PROCEDIMIENTO DE EXTRACCIÓN UTILIZANDO UN MICROMEZCLADOR ESTÁTICO.

Un método para realizar extracciones, en el que - al menos dos fases fluidas que no son homogéneamente miscibles se mezclan la una con la otra,

- en el que al menos una de las fases contiene un material extraíble con la otra fase, en el que se obtiene la mezcla por el uso de al menos un micromezclador estático que tiene al menos un componente en forma de placa (1) y en el que la placa (1) - tiene al menos una abertura (2) de alimentación para la entrada de al menos una corriente de fluido en un canal (3) de conexión que se encuentra en el plano de la placa y al menos una abertura (4) de descarga para la descarga de la corriente de fluido en la zona (5) de mezclado que se encuentra en el plano de la placa, - en el que la abertura (2) de alimentación se une en comunicación con la abertura (4) de descarga por medio del canal (3) de conexión en el plano de la placa y - en el que el canal (3) de conexión se divide en dos o más subcanales (7) por medio de unidades microestructurales (6) delante de la abertura en la zona (5) de mezclado, en el que los anchos de los subcanales se encuentran en el intervalo de milímetros a submilímetros y son más pequeños que el ancho de la zona (5) de mezclado, y el micromezclador tiene una carcasa (11) con al menos 2 alimentaciones (12a) de fluido y al menos una descarga (16) de fluido y la carcasa (11) tiene al menos uno o más componentes en forma de placa (1) dispuestos en una pila, caracterizado por que se utilizan varias placas (1) que se superponen de tal manera que la abertura (2) de alimentación forma al menos un canal secundario para alimentar cada fase de fluido para mezclar y las zonas (5) de mezclado forman juntas un canal principal para descargar la fase mezclada y el canal principal y el al menos un canal secundario se extiende a través de la pila y por que el agente de extracción es guiado a través del canal principal en y a través de la fase que contiene el material para extraer a través del al menos un canal secundario en el micromezclador

El objeto de la invención es un método para extraer una o varias sustancias de un material de partida fluido mediante un extractor adecuado utilizando un micromezclador estático para mezclar el material de partida con el extractor.

En la extracción se utiliza un disolvente (extractor) para aislar uno o varios componentes de una mezcla de sustancias. Las mezclas de sustancias fluidas pueden ser líquidas o gaseosas. Por extracción se entiende generalmente el enriquecimiento o recuperación de sustancias de mezclas líquidas con la ayuda de disolventes no miscibles que actúan selectivamente. No obstante, las sustancias también se pueden extraer de mezclas gaseosas mediante disolventes adecuados.

Los métodos de extracción desempeñan especialmente un papel importante cuando los métodos térmicos, tales como la destilación, no son apropiados. Los métodos de extracción pueden aplicarse, por ejemplo, en la separación de sistemas con puntos de ebullición similares, p. ej., en la extracción de aromáticos de hidrocarburos, p. ej., fracciones de petróleo; en el aislamiento de sustancias con un punto de ebullición alto de sistemas acuosos (p. ej., fenoles), en el aislamiento de sustancias sensibles a la temperatura, p. ej., sustancias obtenidas biológica o biotecnológicamente (p. ej., antibióticos de soluciones de fermentación), en la separación de mezclas aceotrópicas, en la extracción de sustancias orgánicas de soluciones salinas, en la extracción de sales de soluciones poliméricas, en la extracción de sales de metales de menas para la recuperación de metal o de aguas residuales para el tratamiento de aguas residuales, p. ej., extracción de cobre, níquel y cobalto de soluciones salinas acuosas con hidroxioximas disueltas en queroseno; en el procesamiento de combustibles nucleares, p. ej., extracción de sales de uranio, plutonio y torio utilizando fosfato de tributilo; o

generalmente en operaciones de limpieza en la tecnología de procesamiento de sustancias químicas.

La extracción de fluidos se basa en el equilibrio de la distribución de las sustancias para extraer entre dos fases fluidas no miscibles. Un componente para extraer (el extractivo) está presente en un medio vehiculante fluido en forma disuelta o dispersa. Un disolvente (el extractor), que no es miscible con el medio vehiculante, tiene generalmente una selectividad lo más alta posible para el extractivo. El medio vehiculante y el extractor son puestos en contacto el uno con el otro, resultando idóneamente un equilibrio de distribución para la distribución del extractivo entre el medio vehiculante y el extractor. Tras la separación de las fases, se empobrece el refinado de extractivo y se enriquece el extracto formado con el extractivo. Una única etapa de equilibrio suele ser insuficiente para el enriquecimiento deseado cuando no se consigue el equilibrio completamente o la selectividad resulta inadecuada. En este caso, se pueden realizar varias etapas de separación consecutivas. Para influir en un intercambio de sustancias entre las fases fluidas no miscibles de la forma más eficiente posible, es necesario crear una delimitación de las fases que sea lo más grande posible. Para ello, los aparatos de extracción distribuyen generalmente una de las dos fases gota a gota, es decir, se produce una mezcla de una fase dispersa y una fases continua. Cuál de las dos fases será separada dependerá de varios factores, p. ej., propiedades de la sustancia, cantidad de las fases o diseño del aparato de extracción. Generalmente, la fase que tenga la mayor área superficial será la fase dispersada; esta suele ser la fase con el mayor flujo de masa. La distribución de las fases es especialmente difícil cuando se utilizan fases que tienen tensiones de interfase altas. Por

otro lado, la tensión de interfase alta es deseable para inhibir la formación de emulsiones difíciles de separar.

El objeto de la invención era mejorar aún más los métodos de extracción, particularmente en lo que concierne al mezclado eficiente del medio vehiculante y el extractor.

Se ha descubierto ahora que el uso de micromezcladores estáticos es especialmente muy apropiado para mezclar el medio vehiculante y el extractor en los métodos de extracción. Así, el objeto de la invención es un método para realizar extracciones según la reivindicación 1.

Las ventajas de utilizar micromezcladores estáticos son una reducción del tamaño del extractor y, con ello, la integrabilidad en otros sistemas. Con caídas de presión relativamente pequeñas, se posibilitan el mezclado rápido e intensivo en un espacio para la instalación pequeño y la producción simple de los componentes necesarios. Los micromezcladores pueden integrarse con un decantador en una unidad mezcladora-decantadora, aunque también se puede instalar un decantador de forma separada a continuación. La cooperación o conexión en serie de dos o varias unidades mezcladorasdecantadoras integradas o separadas en una batería mezcladoradecantadora en un espacio estrecho ofrece oportunidades adicionales de optimización del proceso, particularmente en lo concerniente a conseguir el grado deseado de enriquecimiento o empobrecimiento. La formación eficiente de interfases grandes que se puede conseguir con los micromezcladores estáticos utilizados según la invención, particularmente también cuando se mezclan fluidos con una tensión de interfase alta, contribuye a estabilizar el equilibrio de distribución. Se pueden conseguir tiempos de mezclado de entre 1 s y unos pocos milisegundos.

Una clase de micromezcladores conocida se basa en los procesos de mezclado controlado por difusión. En este caso, se

producen láminas de fluido adyacentes alternantes con un espesor en el intervalo de micrómetros. Eligiendo la geometría, es posible ajustar el ancho de las láminas de fluido y con ello, los pasos de difusión. En DE-199 27 556 A1, DE-202 06 371 U1 y WO 02/089962 se describen micromezcladores estáticos de este tipo. Un inconveniente de los micromezcladores basados en la difusión entre láminas de fluido microscópicas reside en que se necesita una velocidad de flujo lenta para producir y mantener las condiciones de flujo laminar. Sólo la producción relativamente lenta es posible con este principio de mezclado.

De forma adicional se conocen los micromezcladores que consisten en componentes de alimentación provistos de canales continuos o películas provistas de ranuras, que, cuando se superponen, forman un número de canales para los diferentes fluidos para mezclar, en los que las dimensiones de los canales se encuentran en el intervalo de micrómetros. Las corrientes resultantes abandonan los canales como láminas de fluido adyacentes en un espacio de mezclado en el que el mezclado tiene lugar por difusión y/o turbulencia (ver particularmente WO 97/17130 y la literatura citada en la misma, y WO 97/17133, WO 95/30475, WO 97/16239, WO 00/78438). La producción de estos componentes es relativamente costosa y requiere mucho tiempo en el que pueden darse caídas de presión relativamente altas al transportar los fluidos para mezclar a través de una pluralidad de canales largos y muy estrechos. Esto puede necesitar el uso de sistemas de bombeo potentes si se pretende alcanzar altos rendimientos.

El documento WO-A-02/16017 describe un método según el preámbulo de la reivindicación 1.

Con el término “fluido” se entiende una sustancia líquida

o gaseosa o una mezcla de tales sustancias que pueden contener

una o varias sustancias sólidas, líquidas o gaseosas en forma disuelta o dispersa.

El término “subcanales” también comprende una separación de la corriente de fluido en subcorrientes a través de accesorios microestructurales inmediatamente antes de salir a la zona de mezclado. Las dimensiones, particularmente las longitudes y anchos de estos accesorios, pueden estar en el intervalo de milímetros o preferiblemente ser inferiores a 1 mm. Los subcanales se cortan preferiblemente a una longitud absolutamente necesaria para el control del flujo por lo que requieren presiones relativamente bajas para un rendimiento predeterminado. La relación de longitud a ancho del subcanal se encuentra preferiblemente en el intervalo de 1:1 a 20:1, particularmente de 8:1 a 12:1, en particular preferiblemente sobre 10:1. Los accesorios microestructurales se diseñan preferiblemente de tal manera que la velocidad de flujo de la corriente de fluido cuando sale a la zona de mezclado es mayor que cuando entra en el canal de conexión y preferiblemente...

1. Un método para realizar extracciones, en el que − al menos dos fases fluidas que no son homogéneamente miscibles se mezclan la una con la otra, œ en el que al menos una de las fases contiene un material extraíble con la otra fase, en el que se obtiene la mezcla por el uso de al menos un micromezclador

estático que tiene al menos un componente en forma de placa (1) y en el que la placa (1) − tiene al menos una abertura (2) de alimentación para

la entrada de al menos una corriente de fluido en un canal (3) de conexión que se encuentra en el plano de la placa y al menos una abertura (4) de descarga para la descarga de la corriente de fluido en la zona (5) de mezclado que se encuentra en el plano de la placa,

− en el que la abertura (2) de alimentación se une en comunicación con la abertura (4) de descarga por medio del canal (3) de conexión en el plano de la placa y

− en el que el canal (3) de conexión se divide en dos o más subcanales (7) por medio de unidades microestructurales (6) delante de la abertura en la zona (5) de mezclado, en el que los anchos de los subcanales se encuentran en el intervalo de milímetros a submilímetros y son más pequeños que el ancho de la zona (5) de mezclado, y

el micromezclador tiene una carcasa (11) con al menos 2 alimentaciones (12a) de fluido y al menos una descarga

(16) de fluido y la carcasa (11) tiene al menos uno o más componentes en forma de placa (1) dispuestos en una pila, caracterizado por que se utilizan varias placas (1) que se

superponen de tal manera que la abertura (2) de alimentación forma al menos un canal secundario para alimentar cada fase de fluido para mezclar y las zonas (5) de mezclado forman juntas un canal principal para descargar la fase mezclada y el canal principal y el al menos un canal secundario se extiende a través de la pila y por que el agente de extracción es guiado a través del canal principal en y a través de la fase que contiene el material para extraer a través del al menos un canal secundario en el micromezclador.

2. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los anchos de los subcanales (7) de las placas (1) son de 1 µm a 2 mm en el orificio que desemboca en la zona (5) de mezclado.

3. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la relación del ancho más grande del canal (3) de conexión y/o el ancho de la abertura (2) de alimentación al ancho de los subcanales

(7) de las placas (1) es superior a 2.

4. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la relación de la longitud al ancho de los subcanales (7) de las placas (1) es de 1:1 a 20:1.

5. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la relación del ancho de la zona (5) de mezclado al ancho de los subcanales (7) de las placas (1) es superior a 2.

6. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la placa (1) tiene de forma adicional al menos una abertura (9) de paso.

7. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos una de las

aberturas (2) de alimentación o aberturas (9) de paso o la zona (5) de mezclado de la placa (1) está circundada por

aberturas (2) de alimentación o aberturas (9) de paso o la zona (5) de mezclado de la placa (1) está dispuesta en el borde de la placa o por cavidades en el borde de la placa.

9. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la placa (1) tiene al menos dos aberturas (2) de alimentación para al menos dos corrientes de fluido diferentes, en el que cada abertura de alimentación se conecta en cada caso a la zona de mezclado por medio de un canal (3) de conexión.

10. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la placa (1) tiene dos aberturas (2) de alimentación para dos corrientes de fluido diferentes, en el que cada abertura (2) de alimentación se conecta, en cada caso, a la zona (5) de mezclado por medio de un canal (3) de conexión y la abertura (4) de descarga de ambos canales (3) de conexión se colocan la una orientada hacia la otra.

11. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las aberturas (4) de descarga de la placa (1) están dispuestas en una línea curva.

12. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la placa (1) tiene de forma adicional orificios (12) y subcanales adicionales

(13) integrados en las unidades microestructurales (6) separados de los subcanales (7).

13. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los canales (3) de conexión de las placas (1) están formados por depresiones y los canales (3) de conexión están divididos en subcanales

5 (7) por unidades microestructurales (6) fijadas a las placas (1) antes de la entrada a la zona (5) de mezclado.

14. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los canales (3) de conexión de las placas (1) están formados por cavidades en las placas (1), en el que las placas están dispuestas cada una como placas intermedias entre una placa de cubierta y una placa de base y los canales (3) de conexión están divididos en subcanales (7) por medio de las unidades microestructurales (6) fijadas a las placas de cubierta y/o de base antes de la entrada a la zona (5) de mezclado.

15. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la velocidad de alimentación de la corriente de fluido en la zona (5) de mezclado es mayor que la velocidad de flujo de la mezcla de fluidos en la zona de mezclado.

16. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que, en la zona de mezclado, el mezclado tiene lugar al menos parcialmente por turbulencia.