ITMI20102367A1 - Dispositivo separatore verticale per impiego nell'industria chimica e/o petrolchimica - Google Patents

Description

DISPOSITIVO SEPARATORE VERTICALE PER IMPIEGO NELL’INDUSTRIA CHIMICA E/O PETROLCHIMICA

La presente invenzione si riferisce a un dispositivo separatore verticale in particolare per impiego nell’industria chimica e/o petrolchimica.

In applicazioni di tali settori, come a esempio nelle raffinerie, risulta spesso necessario procedere alla separazione di miscele bifasiche (gas/liquido) o trifasiche (gas/fanghi composti di liquidi e solidi). In un dispositivo separatore ideale, data una miscela in alimentazione, dovrebbero generarsi due correnti in uscita, una prettamente di gas e una di liquido o liquido e solido.

In pratica tuttavia, la corrente di gas trascina con sé delle gocce di liquido, cosicché i separatori sono usualmente dimensionati facendo riferimento a una dimensione massima ammessa delle goccioline trascinate, quale a esempio aventi un diametro pari a 150 micron. I metodi di dimensionamento si basano sul calcolo della velocità terminale di caduta della goccia nel gas, partendo dalla dimensione massima ammessa in trascinamento, presa come riferimento.

Tale velocità cresce al crescere del diametro della goccia e deve essere confrontata con la velocità superficiale del gas che si ottiene dividendone la portata volumetrica per l’area della sezione orizzontale del dispositivo separatore.

Se la velocità terminale della goccia che si dirige verso il basso à ̈ superiore alla velocità superficiale del gas che si dirige verso l’alto, la goccia scende verso il basso e raggiunge il pelo libero del liquido nel dispositivo separatore.

Il diametro del cilindro verticale che costituisce il corpo cilindrico del dispositivo separatore à ̈ dunque determinato uguagliando la velocità superficiale del gas, variabile in funzione del diametro di tale corpo cilindrico, alla velocità terminale di caduta delle gocce aventi le dimensioni limite ammesse in trascinamento.

Le gocce presentanti dimensioni più piccole sono trascinate dal gas verso l’uscita del dispositivo separatore e il loro abbattimento à ̈ affidato a dispositivi detti abbattitori di nebbie o demister, collocati nella parte superiore del dispositivo separatore.

In presenza di liquidi sporcanti o contenenti particelle di solido o in grado di formare solidi alle condizioni operative del dispositivo separatore, l’impiego del demister à ̈ sconsigliato in quanto esso smetterebbe rapidamente di funzionare a causa dell’intasamento prodotto dall’accumulo di liquido o di solido sulle sue superfici.

In tal caso potrebbe essere inoltre necessaria l’aggiunta di un’ulteriore apparecchiatura in serie destinata alla generazione di una corrente di gas in grado di soddisfare la specifica richiesta dalle apparecchiature/impianti che stanno a valle.

Al fine di contrastare il fenomeno di trascinamento di parti liquide e/o solide da parte del flusso di gas à ̈ noto immettere la miscela nel dispositivo separatore in modo tale da generare uno specifico campo di moto del gas e del liquido all’interno dello stesso.

In particolare, la miscela bifasica gas/liquido o gas/fango viene alimentata in maniera tangenziale alla parete interna del corpo cilindrico del dispositivo separatore.

Il campo di moto del gas generato dall’alimentazione tangenziale à ̈ tale da mantenere il liquido in prossimità della parete interna del dispositivo separatore.

Ciò aumenta la probabilità che le goccioline urtino la parete restando intrappolate nel film liquido che la percorre scorrendo verso il basso.

Al fine di realizzare un’alimentazione tangenziale all’interno del dispositivo separatore, à ̈ noto ricavare un foro ellittico nella parete del corpo cilindrico del separatore.

Il foro ellittico à ̈ realizzato in modo tale da corrispondere all’intersezione tangenziale di due cilindri: il corpo cilindrico verticale del dispositivo separatore e un cilindro orizzontale che costituisce il tubo di alimentazione.

Tuttavia, la soluzione a ingresso tangenziale a oggi nota risulta di difficoltosa e onerosa realizzazione in quanto, nel caso di separatori a elevata pressione, lo spessore della parete del corpo cilindrico del dispositivo separatore à ̈ considerevole.

Eseguire un foro ellittico in una siffatta parete porta altresì a problemi di carattere strutturale, causando un indebolimento dell’intera struttura del dispositivo separatore.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di ovviare agli inconvenienti sopra menzionati e in particolare quello di ideare un dispositivo separatore verticale in grado di ridurre fortemente il trascinamento, con il gas uscente dal separatore, di goccioline di liquido o fango che possono compromettere il funzionamento o la prestazione di apparecchiature a valle destinate al trattamento di tale gas uscente che sia realizzabile in maniera semplice ed economica.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un mezzo di immissione di una miscela in un dispositivo separatore verticale applicabile a dispositivi separatori verticali già esistenti, in grado di migliorarne l’efficacia di separazione senza alterarne la robustezza strutturale.

Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un dispositivo separatore verticale che presenti una robustezza strutturale elevata e sia in grado di separare efficacemente miscele bifasiche o trifasiche fornendo in uscita un flusso di gas sostanzialmente privo di residui solidi o liquidi sporcanti.

Non ultimo scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un dispositivo separatore verticale che consenta l’impiego di apparecchiature poste a valle o in uscita al dispositivo separatore per la deumidificazione dei flussi uscenti, quali i demister, senza il rischio di danneggiamenti per gli stessi.

Questi e altri scopi secondo la presente invenzione sono raggiunti realizzando un dispositivo separatore verticale come esposto nella rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche del dispositivo separatore verticale sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti. Le caratteristiche e i vantaggi di un dispositivo separatore verticale secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:

- la figura 1 Ã ̈ una vista interna schematica in alzata laterale di un dispositivo separatore verticale secondo la presente invenzione;

- la figura 2 Ã ̈ una vista schematica parziale in prospettiva, in parte in spaccato del dispositivo separatore verticale di figura 1;

- la figura 3 à ̈ una vista schematica dall’alto, in sezione lungo la linea III-III, del dispositivo separatore verticale di figura 1;

- la figura 4 Ã ̈ una rappresentazione schematica ingrandita di un dettaglio di una seconda forma di realizzazione del dispositivo separatore verticale secondo la presente invenzione;

- la figura 5 Ã ̈ una rappresentazione schematica dei flussi di liquido o liquido e solido in un dispositivo separatore verticale secondo la presente invenzione. Con riferimento alle figure, viene mostrato un dispositivo separatore verticale, complessivamente indicato con 10.

Il dispositivo separatore 10 comprende un corpo cilindrico cavo 11 provvisto di un foro di ingresso laterale 12 realizzato sulla superficie laterale o mantello dello stesso 11.

Il corpo cilindrico 11 presenta uno sviluppo verticale convergente superiormente e inferiormente rispettivamente in un’uscita superiore 13 e un’uscita inferiore 14.

Dal foro di ingresso laterale 12 viene immessa, attraverso una condotta di mandata 12’, una miscela bifasica o trifasica 19 dalla quale si desidera separare la fase gassosa 15.

In linea di principio, la fase gassosa 15 tende a salire verso l’alto fuoriuscendo dall’uscita superiore 13, mentre la fase liquida o liquido-solida 16 cade per gravità verso il basso fuoriuscendo attraverso l’uscita inferiore 14.

In realtà ha luogo un parziale trascinamento verso l’alto della fase liquida o liquido-solida 16 da parte della fase gassosa 15.

Pertanto, in corrispondenza dell’uscita superiore 13 o a monte e in prossimità della stessa 13, à ̈ preferibilmente previsto un dispositivo di abbattimento delle nebbie 17, o dispositivo analogo, atto a favorire la separazione delle eventuali gocce di liquido o liquido misto solido trascinate dalla corrente gassosa 15.

In aggiunta o in alternativa, possono essere previsti dei dispositivi (non illustrati) posti in corrispondenza o in prossimità a valle dell’uscita superiore 13 atti a generare una corrente di gas in uscita in grado di soddisfare le specifiche richieste dalle apparecchiature poste a valle del dispositivo separatore 10.

Secondo la presente invenzione, collegato al foro di ingresso laterale 12, à ̈ previsto, internamente al dispositivo separatore 10, un mezzo di immissione 20 della miscela 19 presentante almeno una porzione di ingresso 21 e almeno una bocca di uscita 22 posta in prossimità della parete interna del mantello del corpo cilindrico 11 e avente orientamento tale per cui la direzione di immissione della miscela 19 di gas e liquido o gas, liquido e solido nel corpo cilindrico 11 presenta una componente sostanzialmente tangenziale alla parete interna del mantello dello stesso 11.

A tal fine, la bocca di uscita 22 presenta preferibilmente un diametro orizzontale posizionato lungo un raggio orizzontale del corpo cilindrico 11 del dispositivo separatore 10.

La porzione di ingresso 21 presenta in genere sviluppo ortogonale rispetto alla superficie laterale del corpo cilindrico 11 del dispositivo separatore 10.

La porzione di ingresso 21 e la bocca di uscita 22 del mezzo di immissione 20 della miscela 19 sono preferibilmente reciprocamente collegate attraverso una condotta di raccordo 23.

La condotta di raccordo 23 presenta preferibilmente uno sviluppo discendente in modo tale che la bocca di uscita 22 viene a trovarsi a una quota inferiore in confronto alla porzione di ingresso 21, rispetto allo sviluppo verticale del corpo cilindrico 11 del dispositivo separatore 10.

Tale conformazione del mezzo di immissione 20 della miscela 19 agevola un convogliamento verso il basso della fase liquida o liquido-solida 16 della miscela entrante 19.

In caso di rapporto dimensionale favorevole tra il mezzo di immissione 20 della miscela 19 e il corpo cilindrico 11 del dispositivo separatore 10, tale mezzo di immissione 20 presenta preferibilmente uno sviluppo a spirale lungo la parete interna del corpo cilindrico 11.

In caso di riqualificazioni o revamping di dispositivi separatori già esistenti attraverso l’applicazione di un mezzo di immissione 20 della miscela 19 secondo la presente invenzione, à ̈ possibile che il foro di ingresso laterale 12 sia posizionato troppo in basso, affinché la bocca di uscita 22 si possa trovare a una quota inferiore rispetto alla porzione di ingresso 21. In tal caso, la condotta di raccordo 23 presenta sviluppo interamente compreso all’interno di un piano ortogonale al corpo cilindrico 11 in modo tale che la bocca di uscita 22 sia posizionata alla stessa quota della porzione di ingresso 21.

In alternativa, la condotta di raccordo 23 presenta uno sviluppo ascendente al fine di incrementare il tragitto di caduta verso il basso della fase liquida o liquidosolida 16 e dunque incrementare la porzione di superficie interna del corpo cilindrico 11 che cattura tale fase 16 trascinandola verso il basso.

In tal caso la bocca di uscita 22 viene a trovarsi a una quota superiore in confronto alla porzione di ingresso 21, rispetto allo sviluppo verticale del corpo cilindrico 11 del dispositivo separatore 10.

In forme di realizzazione alternative à ̈ possibile prevedere un mezzo di sostegno (non illustrato) atto a supportare il mezzo di immissione 20 della miscela 19 nella sua posizione sospesa all’interno del corpo cilindrico 11.

Sempre in caso di revamping di dispositivi separatori già esistenti, il mezzo di immissione 20 della miscela 19 secondo la presente invenzione presenta preferibilmente, in corrispondenza della porzione di ingresso 21, una prima interfaccia di collegamento 24 a flangia, la quale à ̈ collegabile a una seconda interfaccia di collegamento 18 a flangia a volte già presente internamente al dispositivo separatore 10 da modificare, posta a cornice del foro di ingresso laterale 12.

In assenza della seconda interfaccia di collegamento a flangia 18 interna al dispositivo separatore 10, à ̈ in genere prevista una seconda interfaccia a flangia 18’ esterna al foro di ingresso laterale 12, preferibilmente collegata allo stesso mediante un raccordo 12’’.

Tale seconda interfaccia a flangia 18’, esterna al dispositivo separatore 10, ha la funzione di giunzione con la condotta di mandata 12’.

In tale configurazione, la porzione di ingresso 21 del mezzo di immissione 20 della miscela 19 e la prima interfaccia di collegamento 24 a flangia sono distanziate da un tratto di condotta 25 che scorre internamente al raccordo 12’’.

Per la progettazione del dispositivo separatore 10 secondo la presente invenzione risulta necessario dimensionare il diametro del mezzo di immissione 20 della miscela 19 rispetto al diametro del corpo cilindrico 11 essendo questi i principali parametri che definiscono il campo di moto dei fluidi nel dispositivo separatore 10.

A tal fine viene preferibilmente impiegata una procedura iterativa di analisi dei campi di moto generati da una specifica configurazione geometrica mediante simulazioni del tipo mostrato in figura 5, al fine di verificare l’efficienza nella separazione delle particelle liquide.

Dalla descrizione effettuata sono chiare le caratteristiche del dispositivo separatore oggetto della presente invenzione, così come sono chiari i relativi vantaggi.

La migliorata efficienza della separazione ottenibile con il dispositivo separatore secondo la presente invenzione consente, a parità di dimensione del dispositivo, una notevole riduzione del trascinamento della fase liquida o liquido-solida da parte del gas, rendendo sostanzialmente superfluo l’impiego di apparecchiature addizionali.

Inoltre, rispetto ai dispositivi separatori a immissione tangenziale noti, la soluzione offerta dalla presente invenzione offre un’efficienza di separazione comparabile, pur risultando costruttivamente molto più semplice.

Inoltre, in caso di revamping di dispositivi separatori già esistenti, la soluzione offerta dalla presente invenzione si traduce nell’aggiunta o nella sostituzione del particolare mezzo di immissione 20 della miscela 19 all’interno del corpo cilindrico, non richiedendo interventi massicci sullo stesso che ne indeboliscano la struttura.

È chiaro, infine, che il dispositivo separatore così concepito à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’invenzione; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo separatore verticale (10) comprendente un corpo cilindrico cavo a sviluppo verticale (11) provvisto di un foro di ingresso laterale (12) per l’immissione di una miscela bifasica e/o trifasica (19), detto corpo cilindrico (11) convergendo superiormente e inferiormente rispettivamente in un’uscita superiore (13) per la fuoriuscita di una fase gassosa (15) e un’uscita inferiore (14) per la fuoriuscita di una fase liquida o liquido-solida (16) caratterizzato dal fatto di comprendere, internamente a detto corpo cilindrico (11), un mezzo di immissione (20) di detta miscela bifasica o trifasica (19) provvisto di almeno una porzione di ingresso (21) collegata a detto foro di ingresso laterale (12), detto mezzo di immissione (20) di detta miscela bifasica o trifasica (19) essendo altresì provvisto di almeno una bocca di uscita (22) posta in prossimità di detta superficie laterale di detto corpo cilindrico (11) e avendo orientamento tale per cui la direzione di immissione di detta miscela bifasica o trifasica (19) presenta una componente sostanzialmente tangenziale a detta superficie laterale di detto corpo cilindrico (11).
2. 2) Dispositivo separatore verticale (10) secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta bocca di uscita (22) presenta un diametro orizzontale posizionato lungo un raggio orizzontale di detto corpo cilindrico (11).
3. 3) Dispositivo separatore verticale (10) secondo la rivendicazione 1 o 2 caratterizzato dal fatto che detta porzione di ingresso (21) di detto mezzo di immissione (20) di detta miscela bifasica o trifasica (19) presenta sviluppo ortogonale alla superficie laterale di detto corpo cilindrico (11).
4. 4) Dispositivo separatore verticale (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detta porzione di ingresso (21) e detta bocca di uscita (22) sono reciprocamente collegate attraverso una condotta di raccordo (23), detta condotta di raccordo (23) presentando uno sviluppo discendente tale per cui detta bocca di uscita (22) si trova a una quota inferiore in confronto a detta porzione di ingresso (21), rispetto allo sviluppo verticale di detto corpo cilindrico (11).
5. 5) Dispositivo separatore verticale (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3 caratterizzato dal fatto che detta porzione di ingresso (21) e detta bocca di uscita (22) sono reciprocamente collegate attraverso una condotta di raccordo (23), detta condotta di raccordo (23) presentando sviluppo interamente compreso all’interno di un piano ortogonale a detto corpo cilindrico (11) tale per cui detta bocca di uscita (22) si trova alla stessa quota di detta porzione di ingresso (21), rispetto allo sviluppo verticale di detto corpo cilindrico (11).
6. 6) Dispositivo separatore verticale (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3 caratterizzato dal fatto che detta porzione di ingresso (21) e detta bocca di uscita (22) sono reciprocamente collegate attraverso una condotta di raccordo (23), detta condotta di raccordo (23) presentando uno sviluppo ascendente tale per cui detta bocca di uscita (22) si trova a una quota superiore in confronto a detta porzione di ingresso (21), rispetto allo sviluppo verticale di detto corpo cilindrico (11).
7. 7) Dispositivo separatore verticale (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto mezzo di immissione (20) di detta miscela (19) presenta uno sviluppo a spirale lungo la parete interna di detto corpo cilindrico (11).
8. 8) Dispositivo separatore verticale (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di comprendere un mezzo di sostegno atto a supportare detto mezzo di immissione (20) di detta miscela (19) internamente a detto corpo cilindrico (11).
9. 9) Dispositivo separatore verticale (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto mezzo di immissione (20) di detta miscela (19) presenta una prima interfaccia di collegamento (24) a flangia collegata a una seconda interfaccia di collegamento (18,18’) a flangia solidale a detto corpo cilindrico (11) in prossimità di detto foro di ingresso laterale (12).
10. 10) Dispositivo separatore verticale (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che in corrispondenza di detta uscita superiore (13) o a monte e in prossimità della stessa (13) à ̈ disposto un dispositivo di abbattimento delle nebbie (17) atto a intercettare una corrente di detta fase gasosa (15) e trattenere detta fase liquida o liquido-solida (16) trascinata da detta corrente di fase gassosa (15).
11. 11) Mezzo di immissione (20) di una miscela bifasica o trifasica (19) in un dispositivo separatore verticale (10) caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una porzione di ingresso (21) collegabile a un foro di ingresso laterale (12) di detto dispositivo separatore verticale (10) e almeno una bocca di uscita (22) posizionabile in prossimità di una superficie laterale interna di detto corpo cilindrico (11), detta bocca di uscita (22) avendo orientamento tale per cui la direzione di immissione di detta miscela bifasica o trifasica (19) presenta una componente sostanzialmente tangenziale a detta superficie laterale interna di detto corpo cilindrico (11).