección de elasticidad SD de la lámina metálica expandida y el punto más alto del lado superior del borde de la abertura 40' adyacente en la dirección de elasticidad SD de la lámina metálica expandida. Para determinar con especial precisión la distancia ui, ésta puede determinarse midiendo la distancia entre el punto más exterior de un lado del borde de una abertura 40 en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida y el punto más exterior del mismo lado del borde de la quinta o décima abertura adyacente en la misma dirección de la lámina metálica expandida y dividiendo la distancia por cuatro o nueve, respectivamente. Asimismo, la distancia u2 puede determinarse midiendo la distancia entre el punto más exterior de un lado del borde de la abertura 40 en la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida y el punto más exterior del mismo lado del borde de la quinta o décima abertura adyacente dispuesta en la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida y dividiendo la distancia por cuatro o nueve, respectivamente.

i7

Una vez más, las dimensiones determinadas en la imagen fotográfica pueden traducirse a las longitudes reales utilizando el coeficiente z/z' definido anteriormente.

A partir de los valores anteriores, el área de las aberturas 40, 40', 40", 40"' y la longitud del perímetro P pueden obtenerse mediante las siguientes ecuaciones si las aberturas tienen una forma exactamente rómbica:

Además, la lámina metálica expandida puede caracterizarse mediante el factor de elasticidad, que se define como fs= u2/2b.

Las figuras 7b y 7c son vistas esquemáticas a lo largo de los planos A de la figura 7a y B de la figura 7b, respectivamente. Como muestran estas figuras, la lámina metálica expandida resultante del proceso de producción, es decir, cortando y estirando una placa metálica, ya no es plana. Esto es el resultado de la deformación, distorsión, flexión o abovedado de elementos separadores individuales y de una deformación relativa de elementos separadores en comparación con otros, por ejemplo, por inclinación. Otras características como las rebabas pueden haber resultado de un proceso de punzonado y, por tanto, contribuir al grosor. La dimensión resultante de la lámina metálica expandida es el grosor de la rejilla g y puede ser idéntica al grosor del material de la capa (lo que ocurre, si la lámina expandida es plana, porque se ha aplanado mediante laminado) o hasta varias veces mayor que el grosor del material de la capa. Otra realización de la presente invención comprende el laminado de la lámina metálica expandida para proporcionar una lámina metálica expandida con una superficie texturizada. Más concretamente, cada una de las deformaciones periódicas, como en particular las ondulaciones, puede tener una superficie de goteo que incluya un frente estampado con una pluralidad de protuberancias y depresiones que definan canales capilares de cruce continuo. Las protuberancias pueden estar dispuestas en relación de tope con protuberancias adyacentes y pueden tener paredes laterales que definan canales entre ellas y una parte posterior estampada idéntica a la parte frontal y que defina canales capilares continuos que se crucen, tal como se describe, por ejemplo, en el documento EP 0190435 B1. Las protuberancias pueden tener un rango de altura similar al grosor de la rejilla g sin ningún tratamiento adicional. El grosor de la rejilla g suele ser del orden de magnitud de la anchura b del elemento separador y no debe ser mucho mayor que la anchura b. Por lo tanto, la relación entre el grosor de la rejilla g y la anchura media b de los elementos separadores oscila preferiblemente entre 0,5 y 0,8. El grosor de la rejilla g es significativamente menor que la distancia máxima D entre dos capas adyacentes medidas en el plano perpendicular a la dirección longitudinal.

La figura 8 es una vista esquemática en planta de la lámina metálica expandida de una capa del elemento estructurado de empaquetadura de canal transversal mostrado en la figura 7. La vista en planta se obtiene como se ha descrito anteriormente.

La figura 9 muestra vistas esquemáticas de la sección transversal de una capa de empaquetadura para explicar cómo distinguir las distintas expresiones del área de las superficies. La figura 9a muestra una sección transversal de una capa típica del elemento de empaquetadura estructurado 12. El material que forma los elementos separadores 42 está representado por las líneas negras, mientras que las porciones blancas representan las aberturas 40, 40' de la capa 32, 32'. Cada porción negra es una sección transversal a través de un elemento separador 42. El grosor de las líneas negras representa el grosor s del material de la capa. En las figuras 8b a 8d, las áreas de esta capa se representan sólo con líneas más delgadas que siguen el contorno de la capa. En la figura 9b se muestra el área física AP de una capa de empaquetadura estructurada 32, 32'. Es la suma de la superficie medida en un lado seleccionado de todos sus elementos separadores 42. Los bordes (que tienen una anchura típica s) 48, 48' de los elementos separadores 42 no contribuyen a esta área. Más bien, Ap cuenta sólo la superficie que está físicamente presente. Por lo tanto, los agujeros no contribuyen al valor. El área física Ap del elemento de empaquetadura estructurado 12 es la suma del área física Ap de todas las capas 32, 32' que lo componen. La figura 9c define el área de la lámina As de una capa de empaquetadura. Este se obtiene sumando el área de las aberturas de la capa y el área física AP de la capa. El área de lámina As del elemento de empaquetadura estructurado 12 se obtiene sumando el área de lámina As de todas las capas 32, 32' que lo componen. El área geométrica de la capa Am definida en la figura 9d suma ambos lados de la capa como si no hubiera aberturas 40, 40' u orificios. En otras palabras, el área geométrica A<m>se obtiene aproximadamente multiplicando por dos el área de lámina As de las capas de empaquetadura, ya que ambos lados de las capas representan el área geométrica AM. El área específica aM se define como el área geométrica AM del elemento de empaquetadura estructurado dividida por el volumen VM que ocupa el elemento de empaquetadura estructurado.

Ejemplos y ejemplos comparativos

El elemento de empaquetadura estructurado 12 que se muestra en la figura 2 se probó en una columna de destilación. El procedimiento estándar comúnmente conocido determina la caída de presión sobre el lecho de la empaquetadura y la eficacia de la transferencia de masa utilizando una mezcla binaria en condiciones de reflujo total. La patente EP 0995 958 B1 describe una prueba de este tipo con oxígeno y argón a una presión de 22 psia. US 6,874,769 B2 describe para probar elementos de empaquetadura estructurados utilizando la mezcla binaria de ebullición próxima paraxileno y ortoxileno. En la presente invención se utilizó una mezcla binaria de características ideales similares a esta última, a saber, monoclorobenceno (como caldera baja) y etilbenceno (como caldera alta). Otras mezclas binarias ideales de ebullición próxima estándar para evaluar el rendimiento de los equipos de destilación se especifican en U. Onken, W. Arlt: "Recommended Test Mixtures for Distillation Columns", 2da edición 1990, The Institution of Chemical Engineers, Rugby, Inglaterra. ISBN 0-85295-248-1.

El fondo de una columna de destilación se llenó con una cantidad suficiente de la mezcla binaria para mantener un nivel de líquido decente durante el funcionamiento de la columna. Se puso en marcha el rehervidor, se vaporizó continuamente una parte de la mezcla líquida y el vapor ascendió hacia la cabeza de la columna. El caudal del vapor puede expresarse en términos del factor F y suele determinarse indirectamente mediante el balance energético en el rehervidor o en el condensador en la cabeza de la columna. El condensador enfrió el vapor de forma que se condensó de nuevo en líquido. En las condiciones preferidas de reflujo total, toda la cantidad de líquido se devolvió a la parte superior del lecho de empaquetadura, donde se distribuyó mediante un distribuidor. El distribuidor es típicamente un dispositivo que comprende canales que reciben el líquido y proporcionan un conjunto uniformemente espaciado de orificios a través de los cuales el líquido puede gotear hacia abajo sobre la empaquetadura superior del lecho de empaquetadura estructurado. Tras el goteo a través del lecho de empaquetadura estructurado, toda la cantidad de líquido se recolectó en el fondo de la columna o en el fondo del lecho mediante un colector, desde donde se envió de nuevo al fondo de la columna. En el fondo, el líquido se unió a la piscina de líquido de la que se vaporizó de nuevo. Se estableció una presión de cabeza constante p controlando el servicio de refrigeración del condensador en combinación con una bomba de vacío para eliminar los gases inertes sobrantes.

Tras un cierto tiempo de funcionamiento con un servicio constante del rehervidor, se alcanzó una condición de estado estacionario. En este punto, se leyeron la caída de presión sobre el lecho de la empaquetadura y las temperaturas en los puntos relevantes a lo largo de la columna, y se tomaron muestras superior e inferior de la mezcla del distribuidor en la parte superior del lecho de la empaquetadura y del colector en el extremo inferior del lecho de la empaquetadura o del sumidero. Se midieron varios puntos de funcionamiento variando el servicio de calefacción (y refrigeración), que afecta al factor F (flujo de vapor) y al flujo de líquido relacionado a través del lecho de la empaquetadura mientras se mantenía invariable la presión de cabeza. El mismo experimento se repitió para varios ajustes de la presión de la cabeza.

Las composiciones de las muestras se analizaron mediante un cromatógrafo de gases calibrado. Las muestras superior e inferior variaron por la cantidad de caldera baja que contienen. En la muestra superior se encontró más caldera baja, es decir, el compuesto con la temperatura de ebullición más baja, que en la muestra inferior. Una vez conocidas las composiciones binarias, se utilizó la ecuación según Fenske (M. R. Fenske, Ind. Engng. Chem. 24, p. 482, 1932) se aplicó para determinar el número de Etapas Teóricas por Metro (NTSM). A veces, se utilizaba el valor inverso HETP, que se denomina Altura Equivalente a una Placa Teórica. HETP = 1 / NTSM

Un NTSM alto (o un HETP bajo) significa una buena eficacia de transferencia de masa.

El factor F se define por:

en donde<vg>es la velocidad media del vapor ascendente, que puede determinarse a partir del caudal de masa mediante un balance energético en el rehervidor. La segunda variable<pg>es la densidad de vapor en el equilibrio vapor/líquido correspondiente. Debido al cambio de presión y temperatura a lo largo de la columna, la densidad de vapor y otras propiedades físicas de los fluidos variaron a lo largo de la columna, pero la información relevante está disponible para la mezcla binaria. Tales variaciones exigen seleccionar una definición adecuada del factor F. Puede determinarse mediante las propiedades válidas en las condiciones de la parte superior o inferior del lecho de empaquetadura. Como alternativa, se puede calcular un valor medio teniendo en cuenta la variación en todo el lecho. A efectos de comparación sirve cualquiera de los enfoques posibles, siempre que se utilice el mismo enfoque para todas las pruebas.

Un factor F elevado significa un caudal de masa elevado en la columna. El valor de F alcanzable suele estar limitado por la inundación que determina la capacidad de una empaquetadura. A veces se utiliza el factor de capacidad c en lugar de F, que se obtiene dividiendo F por la raíz cuadrada de la diferencia de densidad del líquido y el vapor.

La caída de presión sobre el lecho de la empaquetadura fue otro resultado relevante del experimento. Se obtuvo como la diferencia de las lecturas de presión en la parte superior y en la parte inferior del lecho de la empaquetadura tras dividir por la altura del lecho H<b>:

A P / A z= ( ptop - Pbottom ) / H<b>

En los ejemplos y ejemplos comparativos se utilizaron cinco tipos de elementos de empaquetadura estructurados, que se denominaron P1-250, R-250, P2-500, P3-500 y R-500. Mientras que los elementos de empaquetadura estructurados P1-250 y P2-500 eran elementos de empaquetadura estructurados de láminas onduladas de canal transversal formados por capas conformes a la presente invención, los elementos de empaquetadura estructurados P3-500, R-250 y R-500 eran elementos de empaquetadura estructurados no conformes a la presente invención. Más concretamente, los elementos de empaquetadura estructurados R-250 y R-500 eran empaquetaduras de láminas onduladas de canal transversal estándar conocidos, con agujeros perforados (que dan lugar a una fracción vacía de las capas de aproximadamente el 10 %) y texturización de la superficie, tal como se describe en GB 1,569,828 y en US 4,981,621que se distribuyen comercialmente con los nombres Mellapak 250.Y y Mellapak 500.X. Todos los elementos de empaquetadura estructurados tenían una altura de unos 200 mm. Los parámetros relevantes de los elementos de empaquetadura estructurados mencionados se resumen en la tabla 1.

Tabla 1

Ejemplo 1 y ejemplo comparativo 1

El elemento de empaquetadura estructurado según la invención P1-250 y el elemento de empaquetadura estructurado de referencia R-250 no conforme con la presente invención se probaron en una columna de destilación de 1 m de diámetro interior a reflujo total utilizando monoclorobenceno y etilbenceno a presiones de cabeza de p=960 mbar (próxima a la atmosférica) y p=100 mbar. Los lechos de empaquetadura tenían una altura de 4,3 m. Las curvas de eficiencia obtenidas se muestran en la Figura 10 y la Figura 11. En ambos casos, el elemento de empaquetadura estructurado P1-250 según la invención mostró en comparación con el elemento de empaquetadura estructurado de referencia R-250 una mayor eficacia de transferencia de masa (mayor NTSM) e incluso una capacidad ligeramente ampliada, que se caracteriza por el factor F, donde la eficacia cae en picado repentinamente. Es notable y sorprendente que el elemento de empaquetadura estructurado P1-250 con un 30 % menos de utilización de material (y un 20 % menos de área física A<p>) que el elemento de empaquetadura estructurado de referencia R-250 consiga el mejor resultado de transferencia de masa.

Las caídas de presión de ambos elementos de empaquetadura estructurados se muestran en la Figura 12 y fueron muy similares. En consecuencia, el elemento de empaquetadura estructurado P1-250 según la invención tenía una caída de presión mayor con un factor F bajo, pero la pendiente era menor, lo que proporcionaba a la nueva empaquetadura su ventaja de capacidad y una caída de presión menor con caudales elevados.

Ejemplo 2 y ejemplos comparativos 2 a 3

El elemento de empaquetadura estructurado P2-500 según la invención y el elemento de empaquetadura estructurado de referencia R-500 se probaron en una columna de 0,25 m de diámetro interior a reflujo total utilizando monoclorobenceno y etilbenceno a presiones de cabeza de p=960 mbar y p=100 mbar. Además, se probó el elemento de empaquetadura estructurado P3-500. A pesar de su similitud con P2-500, el elemento de empaquetadura estructurado P3-500 era bastante diferente en la medida en que los parámetros geométricos significativos se ajustan a valores fuera de los rangos de valores numéricos especificados en la presente invención. Más concretamente, para el elemento de empaquetadura estructurado P3-500, la relación entre la distancia u1 entre aberturas adyacentes medidas perpendicularmente a la dirección de elasticidad y la anchura media de los elementos separadores u-i/b era de 7,2 y la relación entre la anchura media de los elementos separadores y el grosor del material de la capa b/s era de 7, es decir, ambas relaciones estaban fuera de los rangos de valores numéricos especificados por tanto en la presente invención. Los lechos de empaquetadura con P2-500 y P3-500 tenían una altura de 2,4 m y el lecho de empaquetadura con la referencia R-500 tenía una altura de 2,6 m.

Las curvas de eficacia obtenidas para estos elementos de empaquetadura estructurados se muestran en la Figura 13 y la Figura 14 y las caídas de presión obtenidas para estos elementos de empaquetadura estructurados en la Figura 15.

La mejor eficacia del elemento de empaquetadura estructurado P2-500 según la presente invención en comparación con los elementos de empaquetadura estructurados P3-500 y R-500 (no conformes con la presente invención) puede deducirse fácilmente en las Figuras 13 y 14 tanto para una presión de cabeza de 960 mbar como para una presión de cabeza de 100 mbar. La dispersión en la eficiencia de la transferencia de masa es especialmente llamativa en la presión de cabeza baja. Curiosamente, el P3-500 tiene una buena capacidad, pero la eficiencia es significativamente inferior a la del R-500. Los dos elementos de empaquetadura estructurados P2-500 y P3-500 tienen inicialmente una caída de presión superior a la del R-500, pero a medida que aumenta F, ganan ventaja y la mayor capacidad de ambos también puede reconocerse en este gráfico.

Lista de números de referencia y abreviaturas

10 Columna de transferencia de masa / columna de destilación

12 Elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado

14, 14' Lechos de elementos de empaquetadura estructurados

16, 16' Distribuidor

18 Dispositivo de sujeción

20 Recolector

22 Tubería

24, 24 Láminas onduladas

26 Pico de una capa

26' Pico de una capa adyacente

28 Valle

30 Canal / espacio abierto

32, 32' Capas

33, 33' Porciones terminales de una lámina ondulada

34 Hendidura

36 Pared del valle de hendidura

38 Rejilla

40, 40', 40", 40m Apertura de la rejilla

42 Elemento separador de la rejilla

44a, 44b, 44c Imágenes fotográficas de una abertura tomadas bajo diferentes ángulos

46 Sección de un elemento separador

48, 48' Bordes de una sección de un elemento separador

50 Sección de una abertura

52 Plano central

54, 54' Planos límite superior e inferior que determinan la porción menos deformada de un elemento de empaquetadura estructurado formado por capas onduladas

A Área en sección transversal de una abertura

a1 Longitud lateral de una abertura

a2 Segunda longitud lateral de una abertura

aM Área específica de una empaquetadura o una capa

Aj Área de una sección de la abertura

AM Área geométrica

Ap Área física

As Área de la lámina

b Anchura media de los elementos separadores

bi Distancia más corta entre los bordes adyacentes de una sección del elemento separador

d Diámetro hidráulico medio de las aberturas

di Longitud de una sección del elemento separador

ei Longitud característica más larga de la abertura

e2 Longitud característica más corta de la abertura

g Grosor de la rejilla

s Espesor del material de la capa

D Distancia máxima entre al menos las adyacentes de al menos las dos capas / láminas onduladas

P Perímetro de una abertura

Pk Líneas rectas de secciones perimetrales de una abertura

SD Dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida

u1 Distancia entre dos aberturas adyacentes en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida

u2 Distancia entre dos aberturas adyacentes en la dirección adyacente a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida

V Dirección longitudinal, que suele ser la dirección vertical

W Anchura media de una capa o de una lámina ondulada

Z Longitud de referencia de la capa

z' Longitud de referencia en la vista en planta de la imagen fotográfica

a Ángulo entre cada uno de los picos y cada uno de los valles con respecto a la dirección longitudinal

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado (12) para una columna (10) para transferencia de masa y/o intercambio de calor entre una fase fluida pesada y una fase fluida ligera, donde el elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado (12) comprende al menos dos capas adyacentes (32, 32') hechas de láminas metálicas expandidas, cada una de las cuales comprende aberturas (40, 40', 40", 40"), que están rodeadas y separadas entre sí por elementos separadores (42), en los que al menos dos de las al menos dos capas (32, 32') están dispuestas en la dirección longitudinal (V) del elemento de empaquetadura (12) paralelas y en contacto entre sí, de modo que un espacio abierto (30) que se extiende de un extremo al extremo opuesto de las al menos dos capas (32, 32') se proporciona entre ellas, de modo que en uso al menos una de las fases fluidas pesada y ligera pueda fluir a través de él, en el que la relación entre la anchura media (b) de al menos el 50 % de los elementos separadores (42) entre las aberturas adyacentes (40, 40', 40", 40") y el espesor del material de la lámina (s) es de al menos 15, siendo el espesor del material de la lámina el espesor del material, en el que la relación entre la distancia máxima (D) entre al menos dos adyacentes de las al menos dos capas (32, 32') medidas en el plano perpendicular a la dirección longitudinal (V) y la anchura media (b) de los elementos separadores (42) es al menos 4, y en la que la relación entre la distancia (u-i) entre dos aberturas (40, 40") que se encuentran en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida adyacente a un elemento separador (42) y la anchura media (b) de este elemento separador (42) es, para al menos el 50 % de todos los elementos separadores (42), de 4 a 6, en la que la distancia (u-i) se mide determinando la distancia entre el punto más exterior de un lado del borde de una abertura (40) en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida y el punto más exterior del mismo lado del borde de una abertura adyacente (40") en la misma dirección de la lámina metálica expandida, en la que la dirección longitudinal del elemento de empaquetadura (12) se determina colocando el elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado (12) sobre un área horizontal de modo que las capas (32, 32') del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado (12) estando dispuestas en paralelo y en contacto entre sí se extiendan en la dirección vertical y de modo que los espacios abiertos (30) que se extienden desde un extremo al extremo opuesto de las capas (32, 32') se extiendan desde la parte superior a la inferior del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado (12), en la que la dirección longitudinal (V) es entonces la dirección desde la parte superior a la inferior del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado dispuesto (12), en la que la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida es la dirección perpendicular a la dirección longitudinal (V) del elemento de empaquetadura de canal transversal estructurado (12), y en la que la anchura media (b) de un elemento separador (42) se determina dividiendo el elemento separador (42) en secciones individuales i=1,2, 3... n cada una de las cuales tiene una longitud de sección di, en la que para cada una de las secciones se mide la distancia más corta bi entre los bordes adyacentes dentro de las secciones y la suma de los productos di-bi se divide por la suma de di para obtener la anchura media b del elemento separador (42), en la que n es de 5 a 100.

2. El elemento de empaquetadura estructurado (12) de acuerdo con la reivindicación 1, donde la relación entre la distancia (u-i) y la anchura media (b) de al menos el 75 %, más preferiblemente de al menos el 80 %, aún más preferiblemente de al menos el 90 %, aún más preferiblemente de al menos el 95 % y más preferiblemente de todos los elementos separadores (42) es de 4 a 6, preferiblemente de 4,5 a 5,5 y más preferiblemente de 4,9 a 5,1.

3. El elemento de empaquetadura estructurado (12) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde para al menos el 50 %, preferiblemente para al menos el 75 %, más preferiblemente para al menos el 80 %, aún más preferiblemente para al menos el 90 %, aún más preferiblemente para al menos el 95 % y más preferiblemente para todas las aberturas (40, 40', 40", 40") la distancia (u-i) es de 5 a 20 mm, preferiblemente de 7,5 a 15 mm y más preferiblemente de 9 a 11 mm.

4. El elemento de empaquetadura estructurado (12) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la relación entre la distancia (u2) entre una primera abertura (40) y una segunda abertura (40') que se encuentran en la dirección de elasticidad, que es la dirección perpendicular a la dirección longitudinal (V), de la lámina metálica expandida adyacentes entre sí y la distancia (u-i) entre la primera abertura (40) y una tercera abertura (40") que se encuentra en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida adyacentes entre sí es de 0,4 a 0,7, en la que la distancia (u2) se mide determinando la distancia entre el punto más exterior de un lado del borde de la primera abertura (40) en la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida y el punto más exterior del mismo lado del borde de la segunda abertura (40') adyacente en la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida, y en el que la distancia (u-i) se mide determinando la distancia entre el punto más exterior de un lado del borde de la primera abertura (40) en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida y el punto más exterior del mismo lado del borde de la tercera abertura adyacente (40") en la misma dirección de la lámina metálica expandida.

5. El elemento estructurado de empaquetadura (12) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde para al menos el 50 %, preferiblemente para al menos el 75 %, más preferiblemente para al menos el 80 %, aún más preferiblemente para al menos el 90 %, aún más preferiblemente para al menos el 95 % y más preferiblemente para todas las aberturas (40, 40', 40", 40") la relación entre la distancia (u2) y la distancia (u-i) es de 0,4 a 0,7, preferiblemente de 0,45 a 0,70 y más preferiblemente de 0,49 a 0,55.

6. El elemento de empaquetadura estructurado (12) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde para al menos el 50 %, preferiblemente para al menos el 75 %, más preferiblemente para al menos el 80 %, aún más preferiblemente para al menos el 90 %, aún más preferiblemente para al menos el 95 % y más preferiblemente para todas las aberturas (40, 40', 40", 40") la distancia (u2) es de 2 a 8 mm, preferiblemente de 3 a 7 mm y más preferiblemente de 4 a 6 mm.

7. El elemento estructurado de empaquetadura (12) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la anchura media (b) de al menos el 50 %, preferiblemente de al menos el 75 %, más preferiblemente de al menos el 80 %, aún más preferiblemente de al menos el 90 %, aún más preferiblemente de al menos el 95 % y más preferiblemente de todos los elementos separadores (42) entre aberturas adyacentes (40, 40', 40", 40") es de 1,5 a 4 mm, preferiblemente de 1,6 a 3,5 mm y más preferiblemente de 1,8 a 3,0 mm.

8. El elemento de empaquetadura estructurado (12) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la relación entre la anchura media (b) de al menos un elemento separador (42) entre aberturas adyacentes (40, 40', 40", 40") y el espesor del material de la lámina (s) es de al menos 18.

9. El elemento de empaquetadura estructurado (12) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde entre al menos el 50 %, preferiblemente entre al menos el 75 %, más preferiblemente entre al menos el 80 %, aún más preferiblemente entre al menos el 90 %, aún más preferiblemente entre al menos el 95 % y lo más preferiblemente entre todas las al menos dos capas (32, 32'), la relación entre la distancia máxima (D) medida en el plano perpendicular a la dirección longitudinal (V) y la anchura media (b) de los elementos separadores (42) es de 4 a 15, preferiblemente de 5 a 13 y lo más preferiblemente de 8 a 12.

10. El elemento estructurado de empaquetadura (12) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde para al menos el 50 %, preferiblemente para al menos el 75 %, más preferiblemente para al menos el 80 %, aún más preferiblemente para al menos el 90 % y aún más preferiblemente para al menos el 95 % de las al menos dos capas (32, 32') la relación del área total de las aberturas (40, 40', 40", 40") dividida por el área de la lámina (As) de la capa (32, 32') está entre el 20 % y el 38 %, preferiblemente entre el 25 % y el 35 % y lo más preferiblemente entre el 28 % y el 32 %.

11. El elemento de empaquetadura estructurado (12) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde al menos el 50 %, preferiblemente al menos el 75 %, más preferiblemente al menos el 80 %, aún más preferiblemente al menos el 90 %, aún más preferiblemente al menos el 95 % y lo más preferiblemente todas las aberturas (40, 40', 40", 40") tienen una longitud característica más corta (e2) de las aberturas (40, 40', 40", 40") de 1 a 4 mm y preferiblemente de 2 a 3 mm y una longitud característica más larga (e-i) de 2 a 8 mm, preferiblemente de 2,5 a 7 mm y más preferiblemente de 3 a 6 mm, siendo la longitud característica más corta (e2) de una abertura (40, 40', 40", 40'") la dimensión máxima de la abertura (40, 40', 4040'") en la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida y la longitud característica más larga (e-O de una abertura (40, 40', 40", 40") es la dimensión máxima de la abertura (40, 40', 40", 40") en la dirección perpendicular a la dirección de elasticidad de la lámina metálica expandida.

12. El elemento de empaquetadura estructurado (12) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde para al menos el 50 %, preferiblemente para al menos el 75 %, más preferiblemente para al menos el 80 %, aún más preferiblemente para al menos el 90 %, aún más preferiblemente para al menos el 95 % y más preferiblemente para todas las aberturas (40, 40', 40", 40") la relación entre la longitud característica más corta (e2) de una abertura (40, 40', 40", 40") y la longitud característica más larga (e-0 de la misma abertura (40, 40', 40", 40") es de 0,4 a 0,7, preferiblemente de 0,45 a 0,6 mm y más preferiblemente de 0,49 a 0,55 mm.

13. Columna de transferencia de masa que comprende al menos un elemento de empaquetadura estructurado (12) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

14. Uso de un elemento de empaquetadura estructurado (12) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 para la transferencia de masa y/o el intercambio de calor.