Aparato y método para el mezclado rápido de medios.

Un aparato para procesar al menos dos medios, comprendiendo el procesamiento un ahuecamiento y mezclado,

comprendiendo el aparato:

* una envuelta (108) que tiene al menos una entrada (109) para un primer medio,

* unos medios giratorios (111) dentro de la envuelta (108), comprendiendo dichos medios giratorios unossalientes (401), en donde dichos salientes comprenden elementos de procesamiento, y generando dichosmedios giratorios (111) unas zonas de mezclado mientras giran,

* al menos una entrada (202) para alimentar un segundo medio a dichas zonas de mezclado,

* unos canales (306) que están situados en dichos medios giratorios (111) para dosificar/inyectar dichosegundo medio dentro de dichas zonas de mezclado,

* al menos una entrada (209) para dicho primer medio después de ser mezclado con dicho segundo medio,en donde dicha entrada (109) para dicho primer medio está adaptada para hacer avanzar el primer medio hacia losmedios giratorios (111) en una dirección que es paralela, o sustancialmente paralela, a un radio de los mediosgiratorios (111),

caracterizado porque

* dichos medios giratorios (111) comprenden una serie de discos (505) y separadores (501) apiladosalternadamente,

* porque cada separador (501) comprende un cierto número de escotaduras (502) que se extiendenradialmente y que se inician en un reborde interior (503) y se extienden hacia, pero no hasta, un rebordeexterior (504),

* porque cada disco (505) comprende un cierto número de escotaduras (506) que se extienden radialmente,siendo dicho número igual al número de escotaduras (502) que se extienden radialmente en cada separador(501), iniciándose en una posición radial (507) y extendiéndose hacia fuera del reborde interior (508) y haciael reborde exterior (509) de los discos (505),

* y porque los separadores (501) y los discos (505) están apilados de modo que el extremo de lasescotaduras (502) de los separadores (501) esté situado por debajo del comienzo de las escotaduras (506)de los discos (505), con lo que se forman los canales (306) extendiéndose desde el reborde interior (503) delos separadores (501) hasta el reborde exterior (509) de los discos (505).

Aparato y método para el mezclado rápido de medios.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un procesamiento y un aparato para procesar, tal como ahuecar y mezclar, al menos dos medios, tales como un sólido, por ejemplo biomasa, y un fluido, por ejemplo vapor, con el fin de hacer al primer medio susceptible de recibir eficientemente la energía y/o masa que se proporciona por la liberación localizada del segundo medio.

Aunque la descripción de la presente invención se enfoca en la biomasa, se contempla que la invención sea generalmente aplicable para controlar el mezclado de al menos dos medios cruzando sus corrientes, al tiempo que se dispersa al menos uno de ellos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN De entre los combustibles derivados de la biomasa vegetal, el etanol ha recibido una atención particular como reemplazo o suplemento sustancial de productos derivados del petróleo. La producción de etanol a partir de biomasa se obtiene normalmente a través del proceso de fermentación de materia prima biológica rica en azúcar o almidón, tal como cereales, caña de azúcar o maíz, también denominada bioetanol de primera generación.

Para minimizar el coste de producción y aumentar el potencial de bioetanol producido a partir de biomasa, es crucial usar biomasa lignocelulósica en forma de subproductos de bajo coste procedentes de la jardinería, agricultura, silvicultura, desechos forestales, industria de la madera y similares; así, por ejemplo, materiales tales como pajas, espigas de maíz, serrín y virutas de madera. El etanol producido a partir de este tipo de biomasa también se denomina bioetanol de segunda generación.

La biomasa lignocelulósica contiene polímeros de azúcar en forma de hemicelulosas y celulosa. Antes de que estos azúcares puedan ser fermentados como etanol, se han de descomponer los polímeros de azúcar en sus monómeros de azúcar. Una manera común de descomponer polímeros es usar hidrólisis enzimática. Para aumentar la disponibilidad de la biomasa frente a las enzimas, la biomasa lignocelulósica experimenta a menudo un tratamiento previo termoquímico. Siguiendo un enfoque termoquímico, semejante proceso requiere a menudo que la temperatura de la materia biológica se eleve hasta una temperatura por encima de la temperatura de ebullición del líquido en el que está contenida la materia biológica. Por tanto, a menudo se tiene el problema de presurizar una papilla o pasta que contiene la material biológica de modo que pueda aumentarse la temperatura hasta temperaturas por encima de la temperatura de ebullición del líquido, manteniendo al mismo tiempo el fluido en un estado líquido. Cuando se toma en consideración este problema dentro de la preparación de la fermentación de biomasa, la temperatura de la papilla o pasta que contiene la material biológica necesita estar a alrededor de 140-200ºC con el fin de que se pueda realizar el proceso de preparación, y esta es la cuestión de producir suficiente energía de activación dentro del material.

Otro problema, que es particularmente relevante en biomasa, es la tasa de cambio de la temperatura de la papilla o pasta que contiene la materia biológica. Se ha encontrado que la tasa de cambio de la temperatura deberá ser tan alta como sea posible para reducir el tiempo a una temperatura elevada con el fin de disminuir la cantidad dereacciones químicas colaterales no deseadas. Óptimamente, deberá reducirse el tiempo a una temperatura elevada hasta sólo el tiempo necesario para que tengan lugar las reacciones deseadas a la temperatura deseada.

Un problema relevante particular que se ha de solucionar es evitar un sobrecalentamiento de la papilla o pasta que contiene la materia biológica. Tal sobrecalentamiento significa que la papilla o pasta es calentada hasta una temperatura por encima de la temperatura deseada que se persigue. Tal sobrecalentamiento da como resultado que puedan ocurrir reacciones colaterales no deseadas que rebajen la calidad de la papilla o pasta preparada. A menudo, el sobrecalentamiento es el resultado de aplicar localmente calor a la papilla o pasta mediante, por ejemplo una superficie de calentamiento que se calienta hasta una temperatura por encima de la temperación de reacción deseada con el fin de producir conducción de calor a través de la papilla o pasta basándose en un gradiente de temperatura. En otra situación, que tiende a limitar el asunto del sobrecalentamiento, se usa a menudo vapor para calentar la papilla o pasta y se introduce éste como vapor dentro de un reactor, y la condensación del vapor tiende a limitar la transferencia de calor y el sobrecalentamiento.

Sin embargo, tal introducción de vapor requiere un tiempo de calentamiento largo, dado que, a menudo, las partículas que se han de calentar tienden a aglomerarse y, por ello, si ocurre tal aglomeración el volumen total de las partículas aglomeradas aumenta menos que la superficie total de las partículas aglomeradas, es decir, se reduce la relación volumen a superficie debido a la aglomeración.

Además, el transporte del calor dentro de las partículas está gobernado por el gradiente de temperatura en la superficie de las partículas y es, por ello, un objetivo hacer este gradiente tan pronunciado como sea posible.

Dado que, en principio, una difusión de masa es gobernada por las mismas medidas, las consideraciones anteriores también son relevantes para la difusión de masa en partículas.

Otro problema, particularmente relevante es que en muchos de los procesos conocidos se realiza un trituración/reducción a partículas de la materia prima mediante un proceso en el que la energía consumida se disipa desde la materia prima hacia las proximidades. Esto es debido al hecho de que generalmente el trituración/reducción a partículas de la materia prima se realiza aguas arriba del proceso de calentamiento provocando una pérdida relevante de energía de procesamiento.

El documento US 5.590.961 describe un método de inyectar un primer fluido dentro de un segundo fluido para proporcionar un aumento rápido de temperatura del segundo fluido evitando la destrucción de propiedades funcionales del segundo fluido.

El documento US 4.303.470 describe un procesamiento y un aparato según el preámbulo de la reivindicación 1 para mezclar un producto químico con una pasta de madera. En un ejemplo, el producto químico es oxígeno que es llevado hasta los rotores de un mezclador a través de tuberías. A su vez, unos pasadizos radiales llevan el oxígeno hasta el colector exterior y la pasta a través de un pasadizo central del cuerpo del rotor. El uso del aparato está limitado al mezclado de productos químicos y pasta de madera, dado que no están presentes elementos de corte, trituración, y pulverización.

El documento US 2006/120212 A1 describe un dispositivos de agitación y mezclado que tiene una tubería de introducción que comprende una lumbrera de introducción de polvo, al menos una lumbrera de introducción de líquido que está dispuesta por debajo de las proximidades de la lumbrera de introducción de polvo, un alimentador que transporta polvo y una mezcla de polvo y líquido, y una fuente de accionamiento de rotación oscilatoria que hace girar el alimentador de una manera oscilatoria.

El documento EP 0 370 181 A1 describe un mezclador anular para el humedecimiento de materia sólida, en particular para el humedecimiento de material fibroso con un agente aglutinante, en el que está dispuesta una serie de dispositivos de corte, aguas abajo de una zona de humedecimiento y una zona de mezclado secundario subsiguiente y aguas arriba de una salida, en un plano radial con respecto al eje, para la separación fiable de terrones.

El documento EP 1 847 621 A1 describe un procesamiento para la producción de azúcares sencillos a partir de un material de celulosa, que comprende los pasos de alimentar un flujo continuo del material de celulosa, o una mezcla compuesta por el material de celulosa y agua, a un turborreactor que comprende un cuerpo tubular cilíndrico de eje horizontal, provisto de al menos una abertura para introducir el material de celulosa o la mezcla y reactivos, al menos un abertura de descarga del material tratado y un rotor empaletado, soportado giratoriamente en el cuerpo tubular cilíndrico, en donde es puesto en rotación, con la finalidad de dispersar dicho flujo continuo de material de celulosa o su mezcla en un flujo de partículas de material de celulosa.

El documento WO 2008/080366 A1 describe un aparato de procesamiento de material que incluye un primer miembro y un segundo miembro giratorio con respecto al primer miembro y al menos parcialmente recibido dentro del primer miembro. Los miembros primero y segundo forman... [Seguir leyendo]

1. Un aparato para procesar al menos dos medios, comprendiendo el procesamiento un ahuecamiento y mezclado, comprendiendo el aparato:

• una envuelta (108) que tiene al menos una entrada (109) para un primer medio,

• unos medios giratorios (111) dentro de la envuelta (108) , comprendiendo dichos medios giratorios unos salientes (401) , en donde dichos salientes comprenden elementos de procesamiento, y generando dichos medios giratorios (111) unas zonas de mezclado mientras giran,

• al menos una entrada (202) para alimentar un segundo medio a dichas zonas de mezclado,

• unos canales (306) que están situados en dichos medios giratorios (111) para dosificar/inyectar dicho segundo medio dentro de dichas zonas de mezclado,

• al menos una entrada (209) para dicho primer medio después de ser mezclado con dicho segundo medio,

en donde dicha entrada (109) para dicho primer medio está adaptada para hacer avanzar el primer medio hacia los medios giratorios (111) en una dirección que es paralela, o sustancialmente paralela, a un radio de los medios giratorios (111) ,

caracterizado porque

• dichos medios giratorios (111) comprenden una serie de discos (505) y separadores (501) apilados alternadamente,

• porque cada separador (501) comprende un cierto número de escotaduras (502) que se extienden radialmente y que se inician en un reborde interior (503) y se extienden hacia, pero no hasta, un reborde exterior (504) ,

• porque cada disco (505) comprende un cierto número de escotaduras (506) que se extienden radialmente, siendo dicho número igual al número de escotaduras (502) que se extienden radialmente en cada separador (501) , iniciándose en una posición radial (507) y extendiéndose hacia fuera del reborde interior (508) y hacia el reborde exterior (509) de los discos (505) ,

• y porque los separadores (501) y los discos (505) están apilados de modo que el extremo de las escotaduras (502) de los separadores (501) esté situado por debajo del comienzo de las escotaduras (506) de los discos (505) , con lo que se forman los canales (306) extendiéndose desde el reborde interior (503) de los separadores (501) hasta el reborde exterior (509) de los discos (505) .

2. Un aparato según la reivindicación 1, que además comprende unos medios de presurización para presurizar dicho primer medio de modo que se presurice dicho primer medio cuando esté dentro de dicha entrada (109) para dicho primer medio.

3. Un aparato según la reivindicación 2, en el que dichos medios de presurización proporcionan una presión dentro de la entrada (109) para dicho medio más alta o al menos igual que la presión del interior de la envuelta (108) .

4. Un aparato según las reivindicaciones 2 ó 3, en el que dichos medios de presurización son, o comprenden, una prensa de tornillo.

5. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que además comprende unos medios de presurización para proporcionar una presión dentro de la envuelta por encima de la presión atmosférica.

6. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que además comprende unos medios de dosificación para dosificar dicho segundo medio dentro de dichas zonas de mezclado.

7. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dichos canales (306) son, o comprenden, un cierto número de canales tubulares en una posición de sustancialmente equidistantes entre ellos.

8. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dichos canales (306) están adaptador para dosificar/inyectar dicho segundo medio en el extremo de dichos salientes más próximos al centro de dichos medios giratorios.

9. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, adaptado para proporcionar un avance de dicho primer material en dicha entrada (109) entre 10 nm y 30 nm por revolución de los medios giratorios.

10. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dichos medios giratorios son, o comprenden, unos medios de transporte.

11. Un sistema para obtener bioproductos a partir de biomasa, comprendiendo el sistema:

i) un subsistema de preprocesamiento para recoger, transportar, reducir a pasta, triturar y entregar el material a un aparato de procesamiento, ii) un aparato de procesamiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, iii) una cámara de reactor para cambiar la estructura química y/o física de dichos materiales.

12. Un sistema para producir bioetanol según la reivindicación 11.

13. Un método para procesar al menos dos medios utilizando un aparato de procesamiento según cualquiera de las

reivindicaciones precedentes. 10