SISTEMA DE MEZCLADOR, REACTOR Y SISTEMA DE REACTOR.

Sistema de mezclador para la mezcla de al menos dos fluidos (A y B) que comprende varios micromezcladores

(7) del mismo tipo y conectados fluídicamente en paralelo, que están integrados en una matriz de guía y conectados en ésta fluídicamente por medio de líneas de alimentación (11) para los fluidos que se van a mezclar, en el que los micromezcladores comprenden respectivamente una cámara de mezclado (18) con conducciones (20) para al menos dos de los fluidos que se van a mezclar o dispersar con en cada caso al menos una tobera de entrada (21) en la cámara de mezclado, así como al menos una tobera de salida (22) por cámara de mezclado, en el que

a) las toberas de entrada de los fluidos están dispuestas en secuencia alterna en al menos un plano, así como

b) las cámaras de mezclado están configuradas rotacionalmente simétricas con un eje de simetría (19) y dos zonas finales, estando las toberas de salida (22) y las toberas de entrada (21) posicionadas en cada zona final,

caracterizado porque

c) las toberas de salida (22) están dispuestas por fuera del eje de simetría (19)

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2006/002648.

Solicitante: KARLSRUHER INSTITUT FUR TECHNOLOGIE.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: KAISERSTRASSE 12,76131 KARLSRUHE.

Inventor/es: SCHUBERT, KLAUS DR., KRAUT,MANFRED, BOHN,LOTHAR, WENKA,ACHIM.

Fecha de Publicación: .

Fecha Concesión Europea: 9 de Diciembre de 2009.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B01F13/00M
  • B01J19/00R
  • B01F13/10B

Clasificación PCT:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > MEZCLA, p. ej. DISOLUCION, EMULSION, DISPERSION (mezcla... > Otros mezcladores; Instalaciones para efectuar mezclas,... > B01F13/10 (Instalaciones para efectuar mezclas que comprendan combinaciones de mezcladores de diferentes tipos)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > MEZCLA, p. ej. DISOLUCION, EMULSION, DISPERSION (mezcla... > B01F13/00 (Otros mezcladores; Instalaciones para efectuar mezclas, incluyendo combinaciones de mezcladores de tipos diferentes)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS,... > B01J19/00 (Procedimientos químicos, físicos o físico-químicos en general (tratamiento físico de las fibras, hilos, hilados, tejidos, plumas o artículos fibrosos hechos de estas materias, ver los lugares apropiados para dicho tratamiento, p. ej. D06M 10/00 ); Aparatos apropiados (accesorios, cargas o rejillas especialmente adaptadas para el tratamiento biológico del agua, agua residual o de alcantarilla C02F 3/10; placas o rejillas de chapoteo especialmente adaptadas para los enfriadores por chorreo F28F 25/08))
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SISTEMA DE MEZCLADOR, REACTOR Y SISTEMA DE REACTOR.

Fragmento de la descripción:

Sistema de mezclador, reactor y sistema de reactor.

La invención se refiere a un sistema de mezclador para la mezcla de al menos dos fluidos según la reivindicación 1. Además, la invención comprende un reactor y un sistema de reactor que comprende el sistema de mezclador mencionado según las reivindicaciones 12 ó 16. En cuanto al sistema de mezclador mencionado se trata de un sistema de mezclador estático, es decir, no comprende ninguna pieza móvil además de las fracciones de fluido que se mezclan.

En un sistema de mezclador del tipo mencionado al principio los fluidos que se van a mezclar -cada uno por separado- son divididos en varios hilos de flujo de fluido, que todos juntos guiados a través de las conducciones desembocan a través de las toberas de entrada en las cámaras de mezclado. Por la disposición así conseguida estrechamente colindante de los microhilos de flujo individuales de dos o más fracciones de fluido se consigue un mezclado efectivo por un camino corto y en poco tiempo.

Por el documento DE 44 16 343 C2, por ejemplo, es conocido un mezclador con una cámara de mezclado y un componente de guía previamente conectado para la alimentación separada de los fluidos a ser mezclados hacia una cámara de mezclado, estando compuesto el componente de guía con extensiones en el rango de milímetros por varias láminas apiladas una sobre otra con un espesor respectivo de aproximadamente 100 µ, en el que están incorporados los canales como microestructuras. Los canales de una lámina comprenden conducciones para sólo una de las dos fracciones de fluido. En una forma de realización la cámara de mezclado desemboca directamente en los microcanales de un intercambiador de calor o microrreactor conectado a continuación.

Un mezclador semejante, en el que con la misma estructura y principio de funcionamiento, los canales de conducción de dos fluidos que se van a mezclar o dispersar que discurren con forma de arco paralelos entre sí desembocan en la cámara de mezclado, está descrito en el documento DE 195 40 292 C1. Por esta disposición se prevé un mezclado uniformemente alto y rápido a través de toda la sección transversal de flujo en la cámara de mezclado. Los canales de conducción tienen una sección transversal constante con anchos menores de 250 µm, las láminas en las que son incorporadas las estructuras de canal tienen un espesor de aproximadamente 100 µ.

También en el documento DE 101 23 093 A1 se da a conocer un micromezclador estático para el mezclado de al menos dos fluidos que comprende varias láminas estructuradas apiladas una sobre otra. La cámara de mezclado está formada, no obstante, por una perforación con forma circular en una lámina, estando dispuestas las toberas de entrada de los dos fluidos incorporadas en la misma lámina en una secuencia alterna en un plano a través de toda la altura de la cámara de mezclado sobre la pared con forma cilíndrica de la cámara de mezclado. En la cámara de mezclado se produce durante el mezclado una corriente con forma espiral bidimensional que desemboca en una perforación dispuesta en el centro en torno al eje de simetría de la cámara de mezclado sobre una superficie frontal de la cámara de mezclado (formada una superficie de lámina que limita la cámara de mezclado).

Un aparato de mezclado semejante para la mezcla de al menos dos fluidos con conducción de flujo con forma espiral está descrito también en el documento WO 02/089966 A2. Aquí, no obstante, los fluidos son mezclados adicionalmente en mezcladores separados en las líneas de alimentación antes de la entrada en la cámara de mezclado.

No obstante, una conducción de corriente con forma espiral del tipo mencionado antes conlleva naturalmente un estrechamiento de la corriente que produce una resistencia al flujo marcada, limita el posible caudal significativamente o provoca una velocidad de flujo creciente.

También el documento US 5.573.334 da a conocer un mezclador estático para dos fracciones de fluido que comprende una cámara de mezclado con forma cilíndrica con dos zonas finales, en el que están posicionadas una tobera de entrada por fracción de fluido, así como una tobera de salida común en cada una de las zonas finales. También aquí la tobera de salida realizada por una perforación concéntrica en la base de la cámara de mezclado con forma cilíndrica tiene esencialmente los efectos mencionados antes.

Por una miniaturización se consigue una superficie de mezclado específicamente alta entre los fluidos a ser mezclados por división de los fluidos en microhilos de flujo, con lo que se realiza un mezclado rápido y completo, aunque con un caudal de flujo relativamente pequeño. Por otra parte, con cada aumento de dimensión se eleva en realidad el caudal de fluido posible, pero ello conlleva un descenso de la superficie de mezclado específica entre los fluidos que se van a mezclar. No obstante, una sencilla elevación de los canales de introducción finos en una cámara de mezclado en el mezclador mencionado antes en el ensayo práctico debido a las imprecisiones de fabricación, obstrucciones e inhomogeneidades de flujo que no se pueden evitar en los canales de conducción de fluido individuales provoca el peligro de una introducción no homogénea de las fracciones de fluido que se van a mezclar en la cámara de mezclado.

Si debe ser empleado un sistema mezclador del tipo mencionado antes para la generación de una mezcla de fluido reactiva, que tras la mezcla se va a introducir en un volumen de reactor para una reacción química consiguiente, es especialmente importante una mezcla inmediata y asimismo homogénea. Así, es estrictamente necesario transferir la mezcla homogénea para la reacción química controlada consiguiente en un tiempo muy breve al volumen de reacción y de hecho antes de que se produzca un remezclado o un inicio prematuro de la reacción.

El documento EP 1 473 077 A2 da a conocer a modo de ejemplo un sistema de mezclador según el preámbulo de la reivindicación 1 para el mezclado de al menos dos fluidos, que comprende varios micromezcladores del mismo tipo y conectados fluídicamente en paralelo, que están integrados en una matriz de guía y están conectados fluídicamente en ésta a través de líneas de alimentación para los fluidos que se van a mezclar.

Partiendo de aquí el objeto de la invención consiste en proponer un sistema de mezclador con el tipo de construcción del género expuesto con una eficacia de mezclado mejorada y al mismo tiempo un caudal de fluido elevado, manteniendo o reduciendo la pérdida de presión. Además el objeto se centra en la consecución de un reactor y de un sistema de reactor empleando el sistema de mezclador mencionado al principio, que por un lado se caracteriza por una forma de construcción compacta y por otro lado por un caudal elevado y una pérdida de presión pequeña para los fluidos y productos de reacción que pasan, siendo la reacción que se produce controlable y regulable en alta medida.

Este objeto se lleva a cabo por las características en la reivindicaciones 1, 12 y 16; las reivindicaciones a las que se hace referencia aquí contienen formas de realización ventajosas de estas soluciones.

El objeto se lleva a cabo por un sistema de mezclador para el mezclado de al menos dos fluidos, que comprende varios micromezcladores del mismo tipo y conectados fluídicamente en paralelo, que están integrados en una matriz de guía y están conectados en ésta a través de líneas de alimentación para los fluidos que se van a mezclar. Una subdivisión en varias cámaras de mezclado reduce el peligro de remezclado y presentan en comparación con una...

 


Reivindicaciones:

1. Sistema de mezclador para la mezcla de al menos dos fluidos (A y B) que comprende varios micromezcladores (7) del mismo tipo y conectados fluídicamente en paralelo, que están integrados en una matriz de guía y conectados en ésta fluídicamente por medio de líneas de alimentación (11) para los fluidos que se van a mezclar, en el que los micromezcladores comprenden respectivamente una cámara de mezclado (18) con conducciones (20) para al menos dos de los fluidos que se van a mezclar o dispersar con en cada caso al menos una tobera de entrada (21) en la cámara de mezclado, así como al menos una tobera de salida (22) por cámara de mezclado, en el que

a) las toberas de entrada de los fluidos están dispuestas en secuencia alterna en al menos un plano, así como
b) las cámaras de mezclado están configuradas rotacionalmente simétricas con un eje de simetría (19) y dos zonas finales, estando las toberas de salida (22) y las toberas de entrada (21) posicionadas en cada zona final,

caracterizado porque

c) las toberas de salida (22) están dispuestas por fuera del eje de simetría (19).

2. Sistema de mezclador según la reivindicación 1, caracterizado porque los micromezcladores (7) como piezas insertadas de micromezclador (16) separadas y reemplazables individualmente pueden ser introducidos con unión positiva de forma en la matriz de guía (17).

3. Sistema de mezclador según la reivindicación 2, caracterizado porque las piezas insertadas de micromezclador (16) tienen forma de cilindro con una superficie lateral y dos superficies frontales en cada caso, en el que las líneas de alimentación (11) para los fluidos atraviesan la superficie lateral y/o una de las dos superficies frontales, así como al menos una tobera de salida (22) la otra superficie frontal respectiva o la superficie lateral.

4. Sistema de mezclador según una de las reivindicaciones mencionadas antes, caracterizado porque las toberas de entrada (21) están dispuestas en al menos dos planos, en el que las toberas de entrada de un plano están dispuestas desplazadas respecto al plano colindante respectivo.

5. Sistema de mezclador según una de las reivindicaciones mencionadas antes, caracterizado porque todas las toberas de entrada (21) de cada fracción de fluido están alineadas con un ángulo respecto a la pared (30) de la cámara de mezclado (18), estando este ángulo situado entre 0º y 90º.

6. Sistema de mezclador según una de las reivindicaciones mencionadas antes, caracterizado porque los planos están formados por láminas apiladas con ranuras como conducciones de fluido, estando las conducciones por fracción de fluido unidas fluídicamente entre sí por medio de canales de fluido que comprenden perforaciones en las láminas situadas una sobre otra.

7. Sistema de mezclador según una de las reivindicaciones mencionadas antes, caracterizado porque el eje de simetría (19) está alineado ortogonalmente a los planos.

8. Sistema de mezclador según una de las reivindicaciones mencionadas antes, caracterizado porque las toberas de entrada (21) están dispuestas inclinadas respecto al eje de simetría (19).

9. Sistema de mezclador según una de las reivindicaciones mencionadas antes, caracterizado porque todas las toberas de entrada (21) están alineadas de igual forma en su disposición respecto al eje de simetría (19) para cada fracción de fluido.

10. Sistema de mezclador según una de las reivindicaciones mencionadas antes, caracterizado porque las toberas de entrada (21) en la cámara de mezclado (18) predeterminan una dirección de flujo, así como las toberas de salida (22) están alineadas de igual modo en su disposición respecto al eje de simetría.

11. Sistema de mezclador según una de las reivindicaciones mencionadas antes, caracterizado porque las toberas de salida (22) están alineadas en una dirección de flujo.

12. Reactor que comprende:

a) un sistema de mezclado (31) según una de las reivindicaciones anteriores, así como
b) al menos un volumen de reactor (35) conectado a las toberas de salida (22) del sistema mezclador, en el que están previstos medios para el ajuste del tiempo de tratamiento de una mezcla de fluido entre las toberas de salida del sistema de mezclador y el volumen de reactor,

13. Reactor según la reivindicación 12, caracterizado porque los medios comprenden al menos un cuerpo desplazable entre las toberas de salida y el volumen de reactor.

14. Reactor según la reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque el volumen de reactor y/o las toberas de salida presentan un dispositivo de regulación de la temperatura.

15. Reactor según la reivindicación 14, caracterizado porque el dispositivo de regulación de la temperatura comprende una estructura de microcanales con un medio de regulación de la temperatura que fluye a través de ellos.

16. Sistema de reactor, que comprende al menos dos reactores según una de las reivindicaciones 12 a 15 conectados fluídicamente uno tras otro, en el que el volumen de reactor de un reactor está conectado a una de las conducciones del otro reactor.