APARATO MEZCLADOR PARA MEZCLAR AL MENOS DOS FLUIDOS, Y SU USO.

Un aparato mezclador (100) para mezclar al menos dos fluidos, comprendiendo los al menos dos fluidos un líquido y un gas, comprendiendo el aparato mezclador (100) un árbol (120) giratorio en torno a su eje longitudinal (121), un primer y un segundo impulsores (122, 124) que se extienden radialmente montados en el árbol (120) y respectivamente distanciados axialmente, comprendiendo el primer impulsor (122) una pluralidad de palas (125) curvadas operables para mover los citados fluidos en dirección axial hacia el segundo impulsor (124), y comprendiendo el segundo impulsor (124) una pluralidad de palas (125) curvadas operables para mover dichos fluidos en dirección axial hacia el primer impulsor (122), caracterizado porque dichas palas (125) de cada impulsor son palas de superficie hidrodinámica

Aparato mezclador para mezclar al menos dos fluidos, y su uso. La invención se refiere a un aparato mezclador. En particular, aunque no exclusivamente, la invención se refiere a un aparato para dispensar gas en un líquido. Muchos procesos industriales incorporan un sistema de mezclado accionado por medio de un impulsor, por ejemplo en procesos para fermentación, hidrogenación, cloración, oxidación y carbonilación. Los sistemas de mezclado accionados por impulsor incorporan por lo general un impulsor montado en un árbol giratorio. Se puede decir que tales sistemas tienen un flujo longitudinal axial que es paralelo con el eje del árbol giratorio y/o un flujo radial que es paralelo a las palas que se extienden radialmente montadas en el árbol. El impulsor puede ser así un impulsor de flujo radial que proyecta fluido en una dirección radial hacia una parte de una cámara en la que se aloja el impulsor, o alternativamente, el impulsor puede ser un impulsor de flujo axial que comprende palas que se extienden radialmente y que están inclinadas un ángulo con el fin de dirigir el flujo de fluido según una dirección axial. Ejemplos de impulsores de flujo axial incluyen los impulsores marinos y los impulsores de superficie hidrodinámica. Se conocen sistemas de flujo mezclado en los que el impulsor causa un flujo en ambas direcciones axial y radial. Un ejemplo de impulsor de flujo mezclado es la turbina de pala inclinada en 45º. Tales sistemas mezcladores pueden ser utilizados en reacciones de líquido-líquido, sólido-líquido, o líquido-gas. Se conoce un sistema de doble impulsor para dispensar un gas en un líquido, dispuesto en una vasija. Específicamente, en un documento de Kuboi, titulado El Arrastre de Potencia mediante Sistemas Impulsores Dobles Bajo Condiciones Gaseadas y No-Gaseadas, Cuarta Conferencia Europea sobre Mezcla, 27-29 de Abril de 1982, se describe la combinación de dos turbinas con palas inclinadas en 45º espaciadas axialmente, en el que un primer impulsor está montado por debajo de un segundo impulsor en un árbol común. Las palas de impulsor están orientadas de tal modo que el primer impulsor proyecta líquido hacia arriba y hacia el exterior, y el segundo impulsor proyecta líquido hacia abajo y hacia el exterior. Bajo condiciones gaseadas, se introduce un gas en la vasija, el primer impulsor provoca que el flujo de llegada de burbujas de gas se divida de modo que algo de flujo es impulsado radialmente hacia fuera, hacia las paredes de la vasija, y algo de flujo es impulsado axialmente hacia arriba, hacia el segundo impulsor. La efectividad del sistema de dos impulsores bajo condiciones de gasificación depende de la velocidad de rotación de los impulsores. A velocidades más bajas es posible que las burbujas que han sido proyectadas hacia arriba por el primer impulsor no se vean afectadas por el segundo impulsor. El segundo impulsor no está capacitado para vencer las fuerzas de flotación y por lo tanto el segundo impulsor no toma parte en la dispersión de gas en el líquido. Solamente cuando se incrementa la velocidad rotacional del segundo impulsor, se vencen las fuerzas de flotación. De manera desventajosa, se obtiene como resultado una dispersión no uniforme del gas en el líquido. Esto se muestra en la Figura 1 de la solicitud. Con el fin de conseguir una dispersión uniforme, de manera aún más desventajosa, se ha incrementado acusadamente la velocidad rotacional del segundo impulsor. El documento US 2004/042942 divulga un sistema de reactor para mezclar un catalizador granular sólido y una fase líquida. El sistema comprende un núcleo en el que está dispuesto un conjunto de cesta. Un conjunto de árbol que comprende impulsores superior e inferior y palas, está montado en el conjunto de cesta y es operable para impeler el flujo hacia el exterior para que se mezcle con un material granular. El documento DE 20306404 divulga una disposición multi-portadora diseñada para ser accionada sin contacto, inductiva o magnéticamente. La disposición comprende un árbol que tiene un útil agitador superior y un útil agitador inferior. Los dos útiles agitadores son idénticos pero opuestos, estando configurados para anular las fuerzas axiales que actúan sobre la disposición. Es altamente deseable estar capacitados para conseguir una dispersión uniforme completa en un proceso industrial. En procesos industriales en los que una transferencia masiva de gas/líquido es una característica esencial, esto ayuda a la controlabilidad y aumenta el rendimiento del reactor. En tales procesos, cuando el gas está bien dispersado, puede existir una región de disipación de vórtice cinético turbulento razonablemente uniforme en el líquido entre, y alrededor de, los impulsores, que controle la coalescencia y la rotura de las burbujas. Si la dispersión de gas es altamente no uniforme, la coalescencia indeseada puede dar como resultado un incremento brusco del tamaño de la burbuja y, por lo tanto, puede ocurrir que el área superficial para la transferencia masiva de interfase se reduzca. Ventajosamente, un campo de disipación de energía cinética controlada da como resultado una distribución estrecha de tamaño de burbuja a través de una gama de potencias específicas de impulsor. Es un objeto de la presente invención proporcionar un aparato mezclador que permita una mezcla controlable de fluidos o sólidos mientras que proporciona simultáneamente un entorno de mezcla eficaz. De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato mezclador para mezclar al menos dos fluidos, comprendiendo los al menos dos fluidos un líquido y un gas, comprendiendo el aparato 2   mezclador un árbol giratorio en torno a su eje longitudinal, un primer y un segundo impulsores que se extienden radialmente montados en el árbol y respectivamente espaciados axialmente, comprendiendo el primer impulsor una pluralidad de palas curvas operables para mover dichos fluidos en dirección axial hacia el segundo impulsor, y comprendiendo el segundo impulsor una pluralidad de palas curvas operables para mover dichos fluidos en dirección axial hacia el primer impulsor, caracterizado porque dichas palas de cada impulsor son palas de superficie hidrodinámica. Con preferencia, las palas de cada impulsor están bombeando hacia el interior del espacio comprendido entre los impulsores. En el caso de un árbol sustancialmente vertical, el impulsor inferior está, por lo tanto, bombeando hacia arriba y el impulsor superior está bombeando hacia abajo. Con preferencia, las palas de cada impulsor son palas de superficie hidrodinámica. Una pala de superficie hidrodinámica es la Chemineer Maxflo® W. Alternativamente, se puede usar la Lightnin A315®, la A320® o la A340®. Ventajosamente, debido a los flujos axiales opuestos creados por el primer impulsor y el segundo impulsor, se observa una región de alta turbulencia en una zona central de mezclado entre dichos impulsores. La alta turbulencia se mantiene en esta zona, y por lo tanto existe poca variación en la disipación de energía de turbulencia. Por consiguiente, existe una variación mínima en el tamaño de burbuja que da como resultado una estrecha distribución del tamaño de las burbujas en la zona central de mezclado. Ventajosamente, una estrecha distribución del tamaño de burbuja permite que el proceso o la reacción química sean controlados de manera más fácil. Esta región proporciona una zona donde los al menos dos fluidos se ponen en contacto para ser mezclados. Una reacción química puede verse por lo tanto facilitada en la zona central de mezclado. Los fluidos pueden ser líquido-sólido, líquido-líquido o líquido-gas. Con preferencia, los al menos dos fluidos comprenden un líquido y un gas. Es ventajoso proporcionar un entorno de mezcla de gas/líquido en el que el tamaño de burbuja sea ampliamente independiente de la potencia específica del impulsor. En un sistema de ese tipo, el tiempo de mezcla del líquido puede variarse con independencia del tamaño de burbuja. Con preferencia, el primer impulsor y el segundo impulsor comprenden, cada uno de ellos, dos o más palas, más preferentemente tres o más palas curvadas. De forma más preferente, se trata de impulsores con cuatro palas curvadas. La provisión de un impulsor con un gran número de palas curvadas incrementa las fuerzas de cizallamiento que actúan para romper grandes burbujas. Las pequeñas burbujas producidas tienen un diámetro medio de burbuja más pequeño que las producidas con un primer impulsor y/o un segundo impulsor con menos palas curvadas y por lo tanto, el área superficial disponible para que ocurra una reacción se incrementa. Con preferencia, el diámetro del primer impulsor es el mismo que el diámetro del segundo impulsor. Con preferencia, el diámetro del, o de cada, impulsor es sustancialmente la mitad del diámetro de la... [Seguir leyendo]

1.- Un aparato mezclador (100) para mezclar al menos dos fluidos, comprendiendo los al menos dos fluidos un líquido y un gas, comprendiendo el aparato mezclador (100) un árbol (120) giratorio en torno a su eje longitudinal (121), un primer y un segundo impulsores (122, 124) que se extienden radialmente montados en el árbol (120) y respectivamente distanciados axialmente, comprendiendo el primer impulsor (122) una pluralidad de palas (125) curvadas operables para mover los citados fluidos en dirección axial hacia el segundo impulsor (124), y comprendiendo el segundo impulsor (124) una pluralidad de palas (125) curvadas operables para mover dichos fluidos en dirección axial hacia el primer impulsor (122), caracterizado porque dichas palas (125) de cada impulsor son palas de superficie hidrodinámica. 2.- Un aparato mezclador según se reivindica en la reivindicación 1, caracterizado porque las palas (125) de cada impulsor son operables de modo que bombean hacia el interior en el espacio existente entre los impulsores (122, 124). 3.- Un aparato mezclador según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el primer impulsor (122) y el segundo impulsor (124) comprenden, cada uno de ellos, dos o más palas (125) curvadas. 4.- Un aparato mezclador según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el diámetro del primer impulsor (122) es igual que el diámetro del segundo impulsor (124). 5.- Un aparato mezclador según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la distancia axial entre el primer impulsor (122) y el segundo impulsor (124) es una separación de al menos un diámetro de impulsor. 6.- Un aparato mezclador según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos impulsores (122, 124) son operables a un número de potencia de 1,75. 7.- Un aparato mezclador según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la potencia específica usada cuando el primer impulsor (122) y el segundo impulsor (124) son operables para que giren, está comprendida entre 100 W/m 3 y 800 W/m 3 . 8.- Un aparato mezclador según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cuando se utilizan dobles impulsores Maxflo opuestos, el tamaño medio aritmético (d10) está comprendido entre 250 µm y 550 µm y el diámetro medio de volumen superficial (d32) está comprendido entre 400 µm y 750 µm. 9.- Un aparato mezclador según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cuando se utilizan impulsores de tipo BT-6, el diámetro d10 está comprendido entre 250 µm y 1500 µm. 10.- Un aparato mezclador según se reivindica en la reivindicación 9, caracterizado porque cuando es operable a 765 rpm, el d10 es de 378 µm, y el d32 es de 445 µm. 11.- Un aparato mezclador según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la tasa de gas esparcido está comprendida entre 0,05 y 1,0 m 3 /s. 12.- Un aparato mezclador según se reivindica en la reivindicación 11, caracterizado porque la tasa de gas esparcido es de 0,13 m 3 /s a una velocidad de impulsor de 50 rpm a 200 rpm. 13.- Un aparato mezclador según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una velocidad de dispersión crítica en una vasija que tiene un diámetro de entre 2 y 5 m, está comprendida entre 10 y 20 rpm. 14.- Un uso de un aparato mezclador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores para mezclar un fluido en un una fase líquida en un sistema de reacción química que comprende la fase líquida. 15.- Un uso de un aparato mezclador según se reivindica en la reivindicación 14, caracterizado porque la fase líquida comprende al menos un reactivo de fase líquida para que reaccione con un gas introducido en la fase líquida, así como al menos un producto de reacción de fase líquida. 16.- Un uso de un aparato mezclador según se reivindica en la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque la fase líquida comprende un sistema catalizador. 17.- Un uso de un aparato mezclador según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, caracterizado porque el sistema de reacción es un proceso de carbonilación que comprende la carbonilación de un compuesto etilénicamente insaturado con monóxido de carbono en presencia de una fuente de grupos hidroxilo, y un 8   sistema catalizador que comprende (a) un ligando bidentado de fosfina, arsina o estibina, y (b) un metal catalítico elegido a partir de un metal del grupo 8, 9 ó 10, o un compuesto del mismo. 9     11   12   13