MICROMEZCLADOR ESTATICO.

Micromezclador estático que comprende

- una caja (11) con como mínimo dos conductos de alimentación de fluido (12a) y como mínimo un conducto de descarga de fluido (16) y

- como mínimo dos placas (1) dispuestas en una pila dentro de la caja (11),

- en donde las placas (1) están superpuestas de modo tal, que las aberturas de entrada (2) forman canales secundarios para alimentar el correspondiente flujo de educto y las zonas de mezclado (5) forman un canal principal para la descarga del flujo de producto y el canal principal y los canales secundarios se extienden a través de la pila, caracterizado por que las dos o más placas (1) dispuestas en la caja (11) están configuradas como componentes de modo tal, que la placa (1)

- comprende como mínimo una abertura de entrada (2) para la entrada de como mínimo un flujo de educto en un canal de conexión (3) situado en el plano de la placa y como mínimo una abertura de salida (4) para la salida del flujo de educto a una zona de mezclado (5) situada en el plano de la placa,

- en donde la abertura de entrada (2) está comunicada con la abertura de salida (4) mediante el canal de conexión (3) situado en el plano de la placa,

- en donde el canal de conexión (3) está dividido en dos o más canales parciales (7) mediante unidades de microestructuras (6) antes de la desembocadura en la zona de mezclado (5), en donde las anchuras de los canales parciales son del orden de milímetros a fracciones de milímetro y son menores que la anchura de la zona de mezclado (5), y

- en donde la relación entre la anchura máxima del canal de conexión (3) y la anchura de los canales parciales (7) en su salida a la zona de mezclado (5) es superior a 2

Micromezclador estático.

La presente invención se refiere a un micromezclador estático destinado a realizar reacciones químicas.

Cuando se mezclan, como mínimo, dos fluidos, la finalidad es lograr una distribución uniforme de los dos fluidos en un tiempo determinado, generalmente lo más breve posible. En los mezcladores dinámicos, el mezclado se realiza utilizando agitadores de accionamiento mecánico, mediante la generación de condiciones de flujo turbulento. Los mezcladores dinámicos tienen el inconveniente de que, debido a las piezas mecánicas componentes, no es fácil reducir su tamaño. En los mezcladores estáticos, el mezclado se realiza sin utilizar piezas móviles. Se puede reducir el tamaño de estos mezcladores para construir los llamados micromezcladores, de los que se conocen varias formas de realización. La ventaja de los micromezcladores estáticos es la reducción del tamaño de las piezas componentes y, con ello, la posibilidad de integrarlos en otros sistemas tales como intercambiadores de calor y reactores. Mediante la acción conjunta de dos o más componentes conectados entre sí en un espacio reducido, se consiguen posibilidades adicionales de optimización de procesos. La muy estrecha distribución de los tiempos de mezclado que se puede conseguir con los micromezcladores estáticos permite múltiples posibilidades de optimización de las transformaciones químicas, en lo que respecta a la selectividad y el rendimiento. Se pueden conseguir tiempos de mezclado de entre 1 segundo y pocos milisegundos, de modo que se puede realizar el mezclado de gases de forma notablemente más rápida. El potencial de aplicaciones de los micromezcladores se extiende desde las mezclas líquido-líquido y gas-gas, hasta la preparación de emulsiones líquido-líquido y dispersiones gas-líquido y, con ello, también a las reacciones de varias fases y de transferencia de fases. Una clase de micromezcladores se basa en procesos de mezclado con control de la difusión. Para ello, se generan alternadamente láminas contiguas de fluido que tienen un espesor del orden de micrómetros. Mediante la selección de la geometría, es posible ajustar el espesor de las láminas de fluido y, con ello, los recorridos de difusión. Por ejemplo, en DE-199.27.556.A1, DE-202.06.371.U1 y WO-02/089962 se describen micromezcladores estáticos de este tipo. El inconveniente de los micromezcladores que se basan en la difusión entre láminas de fluido microscópicas es que se requiere una velocidad de flujo relativamente pequeña para generar y mantener las condiciones de flujo laminar. Con este principio de mezclado sólo pueden obtenerse rendimientos relativamente reducidos.

También son conocidos los micromezcladores que constan de componentes conductores dotados de canales pasantes, o bien de películas dotadas de ranuras que, cuando están superpuestos en capas, forman un número de canales para los distintos fluidos a mezclar, de modo que las dimensiones de los canales son del orden de micrómetros. Los flujos de eductos salen hacia un recinto de mezclado en forma de láminas de fluido contiguas, de modo que la mezcla se efectúa por difusión y/o turbulencia (ver, en especial, WO-97/17130 y la bibliografía que en él se cita, así como WO-97/17133, WO-95/30475, WO-97/16239 y WO-00/78438). La fabricación de estos componentes es especialmente costosa y compleja y, durante el transporte de los fluidos a mezclar por múltiples canales largos y muy estrechos, se pueden producir pérdidas de presión relativamente elevadas. Esto puede requerir la utilización de potentes sistemas de bombas, si se desea conseguir rendimientos elevados.

El documento WO-01/43857A1 da a conocer un micromezclador estático que comprende una caja con, como mínimo, dos conductos de alimentación de fluido; como mínimo, un conducto de descarga de fluido; y, como mínimo, dos placas dispuestas en una pila, de modo que las placas están superpuestas de manera que las aberturas de entrada forman canales secundarios para conducir el correspondiente flujo de educto, y las zonas de mezclado forman un canal principal para la descarga del flujo del producto, y los canales principal y secundarios se extienden a través de la pila.

El documento US-6.494.614 B1 da a conocer una pieza componente con forma de placa, para un micromezclador estático, la cual comprende,

La presente invención tiene por objeto dar a conocer un dispositivo para mezclar, como mínimo, dos fluidos, el cual, con pérdidas de presión lo más pequeñas posibles, haga posible un mezclado a fondo rápido e intensivo, ocupe poco espacio y permita una fabricación sencilla de los componentes necesarios.

Este objetivo se logra con el micromezclador de la reivindicación 1.

A continuación se emplea el término fluido para designar una sustancia gaseosa o líquida, o una mezcla de tales sustancias, la cual puede contener en disolución o dispersión una o varias sustancias sólidas, líquidas o gaseosas. El concepto mezclar también abarca los procesos de disolver, dispersar y emulsionar. En consecuencia, el concepto mezcla comprende las disoluciones, las emulsiones líquido-líquido, y las dispersiones gas-líquido y sólido-líquido.

El término canales parciales también comprende una división del flujo de educto en flujos parciales, inmediatamente antes de su salida hacia la zona de mezclado, mediante deflectores con microestructuras. Las dimensiones de dichos deflectores, en especial, sus longitudes y anchuras, pueden ser de milímetros o bien, preferiblemente, inferiores a 1 mm. Preferiblemente, los canales parciales tienen la longitud mínima necesaria, por lo que, para un caudal dado, requieren presiones relativamente reducidas. Preferiblemente, la relación entre la longitud y la anchura de los canales parciales es del orden de 1:1 a 20:1, en especial, de 8:1 a 12:1, de modo especialmente preferible, aproximadamente 10:1. Preferiblemente, los deflectores con microestructuras están configurados de forma que la velocidad del flujo de educto en la salida hacia la zona de mezclado sea no sólo mayor que en la entrada al canal de conexión, sino también, preferiblemente, mayor que la velocidad del flujo de producto a través de la zona de mezclado.

Los canales de conexión y los canales parciales montados en las placas se pueden realizar con la forma que se desee. Tanto las placas como cada uno de los canales que contienen pueden tener diferentes alturas, anchuras y espesores, para poder transportar medios y cantidades diferentes. La forma básica de las placas es discrecional, y puede ser redondeada, por ejemplo, circular o elíptica, o bien con ángulos, por ejemplo, rectangular o cuadrada. También se puede optimizar la forma de las placas en lo que respecta a la máxima reducción del peso y de la superficie no aprovechada. Las salidas de los canales parciales pueden estar dispuestas discrecionalmente, en una línea recta o con cualquier forma geométrica deseada. Por ejemplo, las aberturas de salida pueden estar dispuestas sobre una línea circular, en especial cuando la zona de mezclado está totalmente circundada por el plano de la placa. Se pueden conducir dos o más de dos componentes (A, B, C, etc.) a un disco y mezclarlos en proporciones iguales o diferentes. Los canales parciales pueden estar enfrentados, o bien estar orientados con cualquier ángulo deseado respecto a la línea sobre la que están situadas las salidas hacia la zona de mezclado. Se pueden disponer, adyacentes entre sí, varios canales parciales que conducen, por ejemplo, el componente A, y disponer en la sección contigua...

1. Micromezclador estático que comprende

2. Micromezclador según la reivindicación 1, caracterizado por que los canales de conexión (3) de las placas (1) están conformados por ahuecamientos y los canales de conexión (3) se dividen antes de la desembocadura en la zona de mezclado (5) en canales parciales (7) a través de unidades de microestructuras (6) dispuestas sobre las placas.

3. Micromezclador según la reivindicación 1, caracterizado por que los canales de conexión (3) de las placas (1) están formados por entalladuras en las placas (1), en donde las placas (1) están dispuestas como placas intermedias cada una de ellas entre una placa de tapa y una placa de fondo y los canales de conexión (3) se dividen antes de la desembocadura en la zona de mezclado (5) en canales parciales (7) a través de unidades de microestructuras (6) dispuestas sobre las placas de tapa y de fondo.

4. Micromezclador según una cualquiera de las reivindicaciones, caracterizado por que lleva integrado un intercambiador de calor.

5. Micromezclador según la reivindicación 1, caracterizado por que la relación entre la anchura máxima del canal de conexión (3) y/o entre la anchura de la abertura de entrada (2) y la anchura de los canales parciales (7) es superior a 5.