Aparato de mezcla distributivo y dispersivo del tipo CDDM, y su empleo.

Un aparato de mezcla distributivo y dispersivo del tipo CDDM que comprende dos superficies (1,

4) confrontadas,y al menos un miembro (2, 3) con forma de jaula dispuesto entre las superficies (1, 4) confrontadas, definiendo dichomiembro (2, 3) con forma de jaula unos pasos para el flujo de fluido adyacente a al menos una de las superficies (1,4) confrontadas CARACTERIZADO PORQUE al menos una de las al menos dos superficies (1, 4) confrontadas eslisa, y el o al menos un miembro (2, 3) con forma de jaula es accionado por un motor para llevar a cabo una rotacióncon respecto a al menos una de las superficies (1, 4) confrontadas y / o al menos otro miembro (2, 3) con forma dejaula, y unos orificios (5, 6 ) están dispuestos para la entrada y la salida del flujo de tratamiento, de tal manera que elflujo de la masa de fluido existente dentro el aparato de mezcla se produce en el plano de la superficie del o de almenos un miembro (2, 3) con forma de jaula perpendicular a la dirección del movimiento rotacional relativo.

Aparato de mezcla distributivo y dispersivo del tipo CDDM, y su empleo

Campo técnico

La presente invención se refiere a aparatos de mezcla para fluidos y, en particular, a dispositivos de mezcla flexibles los cuales pueden proporcionar una gama de condiciones de mezcla.

Antecedentes de la invención Se advierte que la mezcla puede ser descrita o bien como distributiva o como dispersiva. En un material multifase que comprenda dominios discretos de cada fase, la mezcla distributiva persigue modificar las posiciones espaciales relativas de los dominios de cada fase, mientras que la mezcla dispersiva persigue superar las fuerzas cohesivas para alterar el tamaño y la distribución de los tamaños de los dominios de cada fase. La mayoría de los mezcladores emplean una combinación de mezclas distributiva o dispersiva aunque, dependiendo de la aplicación perseguida, el equilibro se alterará. Por ejemplo, una máquina para mezclar cacahuetes y uvas pasas será completamente distributiva para no dañar los elementos que están siendo mezclados, mientras que el mezclador / homogeneizador será dispersivo.

Se conocen muchos tipos diferentes de mezclador de rotor / estator. Unos reactores de agitación, como por ejemplo los divulgados en el documento US 2003/0139453 A1 comprenden un recipiente con unos elementos de mezcla montados internamente y son generalmente de función distributiva. Otros tipos de mezclador rotor / estator (como por ejemplo el divulgado en el documento WO 2007/105323 A1) están diseñados con la finalidad de constituir finas emulsiones y son de carácter dispersivo. El documento DE 1557171 B1 divulga un mezclador con una pluralidad de elementos en forma de jaula concéntricos que alternativamente rotan y son estáticos mediante los cuales el flujo es radial.

Los documentos EP 0799303 B1 y GB 2118508 A describen un tipo de mezclador conocido en lo sucesivo denominado como “Mezclador de Transferencia de Cavidades” (CTM) , que comprende unas superficies confrontadas cada una de las cuales presenta unas cavidades constituidas en su interior en las cuales las superficies se desplazan una con respecto a otra y dentro de las cuales se hace pasar un material líquido entre las superficies y fluye a lo largo de una vía de paso pasando de manera sucesiva a través de las cavidades existentes en cada superficie. Las cavidades están dispuestas sobre las superficies relevantes de tal manera que el esfuerzo cortante es aplicado al líquido a medida que fluye entre las superficies. En una forma de realización típica el mezclador comprende un manguito externo y un tambor interno de ajuste íntimo. Las superficies confrontadas del manguito y del tambor están ambas provistas de unas cavidades dispuestas de tal manera que las cavidades se superpongan formando unas vías de flujo sinuosas y cambiantes las cuales cambian cuando el tambor y el manguito rotan uno con respecto a otro. Este tipo de mezclador incorpora unos elementos de estator y rotor con las cavidades opuestas las cuales, cuando el mezclador funciona, se desplazan más allá de cada uno a través de la dirección del flujo de la masa a través del mezclador. En dichos mezcladores, se obtiene fundamentalmente una mezcla distributiva. El esfuerzo cortante se aplica mediante el desplazamiento relativo de las superficies en una dirección genéricamente perpendicular al flujo del material. En la forma de realización típica descrita con anterioridad, esto se lleva a cabo mediante la rotación relativa del tambor y del manguito. En dicho dispositivo hay una variación relativamente pequeña en el área en sección transversal para el flujo a medida que el material pasa en sentido axial en dirección descendente respecto del dispositivo. En general, el área en sección transversal para el flujo varía por un factor de menos de 3 a través del aparato.

La aplicación comercial de los CTMs ha resultado quedar ampliamente restringida a la industria de conversión de los termoplásticos en los que se originó la tecnología CTM (véase el documento EP 048590) . En parte ello se debe a que los dispositivos establecidos de rotor / estator, como por ejemplo los mezcladores “Silverson”, ofrecen algunas de las ventajas a un coste considerablemente menor.

En algunos mezcladores, como por ejemplo los descritos en el documento EP 0434124 A1 unos elementos de rotor y estator con forma de jaula están configurados de tal manera que el flujo de la masa debe pasar a través de unos espacios relativamente estrechos dentro del reactor. Una alternancia similar de unos espacios del flujo relativamente anchos y relativamente estrechos, con la finalidad de formar una emulsión son conocidos a partir del documento GB 129757 A. Sin embargo el documento GB 129757 A y el documento EP 0434124 A1 no son del CTM, en cuanto los espacios relativamente anchos forman unos ánulos y hay escasa o ninguna alteración de la configuración geométrica de la vía de flujo cuando el rotor y el estator se desplazan.

El documento EP 0799303 B1 describe, así mismo, un mezclador novedoso, en lo sucesivo designado como “mezclador dinámico de deformación controlada” (CDDM) . Como en el caso del tipo del mezclador CTM CCDM presenta unos elementos de estator y rotor con unas cavidades opuestas las cuales, cuando el mezclador funciona se desplazan más allá de cada una a través de la dirección del flujo de la masa a través del mezclador. Se distingue del CTM en que el material está, también sometido a deformación extensional. El flujo extensional y la mezcla eficiente dispersiva quedan asegurados haciendo que las superficies confrontadas con las cavidades dispuestas de tal manera que el área en sección transversal para el flujo de la masa del líquido a través del mezclador se incremente y se reduzca de forma sucesiva mediante un factor de al menos 5 a través del aparato. En comparación con la forma de realización del CTM descrita con anterioridad, las cavidades del CDDM están genéricamente alineadas o genéricamente descentradas en una dirección axial, de tal manera que el material que fluye en sentido axial a lo largo de las superficies confrontadas es forzado a través de unos espacios libres estrechos y también fluye a lo largo y por entre las cavidades. El CDDM combina la prestación de la mezcla distributiva del CTM con la prestación de la mezcla dispersiva. De esta manera, el CDDM está más indicado para problemas tales como la reducción del tamaño de las gotículas de una emulsión, donde la mezcla dispersiva es esencial.

El documento GB 2308076 A muestra diversas formas de realización de un mezclador que comprende una llamada bomba de “paletas deslizantes”. Estas incluyen tanto los tipos de tambor / manguito en los que el flujo de la masa se produce a lo largo del eje geométrico del mezclador y los mezcladores en los cuales el flujo es radial. Se pueden configurar otros muchos tipos de reactor ya sea del tipo de tambor / manguito o del tipo “plano”. Por ejemplo el documento DD207104 A3 y el documento GB 2018407 A muestran un mezclador que comprende dos superficies confrontadas amovibles con unas espigas de proyección las cuales provocan la mezcla del material que fluye en una dirección radial entre las placas.

El documento US 3 867 104 A divulga un aparato de transporte para la incorporación dentro de un acabador que comprende una porción de un miembro cilíndrico que consiste en un segmento helicoidal y que presenta una pluralidad de aristas helicoidales sustancialmente paralelas dispuestas al menos en unas superficies formando canales helicoidales.

Tanto el CTM como el CDDM pueden materializarse en una forma “plana” en la que el tambor y el manguito sean sustituidos por un par de discos montados para su rotación relativa y las cavidades están dispuestas dentro de las superficies confrontadas de los discos. En esta forma modificada “plana” el flujo de la masa es genéricamente radial.

A pesar de estos avances, existe la necesidad de:

(i) mejorar la mezcla dispersiva y distributiva sin recurrir a incrementos excesivos en la presión operativa y en la velocidad rotacional;

(ii) aumentar la flexibilidad a través de partes intercambiables especificadas de acuerdo con la aplicación;

(iii) incrementar la seguridad higiénica mediante una mayor seguridad de que el material que está siendo tratado no puede estancarse dentro del dispositivo; y

(iv) facilitar el despliegue y el mantenimiento mediante la simplificación mecánica.

Una importante consideración adicional en determinados diseños de CDDM se refiere a las posiciones axiales relativas de los componentes de rotor y estator durante el funcionamiento los cuales son esenciales para el rendimiento.... [Seguir leyendo]

1. Un aparato de mezcla distributivo y dispersivo del tipo CDDM que comprende dos superficies (1, 4) confrontadas, y al menos un miembro (2, 3) con forma de jaula dispuesto entre las superficies (1, 4) confrontadas, definiendo dicho miembro (2, 3) con forma de jaula unos pasos para el flujo de fluido adyacente a al menos una de las superficies (1, 4) confrontadas CARACTERIZADO PORQUE al menos una de las al menos dos superficies (1, 4) confrontadas es lisa, y el o al menos un miembro (2, 3) con forma de jaula es accionado por un motor para llevar a cabo una rotación con respecto a al menos una de las superficies (1, 4) confrontadas y / o al menos otro miembro (2, 3) con forma de jaula, y unos orificios (5, 6 ) están dispuestos para la entrada y la salida del flujo de tratamiento, de tal manera que el flujo de la masa de fluido existente dentro el aparato de mezcla se produce en el plano de la superficie del o de al menos un miembro (2, 3) con forma de jaula perpendicular a la dirección del movimiento rotacional relativo.

2. Un aparato de mezcla de acuerdo con la reivindicación 1, en el que al menos uno de las al menos dos superficies (1, 4) confrontadas está provista de cavidades.

3. Un aparato de mezcla de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que las superficies (1, 4) confrontadas pueden ser rotadas una con respecto a otra.

4. Un aparato de mezcla de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, el cual comprende al menos dos de dichos miembros (2, 3) con forma de jaula.

5. Un aparato de mezcla de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dichos al menos dos miembros (2, 3) con forma de jaula pueden ser rotados uno con respecto a otro.

6. Un aparato de mezcla de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que al menos una poción de la superficies (1, 4) confrontadas es cilíndrica y la, o cada, porción respectiva del miembro (2, 3) con forma de jaula es genéricamente tubular.

7. Un aparato de mezcla de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que al menos una porción de las superficies (1, 4) confrontadas es circular y la, o cada, porción respectiva del miembro (2, 3) con forma de jaula tiene forma genérica de disco.

8. Un aparato de mezcla de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que al menos una porción de las superficies (1, 4) confrontadas es frustocónica y la, o cada, porción respectiva del miembro (2, 3) con forma de jaula es genéricamente frustocónica.

9. Un aparato de mezcla de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que al menos una porción de las superficies (1, 4) confrontadas está escalonada.

10. Un aparato de mezcla de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que al menos una porción de las superficies confrontadas del miembro (2, 3) con forma de jaula está escalonada.

11. Un aparato de mezcla de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la separación normal de las superficies (1, 4) confrontadas varía en la dirección del flujo de la masa.

12. Un aparato de mezcla de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la separación normal de al menos una superficie (1, 4) confrontada y de un miembro (2, 3) con forma de jaula adyacente varía en la dirección del flujo de la masa.

13. El uso del aparato de mezcla de acuerdo con cualquier reivindicación precedente para el tratamiento de un líquido, emulsión o gel.