Una estructura que comprende: por lo menos dos fractales (6, 7) de transporte de fluidos,

a saber un primer fractal (6) de transporte de fluidos y un segundo fractal (7) de transporte de fluidos, teniendo dicho primer fractal (6) de transporte de fluidos una respectiva entrada (1) para recibir un primer fluido, teniendo dicho segundo fractal (7) de transporte de fluidos una respectiva entrada (2) para recibir un segundo fluido, siendo dicho primer fluido independiente y distinto de dicho segundo fluido, estando aisladas físicamente entre sí dichas respectivas entradas (1, 2) para permitir flujos de fluidos físicamente distintos en cada uno de dichos fractales de transporte de fluidos, bifurcándose cada uno de dichos fractales (6, 7) de transporte de fluidos desde dicha respectiva entrada (1, 2) del mismo en una pluralidad de pasajes de fluidos y después en una pluralidad de respectivas salidas, colocándose dichos por lo menos dos fractales de transporte de fluidos desviados entre sí, estando interconectadas una primera de dichas salidas de dicho primer fractal de transporte de fluidos con una respectiva segunda salida de dicho segundo fractal de transporte de fluidos mediante un canal de unión (8), proporcionando dicho canal de unión (8) una zona (9), aislada de los flujos de fluidos de unas salidas aparte de dichas primera y segunda salidas, en las que el fluido que sale de dicha primera salida de dicho primer fractal (6) de transporte de fluidos puede mezclarse con el fluido que sale de dicha segunda salida de dicho segundo fractal (7) de transporte de fluidos.

Dispositivo fractal para aplicaciones de mezcla y de reactores ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Campo de la invención: La presente invención está relacionada con equipos de mezcla y de reactores. Más específicamente la invención se dirige a equipos para mezclar y hacer reaccionar uno o más fluidos. La invención encuentra aplicación en ambientes de una o varias fases.

Estado de la técnica: Muchos procesos de fluidos se benefician de una mezcla eficiente. Casi todos los equipos de mezcla de la técnica convencional, tales como licuadoras, mezcladoras, batidoras estáticas y dispositivos de impacto, separan a escala y entremezclan los fluidos que se van a mezclar mientras los fluidos están en contacto real entre sí. Este enfoque puede tener como resultado la creación de diversas faltas de homogeneidad dentro del cuerpo de la mezcla de fluidos. Tales faltas de homogeneidad pueden ser perjudiciales para el proceso de mezcla y/o las reacciones que se producen dentro del cuerpo del fluido. Por ejemplo, la falta de homogeneidad en la temperatura o la concentración a gran escala puede producirse dentro del cuerpo de la mezcla de fluidos por el uso de equipos convencionales de mezcla.

Adicionalmente, los equipos convencionales de mezcla se basan generalmente en forzar turbulencias a gran escala sobre la mezcla de fluidos. La turbulencia, a su vez, puede llevar a la formación de remolinos dentro del cuerpo del fluido que, en muchos casos, pueden ser tan grandes como el propio envase de reacción. La presencia de remolinos dentro del cuerpo fluido puede dificultar la apropiada mezcla del fluido y puede interrumpir además la amplitud de las reacciones que ocurren dentro del fluido.

Históricamente, se ha puesto poca atención en la técnica al uso de mezcla con diseño fractal como medio para el procesamiento de fluidos. La patente de EE.UU. 5.938.333 es uno de los pocos ejemplos de los esfuerzos técnicos en esta área. En la patente de EE.UU. 5.938.333 se describe un dispositivo de llenado de espacio, que puede utilizarse para la mezcla de fluidos con poca turbulencia un volumen. Este dispositivo puede lograr la mezcla de volúmenes con muy poca turbulencia y con un alto nivel de homogeneidad. Desafortunadamente, como el dispositivo de la patente de EE.UU. 5.938.333 es una mezcladora de llenado de espacio, no siempre es un dispositivo de procesamiento apropiado para un requisito dado de procesamiento.

Otra patente reciente que describe el uso de fractales para distribuir o recoger fluidos es el documento U.S.

5.354.460 que describe un sistema fractal de distribución de fluidos. El documento W099/48599 A1 se dirige a un dispositivo fractal de transporte de fluidos. Ninguna de estas referencias describe el empleo de fractales desviados para separar a escala y entremezclar simultánea e independientemente fluidos independientes para una mezcla y/o reacción. Un aparato adicional se describe en la patente de EE.UU. 4.776.989. La publicación internacional WO 01/43857 A1 (técnica anterior bajo el Art. 54 (3) EPC) también describe otro aparato más.

BREVE SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona un aparato para mezclar o hacer reaccionar una mezcla de fluidos según la reivindicación 1, en el que uno o más de los fluidos componentes de la mezcla se separan a escala y se entremezclan antes de hacer contacto con otro fluido componente. Es intrínseco a un método el uso de una estructura que incluye fractales independientes desviados de transporte de fluidos. Esta nueva estructura elimina los remolinos a gran escala al separar a escala todo el flujo de fluidos a través de fractales independientes antes de una mezcla/reacción de los fluidos. Además, la presente invención no mezcla un volumen y de este modo la invención proporciona nuevas oportunidades industriales prácticas para la mezcla fractal. Esta nueva estructura separa a escala y mezcla fluidos de una manera que es apropiada para flujos que salen o atraviesan una zona (en vez de un volumen) y no es una configuración fractal de llenado de espacio. Hemos descubierto varias aplicaciones útiles que pueden utilizar este enfoque diferente. Un ejemplo importante es el uso de este dispositivo mediante la conexión a un flujo a través de una tubería. Esto permite un flujo sencillo pero eficiente en la tubería orientado a la mezcla y reacción de fluidos. El uso de la estructura de esta manera es beneficioso porque permite una fácil incorporación en la tecnología de procesamiento existente. Otra aplicación industrialmente útil es la conexión del dispositivo al lado de un envase de modo que los fluidos sean mezclados homogéneamente justo antes de entrar al envase. Todavía otra aplicación útil es la provisión de una superficie de gases mezclados homogéneamente para aplicaciones subsiguientes de combustión.

La presente invención es particularmente aplicable a la provisión de mezcla rápida y homogénea, con o sin una reacción entre los fluidos. La invención también puede proporcionar simultáneamente una mezcla controlada y transferencia de calor, por ejemplo para controlar la temperatura de un proceso de reacción. Los usos contemplados de la invención incluyen lo siguiente:

1. Mezclar dos o más fluidos rápidamente.

2. Mezclar dos o más fluidos mientras se controla la temperatura.

3. Mezclar y hacer reaccionar dos o más fluidos.

4. Mezclar y hacer reaccionar dos o más fluidos mientras se controla la temperatura.

5. Mezclar dos o más fluidos para permitir la subsiguiente reacción homogénea fuera del dispositivo. Ambientes adicionales en los que la invención puede encontrar aplicación incluyen los siguientes:

5 1. Mezcladoras de líquido-líquido.

2. Mezcladoras de gas-gas.

3. Mezcladoras de gas-líquido.

4. Reactores de líquido-líquido.

5. Reactores de gas-líquido.

10 6. Reactores de gas-gas.

7. Aireadores.

8. Carbonatadores.

9. Mezcla de fluidos antes de una combustión.

Utilizando la presente invención, dos o más fluidos pueden mezclarse rápidamente de una manera homogénea sin utilizar equipos de mezcla mecánica. No se utilizan dispositivos de mezcla mecánica que inducen turbulencias, como batidoras, licuadoras, dispositivos de impacto, etc. Por lo tanto puede evitarse la falta de homogeneidad por mezcla a gran escala. Los remolinos a gran escala en procesos de mezcla pueden reducir el rendimiento de las reacciones químicas. Este dispositivo elimina los remolinos a gran escala del proceso de mezcla. Evitar la mezcla mecánica también puede reducir la cantidad de energía utilizada. Los procesos comunes de mezcla tienen comúnmente como resultado una energía malgastada debido a que la turbulencia a gran escala que es forzada en el proceso de mezcla debe ser disipada finalmente como calor. El dispositivo de esta invención no forma turbulencias ni remolinos a gran escala de modo que el movimiento a gran escala no es disipado como energía malgastada.

Utilizando la invención puede controlarse de una manera beneficiosa la distribución de las propiedades de los fluidos. Por ejemplo, para un gas que se mezcla con un líquido, la distribución de tamaño de las burbujas de gas puede controlarse y al mismo tiempo el líquido también se separa a escala, por lo tanto se controlan más las características de transferencia de masa. Otras distribuciones de propiedades de los fluidos que pueden ser controladas con este dispositivo incluyen las velocidades, la temperatura, la concentración de los fluidos y el tamaño de los remolinos.

Como las distribuciones de las propiedades de los fluidos pueden controlarse más en comparación con equipos convencionales de mezcla/reacción, los equipos pueden ser más pequeños y más eficientes. Si se desea, la mezcla puede ser rápida y homogénea pero con un tratamiento muy apacible de los fluidos. Las diversas realizaciones de la invención pueden utilizarse como elementos en el procesamiento convencional. Por ejemplo, como una mezcladora rápida en un conducto ordinario o como una mezcladora de varios fluidos que entran en un tanque u otro recipiente.

A diferencia de casi todos los reactores de fluidos, los diversos componentes que se van a mezclar y que van a reaccionar pueden ser separados a escala y ser entremezclados entre sí antes de que hagan contacto entre ellos. Esto tiene como resultado una reacción más rápida y homogénea. Se pueden evitar las reacciones paralelas causadas por la falta de homogeneidad a gran escala. Además, puede controlarse fácilmente la temperatura de la mezcla y de la reacción. Pueden eliminarse completamente... [Seguir leyendo]

1. Una estructura que comprende:

por lo menos dos fractales (6, 7) de transporte de fluidos, a saber un primer fractal (6) de transporte de fluidos y un segundo fractal (7) de transporte de fluidos, teniendo dicho primer fractal (6) de transporte de fluidos una respectiva entrada (1) para recibir un primer fluido, teniendo dicho segundo fractal (7) de transporte de fluidos una respectiva entrada (2) para recibir un segundo fluido, siendo dicho primer fluido independiente y distinto de dicho segundo fluido, estando aisladas físicamente entre sí dichas respectivas entradas (1, 2) para permitir flujos de fluidos físicamente distintos en cada uno de dichos fractales de transporte de fluidos, bifurcándose cada uno de dichos fractales (6, 7) de transporte de fluidos desde dicha respectiva entrada (1, 2) del mismo en una pluralidad de pasajes de fluidos y después en una pluralidad de respectivas salidas, colocándose dichos por lo menos dos fractales de transporte de fluidos desviados entre sí, estando interconectadas una primera de dichas salidas de dicho primer fractal de transporte de fluidos con una respectiva segunda salida de dicho segundo fractal de transporte de fluidos mediante un canal de unión (8) , proporcionando dicho canal de unión (8) una zona (9) , aislada de los flujos de fluidos de unas salidas aparte de dichas primera y segunda salidas, en las que el fluido que sale de dicha primera salida de dicho primer fractal (6) de transporte de fluidos puede mezclarse con el fluido que sale de dicha segunda salida de dicho segundo fractal (7) de transporte de fluidos.

2. La estructura de la reivindicación 1, en la que por lo menos una de dichas salidas de dicho primer fractal (6) de transporte de fluidos se coloca físicamente próxima a dicha salida homóloga de dicho segundo fractal (7) de transporte de fluidos para permitir una mezcla de dicho primer fluido que sale por dicha por lo menos una salida de dicho primer fractal de transporte de fluidos con dicho segundo fluido que sale por dicha salida homóloga de dicho segundo fractal de transporte de fluidos.

3. La estructura de la reivindicación 1, en la que dichos pasajes de cada fractal (6) de transporte de fluidos se aíslan físicamente de dichos pasajes de dicho otro fractal (7) de transporte de fluidos.

4. La estructura de la reivindicación 1, que incluye además un recinto (11) en el que por lo menos una parte del por lo menos un fractal (6, 7) de transporte de fluidos se coloca dentro de dicho recinto (11) .

5. La estructura de la reivindicación 4, en la que dicho recinto (11) define un recorrido para facilitar el paso por dicha parte de por lo menos un fractal (6, 7) de transporte de fluidos de un fluido de intercambio de calor.

6. La estructura de la reivindicación 5, en la que un fluido de intercambio de calor reside en dicho recinto (11) .

7. La estructura de la reivindicación 1, en la que una geometría de dicho primer fractal (6) de transporte de fluidos es idéntica a la geometría de dicho segundo fractal (7) de transporte de fluidos.

8. La estructura de la reivindicación 1, en la que una geometría de dicho primer fractal (6) de transporte de fluidos es diferente de la geometría de dicho segundo fractal (7) de transporte de fluidos.

9. La estructura de la reivindicación 1, que incluye además una superficie de salida situada próxima a dichas salidas.

10. La estructura de la reivindicación 9, en la que dicha superficie de salida es plana.

11. La estructura de la reivindicación 9, en la que dicha superficie de salida no es plana.

12. La estructura de la reivindicación 9, en la que dicha superficie de salida es una superficie curva.

13. La estructura de la reivindicación 9, en la que dicha superficie de salida tiene forma irregular.

14. La estructura de la reivindicación 1, en la que por lo menos uno de dichos fractales (6, 7) de transporte de fluidos se bifurca en perpendicular a una dirección de flujo de una respectiva entrada del mismo.

15. La estructura de la reivindicación 14, en la que por lo menos uno de dichos fractales (6, 7) de transporte de fluidos se bifurca en perpendicular a una dirección de flujo de ambas respectivas entradas y por lo menos una salida del mismo.

16. La estructura de la reivindicación 1, en la que por lo menos uno de dichos fractales (6, 7) de transporte de fluidos se bifurca con un ángulo entre perpendicular y paralelo a una dirección del flujo de dicha entrada de dicho por lo menos uno de dichos fractales (6, 7) de transporte de fluidos.

17. La estructura de la reivindicación 1, en la que por lo menos uno de dichos fractales (6, 7) de transporte de fluidos se bifurca con un ángulo entre perpendicular y paralelo a una dirección del flujo de dicha entrada y por lo menos una salida de dicho por lo menos uno de dichos fractales (6, 7) de transporte de fluidos.

18. La estructura de la reivindicación 1, en la que dicho segundo fractal (7) de transporte de fluidos se coloca dentro de dicho primer fractal (6) de transporte de fluidos.

19. La estructura de la reivindicación 1, que incluye además una pluralidad de canales de unión (8) , donde cada canal de unión (8) está interconectado con una respectiva de dichas salidas de dicho primer fractal (6) de transporte de fluidos y una respectiva de dicha salida de dicho segundo fractal (7) de transporte de fluidos.

20. La estructura de la reivindicación 19, en la que dicha pluralidad de canales de unión (8) están interconectados 5 entre sí para definir un único canal de flujo.

21. La estructura de la reivindicación 20, en la que la interconexión de dichos canales de unión (8) para formar un único flujo comprende una disposición de fractales en la que la dirección de flujo dentro de dicha disposición de fractales es desde un extremo de escala pequeña de la disposición de fractales a un extremo de escala grande de la disposición de fractales.

22. La estructura de la reivindicación 1, que incluye además un recinto (11) , en el que por lo menos una parte de uno o más de dichos fractales de transporte de fluidos se dispone dentro de dicho recinto (11) , dicho recinto (11) define un recorrido de flujo en el mismo para el paso de un fluido de intercambio de calor sobre la superficie exterior de los fractales encerrados (6, 7) de transporte de fluidos.

23. La estructura de la reivindicación 1, que incluye además un recinto (11) en el que por lo menos una parte de uno o más de dichos fractales (6, 7) de transporte de fluidos se dispone dentro de dicho recinto (11) , el recinto (11) incluye unos medios de conexión para conectar la estructura a una estructura de apoyo.

24. La estructura de la reivindicación 1, en la que cada uno de dichos canales de unión (8) se asocia mecánicamente con un canal de contacto (9) , dicho canal de contacto (9) está en comunicación de fluidos con una única salida de dicha estructura.

RESUMEN

Dos o más fractales independientes y desviados de transporte de fluidos permiten separar a escala y entremezclar dos o más fluidos de manera independiente y simultánea antes de que los fluidos hagan contacto entre sí. El dispositivo proporciona una mezcla y/o reacción rápidas y homogéneas.