Conjunto de mezclador estático.

Un conjunto de mezclador estático que comprende un tubo que tiene un eje central con tres pares de solapas que se extienden hacia dentro desde una pared interior del tubo

, colocadas simétricamente en torno a un plano de simetría que pasa a través del eje central, donde las primeras solapas centrales están colocadas para formar una proa a lo largo del plano de simetría y que apuntan aguas arriba, con un segundo y un tercer pares de solapas que flanquean las primeras solapas y que están colocados para superponerse entre sí de tal manera que se evita el flujo libre de fluido aguas abajo paralelo al eje central del tubo en una región anular periférica limitada del tubo, mientras que se permite el flujo no obstruido en una región de flujo no obstruido del tubo, comprendiendo la región de flujo no obstruido una región central del tubo en torno al eje central y que se extiende a una región periférica del tubo opuesta a la proa.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/GB2012/000007.

Solicitante: Statiflo International Limited.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: Wood Street Mill Wood Street Macclesfield Cheshire SK11 6JQ REINO UNIDO.

Inventor/es: BARON,JOHN MICHAEL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > MEZCLA, p. ej. DISOLUCION, EMULSION, DISPERSION (mezcla... > Mezcladores de flujo (pulverizadores, atomizadores... > B01F5/06 (Mezcladores en los que los componentes de la mezcla son prensados juntos o a través de ranuras, orificios, o tamices (turbomezcladores B01F 5/16; molinos coloidales B02C; grifos mezcladores F16K 11/00))

PDF original: ES-2528136_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Conjunto de mezclador estático Campo

La presente invención se refiere a métodos y aparatos para mezclar un fluido o fluidos que fluyen a través de una tubería, o para mezclar uno o más ingredientes en dicho fluido, mediante un conjunto de mezclador estático situado en, o que forma parte de la tubería. El conjunto de mezclador estático de la invención es particularmente útil para la homogeneización de fluidos de baja viscosidad tal como gases o líquidos de baja viscosidad y puede utilizarse para la homogeneización de soluciones o dispersiones o para proporcionar un mezclado sustancialmente uniforme de un componente o ingrediente dosificado en el fluido que fluye a través de la tubería en, o aguas arriba, del conjunto de mezclador estático de la invención.

Antecedentes

Los conjuntos de mezcladores estáticos son conocidos en la técnica. Se han utilizado muchos enfoques en el diseño de conjuntos de mezclador estático dependiendo de grado deseado de mezclado requerido y de la caída o pérdida de presión que puede tolerarse en la disposición del mezclador estático para un caudal volumétrico requerido a través del conjunto de mezclador estático. Generalmente, cuanto mayor es el caudal volumétrico a través de un conjunto de mezclador estático, mayor será la caída de presión requerida en el conjunto para alcanzar el caudal deseado.

Es deseable un alto grado de mezclado en combinación con una baja caída de la presión en el conjunto de mezclador estático y un elevado caudal volumétrico. Normalmente, se utilizan los parámetros no dimensionales, tal como el coeficiente de pérdida del sistema o el factor de fricción de Darcy, para evaluar la pérdida de carga o caída de presión de un caudal volumétrico en particular. Es deseable que estos valores sean lo más bajos posible mientras el conjunto de mezclador estático proporciona un mezclado homogéneo. Mezclado homogéneo quiere decir, por ejemplo, que la concentración de uno o más ingredientes introducidos en una o más ubicaciones aguas arriba o aguas abajo del conjunto de mezclador estático se distribuye de forma uniforme tanto axial como radialmente en una ubicación aguas abajo del conjunto de mezclador estático. Por lo que, por ejemplo, si el mezclador estático logra un mezclado homogéneo a una distancia L aguas abajo del conjunto de mezclador estático, entonces cualquier elemento del área transversal en L mostrará sustancialmente la misma concentración del ingrediente, por ejemplo dentro del +/-1 % de la concentración media del ingrediente, y este también será en el caso en cualquier sección transversal aguas abajo de L. En la industria se utilizan los valores de tiempo promedio del coeficiente de variación de la concentración del ingrediente como medida de homogeneidad del mezclado. Se considera que un valor de ,5 o menos indica un buen mezclado. Los detalles de la medida de este parámetro se exponen a continuación.

También es deseable la utilización de materiales y técnicas de construcción simples en la fabricación del conjunto de mezclador estático, de tal manera que no se eleven los costes de fabricación. Idealmente, el mezclado requerido se lograría con unos pocos elementos de mezclado sencillos, que conforman el conjunto de mezclador estático dentro de una tubería a través de la cual fluye el fluido. Por definición, los elementos de mezclado se fijan de forma rígida dentro de la tubería (o dentro de una inserción que se ajusta en una tubería), siendo esta una característica fundamental que define un conjunto de mezclador estático (es decir, se requieren partes mecánicas que no se muevan, el mezclado se induce por el flujo de un fluido a través del conjunto de mezclador estático).

Los elementos de mezclado de los conjuntos de mezclador estático de la técnica anterior normalmente son obstáculos alrededor de los cuales se restringe el flujo del fluido que fluye a lo largo de una tubería. Según pasa el flujo alrededor de los obstáculos, se pueden Iniciar vórtices en los bordes de los obstáculos y éstos se separarán de los obstáculos en intervalos de tiempo regulares. Según avanzan los vórtices a lo largo de la tubería aguas abajo de los obstáculos, el aditivo que se va a mezclar en el fluido puede incluirse en los vórtices y redistribuirse así en todo el fluido por el flujo vorticial. No obstante, la periodicidad de separación de los vórtices puede llevar a una falta de homogeneidad axial en la distribución del aditivo mezclado. Un conjunto de mezclador estático se desvela en la Patente de Estados Unidos N2 5.839.828, que desvela una disposición de mezclador estático que comprende una brida circunferencial que se extiende hacia dentro desde una pared interior de una tubería, teniendo la brida al menos un par de aletas opuestas que se extienden hacia dentro desde el mismo y que se inclinan en la dirección del flujo del fluido.

La Patente de Estados Unidos N2 7.316.53 desvela un mezclador estático para fluidos de baja viscosidad que contiene dispositivos integrados colocados en una tubería que conduce el fluido. Se dispone una pluralidad de obstáculos de flujo para definir restricciones entre los mismos, para el flujo de un fluido viscoso a través de las mismas y para transferir un flujo de un primer orden al flujo de un fluido viscoso que pasa a través de las restricciones, incluyendo esferas vorticiales que separan periódicamente los obstáculos, produciendo las mismas falta de homogeneidad radial y axial en forma de diferencias de concentración axial en el flujo del fluido viscoso.

Cada obstáculo del flujo principal de esta técnica anterior tiene un área modificada geométricamente en al menos una superficie y un borde del mismo para inducir flujos locales, de un segundo orden, en el flujo del fluido viscoso que pasa por el mismo de tal manera que el flujo local de segundo orden se superpone al flujo de primer orden para compensar la falta de homogeneidad radial y axial en el fluido viscoso, producida por el flujo de primer orden. Los obstáculos de flujo desvelados en el documento US 7.316.53 tienen una forma compleja y pueden requerir múltiples etapas de fabricación para su formación. Otros mezcladores de la técnica anterior se describen en el documento EP-A-298697 y el documento US-A-5859.

A pesar de que existen varias disposiciones de mezcladores estáticos conocidas, existe una necesidad de desarrollo de mezcladores de este tipo con una mayor eficiencia de mezclado y homogeneidad del fluido mezclado en combinación con una menor longitud del conjunto de mezclador estático para facilitar la incorporación del conjunto de mezclador estático en una planta, y con una menor caída de presión en todo el conjunto de mezclador estático para un caudal volumétrico deseado, para reducir la resistencia al flujo y los requisitos de bombeo de la planta en la que se va a incorporar el mezclador estático.

Sumario de la invención

Es un objetivo de la presente invención, entre otros, abordar sustancialmente uno o más de los problemas de la técnica anterior. Es un objetivo de algunas realizaciones particulares de la presente invención proporcionar un aparato mejorado para proporcionar un mezclado homogéneo de un fluido que fluye a través del mismo, con una baja relación de caída de presión con respecto al caudal volumétrico en todo el aparato.

Un primer aspecto de la presente invención proporciona un conjunto de mezclador estático que comprende un tubo que tiene un eje central con tres pares de solapas que se extienden hacia dentro desde una pared interior del tubo, colocadas de forma simétrica en torno a un plano de simetría que pasa a través del eje central, en el que las primeras solapas centrales se colocan para formar una proa a lo largo del plano de simetría y que apunta... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un conjunto de mezclador estático que comprende un tubo que tiene un eje central con tres pares de solapas que se extienden hacia dentro desde una pared interior del tubo, colocadas simétricamente en torno a un plano de simetría que pasa a través del eje central, donde las primeras solapas centrales están colocadas para formar una proa a lo largo del plano de simetría y que apuntan aguas arriba, con un segundo y un tercer pares de solapas que flanquean las primeras solapas y que están colocados para superponerse entre sí de tal manera que se evita el flujo libre de fluido aguas abajo paralelo al eje central del tubo en una región anular periférica limitada del tubo, mientras que se permite el flujo no obstruido en una región de flujo no obstruido del tubo, comprendiendo la reglón de flujo no obstruido una región central del tubo en torno al eje central y que se extiende a una región periférica del tubo opuesta a la proa.

2. Un conjunto de mezclador estático de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el tubo es un tubo sustancialmente cilindrico y la pared cilindrica interior se extiende entre caras aguas arriba y aguas abajo, siendo cada cara sustancialmente normal a un eje central del tubo y al plano de simetría que pasa a través del eje central y un diámetro del tubo define un primer y un segundo ejes largos, cada uno de los cuales es paralelo al eje central y está ubicado donde el plano de simetría se encuentra con la pared interior del tubo,

siendo definible cualquier ubicación dentro o en la pared cilindrica interior mediante coordenadas cilindricas r, t, z, en donde t es el ángulo limitado en el eje central entre el primer eje largo y la ubicación, en un plano de medición, que pasa a través de la ubicación y que es normal al eje central, en donde r es la distancia desde el eje central a la ubicación, medida en el plano de medición y en donde z es la distancia, medida a lo largo del eje central, entre el plano aguas arriba y el plano de medición en un punto donde el eje central intersecta el plano de medición, en donde r = R en la pared cilindrica interior, z = Z en el plano aguas abajo y T = O2 y r = R en el primer eje largo y T = 182 y r = R en el segundo eje largo,

en donde cada solapa del primer, del segundo y del tercer par de solapas se extiende hacia dentro desde un borde de unión en la pared interior del tubo y en donde cada miembro de cada par de solapas está situado de manera sustancialmente simétrica con respecto al otro miembro de su par respectivo en el lado opuesto del plano de simetría,

teniendo cada solapa un borde delantero que se extiende hacia dentro desde la pared interior en una ubicación aguas arriba, un borde trasero que se extiende hacia dentro desde la pared interior en una ubicación aguas abajo, teniendo el borde de unión una longitud que conecta su solapa respectiva a la pared interior entre las ubicaciones aguas arriba y aguas abajo y un borde de desviación opuesto al borde de unión,

en donde la ubicación aguas arriba de las dos primeras solapas está en la cara aguas arriba, en r, t, z = R, , Zu1 con los bordes delanteros de las primeras solapas unidos para formar una proa que se extiende hacia dentro desde la ubicación aguas arriba de las primeras solapas y en donde las ubicaciones aguas abajo de las primeras solapas se sitúan en lados opuestos del plano de simetría en r, T, z = R, Td1, Zd1 y R,-Td1, Zd1,

en donde las ubicaciones aguas arriba de las segundas solapas están en la cara aguas arriba, en lados opuestos del plano de simetría, en r, t, z = R, Tu2, Zu2 y R, -Tul, Zu2 con las ubicaciones aguas abajo de las segundas solapas en r, t, z = R, Td2, Zd2 y R, -Td2, Zd2,

en donde las ubicaciones aguas arriba de las terceras solapas están en la cara aguas arriba, en lados opuestos del plano de simetría en r, t, z = R, Tu3, Zu3 y R, -Tu3, Zu3 con las ubicaciones aguas abajo de las terceras solapas en

r, t, z = R, Td3, Zd3 y R, -Td3, Zd3,

en donde < Zu1 < Zu2 < Zu3, y Zd1 > Zu1, Zd2 > Zu2, Zd3 > Zu3, en donde Zd1, Zd2 y Zd3 < Z, en donde Tu2 < Td2, Tu3 < Td3, y Tu2 < Td1, Tu3 < Td2.

3. Un mezclador estático de acuerdo con la reivindicación 2 en el que la longitud del borde de unión de cada solapa, medido a lo largo de una línea recta entre las ubicaciones aguas arriba y aguas abajo de la solapa respectiva, va de ,2 Ra3R.

4. Un mezclador estático de acuerdo con la reivindicación 2 o la reivindicación 3, en el que el valor de r para cualquier punto a lo largo de cada borde de desviación de cada solapa es ,4 R o más, de tal manera que una región central de la tubería que se extiende al menos ,4 R hacia fuera desde el eje central proporciona una trayectoria de flujo libre de fluido;

y, opcionalmente,

en donde los pares de solapas se configuran para proporcionar una región perimetral de la tubería que se extiende al menos ,2 R hacia dentro desde el eje de la pared cilindrica interior entre t = +92- y t = -92- en el que se evita una trayectoria de flujo no desviado de fluido paralela al eje central; y, opcionalmente,

en donde los pares de solapas se configuran para proporcionar una región perimetral de la tubería que se extiende al menos ,2 R hacia dentro desde el eje de la pared cilindrica interior entre t = +162 y t = -162 en el que se evita una trayectoria de flujo no desviado de fluido paralela al eje central.

5. Un mezclador estático de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4 en el que los pares de solapas se configuran para proporcionar una trayectoria de flujo libre en al menos una región definida por 172 <t < -17a y

r< R.

6. Un conjunto de mezclador estático de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5 en el que Zu1 = Zu2 = Zu3;

y opcionalmente,

en el que Zu1 = Zu2 = Zu3 = , de tal manera que la ubicación aguas arriba de los bordes delanteros está en la cara aguas arriba del conjunto de mezclador estático.

7. Un conjunto de mezclador estático de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, en el que Zd3 > Zd2 > Zd1;

y/o

en el que Tu3 es 122 o menos, y opcionalmente, en el que Tu3 es 92 o menos; y/o

en el que la diferencia angular entre la ubicación aguas arriba y aguas abajo de cada solapa va de 252 a 72;

y/o

en el que Zd3 va de ,3 R a 1,5 R y opcionalmente, en el que Zu1 = y Zd3 = Z.

8. Un mezclador estático de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, en el que cada solapa es una placa sustancialmente plana

y/o

en el que cada solapa se dispone sustancialmente normal a la pared cilindrica interior y se extiende hacia dentro hacia el eje central.

9. Un conjunto de mezclador estático de acuerdo con la reivindicación 8 en el que cada solapa se sitúa en una ranura recta respectiva en la pared cilindrica interior configurada para aceptar una solapa.

1. Un conjunto de mezclador estático de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 9,

que incluye además un puerto de inserción del ingrediente situado en una posición Rp, Tp, Zp, en donde

,8R < Rp < R, 172 < Tp á 17a y á Zp < Z;

y/o

en el que cada solapa tiene un espesor de R/3 o menos.

11. Un aparato de procesado de fluidos que comprende una tubería dispuesta para el flujo de un fluido a través de la misma y un conjunto de mezclador estático de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores dispuesto de forma operativa en el mismo.

12. Un aparato de procesado de fluidos de acuerdo con la reivindicación 11 que comprende además un puerto de inserción del ingrediente situado para inyectar un ingrediente en el fluido dentro de la tubería en una ubicación aguas arriba o aguas abajo del conjunto de mezclador estático de tal manera que se puede lograr una mezcla homogénea de dicho ingrediente con dicho fluido aguas abajo del conjunto de mezclador estático.

13. Un aparato de procesado de fluidos de acuerdo con la reivindicación 12 en el que el puerto de inserción del ingrediente está situado para suministrar el ingrediente que va a entrar en el conjunto de mezclador estático en una posición Rp, Tp, Zp en la que ,8R < Rp < R, 172 < Tp < 172 y Z =.

14. Un método para el mezclado de un ingrediente en un fluido, comprendiendo dicho método:

hacer fluir el fluido a través de un conjunto de mezclador estático de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1, e

insertar el ingrediente que se va a mezclar en el fluido en una ubicación aguas arriba del conjunto de mezclador estático.

15. Un método de acuerdo con la reivindicación 14 en el que el ingrediente se inserta en una posición en el fluido de tal manera que el ingrediente se suministra al conjunto de mezclador estático en una posición Rp, Tp, Zp en la que ,8R < Rp < R, 172 <Tp< 172yZ =.