Sistema de mezcla que comprende un mezclador de flujo extensivo.

Un sistema de mezcla que comprende lo siguiente:

A) por lo menos un mezclador de flujo extensivo que comprende:

un cuerpo hueco y generalmente abierto que tiene una superficie exterior contorneada y que tiene:

un solo orificio de entrada y un solo orificio de salida;

unos medios para comprimir una corriente a granel que fluye a través de un cuerpo hueco y generalmente abierto enun sentido del flujo, y por lo menos una corriente inyectada de aditivo introducida en el único orificio de entrada en elsentido del flujo; y

unos medios para ampliar la corriente a granel y la por lo menos una corriente inyectada de aditivo, de tal maneraque una zona de interfaz entre la corriente a granel y la por lo menos una corriente inyectada de aditivo es mayor amedida que la corriente a granel y la por lo menos una corriente inyectada de aditivo fluyen a través del cuerpohueco generalmente abierto en la dirección de flujo para favorecer la mezcla de la corriente a granel y la por lomenos una corriente inyectada de aditivo;

B) un conductor de flujo que tiene un eje y que tiene un cuerpo, de mezclador de flujo, hueco y generalmenteabierto asegurado en el mismo; y

C) un inyector de corriente de aditivo primario situado en el orificio de entrada del cuerpo, de mezclador de flujo,hueco y generalmente abierto, en donde el inyector de corriente de aditivo primario inyecta una corriente deaditivo en el interior del mezclador de flujo en el sentido del flujo, cuando la corriente a granel está fluyendo através del cuerpo, de mezclador de flujo, hueco y generalmente abierto, para permitir la compresión y laampliación de la corriente a granel y la corriente de aditivo juntas dentro del mezclador de flujo extensivo, parafacilitar la mezcla de la corriente a granel y la corriente de aditivo primario en una salida del mezclador de flujoextensivo; y caracterizado por que

el mezclador de flujo extensivo es seguido por D) por lo menos un elemento mezclador estático helicoidal que tienepor lo menos la mitad del "diámetro del conductor de flujo (D1)" aguas abajo de la salida del mezclador de flujoextensivo.

Sistema de mezcla que comprende un mezclador de flujo extensivo ‎Antecedentes de la invención La presente invención está relacionada en general con mezcladores estáticos, y más particularmente con un mezclador de flujo extensivo seguido de elementos mezcladores de tipo helicoidal, preferiblemente también seguido de elementos mezcladores estáticos de alta cizalladura y alta caída de presión, que mezcla dos o más corrientes de fluidos que fluyen en una tubería.

A menudo es deseable mezclar fluidos que tienen diversas viscosidades en una tubería. En un flujo turbulento, la mezcla se produce más rápidamente debido a la turbulencia. En un flujo laminar, la mezcla de corrientes de fluidos es más difícil. En la polimerización de disoluciones, por ejemplo, a menudo es deseable mezclar una corriente a granel con una viscosidad relativamente alta, tal como una disolución de polímero, con una corriente de aditivo líquido con una viscosidad relativamente baja. Los aditivos líquidos, catalizadores, monómeros fluidos y disolventes típicamente se añaden a una disolución polimérica para conseguir otros polímeros.

Sin embargo, a causa de las altas fuerzas de cizalladura necesarias para favorecer la mezcla, la corriente a granel de alta viscosidad y la corriente de aditivo de baja viscosidad pueden permanecer esencialmente separadas, lo que tiene como resultado bajas velocidades de incorporación de corriente de aditivo en la corriente a granel. En un flujo laminar, la mezcla se produce mediante la difusión de una corriente dentro de otra, que típicamente es un proceso lento. La lenta difusión es inaceptable cuando se necesita un tiempo más rápido de mezcla para la dispersión. Frecuentemente, cuando la corriente de aditivo se inyecta en la corriente a granel, la corriente de aditivo se mantendrá sustancialmente intacta y formará un túnel a través de la corriente a granel sin mezcla significativa de las corrientes en la interfaz. Esta baja velocidad de mezcla se debe en parte al bajo contacto de área superficial entre la corriente a granel y la corriente de aditivo. Para luchar contra este resultado, es ventajoso deformar la corriente de aditivo desde la forma cilíndrica que tiene inicialmente la corriente de aditivo, hasta una hoja relativamente plana que tiene más área superficial. Se encuentra que deformar la corriente de aditivo mediante el aumento de su relación de aspecto, la relación de su anchura con su altura, aumenta su área superficial y por lo tanto su potencial área de mezcla en la interfaz. El aumento de área superficial también facilita la estrategia de cortar, dividir y recombinar las corrientes en los mezcladores estáticos tradicionales. La distribución de la corriente de aditivo como una hoja delgada también aumenta la eficiencia de mezcla de los elementos mezcladores estáticos, si los hay, después del mezclador de flujo extensivo.

Se conocen diversos tipos de estructuras que favorecen la mezcla de una corriente a granel con una corriente de aditivo, entre otras las estructuras de deflectores y los mezcladores de cizalladura. La patente de EE.UU. nº 4.808.007, expedida para King, describe un mezclador de doble viscosidad que introduce una corriente de aditivo en una corriente a granel a través de un orificio de entrada dentro del mezclador para crear un plano llano alargado de la corriente de aditivo.

Sin embargo, se han encontrado varios problemas en el campo con esta y otras estructuras de mezcla. Por ejemplo, en las aplicaciones de polimerización, se ha observado acumulación de polímero en los puntos de contacto entre el inyector de corriente de aditivo y el polímero de la corriente a granel. Esta acumulación se produce a menudo cuando la corriente de aditivo se inyecta desde dentro del mezclador estático. El problema de acumulación de polímero se agrava por sí mismo hasta que finalmente hay una obstrucción o cierre completo del inyector de aditivo, lo que lleva a una mala distribución del flujo en el mezclador estático.

Además, cuando una corriente de aditivo, tal como un catalizador, contacta con un deflector u otra pared o superficie de contacto sólida, se produce una humectación de la superficie con el catalizador, disminuyendo de ese modo la eficiencia global de la mezcla del catalizador con la corriente a granel.

En esos mezcladores en los que hay un regiones fuertemente angulares o características similares a escalones, la corriente a granel y la corriente de aditivo, mientras fluyen fuera de estas características, pueden desarrollar zonas de recirculación y corrientes de Eddy, lo que disminuye la eficiencia global de mezcla del mezclador.

Otro problema es la pérdida de presión de fluido a medida que las corrientes pasan por el mezclador. Otros dos mezcladores disponibles de doble viscosidad tienen una caída de presión relativamente alta, ya que las corrientes pierden presión de fluido entre la entrada y la salida del mezclador.

La Publicación Internacional nº WO 00/21650 describe un mezclador de flujo extensivo para mezclar una corriente a granel con una corriente de aditivo. Dos mezcladores extensivos se pueden disponer en serie con una separación de aproximadamente el diámetro del conductor de flujo para favorecer capacidades adicionales de mezcla. El mezclador extensivo puede utilizarse en condiciones de flujo laminar, de transición o turbulento.

Mientras que la técnica anterior describe mezcladores que mezclan corrientes a granel con corrientes de aditivo, existe la necesidad de un sistema de mezcla que mejore el grado de mezcla de la corriente a granel y la corriente de

aditivo mediante el aumento de la dispersión de la corriente de aditivo dentro de la corriente a granel, lo que aumenta aún más el área de la interfaz entre las dos corrientes.

Compendio de la invención La invención proporciona un sistema de mezcla que comprende lo siguiente:

A) por lo menos un mezclador de flujo extensivo que comprende:

un cuerpo hueco y generalmente abierto que tiene una superficie exterior contorneada y que tiene:

un solo orificio de entrada y un solo orificio de salida;

unos medios para comprimir una corriente a granel que fluye a través de un cuerpo hueco y generalmente abierto en un sentido del flujo, y por lo menos una corriente inyectada de aditivo introducida en el único orificio de entrada en el sentido del flujo; y

unos medios para ampliar la corriente a granel y la por lo menos una corriente inyectada de aditivo, de tal manera que una zona de interfaz entre la corriente a granel y la por lo menos una corriente inyectada de aditivo es mayor a medida que la corriente a granel y la por lo menos una corriente inyectada de aditivo fluyen a través del cuerpo hueco generalmente abierto en la dirección de flujo para favorecer la mezcla de la corriente a granel y la por lo menos una corriente inyectada de aditivo;

B) un conductor de flujo que tiene un eje y que tiene un cuerpo, de mezclador de flujo, hueco y generalmente abierto asegurado en el mismo; y

C) un inyector de corriente de aditivo primario situado en el orificio de entrada del cuerpo generalmente abierto y hueco de mezclador de flujo, en donde el inyector de corriente de aditivo primario inyecta una corriente de aditivo en el interior del mezclador de flujo en la dirección de flujo, cuando la corriente a granel está fluyendo a través del cuerpo generalmente abierto y hueco de mezclador de flujo, para permitir la compresión y la ampliación de la corriente a granel y la corriente de aditivo juntas dentro del mezclador de flujo extensivo, para facilitar la mezcla de la corriente a granel y la corriente de aditivo primario en una salida del mezclador de flujo extensivo; y

en donde el mezclador de flujo extensivo es seguido por D) por lo menos un elemento mezclador estático helicoidal que tiene por lo menos la mitad del “diámetro del conductor de flujo (D1) ” aguas abajo de la salida del mezclador de flujo extensivo.

Breve descripción de los dibujos La Fig. 1 es una vista en perspectiva de una realización del mezclador de flujo extensivo de la presente invención con un solo inyector de corriente de aditivo.

La Fig. 2 es una vista delantera del mezclador de flujo extensivo, que mira aguas abajo y que muestra el mezclador de flujo extensivo asegurado dentro de una parte del conductor de flujo, tomada a lo largo de la línea 2-2 de la Fig. 1.

La Fig. 3 es una vista trasera del mezclador de flujo extensivo de la Fig. 2 que mira aguas arriba.

La Fig. 4 es una vista lateral del mezclador de flujo extensivo según la presente invención asegurado dentro del conductor en sección de flujo.

La Fig. 5 es una vista lateral en sección del mezclador de... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de mezcla que comprende lo siguiente:

A) por lo menos un mezclador de flujo extensivo que comprende:

un cuerpo hueco y generalmente abierto que tiene una superficie exterior contorneada y que tiene:

un solo orificio de entrada y un solo orificio de salida;

unos medios para comprimir una corriente a granel que fluye a través de un cuerpo hueco y generalmente abierto en un sentido del flujo, y por lo menos una corriente inyectada de aditivo introducida en el único orificio de entrada en el sentido del flujo; y

unos medios para ampliar la corriente a granel y la por lo menos una corriente inyectada de aditivo, de tal manera que una zona de interfaz entre la corriente a granel y la por lo menos una corriente inyectada de aditivo es mayor a medida que la corriente a granel y la por lo menos una corriente inyectada de aditivo fluyen a través del cuerpo hueco generalmente abierto en la dirección de flujo para favorecer la mezcla de la corriente a granel y la por lo menos una corriente inyectada de aditivo;

B) un conductor de flujo que tiene un eje y que tiene un cuerpo, de mezclador de flujo, hueco y generalmente abierto asegurado en el mismo; y

C) un inyector de corriente de aditivo primario situado en el orificio de entrada del cuerpo, de mezclador de flujo, hueco y generalmente abierto, en donde el inyector de corriente de aditivo primario inyecta una corriente de aditivo en el interior del mezclador de flujo en el sentido del flujo, cuando la corriente a granel está fluyendo a través del cuerpo, de mezclador de flujo, hueco y generalmente abierto, para permitir la compresión y la ampliación de la corriente a granel y la corriente de aditivo juntas dentro del mezclador de flujo extensivo, para facilitar la mezcla de la corriente a granel y la corriente de aditivo primario en una salida del mezclador de flujo extensivo; y caracterizado por que el mezclador de flujo extensivo es seguido por D) por lo menos un elemento mezclador estático helicoidal que tiene por lo menos la mitad del “diámetro del conductor de flujo (D1) ” aguas abajo de la salida del mezclador de flujo extensivo.

2. El sistema de mezcla de la reivindicación 1, en donde los medios para comprimir y los medios para ampliar incluyen una pluralidad de lóbulos contorneados, cada lóbulo tiene una superficie substancialmente contorneada, y en donde la pluralidad de lóbulos en los medios para comprimir disminuyen de tamaño en el sentido del flujo, y la pluralidad de lóbulos contorneados en los medios para ampliar aumentan de tamaño en el sentido del flujo.

3. El sistema de mezcla de la reivindicación 1, en donde los medios para comprimir se encuentran en un plano de compresión, y los medios para ampliar se encuentran en un plano de ampliación perpendicular al plano de compresión.

4. El sistema de mezcla de la reivindicación 1, en donde los medios para comprimir disminuyen de tamaño a lo largo del plano de compresión en el sentido del flujo, y los medios para ampliar aumentan de tamaño simultáneamente a lo largo del plano de ampliación en el sentido del flujo.

5. El sistema de mezcla de la reivindicación 1, en donde el elemento mezclador helicoidal no tiene más de “cuatro diámetros de conductor de flujo (4D1) ” aguas abajo de la salida del mezclador de flujo extensivo.

6. El sistema de mezcla de la reivindicación 1, que comprende además por lo menos un elemento mezclador estático de alta cizalladura y de alta caída de presión, que comprende una distribución de barras cruzadas anguladas con un ángulo de 45° respecto del eje, y dispuestas de tal manera que los elementos mezcladores consecutivos están rotados 90° alrededor del eje, y colocados aguas abajo del por lo menos un elemento mezclador estático helicoidal.

7. El sistema de mezcla de la reivindicación 1, en donde el inyector de corriente de aditivo primario está situado en el centro del orificio de entrada.

8. El sistema de mezcla de la reivindicación 1, en donde el inyector de corriente de aditivo primario está situado a lo largo de un eje longitudinal del cuerpo, de mezclador de flujo, generalmente hueco.

9. El sistema de mezcla de la reivindicación 8, en donde el inyector de corriente de aditivo primario está situado además en el centro de un solo orificio de entrada.

10. El sistema de mezcla de la reivindicación 1, en donde la corriente a granel recibida por el único orificio de entrada comprende por lo menos uno entre un polímero y una disolución polimérica.

11. El sistema de mezcla de la reivindicación 1, en donde la corriente de aditivo recibida por el único orificio de entrada comprende por lo menos uno entre un monómero y una disolución de monómero.

12. El sistema de mezcla de la reivindicación 1, en donde la corriente de aditivo recibida por el único orificio de entrada comprende por lo menos uno entre un aditivo o un aditivo en disolución.

13. El sistema de mezcla de la reivindicación 12, en donde la corriente de aditivo recibida por el único orificio de entrada se selecciona de un grupo que consiste en antioxidantes, eliminadores de ácidos, agentes catalizadores destructores y disoluciones de los mismos.

14. El sistema de mezcla de la reivindicación 11, en donde la corriente de aditivo comprende una disolución de monómero, y en donde la disolución de monómero es etileno disuelto en un disolvente.

15. El sistema de mezcla de la reivindicación 1, en donde la región de compresión comprende dos lóbulos de región de compresión que se encuentran en una parte de entrada central constreñida, y la región de ampliación comprende dos lóbulos de región de ampliación que se encuentran en una parte de salida central constreñida.

16. El sistema de mezcla de la reivindicación 1, en donde el eje principal de la salida del mezclador de flujo extensivo es perpendicular a una orilla delantera del por lo menos un elemento mezclador estático helicoidal.

17. El sistema de mezcla de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el por lo menos un elemento mezclador estático helicoidal está ubicado a una distancia de “la mitad del diámetro del conductor de flujo (1/2 D1) ” a “dos veces el diámetro del conductor de flujo (2 D1) ”, aguas abajo de la salida del mezclador de flujo extensivo.

18. El sistema de mezcla de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el conductor de flujo es un cilindro que tiene una relación longitud/diámetro (L1/D1) mayor o igual a 7.

19. El sistema de mezcla de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el sistema comprende por lo menos un elemento mezclador estático helicoidal seguido por lo menos por un elemento mezclador estático de alta cizalladura y alta caída de presión.