Un reactor rotatorio cilíndrico inclinado que tiene un eje de rotación,

en el que el eje de rotación es central y no paralelo a la línea horizontal perpendicular a la fuerza de gravedad y en el que el reactor tiene al menos un dispositivo de mezclamiento en el que el dispositivo de mezclamiento tiene una altura, una anchura, y una longitud equivalente definida como la distancia entre el plano perpendicular al eje de rotación que contiene el punto en el que el dispositivo de mezclamiento primero sobresale de la pared del reactor y el plano perpendicular al eje de rotación que contiene el punto en el que el dispositivo de mezclamiento deja de sobresalir de la pared y la longitud equivalente del dispositivo de mezclamiento se selecciona entre el grupo que consiste en longitudes equivalentes de menos de 1/10ª parte de la longitud del reactor, de manera que los gránulos del material tratado en el interior del reactor pasan a su través debido a la fuerza de gravedad así como la rotación del reactor con un comportamiento de tipo flujo pistón

Dispositivos radiales de mezclamiento para reactores inclinados rotatorios.

Antecedentes

El uso de reactores de horno rotatorio o de horno de cemento para tratar térmicamente pastillas, o virutas, de plástico, en particular gránulos, pastillas o virutas de poliésteres cristalizables que contienen al menos el 75% de sus unidades de ácido obtenidas de ácido tereftálico, ácido ortoftálico, ácido 2,6-naftalato-dicarboxílico o sus respectivos diésteres, se ha descrito previamente en la solicitud de patente WO 2004/018541. Una característica esencial del documento WO 2004/018541 es el uso de un comportamiento de tipo flujo pistón para conseguir uniformidad de las propiedades de los gránulos a la salida. Aunque el documento WO 2004/018541 contempla el uso de placas divisorias o elementos internos, no hace nada por enseñar el diseño de dichas placas divisorias necesarias para aumentar el mezclamiento en la dirección de giro radial y mantener todavía el comportamiento de tipo flujo pistón.

El documento US 3.767.601 describe un reactor de horno rotatorio para copos de poliéster con elementos internos para un buen mezclamiento. El documento US 3.767.601 desvela hornos con elementos internos para procedimientos discontinuos y continuos. Un procedimiento discontinuo, por definición, no puede tener flujo pistón, y nada en el documento US 3.767.601 indica que los elementos internos estén configurados especialmente para mezclamiento mientras se mantiene el comportamiento de tipo flujo pistón.

Sumario

Esta memoria descriptiva desvela un reactor rotatorio horizontal que tiene un eje de rotación, en el que el eje de rotación no es paralelo a la línea horizontal perpendicular a la fuerza de gravedad y en el que el reactor horizontal tiene al menos un dispositivo de mezclamiento en el que el dispositivo de mezclamiento tiene una altura, una anchura y una longitud equivalente definidas como la distancia entre el plano perpendicular al eje de rotación que contiene el punto en el que el dispositivo de mezclamiento sobresale primero de la pared y el plano perpendicular al eje de rotación que contiene el punto en el que el dispositivo de mezclamiento deja de sobresalir de la pared y la longitud equivalente del dispositivo de mezclamiento se selecciona entre el grupo que consiste en longitudes equivalentes menores que 1/10ª parte de la longitud del reactor. Las longitudes equivalentes del dispositivo de mezclamiento más preferidas adicionalmente son de menos de la 1/12ª parte la longitud del reactor, menos de la 1/14ª parte de la longitud del reactor, menos de la 1/15ª parte de la longitud del reactor, menos de la 1/16ª parte de la longitud del reactor, la 1/18ª parte de la longitud del reactor y menos de la 1/20ª parte de la longitud del reactor. Se desvela además que existe más de un dispositivo de mezclamiento.

Se desvela también que al menos uno de los dispositivos de mezclamiento tiene orificios para introducir un gas de purga en el reactor. Se desvela que existen dos o más dispositivos de mezclamiento con orificios. Se desvela además que cuando existen dos o más dispositivos de mezclamiento con orificios, los dispositivos de mezclamiento están conectados de una manera tal que el gas de purga pueda pasar desde el primer dispositivo de mezclamiento al segundo dispositivo de mezclamiento a través de una conexión.

Descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista lateral del reactor rotatorio con respecto al eje horizontal e incluye dispositivos opcionales para el modo de funcionamiento más comercial.

La figura 2 es la vista de un plano perpendicular al eje de rotación e incluye un dispositivo de mezclamiento, también conocido como placa divisoria o sustentador.

La figura 3 es una vista lateral de un reactor rotatorio y muestra la longitud teórica del dispositivo de mezclamiento medida con respecto al eje de rotación. También se muestra la longitud del reactor rotatorio.

La figura 4 es una vista lateral del reactor que tiene un dispositivo de mezclamiento espiral siendo la longitud real del dispositivo de mezclamiento la distancia medida a lo largo del dispositivo de mezclamiento conforme gira alrededor del vaso.

La figura 5 representa una realización con varias placas divisorias en un plano perpendicular al eje de rotación. También muestra la altura del lecho de muestra.

La figura 6 representa la realización en la que el vaso no es redondo, sino que su pared exterior rota.

Las figuras 7a y 7b representan diferentes formas respectivas de unir el dispositivo de mezclamiento a la pared del reactor.

Las figuras 8a y 8b muestran el dispositivo de mezclamiento con orificios para permitir que el gas de purga sea introducido en el lecho de gránulos o pastillas.

La figura 9 muestra los diversos elementos de un reactor rotatorio, con el lecho de material mostrado en un área sombreada.

La figura 10 muestra los diferentes tipos de patrones de flujo que la fase sólida dentro del reactor puede experimentar cuando aumenta la velocidad de la rotación del reactor.

Las figuras 11a y 11b muestran respectivamente los elementos internos de tipo 1 y de tipo 2 usados en los experimentos.

Descripción detallada

El saber convencional dice que los reactores rotacionales con dispositivos de mezclamiento (elementos internos) tienen menos comportamiento de flujo pistón o "grado de flujo pistón" que el mismo reactor rotacional sin dispositivos de mezclamiento (elementos internos). Esto se debe a que se ha creído que los elementos internos crearían componentes de mezclamiento axiales y radiales. El profesional sabe que el componente de mezclamiento axial, que hace que el material caiga hacia delante o hacia atrás a lo largo del eje de rotación, crea amplias distribuciones de propiedades y es el efecto principal de cualquier elemento interno. Esto significa que el grado de flujo pistón de un reactor con elementos internos debería siempre ser menor que el del mismo reactor sin elementos internos.

En la presente memoria descriptiva se describe y se reivindica el descubrimiento de que cuando la longitud equivalente del dispositivo de mezclamiento interno es mayor que aproximadamente la 1/10ª parte la longitud del reactor horizontal, el componente de mezclamiento axial es mayor que el reactor sin un dispositivo de mezclamiento, pero cuando la longitud equivalente del dispositivo de mezclamiento es menor que aproximadamente la 1/10ª parte, en particular menor que la 1/20ª parte, la longitud del reactor horizontal, el grado de flujo pistón, según se define en la presente memoria descriptiva, aumenta, en vez de disminuir, como pone de relieve el incremento del componente de flujo radial, sin un aumento correspondiente en el componente de flujo axial.

Por tanto, en esta memoria descriptiva se describe que el diseño de los elementos internos de un reactor rotatorio que permiten un buen mezclamiento radial, mantiene todavía el flujo pistón como característica del reactor rotatorio. El elemento interno se refiere como un dispositivo de mezclamiento, o dispositivos de mezclamiento si hay más de uno presente. El dispositivo de mezclamiento se conoce también como placa divisoria o sustentador. Este elemento interno es útil especialmente en reactores rotatorios usados para incrementar la viscosidad intrínseca de resinas de poliéster.

Con el fin de comprender esta descripción es necesario comprender las diferencias entre reactores de flujo pistón y CSTR, tanto desde una base teórica como en aplicaciones del mundo real en las que no existen verdaderos reactores de flujo pistón y CSTR.

En primer lugar, todos los reactores químicos se caracterizan por un cierto grado de mezclamiento. Uno de los dos casos extremos, o puntos finales, es el Reactor de Tanque de Agitación Continua (CSTR), que es el sistema perfectamente mezclado. Un reactor CSTR es un reactor en el que el 100% de la materia que constituye el contenido del reactor tiene la misma composición de la corriente de salida. Esto se debe al hecho de que el equipo actúa teóricamente como un reactor ideal completamente mixto.

En el otro extremo del espectro de reactores está el reactor de Flujo pistón, que es el reactor perfectamente segregado, es decir, un reactor cuyo contenido puede dividirse en un número infinito de fragmentos de contenido siendo la composición específica de cada uno diferente al siguiente. La materia en el interior del reactor...

1. Un reactor rotatorio cilíndrico inclinado que tiene un eje de rotación, en el que el eje de rotación es central y no paralelo a la línea horizontal perpendicular a la fuerza de gravedad y en el que el reactor tiene al menos un dispositivo de mezclamiento en el que el dispositivo de mezclamiento tiene una altura, una anchura, y una longitud equivalente definida como la distancia entre el plano perpendicular al eje de rotación que contiene el punto en el que el dispositivo de mezclamiento primero sobresale de la pared del reactor y el plano perpendicular al eje de rotación que contiene el punto en el que el dispositivo de mezclamiento deja de sobresalir de la pared y la longitud equivalente del dispositivo de mezclamiento se selecciona entre el grupo que consiste en longitudes equivalentes de menos de 1/10ª parte de la longitud del reactor, de manera que los gránulos del material tratado en el interior del reactor pasan a su través debido a la fuerza de gravedad así como la rotación del reactor con un comportamiento de tipo flujo pistón.

2. El reactor de la reivindicación 1, en el que existe al menos un dispositivo de mezclamiento cuya longitud equivalente es menor que la 1/20ª parte de la longitud del reactor horizontal.

3. El reactor de la reivindicación 1 ó 2, en el que al menos uno de los dispositivos de mezclamiento tiene orificios para introducir un gas de purga en el reactor.

4. El reactor de la reivindicación 3, en el que existen al menos dos dispositivos de mezclamiento y los al menos dos dispositivos de mezclamiento tienen orificios para introducir un gas de purga en el reactor.

5. El reactor de la reivindicación 4, en el que los al menos dos dispositivos de mezclamiento están conectados de una manera que el gas de purga puede pasar desde el primer dispositivo de mezclamiento hasta el segundo dispositivo de mezclamiento a través de un conector.

6. El reactor de la reivindicación 5, en el que el conector está al menos a 10 mm de la pared del reactor.

7. El reactor de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que existe al menos un dispositivo de mezclamiento, cuya longitud equivalente coincide con la longitud física y es menor que la 1/20ª parte de la longitud del reactor.

8. El reactor de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el eje de rotación está inclinado con respecto a la línea horizontal perpendicular a la fuerza de gravedad a un ángulo comprendido en el intervalo de 0,1º a 12º.

9. Uso del reactor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores para la polimerización en estado sólido de un poliéster.