MXPA01007408A - Aparato fraccionador con red de baja superficie por encima del soporte de bandejas. - Google Patents

Abstract

Se incrementa la capacidad de inundacion de una bandeja fraccionadora (2) al añadir cuando menos una capa de redes de baja area de superficie (3) sobre la entrada hacia los tubos de descenso (6, 12) ubicados en la bandeja (2). Las redes (3) se extienden hacia arriba por una distancia igual a entre una a cuatro veces la profundidad de los tubos de descenso. Las redes pueden descansar sobre el borde superior de los tubos de descenso o sobre el soporte de la red entre las porciones superiores de las paredes laterales del tubo de descenso.

Description

APARATO FRACCIONADOR CON RED DE BAJA SUPERFICIE POR ENCIMA DEL SOPORTE DE BANDEJAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un aparato de contacto gas-líquido utilizado primariamente como bandejas fraccionadoras para la separación de compuestos químicos volátiles en una columna de destilación fraccional. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las bandejas de fraccionamiento se utilizan ampliamente en las industrias petroquímica y refinadora de petróleo para promover el contacto vapor-líquido en etapas múltiples que se realiza en columnas fraccionadoras . La configuración normal de una columna fraccionadora incluye 10 a aproximadamente 120 bandejas individuales. Normalmente las bandejas son iguales entre sí. Las bandejas se montan horizontalmente a distancias verticales uniformes, que se conocen como el espaciado de bandejas de la columna. Esta distancia puede variar en las distintas partes de la columna, aunque normalmente se considera constante. El vapor generado en el fondo de la columna se eleva a través de la bandeja que soporta una cantidad de líquido. El paso de vapor a través del líquido genera burbujas que en general se conocen como "espuma". La elevada área de superficie de la espuma ayuda a establecer rápidamente un equilibrio composicional entre las fases de vapor y líquida en la bandeja. El vapor pierde menos material volátil al líquido, y por consiguiente se hace ligeramente más volátil al pasar hacia arriba a través de cada bandeja. El líquido se separa de la espuma y transporta componentes más pesados hacia abajo, hacia la siguiente bandeja inferior. Esta formación y separación de espumas se realiza en cada bandeja. Por consiguiente, las bandejas realizan la doble función de poner el vapor que se eleva en contacto con el líquido, y luego permitir que las dos fases se separen y fluyan en direcciones distintas. Cuando los pasos se realizan una cantidad adecuada de veces, el proceso puede resultar en una separación altamente efectiva de compuestos químicos en base a su volatilidad relativa. DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA La patente US-A-3, 410, 540 ilustra un diseño de bandejas fraccionadoras que comprende secciones de soporte y tubos de descenso alternantes, típicos de una bandeja de descenso múltiple. Este diseño de bandejas utiliza un tubo de descenso de sección transversal rectangular. La patente US-A-5,382,390 ilustra desarrollos modernos en el diseño de bandejas de descenso múltiples. La patente US-A-2, 767, 967 ilustra un tipo de bandeja de flujo dual conocida en la técnica como bandeja corrugada. En esta bandeja, el vapor que se eleva y el líquido que desciende pasan ambos a través de las mismas aberturas en la superficie del soporte de bandejas. El soporte puede tener varias topologías que varían de la curva sinusoidal de las Figuras 3 y 4, a las formas más planas de las Figuras 5 y 6. (ver columna 3, línea 11) . Las variaciones en la elevación permiten una menor profundidad de líquido en las porciones más elevadas de la bandeja, lo que a su vez permite el paso de vapor hacia arriba, en tanto que desciende líquido a través de la bandeja en puntos que permiten una mayor profundidad de líquido. La patente US-A-5, 407, 605 ilustra bandejas de columnas de destilación fraccional con un lecho de material de empaque ubicado por debajo de las bandejas, y humedecidas por líquido que sale por los tubos de descenso. La patente US-A-5, 389, 343 describe una columna fraccionadora en donde paquetes de medios catalizadores utilizados para promover reacciones químicas están colgados por debajo de las bandejas fraccionadoras para promover reacciones de fase de vapor. Un artículo de G.X. Chen y colaboradores, que aparece en la página 382 del Volumen 68 (junio de 1990) The Canadian Journal of Chemical Engineering describe el funcionamiento de charolas fraccionadoras que poseen capas de relleno de malla tejida de acero inoxidable colocada en la superficie superior de la bandeja. Este documento aparece relacionado con la solicitud de Patente Europea 0381388 de los mismos autores.

En un artículo que se inicia en la página 40 de Chemical Engineering, del 5 de marzo de 1984, se describen varios tipos de material de relleno que se utilizan en columnas de relleno. La patente US-A-4, 842, 778 ilustra una columna de destilación fraccional que contiene relleno "aleatorio", relleno estructurado y redes de soporte. SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención es una bandeja fraccionadora de alta capacidad que comprende una capa relativamente gruesa de baja área de superficie, relleno de "red" altamente vertical colocado sobre la superficie superior del soporte de bandeja o tubo de descenso. El volumen por encima de la red está preferiblemente vacío. Esto hace que la bandeja tenga un inesperado aumento en la capacidad de vapor. Puede colocarse material de relleno adicional con mayor área de superficie sobre el relleno de red para aumentar la eficiencia del sistema de bandejas en general. Una modalidad de la presente invención puede caracterizarse como un aparato de contacto vapor-líquido que comprende una columna vertical cerrada (1) que posee una sección transversal circular y un primer extremo superior (20) y un extremo inferior (21) ; una pluralidad de bandejas fraccionadoras separadas entre sí uniformemente incluyendo un par de bandejas fraccionadoras (2) separadas entre sí verticalmente que comprenden una primera bandeja inferior y una segunda bandeja superior, donde las bandejas son esencialmente planas y se extienden horizontalmente sobre esencialmente toda la superficie transversal de la columna (1), y donde las bandejas (2) tienen perforaciones (15) uniformemente distribuidas sobre las secciones de soporte (5) de la bandeja (2), donde las secciones de soporte están desprovistas de tubos de descenso (12, 6) ; y una capa que comprende un relleno de red estructurada de baja área de superficie (3) soportada por la primera bandeja (2) del par de bandejas fraccionadoras, donde la capa de relleno de red estructurada (3) se extiende hacia arriba y hacia la segunda bandeja por una distancia igual a entre un décimo a tres cuartos de la distancia vertical entre las bandejas primera y segunda. Puede estar presente un gran volumen vacío por encima del relleno de red. En algunas modalidades de la presente invención está presente un lecho de material de relleno estructurado o aleatorio sobre las estructuras de red de baja área de superficie, donde el relleno es humedecido por líquido que sale de los tubos de descenso de la segunda bandeja superior. Otra capa fina más de la estructura de red de baja área de superficie puede estar apoyada sobre el relleno aleatorio. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista lateral seccional de una porción de una columna fraccionadora que utiliza la presente invención en bandejas múltiples de descenso (2) con tubos de descenso rectangulares (12) . La Figura 2 es una vista lateral seccional de una porción de una columna fraccionadora que muestra el uso de la presente invención con bandejas de flujo dual separadas verticalmente (2) y un lecho opcional de relleno aleatorio (4) . La Figura 3 es una vista lateral seccional de una porción de una columna fraccionadora que utiliza la presente invención con bandejas fraccionadoras (2) de flujo transversal convencional. La Figura 4 es una vista lateral seccional de una modalidad del presente dispositivo de contacto gas-líquido utilizado como parte de una columna de destilación fraccional (1) que utiliza tubería de descenso en forma de V (6) . La Figura 5 es una sección transversal de una porción de una columna que posee un par de columnas de flujo transversal (2) además de redes de baja área de superficie (3) . La Figuras 6a y 6b muestran dos estructuras diferentes posibles para los paquetes de red de baja área de superficie (3) . Las Figuras 7 y 8 ilustran estructuras alternativas de cada una de las placas de red de baja área de superficie (8) . La Figura 9 es una vista isométrica de una bandeja de descenso múltiple que muestra la estructura de tubos de descenso rectangulares (12) y zonas de soporte (15) . La Figura 10 es una vista seccional a través de una porción de una columna (1) que contiene bandejas de descenso múltiple (2) con redes de baja área de superficie (3) apoyadas sobre los soportes de las bandejas (5) . La Figura 11 es una vista elevada de una bandeja de flujo transversal que utiliza redes de baja área de superficie (3) para aumentar la capacidad de vapor y reducir el estancamiento de líquido en los bordes de la bandeja. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Las bandejas fraccionadoras se utilizan dentro de columnas de destilación como una forma de promover el contacto vapor-líquido y la formación de espuma, lo que produce el intercambio de compuestos entre las fases de vapor y líquido en base a sus volatilidades relativas. Las bandejas están separadas a distancias verticales uniformes, conocidas como separación de bandejas. Las bandejas tienen zonas separadas dedicadas al paso hacia arriba de vapor, normalmente conocido como el soporte de la bandeja y otras zonas que recolectan la espuma. Se permite que la espuma se descomponga, liberando "líquido transparente" que desciende a la siguiente bandeja inferior a través de una parte de la bandeja, conocida como tubo de descenso. Debido al alto impacto económico del costo de la columna y la importancia de una buena separación, que se requiere en la mayoría de los procesos petroquímicos y de refinación, hay mucho desarrollo en el campo del diseño de bandejas fraccionadoras. Algunas bandejas, como las bandejas de descenso múltiples, tienen la ventaja de ser capaces de manejar altos flujos de líquido. Otras, como las bandejas de flujo dual, tienen la ventaja de su bajo costo. Sin embargo, la mayoría de los tipos de bandejas tienen cuando menos tienen una característica o desventaja que limita su funcionamiento o su aplicación a alguna separación en particular. Por consiguiente, el diseño de columnas con frecuencia incluye un compromiso entre varias características de diseño de bandejas, con el fin de obtener el mejor equilibrio entre características de costo y funcionamiento sobre el rango esperado de condiciones de operación. Una de las desventajas de algunas bandejas es un costo más elevado de fabricación de la bandeja, lo que está influido grandemente por la complejidad de su diseño. Mientras más piezas se requieren para ensamblar una bandeja, mayor es el costo para fabricar y luego ensamblar las piezas en la bandeja terminada. Una bandeja de flujo dual es una bandeja sumamente simple y tiene la ventaja del bajo costo de fabricación de la instalación. Una bandeja de flujo dual típicamente comprende un soporte plano con perforaciones uniformes de tamaño suficientemente grande para permitir que el líquido descienda y el vapor se eleve a través de las mismas aberturas. Por consiguiente, las bandejas de flujo dual no tienen tubos de descenso u otros accesorios, y por consiguiente son de costo reducido. Sin embargo, las bandejas de flujo dual tienden a nos funcionar muy bien a diámetros de bandejas de más de 1.20 . Las bandejas de flujo dual normalmente tienen una zona abierta de bandeja producida por perforaciones de entre 20 y 40%. En contraste, las bandejas planas de una bandeja de malla de flujo transversal normal, o bandeja de tubo de descenso múltiple generalmente tendrá una superficie abierta de menos de aproximadamente 20%. Las bandejas corrugadas son similares a las bandejas de flujo dual, pero tienen variaciones en la altura del soporte de bandejas, como se muestra en la patente previamente citada US-A-2, 767, 967. Estas variaciones proporcionan depresiones que permiten recolectar líquido y drenarlas hacia la siguiente bandeja, de forma muy similar a un tubo de descenso. Las bandejas de flujo dual y corrugadas son muy sensibles a las diferencias de los ritmos de flujo de fluido óptimo (de diseño) . Un tipo específico de bandeja es la bandeja de tubo de descenso múltiple que se muestra en las patentes de los EE.UU. previamente citadas 3,410,540 y 5,382,390. Esta bandeja también es descrita en una artículo que aparece en la página 72 de la edición del 3 de abril de 1978 de The Oil and Gas Journal . Este artículo incluye una figura que muestra las características básicas de una bandeja de descenso múltiple incluyendo una pluralidad de tubos de descenso largos y paralelos uniformemente separados sobre la superficie de la bandeja, con bandas de soportes planos colocados entre estos. Las bandejas de flujo transversal tradicional utilizan tubos de descenso que se extienden hacia abajo, cerca de la siguiente bandeja inferior para manejar el flujo de líquido y obtener mayores eficiencias de bandeja, aunque a veces tienen la desventaja de ser de fabricación e instalación más costosas. La bandeja de flujo transversal más simple tiene un solo tubo de descenso de salida. Las bandejas de paso múltiple más complicadas tienen dos, tres o cuatro entradas y salidas separadas, donde cada salida normalmente posee un vertedero de salida que controla el nivel del líquido en la bandeja. Por consiguiente, existe una amplia variedad de construcciones distintas de bandejas que pueden utilizar la presente invención. Se piensa que la presente invención puede utilizarse para aumentar el funcionamiento de varios tipos distintos de bandejas, incluyendo bandejas de descenso múltiples, bandejas de flujo dual, bandejas corrugadas y bandejas de flujo transversal que poseen una variedad de estructuras de tubos de descenso. Es un objeto de la presente invención proporcionar una bandeja fraccionadora perfeccionada para utilizarse en la destilación fraccional. Es un objeto más de la presente invención proporcionar una bandeja fraccionadora de alta capacidad de vapor de bajo costo. Es un objetivo específico de la presente invención proporcionar una mayor capacidad de vapor en bandejas fraccionadoras de descenso múltiple de alta capacidad de líquido. Estos objetivos se lograron mediante el descubrimiento de que colocar una capa de material de red de baja área de superficie en la superficie de una bandeja fraccionadora permite que la bandeja opere a ritmos de vapor ascendente mucho más elevados sin "inundar". Es decir, la bandeja es capaz de funcionar de forma efectiva a ritmos de gas mucho más elevados con presente invención , que sin ésta. La presente invención fue descubierta accidentalmente durante pruebas destinadas a ubicar un dispositivo para incrementar la capacidad de líquido y la eficiencia de las bandejas. Se descubrió que incrementó inesperadamente la capacidad de vapor de bandejas de tipo de descenso múltiple y proporcionó un dispositivo para mejorar la capacidad de bandejas y columnas. La presente invención también proporciona una forma de resolver desventajas inherentes a algunos diseños de bandejas, y por consiguiente proporciona un rango más amplio de opciones de bandejas en el diseño de columnas de destilación fraccional. La presente invención fue descubierta durante pruebas para determinar las características de funcionamiento de configuraciones de bandeja que poseen un relleno aleatorio de mayor área de superficie ubicado sobre las bandejas de una columna. La red de baja área de superficie fue utilizada para soportar el relleno de alta área de superficie. Una prueba realizada sin ningún relleno de alta área de superficie en la bandeja reveló los beneficios de la presente invención. La prueba fue realizada utilizando una sola capa de red de baja área de superficie, que se utilizó para soportar el relleno de alta área de superficie. La bandeja utilizada en esta prueba fue una bandeja de descenso múltiple con tubos de descenso con forma de V, como se describe más detalladamente en la patente de los EE.UU. 5,407,605. Luego del descubrimiento del beneficio de una capa fina de red, se determinó separadamente el funcionamiento de los sistemas de bandejas que cbmprenden capas de redes de baja área de superficie de 35cm y 56cm de alto. Las redes fueron simplemente colocadas sobre la superficie superior de la bandeja, que utilizaron tubos de descenso en forma de V. Las redes fueron "redes desprendibles" de Nutter Engineering, donde cada una de las redes era de aproximadamente 70 mm de alto y con una espacio de 2.5 cm entre las hojas paralelas.

Estas redes tenían un área de superficie de aproximadamente 39.5 m2/m3 . La separación entre bandejas verticales fue de 76 cm, utilizándose agua y aire como fluidos operativos . El agua y el aire son muy buenos simuladores de los hidrocarburos simples. Aunque las bandejas de descenso múltiple están normalmente diseñadas para operar a un factor F de aproximadamente 0.30 fps, se descubrió que el aparato de bandejas aumentadas con redes funcionaron sin inundación a factores F de entre 0.51 y 0.60 fps. Fue muy sorprendente observar que incluso a estos ritmos de vapor tan elevados, las bandejas no quedaron secas. Las redes parecieron estabilizar la espuma y retrasar la transición de un régimen de espuma a un régimen de rociado. Lo que tal vez fue más importante, las redes parecieron estar bien humedecidas y capaces de promover transferencia de masa. El término "baja área de superficie" designa una estructura formada de una serie de hojas paralelas altamente perforadas que tienen cuando menos una porción principal de cada hoja similar a pared alineada de forma esencialmente perpendicular a la superficie de soporte de bandejas, y fijas rígidamente a una distancia fija una de la otra en forma de una red o pantalla tridimensional. Las redes de baja área de superficie o paquetes de redes de la presente invención tienen un área de superficie de entre 19.7 a aproximadamente 79m2/m3 . Esta baja área de superficie distingue a las redes de estructura en panal que poseen paredes menos separadas . Los sistemas de redes de baja área de superficie para utilizarse en la presente invención están comercialmente disponibles. Los ejemplos adecuados son "Snap Grid" comercializada por Nutter Engineering, "C-Grid" comercializada por Glitsch Ine y "Flexigrid" No. 2 y 3 comercializada por Koch Engineering. Estas redes se caracterizan porque están formadas de hojas metálicas relativamente lisas que poseen solo unas cuantas perforaciones grandes, o ninguna. Las hojas metálicas individuales se extienden horizontalmente sobre el paquete de redes, y comúnmente son sostenidas por miembros perpendiculares que en la presente se designan "trabes". Estos trabes son rodillos u otros conectores de dimensiones reducidas cuya función principal es sostener las hojas en su lugar. Alternativamente, las hojas pueden cruzarse una a la otra en una variedad de ángulos para formar canales verticales que poseen secciones transversales cuadradas o romboidales, de esta manera eliminando la necesidad de trabes. En una red típica las hojas individuales son de aproximadamente de 7 cm de altura y están separadas entre sí a distancias horizontales de entre 2.5 y 7 cm. Se prefiere una separación mínima entre hojas de cuando menos 5 cm. Las hojas están generalmente alineadas en una dirección vertical. Las hojas preferiblemente tienen una o dos esquinas verticalmente separadas para dar a las hojas una estructura tridimensional, que es otra característica que distingue esta disposición de los rellenos estructurados de alta área de superficie. Esta construcción resulta en una estructura general de red que posee una menor área de superficie y mayores volúmenes abiertos, y una caída de presión relativamente baja durante el uso. En comparación a este relleno de red, un relleno "aleatorio" típicamente tiene un área de superficie de entre 66 y aproximadamente 247 m2/m3. Estos materiales tienen estos nombres porque normalmente están colocados en una columna de contacto literalmente tirándolos al azar en la columna. Los ejemplos de rellenos aleatorios comercialmente disponibles incluyen los anillos Pall y los anillos Raschig. Estos materiales vienen en varios tamaños que se eligen en base a la aplicación específica, los ritmos de flujo esperados, etc. El término relleno con "alta área de superficie" designa rellenos tanto estructurados como aleatorios con un área de superficie mayor a 148 m2/m3. El término "relleno estructurado" se utiliza para designar un material fabricado más costoso, típicamente formado de franjas finas de metal perforadas y corrugadas envueltas en espiral, o mantenidas de otra forma paralelas una a la otra mediante alguna forma de contención. Las franjas metálicas están mucho más cercanas entre sí que en un relleno de red de baja área de superficie, y son típicas distancias de entre 1 a 2 cm. Las franjas individuales pueden mantenerse separadas solo por el contacto físico de las corrugaciones o zonas dobladas de franjas adyacentes. Estos materiales típicamente se colocan en una columna en forma de lajas o cubos grandes con un grosor de más de 10 cm, un ancho de más de 25 cm y un tamaño en general que permite una fácil inserción en la columna mediante aberturas disponibles . Los ejemplos de estos materiales aparecen en la referencias anteriormente citadas. Un relleno estructurado de esta naturaleza posee un área de superficie en el rango de entre 99 a aproximadamente 691 m2/m3, y preferiblemente más de 329 Un cuarto tipo de contacto o relleno se conoce como "gasa" y se fabrica de una gran cantidad de cuentas de sección transversal reducida sujetas o entretejidas entre sí para retener una forma aproximadamente abierta. La superficie de este material es típicamente de unos 494 m2/m3. Los dibujos anexos ilustran a modo de ejemplo algunas modalidades de la presente invención. Haciendo ahora referencia a los dibujos, la Figura 1 representa una modalidad en donde la capa inferior de la red de baja área de superficie 3 descansa sobre el borde superior 16 de la pared lateral de los tubos de descenso rectangulares 12 que se utilizan en la bandeja fraccionadora de descenso múltiple 2.

Otras figuras muestran modalidades con otros tipos de bandejas . Una variación estructural en la bandeja es la cantidad de subcapas de redes que están en la parte superior de la bandeja. En tanto que la Figura 1 muestra 3 subcapas, esto es opcional como se muestra en otras Figuras. Otra variación básica más que se muestra en la Figura 1 se refiere a la alineación direccional de las hojas 8 de la red 3. Las hojas de la bandeja superior son todas paralelas, en tanto que las hojas de la subcapa media en la bandeja inferior son perpendiculares a subcapas adyacentes. Cada tubo de descenso rectangular 12 de esta bandeja está comprendida por dos paredes laterales paralelas 32 y 2 paredes extremas paralelas 33. Una placa inferior 34 sella la porción inferior del tubo de descenso y el extremo superior está totalmente abierto, proporcionando una entrada rectangular al tubo de descenso. La placa inferior de cada tubo de descenso o paredes laterales tienen varias perforaciones para permitir la salida de líquido recolectado y que caiga sobre el material de relleno que está por debajo. En esta modalidad, queda un gran espacio "S" que denota un volumen vacío cilindrico en la columna entre el borde inferior de la bandeja superior, medida desde el fondo del tubo de descenso 12, y la superficie superior del paquete de red superior 3 soportado por la bandeja fraccionadora inferior. Este gran espacio vacío normalmente presente entre las bandejas es preferible si la separación entre bandejas en la columna lo permite. Separación de bandejas es el término que se utiliza para describir la distancia vertical entre bandejas entre un soporte y otro. En la Figura 2 un par de bandejas de flujo dual 2 aparecen soportadas por un anillo circular 19 unido a la superficie interior de la pared cilindrica de la columna 1. Las bandejas de flujo dual son únicas en su tipo en el sentido de que carecen de tubos de descenso. La aberturas relativamente grandes 15 en el soporte de las bandejas son suficientemente grandes para permitir que el líquido "sude" hacia abajo al ritmo requerido a través de las perforaciones, en tanto que el flujo de vapor total pasa simultáneamente hacia arriba a través de las mismas perforaciones. En esta modalidad, un paquete de tres subcapas de red 3 descansan directamente sobre la superficie superior del soporte de bandeja de la bandeja inferior. No se muestran los de la bandeja superior Los elementos opcionales que se muestran en esta figura incluyen un lecho 4 de relleno aleatorio de alta área de superficie soportado sobre la capa de red de baja área de superficie mediante un dispositivo de soporte separado como una pantalla 11. Esto proporciona un volumen cilindrico vacío "v". Puede utilizarse una capa opcional de red de baja superficie 3 sobre el relleno aleatorio, si así se desea. Preferiblemente, hay un pequeño volumen vacío cilindrico entre la parte superior de esta capa de red superior opcional y la parte inferior de la bandeja superior. La Figura 3 ilustra la invención utilizada en una columna fraccionadora con bandejas fraccionadoras de flujo transversal clásicas. En este tipo de bandeja, un solo tubo de descenso largo formado por la pared de tubo de descenso cordal vertical 14 y la superficie interior de una porción de la pared de columna 30 transporta el líquido recolectado en la bandeja superior 2 a la siguiente bandeja inferior. El líquido que fluye por el tubo de descenso produce impacto sobre una porción sin perforaciones del soporte de la bandeja 2, conocida como olla de recepción, y luego fluye horizontalmente por la bandeja receptora. Finalmente el líquido fluye sobre un rebosadero de salida 13 en el otro lado de la bandeja y entra por otro tubo de descenso que dirige el líquido a la siguiente bandeja fraccionadora inferior. La estructura opcional de tipo emparedado de una capa superior de red de baja área de superficie 3, una capa intermedia de relleno aleatorio 4 y una porción inferior que comprende 3 subcapas de red de baja área de superficie 13 es similar a la modalidad de la Figura 2, excepto en que no hay un volumen vacío intermedio. Las tres subcapas de red están alineadas en diferentes direcciones. La capa media es preferiblemente girada perpendicular a las otras dos capas.

La subcapa inferior de la red de baja área de superficie está soportada a una distancia "h" por sobre la superficie superior de la bandeja fraccionadora inferior mediante un dispositivo de soporte de red horizontal 18 que se extiende de la pared 30 del recipiente a la pared cordal 14 del tubo de descenso. La red también podría ser soportada por proyecciones hacia arriba desde la bandeja, diseñadas especialmente para este propósito, por otras partes de la bandejas o por extremidades unidas a la red. La distancia h es preferiblemente igual a entre 1 a 3 veces la altura de una hoja al paquete de red. En esta modalidad, el vapor pasa hacia arriba por las perforaciones 15 en el soporte de la bandeja y se eleva hacia arriba transportando espuma hacia el paquete de red de baja área de superficie. Aunque esto humedecerá la superficie del paquete de red, el vapor ascendente no puede transportar el líquido por una gran distancia, por encima de la red. El lecho 4 será inefectivo si se seca. Por consiguiente se utiliza un dispositivo, que no se muestra en el dibujo, para desviar una porción de líquido del soporte 31 de la siguiente bandeja superior hacia la superficie superior del lecho 4 de material de relleno ubicado entre las bandejas. Estos dispositivos pueden cobrar la forma de unas cuantas perforaciones de mayor diámetro separadas entre sí en el soporte que permiten sudar, canales o incluso sistemas de tubería y válvulas.

La Figura 4 es una sección transversal vertical de una porción de una columna fraccionadora 1 que utiliza otra modalidad más de la presente invención. La columna comprende una pared exterior cilindrica, un extremo superior sellado (20) y un extremo inferior sellado (21) . Se carga en la columna una corriente de alimentación que comprende los diversos compuestos químicos a separarse, en un punto fijado por cálculos y la práctica de las operaciones. En la modalidad que se muestra en la Figura, la corriente de alimentación entra mediante una línea alimentadora (22) . Se elimina el vapor sobrante mediante la línea alimentadora (23) y se pasa a un condensador superior convencional que no se muestra. La condensación de este vapor forma un líquido que se devuelve cuando menos parcialmente a la columna como reflujo, mediante la línea de retorno de reflujo (26) . En la parte inferior de la columna, se extrae el líquido mediante la línea 24. Una porción de este líquido del fondo pasa a una caldera convencional, que no se muestra, que preferiblemente vaporiza cuando menos una porción de líquido del fondo y genera fluido hervido que se devuelve a la columna a través de la línea (25) . La presente invención podría utilizarse en otras configuraciones de columna. Por ejemplo, la columna podría fijarse como columna puramente destiladora, donde la corriente alimentadora entraría cerca de, o en, la parte superior de la columna.

La zona interna de sección transversal cilindrica de la columna 1 está compartimentalizada mediante una pluralidad de bandejas fraccionadoras de descenso múltiple 2 de separación uniforme. En tanto que en la figura se muestran solo dos bandejas, las columnas comerciales contienen un total de entre diez y más de cien de estas bandejas. La distancia vertical entre la misma parte de dos bandejas o la separación entre bandejas es uniforme en cualquier porción de la columna. Sin embargo, puede diferir en porciones distintas de la columna, como las que están por encima o por debajo del punto de alimentación. Cada bandeja fraccionadora en esta modalidad está comprendida por varios tubos de descenso en forma de V-6 que distribuyen líquido recolectado a través de las aberturas 28 hacia el relleno aleatorio opcional 4 ubicado por debajo de la bandeja. Las bandejas también comprenden secciones de soporte perforadas esencialmente planas 5 a través de las que se eleva el vapor hacia la parte superior de la columna. Se apilan tres subcapas de red de contacto de baja área de superficie tres sobre la bandeja fraccionadora inferior 2. Para asegurar el libre transporte de espuma de contacto con líquido sobre las porciones de soporte de la bandeja ya sean los tubos de descenso, se suspende la subcapa de red más inferior a una corta distancia por encima de la superficie superior de la bandeja mediante varios soportes de red 7 que se proyectan hacia arriba desde la superficie de la bandeja. En tanto que la subcapa de red más inferior puede descansar sobre la superficie de soporte real de la bandeja, se prefiere que la red inferior quede retenida a una corta distancia por encima de la superficie del soporte, como se muestra en la Figura. En muchas instancias esto ocurrirá automáticamente cuando la red descanse sobre la parte superior del rebosadero o cualquier otra proyección hacia arriba de la bandeja. Ubicada inmediatamente por encima de la parte superior de las tres subcapas hay un soporte poroso y pantalla de retención 11 para el relleno aleatorio opcional 4 ubicado por encima del paquete de red. Este relleno de alta área de superficie puede ser de cualquiera de los rellenos convencionales comercialmente disponibles destinados a contacto entre líquido y vapor. En esta modalidad, este material de relleno aleatorio llena una gran porción del espacio vacío cilindrico entre el par de bandejas fraccionadoras y se extiende hacia arriba, hasta una pantalla de retención de relleno superior 10. Justo por encima de la pantalla de retención de relleno 10, una capa superior opcional de estructura de red de baja área de superficie formada por una capa de red única 3 forma el elemento superior en el emparedado de materiales ubicado entre el par de bandejas fraccionadoras en esta modalidad. La parte superior de esta red está intencionalmente separada hacia abajo de la parte inferior de la siguiente charola hacia arriba. Debe hacerse notar que este emparedado es una extensión extrema de una modalidad. Normalmente se deja vacío un porcentaje considerable del volumen cilindrico entre las bandejas. Aunque en la Figura se muestra un relleno aleatorio, puede re plazarse por otro relleno de alta área de superficie, como un relleno estructurado. La Figura 5 es una vista transversal de una sección de una columna fraccionadora 1 que contiene un par de bandejas de malla de flujo transversal tradicional 2. El líquido que viene de arriba fluye hacia abajo a través de un tubo de descenso cordal formado por la pared 14 y la superficie interior curvada de la columna. El líquido produce impacto sobre la olla receptora sin perforaciones 35 y luego viaja horizontalmente por el soporte 31 de la bandeja. El vapor se eleva por las perforaciones 15 en el soporte y produce contacto vapor-líquido. El líquido luego inunda el rebosadero de salida 13 y entra a la entrada del tubo de descenso que conduce a la siguiente bandeja inferior. La bandeja inferior soporta tres subcapas de red de baja área de superficie 3, en tanto que hay una sola capa de red 3 que descansa sobre la bandeja superior. En ambas instancias, las redes 3 están orientadas de forma tal que las hojas 8 van de la olla receptora al rebosadero de salida. Por consiguiente, las hojas quedan alineadas con la dirección general de movimiento de líquido y la espuma por la bandeja. Las dos subcapas superiores en la bandeja inferior están alineadas perpendiculares a la subcapa de red inferior. La Figura 6a es una vista aumentada orientada hacia los lados de una pequeña porción de una red adecuada de baja área de superficie. Cada red está formada por una gran cantidad, por ejemplo de 20 a 40 o más, de hojas individuales de red 8. Las hojas de red sin perforaciones se mantienen en una posición rígida por una cantidad de trabes de red 9 que se extienden por la red 3. Los trabes de red, que sostienen las hojas en su lugar, pueden simplemente caer en muescas, o pueden soldarse a cada hoja para formar una estructura inflexible esencialmente rígida. Los paquetes de redes generales pueden formarse teóricamente como una estructura cilindrica monolítica de tamaño aproximadamente igual al diámetro interior de la columna fraccionadora. Sin embargo, es más factible formar paquetes de red más reducidos en forma de secciones rectangulares de entre .3 a .5 m de ancho, que se colocan en la bandejas o sobre los soportes que se extienden sobre la columna. Los paquetes de red pueden fabricarse para ajusfarlos entre las paredes de tubos de descenso adyacentes, y descansar sobre el soporte de la bandeja o la parte superior de los tubos de descenso. La longitud de cada paquete de red puede ser igual al ancho de la columna. La Figura 6b .difiere de la Figura 6a en que muestra una estructura de red formada de hojas planas 8, en vez de las hojas flexionadas de la Figura 6a. Estas hojas resultan en una caída de presión aún más reducida, pero no tienen la misma efectividad para aumentar la capacidad de la bandeja. Las hojas de esta Figura tienen varias aberturas grandes más bien circulares 29 separadas sobre su cara. Estas aberturas son opcionales, pero permitirán una buena mezcla de espuma en la bandeja, y el movimiento de espuma a través de las hojas. Los diseños de red de las Figuras 6a y 6b tienen en común la característica de tener canales verticales relativamente grandes que permiten un flujo de vapor hacia arriba sin obstrucciones. Algunas estructuras de red tienen porciones en ángulos de las hojas que cruzan hacia los canales verticales. El ancho de los canales será mayor, típicamente más de 3 cm, y los canales son más uniformes que en el relleno estructurado. Porciones de las hojas mismas pueden intersectarse, o unirse una con la otra, en puntos múltiples, eliminando de este modo la necesidad de los trabes de red 9 conectores . Las Figuras 7 y 8 ilustran diez estructuras alternativas diferentes (a)-(j) para las hojas 8 del paquete de red de baja área de superficie. Son posibles muchas más. En la Figura 7 las hojas representativas 8 descansan sobre una barra de soporte horizontal 27 que puede ser parte de un tubo de descenso. En la Figura 8 las hojas descansan directamente sobre la superficie superior de una sección de soporte de bandeja perforado 5. Es altamente preferible que cuando menos una porción de la estructura de hojas se incline de la vertical, de forma que una porción de la hoja intercepte el flujo de vapor ascendente, y el otro lado proporcione una superficie inclinada para una mayor retención de líquidos. Esto proporciona un mayor incremento en la capacidad de la bandeja, por alguna razón que aún se desconoce. La hoja recta inclinada h es el ejemplo más simple de tal porción inclinada. Las hojas bidireccionales más complicadas (c) y (f) ofrecen una mayor rigidez, pero también un costo más elevado. No hay un requisito conocido para ángulos agudos, y se piensa que la superficie inclinada puede proporcionarse por una o más curvas, como lo muestra la hoja (e) . Se prefiere que la hoja no esté formada de forma tal que cree una forma cóncava. La forma de la hoja (a) por consiguiente se prefiere por sobre la forma de la hoja (b) . Las dos hojas 8 de red de baja área de superficie de la Figura 8 difieren de aquellas que aparecen en la Figura 7 en el sentido de que cada hoja tiene una o más pestañas (x, y, z) extendiéndose de la superficie mayor de la hoja. Las pestañas pueden sobresalir de ambos lados de la hoja, como lo muestran las pestañas y y z de la hoja j, que se extiende en direcciones opuestas. Las pestañas pueden comprender elementos separados sujetados a las hojas mediante soldadura. Sin embargo, se prefiere que las pestañas se formen por un procedimiento convencional de formado de metales, en el que se practican varios cortes en la hoja y se forma la pestaña al doblar sobre el metal no cortado en la base de la pestaña. Esta operación formará perforaciones en la hoja. Estas perforaciones se conformarán en tamaño a las pestañas, y podrán aumentar otras perforaciones en la hoja. La Figura 9 ilustra una bandeja fraccionadora de tipo de descenso múltiple que puede utilizarse en la presente invención. La bandeja de disco plano 2 de la Figura 9 tiene seis secciones de soporte 5, donde cada uno tiene varias perforaciones 15 para el pasaje ascendente del vapor. Esta bandeja particular 2 está ilustrada con cinco tubos de descenso rectangulares 12 uniformemente separados sobre la superficie de la bandeja. Los tubos de descenso se extienden alejándose de la superficies superior e inferior de la bandeja, y están separados por franjas de soporte plano cinco destinados al paso ascendente del vapor. La totalidad del flujo ascendente de vapor en la columna debe pasar a través de las perforaciones 15. Cada tubo de descenso toca dos franjas planas de soporte. Cada tubo de descenso posee un extremo superior abierto rectangular formado por la extensión ascendente de las paredes laterales y final, hacia arriba y más allá de la superficie de soporte. De manera similar, los tubos descendentes se extienden por debajo de la bandeja, donde el extremo inferior de cada tubo de descenso está cerrado por una placa selladora horizontal que posee perforaciones sellables de líquido 17 para el paso de líquidos. Estas perforaciones 17 de la bandeja tienen dimensiones tales que permiten colectivamente el paso de la totalidad del flujo descendente de líquido en la columna durante la operación, en tanto que retienen suficiente líquido en los tubos descendentes para impedir el flujo ascendente de vapor. La Figura 10 ilustra una vista lateral seccional de una bandeja de descenso múltiple 2 similar a la de la Figura 9, y que comprende cuatro tubos de descenso rectangulares paralelos 12 colocados en la bandeja. Una sección de soporte plana 5 está presente a ambos lados de cada tubo de descenso. La estructura rectangular de los tubos de descenso permite que las paredes laterales 32 actúen como vigas que proporcionan soporte vertical para las secciones de soporte. En esta modalidad, las paredes laterales y paredes extremas 33 no tienen perforaciones, y el flujo de líquido descendente corriente arriba viaja a través de la pluralidad de aberturas sellables de líquido 17 proporcionadas en las placas selladoras de tubo descendente plano 34. Una sola capa de red de baja área de superficie 3 que comprende las hojas esencialmente verticales 8 y trabes conectores 9 descansan directamente sobre la superficie superior del soporte 5 de la bandeja entre las paredes laterales del tubo descendente, que se extienden hacia arriba y más allá de la porción inferior de la red. Por consiguiente, el vapor que se eleva por las perforaciones 15 chocan contra las hojas 8 de la red.. La Figura 11 es una vista hacia abajo en la columna fraccionadora 1, con un corte sobre la bandeja fraccionadora de flujo transversal 2. El líquido que cae por un tubo de descenso cordal desde la siguiente bandeja que está arriba cae sobre la olla receptora sin perforaciones 35, y procede horizontalmente por la bandeja 2 hacia la parte superior de la Figura. El vapor que está abajo se eleva por la gran cantidad de aberturas de pequeño diámetro 15 uniformemente distribuidas sobre el soporte 5. Por simplicidad, estas perforaciones 15 se muestran solo sobre una porción de la bandeja. Al llegar al otro lado de la bandeja de flujo transversal, el líquido fluye sobre el rebosadero de salida 13 y hacia abajo, hacia el tubo de descenso cordal que conduce a la siguiente bandeja inferior. Este flujo es similar al que se muestra en las Figuras 3 y 5. Una característica primaria de este dispositivo es que se proporcionan redes de baja área de superficie 3 en distintos ángulos sobre la superficie de soporte. Las redes están en varios paquetes planos, donde cada paquete de red comprende una pluralidad hojas 8 y los trabes perpendiculares conectores 9. Las hojas de los distintos paquetes están alineados en diferentes direcciones, tal y como se muestra. Estas redes están formadas, colocadas y alineadas de forma tal que el vapor que se eleva desde la red proporciona una fuerza horizontal hacia la espuma en la bandeja, donde esta fuerza tiende a causar que la nueva espuma diverja hacia los lados de la bandeja. Con esto se pretende reducir la tendencia del líquido a estancarse en las áreas laterales junto a la trayectoria de flujo directo de la olla receptora 35 hacia el rebosadero de salida 13. Un segundo par de paquetes de red en ángulo 3 ubicadas en la mitad de salida de la bandeja luego acelera la recolección de la espuma desde estas zonas, y su paso hacia el tubo de descenso de salida. Estos dos conjuntos de redes inclinadas 3 están separadas por una sección intermedia de redes alineadas paralelas al rebosadero de salida 13. Los paquetes de redes inclinadas pueden diferir en cantidad, de los cuatro que se muestran en el dibujo, y puede utilizarse en una porción más reducida de la bandeja. Por ejemplo, las redes alineadas ubicadas exclusivamente en el lado de entrada de la bandeja pueden ser suficientes para promover el movimiento de espuma requerido. Adicionalmente, como se muestra en el dibujo, grandes porciones del soporte de bandejas puede estar libre de redes.

Puede hacerse notar que esta figura muestra paquetes de redes de la misma capa alineada en direcciones diferentes, en contraposición a figuras anteriores en donde las subcapas estaban alineadas en direcciones distintas. La red de baja área de superficie puede estar en forma de una capa única, o varias subcapas. La altura de la red es tal que no llena el espacio entre bandejas verticalmente adyacentes. El porcentaje de distancia vertical entre bandejas que llena el material de red dependerá ligeramente de la separación entre bandejas, y aumentará conforme se reduzca la separación entre bandejas. Se prefiere que entre el 10 y el 75% del espacio entre las bandejas sea llenado con red de baja área de superficie. Es altamente preferible que la red de baja área de superficie llene menos de la mitad del espacio entre bandejas, y es altamente preferible que se llene menos de la tercera parte de este espacio. La presente invención puede aplicarse a bandejas de tubos de descenso múltiples como los que se describen en la patente anteriormente citada US-A-3, 410, 540. Las bandejas de descenso múltiple tienen varias características físicas que las distinguen. Por ejemplo, una bandeja de descenso múltiple no tiene la olla receptora que se muestra en las bandejas de flujo transversal anteriormente discutidas. Esta es normalmente la sección sin perforaciones del soporte de bandejas ubicado por debajo de la parte inferior de un tubo de descenso. Por consiguiente, el líquido que desciende por el tubo de descenso hace impacto sobre las superficie de una bandeja, antes de pasar horizontalmente hacia el soporte perforado de la bandeja. Las ollas receptoras normalmente están ubicadas directamente por debajo del tubo de descenso que conduce de la siguiente bandeja fraccionadora convencional que está por encima, como se muestra en las Figuras 3, 5 y 11. El área de superficie horizontal de una bandeja fraccionadora de descenso múltiple está dividida en la zonas deprimidas que funcionan como dispositivos de descenso, y la superficie de contacto de vapor-líquido que se designa como soporte. No hay zonas sin perforaciones asignadas para recibir líquido descendente desde la bandeja ubicada inmediatamente arriba. Otra característica que distingue a la bandeja fraccionadora de tipo de descenso múltiple es la condición de que una cantidad relativamente grande de dispositivos de descenso paralelos sobre la bandeja. Cada bandeja pudo utilizar entre uno a quince, o más, tubos de descenso. Estos dispositivos de descenso están relativamente poco separados entre sí, en comparación a las bandejas fraccionadoras de flujo transversal más comunes, al esparcirse sobre la superficie de la bandeja, en vez de estar en la periferia de la bandeja. La distancia entre los tubos de descenso adyacentes (medidos entre sus paredes laterales) de la misma bandeja de descenso múltiple puede ser de entre 0.2 a 1.0 m, y preferiblemente menos de 0.5 m. esto produce una bandeja que posee un diseño único en su tipo, que consiste en zonas de soporte alternantes y dispositivos de descenso uniformemente separados sobre la superficie superior de la bandeja fraccionadora, como se muestra en las Figuras 4, 9 y 10. La estructura de los tubos de descenso de la bandeja de descenso múltiple es también única en su tipo en comparación a los tubos de descenso que se utilizan en las bandejas fraccionadoras de flujo transversal. El dispositivo de descenso no se extiende hacia abajo, y hacia la siguiente bandeja fraccionadora. En vez de ello, se detienen a un nivel intermedio mucho más elevado, ubicado en el volumen vacío entre las dos bandejas. El tubo de descenso que desciende de la bandeja superior, por consiguiente se detiene normalmente muy por encima de la superficie de soporte de una bandeja inferior, y por sobre la entrada hacia los tubos de descenso de la bandeja que está abajo. La entrada del tubo de descenso de una bandeja funciona como rebosadero de salida de la bandeja, y la parte inferior del tubo de descenso está preferiblemente muy por encima del rebosadero de salida de la bandeja inferior. La sección transversal de los extremos horizontales de los tubos de descenso pueden tener una amplia variedad de formas, que varían de la rectangular que se muestra en la Figura 1, a la triangular de la Figura 4. Una característica muy distintiva de una bandeja fraccionadora de descenso múltiple es proporcionar un dispositivo sellador de líquidos cerca del fondo del tubo de descenso. El fondo del tubo de descenso está parcialmente cerrado para retardar el flujo directo hacia debajo de líquido, fuera del tubo de descenso. Esto causa la acumulación y retención de espuma, que le permite separarse en un líquido transparente. El líquido acumulado sella el líquido de descenso al flujo ascendente de vapor. Esta salida sellable de líquido está ubicada muy por encima del soporte de la bandeja ubicada inmediatamente abajo. Preferiblemente está a un nivel por encima de la entrada de los tubos de descenso asociados con la siguiente bandeja de abajo. El líquido transparente es recolectado en la porción inferior del tubo de descenso, y se derrama sobre la siguiente bandeja inferior a través de las aberturas en el fondo del tubo de descenso. Si se desea, una parte del líquido puede salir por las aberturas de las paredes laterales del tubo de descenso. La aberturas están agrupadas y ubicadas de forma que el líquido saliente no cae en un tubo de descenso de la siguiente bandeja inferior. En la modalidad que utiliza tubos de descenso en forma de V, las perforaciones 28 en las paredes laterales del tubo de descenso están preferiblemente dispuestas en una o más hileras que corren sobre el eje mayor del tubo de descenso. Se prefiere que las perforaciones estén ubicadas más en las paredes laterales que sobre el fondo del tubo de descenso en forma de V. Esto ayuda a impartir una velocidad horizontal al líquido saliente, haciéndolo alejarse por el tubo de descenso. Esto es benéfico para esparcir el líquido sobre un relleno de alta superficie 4 que está ubicado por debajo de la bandeja, y de este modo asegurando una humectación más uniforme del relleno. Es también útil para dirigir el líquido hacia las zonas de soporte de la bandeja que está debajo, dependiendo de la orientación y ubicación de los soportes de bandeja inferiores. Las perforaciones en las paredes laterales del tubo de descenso son preferiblemente circulares, aunque podrían tener otras formas incluyendo ranuras horizontales o diagonales. Se prefiere utilizar un número más reducido de perforaciones más grandes, aunque las perforaciones pudieran estar ubicadas más o menos uniformemente sobre la longitud de ambas paredes laterales del tubo de descenso en una sola hilera, para nuevamente ayudar a esparcir el líquido sobre el relleno de alta superficie suspendido. Son adecuadas aberturas circulares de entre 0.5 y 2.5 cm de diámetro. Un factor importante en la colocación de las perforaciones del tubo de descenso es dotarlo de una distancia adecuada entre la superficie superior de la bandeja, que puede ser coextensiva con la entrada del tubo de descenso, y las perforaciones para permitir que la espuma entrante se separe en líquido transparente y vapor. Esto es importante para una mayor eficiencia de la bandeja y el funcionamiento en general. Esta distancia también podría proporcionar suficiente espacio para el líquido, para impedir el paso ascendente del vapor por las perforaciones del tubo de descenso. Esta colocación deseable de las perforaciones del tubo de descenso pueden caracterizarse como propias del tercio inferior de la pared lateral del tubo de descenso. El soporte entre tubos de descenso cualesquiera de una bandeja de tipo de descenso múltiple es de preferencia esencialmente plano, y orientado en un plano horizontal. Estas porciones de soporte están provistas de aberturas uniformemente distribuidas de una adecuada superficie total abierta transversal para permitir que el flujo de vapor esperado pase hacia arriba, a través de la bandeja a una velocidad razonable. Las aberturas circulares uniformes de una bandeja de malla convencional son preferibles, pero pueden complementarse mediante ranuras directoras de flujo de vapor. La superficie abierta proporcionada por las perforaciones de soporte pueden ser de hasta 30 a 45% del soporte de la bandeja, en comparación a una superficie inferior de hasta el 20% que se utiliza normalmente en bandejas corrugadas. Las perforaciones circulares pueden ser de hasta 1.87 cm de diámetro. El dispositivo de conformidad a la presente invención puede ser en forma de un nuevo dispositivo, o como modificación de un dispositivo ya existente. Es decir, puede modificarse una columna con bandejas ya existente para utilizar la presente invención al colocar red de baja área de superficie en algunas o en todas las bandejas existentes. Una modalidad de la presente invención puede caracterizarse como un dispositivo de destilación fraccional que comprende una columna vertical cerrada (1) que posee una sección transversal circular, y un primer extremo superior (20) y un segundo extremo inferior (21) ; un par de bandejas fraccionadoras de descenso múltiple separadas entre sí de manera verticalmente uniforme (2) que comprenden una primera bandeja inferior y una segunda bandeja superior, donde las bandejas se extienden sobre esencialmente toda la superficie transversal de la columna (1), y donde las bandejas (2) tienen secciones de soporte de pasaje de vapor separado (5) y tubos de descenso de recolección de líquido paralelo (6, 12) distribuidos sobre las bandejas (2), donde los tubos de descenso de recolección de líquido se extienden alejándose de la bandeja (2) hacia el segundo extremo de la columna, y con perforaciones (28) para el pasaje de líquidos que está ubicado en los tubos de descenso de recolección de líquidos; y una capa de relleno estructurado de red de baja área de superficie (3) colocado sobre la primera bandeja del par de bandejas fraccionadoras, donde la capa de red se extiende hacia la segunda bandeja (2) por una distancia igual a entre una décima a tres cuartas partes de la distancia vertical entre las bandejas primera y segunda (2) . Otra modalidad de la presente invención puede caracterizarse como un aparato de destilación fraccional que comprende una columna cerrada vertical (1) que posee una sección transversal circular y un primer extremo superior (20) y un segundo extremo inferior (21) ; un par de bandejas fraccionadoras verticalmente separadas en forma de disco (2) que se extienden sobre esencialmente la totalidad de la superficie de sección transversal de la columna (1), donde las bandejas poseen secciones de soporte perforadas planas separadas (5) y tubos de descenso de recolección de líquidos (6, 12), donde los tubos de descenso se extienden alejándose de la bandeja (2) hacia el segundo extremo inferior de la columna (1), y con perforaciones adicionales (17, 28) para el paso de líquidos que están ubicadas en los tubos de descenso de recolección de líquido; una capa de relleno estructurado de red de baja área de superficie (3) colocado sobre una primera bandeja inferior (2) del par de bandejas fraccionadoras; y una capa de relleno de alta área de superficie (4) ubicada por encima de la capa de relleno estructurado de red de baja área de superficie (3) . Como se mencionó anteriormente, una adición opcional de la presente invención es un lecho de relleno de alta área de superficie. Estos lechos opcionales están ubicados entre dos bandejas, y preferible no entran en contacto con ninguna de ellas. Al recibir el líquido necesario de la siguiente bandeja que está por encima de su ubicación, se describe como debajo de la bandeja superior. Las pruebas demostraron que una sección efectiva de relleno de alta área de superficie necesita ser relativamente delgada, por ejemplo 200 mm de arriba hacia abajo, y por ello los efectos de pared son insignificantes. Es deseable un mínimo grosor de lecho de 10 cm, donde se contemplan lechos de un grosor de hasta 150 cm. La cantidad de relleno de baja área de superficie que se utiliza en cualquier par de bandejas es preferiblemente menor al 50% del volumen de la columna entre las bandejas superior e inferior del par de bandejas pertinentes. Se prefiere que no se coloque material de relleno de alta área de superficie directamente sobre la superficie de las bandejas. Esto permita que ocurra una espuma convencional y flujo de líquido. Un lecho de relleno opcional de alta área de superficie proporcionado en la columna preferiblemente será más grueso, medido de arriba hacia abajo, en la primera capa de relleno estructurado de red de baja área de superficie ubicado por debajo de éste. Cualquier segunda capa opcional de estructura de red de baja área de superficie ubicada por encima del lecho de relleno de alta área de superficie es preferiblemente más delgado que la primera capa (inferior) de estructura de red de baja área de superficie. Más precisamente, se prefiere que la capa primera (inferior) tenga dos veces este grosor, y más preferiblemente el triple del grosor que la capa segunda (superior) de relleno de red de baja área de superficie. Los lechos de relleno opcionales pueden contener cualquiera de los muchos rellenos aleatorios conocidos; pueden ser anillos, esferas, sillas de montar o rellenos de lechos estructurados (ordenados) ; es decir corrugados, enrollados pantallas o placas. En las patentes de los EE.UU. 5,200,119 y 5,132,056 se proporcionan ejemplos de rellenos aleatorios y estructurados. Los lechos de relleno de alta área de superficie pueden estar suspendidos por una pantalla de alambre tejida porosa. La pantalla misma puede sostenerse de diversas formas. La pantalla puede descansar sobre un paquete de red o una pluralidad de barras de soporte que cruzan el volumen interno de la columna en un plano paralelo a las bandejas. La pantalla o cada uno de los elementos de relleno puede suspenderse (colgarse) alternativamente desde la bandeja que está arriba. Estos detalles mecánicos pueden variarse para acomodarse a cada situación, y no se consideran como una limitación del concepto de la presente invención. Algunas modalidades de la presente invención incluyen un elemento que funciona para suministrar líquido al lecho opcional de relleno de alta superficie. Las aberturas en el material de soporte pueden utilizarse para este propósito además de permitir el flujo de vapor. Una porción, por ejemplo del 25 al 40% del volumen del líquido que fluye a través del soporte de bandeja 5, puede por consiguiente fluir hacia abajo, por aberturas en el soporte, para permitir que el líquido fluya al relleno 4. Los conocedores en la técnica reconocerán que hay varias formas de distribuir líquido desde la bandeja hacia el relleno. Se prefiere utilizar el uso de cualquier sistema mecánicamente complejo que implique conductos, tuberías y válvulas, planos inclinados, etc. El líquido que se esparce por el relleno puede ser derivado de un tubo de descensó, una zona separada de recolección de líquidos o del soporte de bandeja mismo. Para estos propósitos, se prefiere utilizar alguna forma de soporte de bandeja de "flujo dual". Es decir, la bandeja permite intencionalmente que el líquido "sude" hacia abajo como si tuviera perforaciones o dispositivos de diámetro mayor para promover el flujo de líquido a través de las perforaciones. Pueden también colocarse dispositivos de válvulas conocidos en la técnica en la bandeja para regular el flujo de líquido y vapor, y para acomodar variaciones en estos flujos sujetos a cambios en alimentación o ritmos de reflujo en la columna. Las bandejas de la presente invención son bandejas fraccionadoras en comparación a los distribuidores líquidos que se encuentran en columnas con relleno. Algunas características de las bandejas fraccionadoras incluyen una menor separación vertical que para los redistribuidores; un diseño que causa un contacto íntimo y vigoroso de líquidos retenidos en la bandeja, donde el vapor asciende por la bandeja y a la formación de espuma en la superficie de las bandejas fraccionadoras; y en la abundancia de perforaciones muy cercanas sobre un alto porcentaje de la superficie de soporte de las bandejas fraccionadoras. En una bandeja fraccionadora, un gran porcentaje, aproximadamente el 70% de la superficie transversal de la bandeja está comprendida por relleno. Los redistribuidores convencionales de columnas con relleno no utilizan soportes. En la bandeja, ocurre transferencia de masa, es decir purificación o separación; en un redistribuidor convencional, no ocurre transferencia de masa.

Claims (10)

1. REIVINDICACIONES 1. Un aparato de contacto de vapor-líquido que comprende: a) una columna vertical cerrada que posee una sección transversal circular, un primer extremo superior y un segundo extremo inferior; b) una pluralidad de bandejas fraccionadoras uniformemente separadas que incluyen un par de bandejas fraccionadoras verticalmente separadas que comprenden una primera bandeja inferior y una segunda bandeja superior, donde las bandejas son esencialmente planas y que se extienden horizontalmente sobre esencialmente la totalidad de la superficie transversal de la columna, y donde las bandejas poseen perforaciones uniformemente distribuidas sobre secciones de soporte de la bandeja, donde las secciones de soporte están desprovistas de tubos de descenso; y c) una capa que comprende de un relleno de red estructurado de baja área de superficie soportado por la primera bandeja del par de bandejas fraccionadoras, donde la capa de relleno de red estructurado se extiende hacia arriba y hacia la segunda bandeja por una distancia igual a aproximadamente de una décima a tres cuartas partes de la distancia vertical entre las bandejas primera y segunda.
2. 2. El dispositivo de destilación fraccional de la reivindicación 1, donde las bandejas comprenden bandejas fraccionadoras de descenso múltiple que poseen tubos de descenso de recolección de líquido paralelos distribuidos sobre las bandejas, donde los tubos de descenso de recolección de líquidos se extienden alejándose de la bandeja hacia el segundo extremo de la columna, y con perforaciones para paso de líquido ubicadas en los tubos de descenso de recolección de líquido.
3. 3. El aparato de destilación fraccional de la reivindicación 1, donde las bandejas comprenden bandejas fraccionadoras en forma de disco donde las bandejas tienen tubos de descenso de recolección de líquido, donde los tubos de descenso se extienden alejándose de la bandeja hacia el segundo extremo inferior de la columna, y con perforaciones adicionales para el paso del líquidos que están situadas en los tubos de descenso de recolección de líquidos y una capa de relleno de alta área de superficie ubicado por encima de la capa de relleno estructurado de red de baja área de superficie .
4. 4. El aparato de la reivindicación 3, que además se caracteriza en que los tubos de descenso de recolección de líquido comprenden tubos de descenso de sección transversal triangular.
5. 5. El aparato de la reivindicaciones 1 a 4, donde la capa de relleno de red de baja área de superficie comprende cuando menos dos capas de rellenos similar alineadas en diferentes direcciones.
6. 6. El aparato de la reivindicaciones 1 a 4, donde el relleno de red de baja área de superficie comprende cuando menos dos subcapas separadas de relleno de red que comprende hojas verticales, donde las hojas de subcapas verticalmente adyacentes están alineadas en diferentes direcciones .
7. 7. El aparato de las reivindicaciones 1 a 4, donde el relleno de red se apoya sobre la parte superior de la primera bandeja.
8. 8. El aparato de las reivindicaciones 2 o 3, donde el relleno de red está soportado por una porción superior de un tubo de descenso de la primera bandeja.
9. 9. El aparato de las reivindicaciones 1 o 2, que además se caracteriza en que la capa de relleno estructurado de red de baja área de superficie descansa sobre un borde superior de una pared lateral de un tubo de descenso, donde la pared lateral sostiene la capa de relleno estructurado de red de baja área de superficie por encima de la superficie superior de las secciones de soporte de paso de vapor de la primera bandeja inferior para proporcionar volúmenes vacíos ubicados entre las secciones de soporte de paso de vapor y la superficie inferior de la capa de relleno estructurado de red de baja área de superficie.
10. 10. El aparato de las reivindicaciones 1 o 4, además caracterizado en que un lecho de material de relleno está ubicado entre el fondo de la segunda bandeja superior y la superficie superior del relleno estructurado de red con un volumen vacío cilindrico (v) ubicado entre el fondo del lecho del material del relleno y la capa del relleno de red de baja área de superficie.