BR102014013032A2 - misturador estático - Google Patents

Abstract

misturador estático [001] a presente invenção refere-se, em geral, a um misturador estático capaz de misturar ao menos dois fluidos. tal misturador estático compreende pelo menos um corpo principal (1) dotado de um duto primário (2); uma conexão auxiliar (3); e um duto secundário (4) em comunicação fluídica com o duto primário (2) e a conexão auxiliar (3), sendo que o duto secundário (4) é posicionado entre a conexão auxiliar (3) e o duto primário (2), e sendo ainda que o duto secundário (4) é associado tangencialmente ao duto primário (2).

Description

“MISTURADOR ESTÁTICO” Campo da invenção [001] A presente invenção refere-se, em geral, a um misturador estático capaz de misturar ao menos dois fluidos. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a um misturador estático configurado para misturar dióxido de carbono gasoso com líquido de licor negro, impedindo ou ao menos minimizando a formação de incrustações em suas partes internas.

Antecedentes da Invenção [002] Misturadores estáticos são dispositivos utilizados em indústrias para misturar ao menos dois fluidos ou até um fluido com um sólido granulado. Em outras palavras, os misturadores estáticos são capazes de permitir a mistura de líquidos, gases, gases com líquidos e/ou com sólidos granulados. Normalmente, os misturadores estáticos são de fácil instalação e requerem pouca manutenção por não apresentarem partes móveis. [003] Um misturador estático típico do estado técnica, que pode ser encontrado na patente norte-americana US 4,461,579, compreende um tubo que possui um determinado comprimento e diâmetro. Tal tubo é dotado de uma pluralidade de aletas internas triangulares, capazes de utilizar a quantidade de movimento do fluxo para proporcionar a mistura das partes com a menor perda de carga possível. Outros misturadores estáticos comumente utilizados apresentam aletas helicoidais. [004] As principais aplicações dos misturadores estáticos consistem em processos de mistura química, tratamento de água, mistura de óleo cru, dessalinização bruta, injeção de aditivos, neutralização, mistura de polímeros, mistura de combustíveis, extrusão de plásticos, processamento de fibras químicas, adesivos, produtos alimentícios ou farmacêuticos, dentre outras. [005] Particularmente, uma aplicação específica consiste em misturar dióxido de carbono gasoso ou outra fonte ácida com licor negro proveniente do cozimento da biomassa vegetal (madeira) característico da produção de celulose para a precipitação da lignina. Em síntese, a lignina pode ser separada do licor negro, por precipitação, para ser aproveitada como matéria-prima para obter vários produtos, como, por exemplo, fenóis, vanilina, pesticidas, adesivos, aditivos, resinas, carvão ativado, agentes dispersantes/emulsificantes, dentre outros. Tal precipitação é, inicialmente, proporcionada por um processo de acidificação/neutralização, que consiste na mistura do dióxido de carbono gasoso (agende acidulante) ou outra fonte ácida com o licor negro. [006] No entanto,durante o processo de mistura do dióxido de carbono com o licor negro, a lignina pode precipitar sobre as aletas internas do misturador estático devido à sua alta superfície de contato. O acúmulo desta precipitação resulta em incrustações que reduzem a área de fluxo e, com o decorrer do tempo, podem até causar um bloqueio parcial debilitando a mistura ou até mesmo total da área para escoamento da mistura se a sua limpeza não for feita adequada e frequentemente. [007] Desta maneira, embora os misturadores estáticos do estado da técnica sejam funcionais e permitam a mistura de fluidos, por outro lado, apresentam inconvenientes e limitações relacionados à formação de incrustações nas aletas internas, o que diminui a área de fluxo da mistura, comprometendo significativamente a sua eficiência.

Objetivos [008] Portanto, um objetivo da presente invenção é prover um misturador estático capaz de permitir a mistura de ao menos dois fluidos ou um fluido e um sólido granulado de uma maneira mais eficiente em relação aos misturadores estáticos do estado da técnica. [009] Além disso, é também um objetivo da presente invenção prover um misturador estático que seja capaz de eliminar ou ao menos reduzir as limitações dos misturadores estáticos do estado da técnica. [010] Ainda, outro objetivo da presente invenção consiste em prover um misturador estático capaz de permitir a mistura de gás de dióxido de carbono com líquido de licor negro, impedindo ou ao menos reduzindo a formação de incrustações em suas partes internas, de modo a proporcionar uma maior área para escoamento da mistura. [011] Adicionalmente, a presente invenção tem por objetivo prover um misturador estático adequado para misturar gás de dióxido de carbono com líquido de licor negro, eliminando ou ao menos diminuindo a ocorrência de restrição indesejada da área de fluxo da mistura.

Descrição da Invenção [012] Um ou mais objetivos da presente invenção acima mencionado(s), dentre outros, é(são) alcançado(s) através de um misturador estático que compreende pelo menos um corpo principal dotado de um duto primário; uma conexão auxiliar; e um duto secundário em comunicação fluídica com o duto primário e a conexão auxiliar, sendo que o duto secundário é posicionado entre a conexão auxiliar e o duto primário, e sendo ainda que o duto secundário é associado tangencialmente ao duto primário. [013] De acordo com variações adicionais ou alternativas do misturador estático da presente invenção, as seguintes características, isoladas ou em combinação, também podem estar compreendidas: [014] - o duto secundário possui um eixo geométrico longitudinal disposto inclinadamente em relação a um eixo geométrico longitudinal do duto primário; [015] - o eixo geométrico longitudinal do duto primário é coincidente com um eixo geométrico longitudinal do corpo principal; [016] - o duto primário é provido de uma abertura primária de entrada configurada para permitir a entrada de um primeiro fluido; [017] - a conexão auxiliar é provida de uma abertura secundária de entrada configurada para permitir a entrada de um segundo fluido; [018] - o duto primário é provido de uma abertura primária de saída configurada para permitir a saída de mistura do primeiro fluido com o segundo fluido; - o primeiro fluido consiste em licor negro; - o segundo fluido consiste em dióxido de carbono gasoso; - o duto primário compreende pelo menos uma primeira porção cilíndrica cuja entrada consiste na abertura primária de entrada; - o duto primário compreende pelo menos uma primeira porção cônica em comunicação fluídica com a primeira porção cilíndrica; - o duto primário compreende pelo menos uma segunda porção cilíndrica em comunicação fluídica com a primeira porção cônica, a segunda porção cilíndrica possuindo um diâmetro menor em relação ao diâmetro da primeira porção cilíndrica; - o duto primário compreende pelo menos uma terceira porção cilíndrica em comunicação fluídica com a segunda porção cilíndrica, a terceira porção cilíndrica possuindo um diâmetro maior em relação ao diâmetro da segunda porção cilíndrica e menor em relação ao diâmetro da primeira porção cilíndrica; - o duto primário compreende pelo menos uma segunda porção cônica em comunicação fluídica com a terceira porção cilíndrica; - o duto primário compreende pelo menos uma quarta porção cilíndrica em comunicação fluídica com a segunda porção cônica, a quarta porção cilíndrica possuindo um diâmetro igual ou maior ao diâmetro da primeira porção cilíndrica, a quarta porção cilíndrica possuindo uma saída que consiste na abertura primária de saída; - o duto secundário compreende pelo menos uma primeira porção cilíndrica em comunicação fluídica com a conexão auxiliar; - o duto secundário compreende pelo menos uma primeira porção cônica em comunicação fluídica com a primeira porção cilíndrica; - o duto secundário compreende pelo menos uma segunda porção cilíndrica em comunicação fluídica com a primeira porção cônica, a segunda porção cilíndrica possuindo um diâmetro menor em relação ao diâmetro da primeira porção cilíndrica; - a segunda porção cilíndrica do duto secundário está em comunicação fluídica com a terceira porção cilíndrica do duto primário; - a segunda porção cilíndrica do duto secundário é associada tangencialmente e inclinadamente à terceira porção cilíndrica do duto primário; - a segunda porção cilíndrica do duto secundário possui um diâmetro menor em relação ao diâmetro da terceira porção cilíndrica do duto primário; - a segunda porção cilíndrica do duto secundário é provida de uma extremidade de saída associada fluidicamente a uma extremidade de entrada da terceira porção cilíndrica do duto primário, sendo que moléculas de gás de dióxido de carbono adentram a terceira porção cilíndrica do duto primário tangenciando a sua parede interna de modo a prover uma rotação do dióxido de carbono gasoso em torno do eixo geométrico longitudinal do duto primário; e - o misturador estático compreende uma pluralidade de conexões de entrada.

Breve Descrição dos Desenhos [019] Os objetivos, efeitos técnicos e vantagens da presente invenção serão aparentes aos técnicos no assunto a partir da descrição detalhada a seguir que faz referência às figuras anexas, que ilustram uma realização exemplificadora, mas não limitadora, do misturador estático objeto da presente invenção. - A Figura 1 mostra uma vista em perspectiva de um misturador estático de acordo com uma realização particular da presente invenção; - A Figura 2 mostra uma vista seccional transversal do misturador estático ilustrado na figura 1; - A Figura 3 mostra uma vista seccional longitudinal do misturador estático ilustrado na figura 1; - A Figura 4 mostra o detalhe B da vista ilustrada na figura 3; e - A Figura 5 mostra o corte A-A da vista ilustrada na figura 3.

Descrição de uma Realização da Invenção [020] Inicialmente, cumpre destacar que o misturador estático, objeto da presente invenção, será descrito a seguir de acordo com uma realização (exemplo) particular, mas não limitativa, uma vez que suas concretizações poderão ser implementadas de diferentes formas e variações e conforme a aplicação desejada. [021] Assim, de acordo com uma realização particular da invenção, e conforme pode ser visto nas figuras 1, 2 e 3, o misturador estático da invenção compreende pelo menos um corpo principal 1 dotado de um duto primário 2 que, por sua vez, possui um eixo geométrico longitudinal x coincidente com o eixo geométrico longitudinal do próprio corpo principal 1. [022] De acordo com a figura 3, o duto primário 2 é provido de uma abertura primária de entrada 14 configurada para permitir a entrada de um primeiro fluido que consiste, preferencialmente, mas não obrigatoriamente, de licor negro. Naturalmente, outros fluidos poderíam ser utilizados, conforme a aplicação desejada para o misturador estático. [023] Ainda conforme as figuras 1, 2 e 3, o misturador estático da invenção compreende pelo menos uma conexão auxiliar 3 provida de uma abertura secundária de entrada 16 configurada para permitir a entrada da fonte ácida - um segundo fluido que consiste, preferencialmente, mas não obrigatoriamente em dióxido de carbono gasoso. Assim como no caso do primeiro fluido, outros fluidos poderíam ser utilizados, conforme a aplicação desejada para o misturador estático. Ainda de maneira preferencial, o misturador estático compreende uma pluralidade de conexões de entrada 3, a fim de. [024] Adicionalmente, o misturador estático da invenção compreende ainda pelo menos um duto secundário 4 em comunicação fluídica com o duto primário 2 e a conexão auxiliar 3, como pode ser visto nas figuras 3, 4 e 5. Particularmente, o duto secundário 4 é posicionado entre a conexão auxiliar 3 e o duto primário 2. [025] Também de acordo com as figuras 3, 4 e 5, o duto secundário 4 é associado preferencialmente, tangencial e inclinadamente ao duto primário 2. Particularmente, o duto secundário 4 possui um eixo geométrico longitudinal y disposto inclinadamente em relação a um eixo geométrico longitudinal x do duto primário 2. [026] Ainda conforme a figura 3, o duto primário 2 é provido também de uma abertura primária de saída 15 configurada para permitir a saída de mistura (ainda que contendo as duas fases) do primeiro fluido com o segundo fluido. [027] No detalhe mostrado na figura 4, pode-se observar que o duto primário 2 compreende pelo menos (na sequência da esquerda para direita, ou seja, no sentido do fluxo do primeiro fluido - líquido de licor negro e, posteriormente, da mistura de licor negro com dióxido de carbono): - uma primeira porção cilíndrica 5 cuja entrada consiste na abertura primária de entrada 14; - uma primeira porção cônica 6 em comunicação fluídica com a primeira porção cilíndrica 5; - uma segunda porção cilíndrica 7 em comunicação fluídica com a primeira porção cônica 6. Particularmente, a segunda porção cilíndrica 7 possui um diâmetro menor em relação ao diâmetro da primeira porção cilíndrica 5; - uma terceira porção cilíndrica 8 em comunicação fluídica com a segunda porção cilíndrica 7. Particularmente, a terceira porção cilíndrica 8 possui um diâmetro maior em relação ao diâmetro da segunda porção cilíndrica 7 e menor em relação ao diâmetro da primeira porção cilíndrica 5; - uma segunda porção cônica 9 em comunicação fluídica com a terceira porção cilíndrica 8; e - uma quarta porção cilíndrica 10 em comunicação fluídica com a segunda porção cônica 9. Particularmente, a quarta porção cilíndrica 10 possui um diâmetro igual ao diâmetro da primeira porção cilíndrica 5. A saída da quarta porção cilíndrica 10 consiste na abertura primária de saída 15.

Por outro lado, e ainda conforme a figura 4, o duto secundário 4 compreende pelo menos (também na sequência do fluxo do segundo fluido -gás de dióxido de carbono): - uma primeira porção cilíndrica 11 em comunicação fluídica com a conexão auxiliar 3; - uma primeira porção cônica 12 em comunicação fluídica com a primeira porção cilíndrica 11; e - uma segunda porção cilíndrica 13 em comunicação fluídica com a primeira porção cônica 12. Particularmente, a segunda porção cilíndrica 13 possui um diâmetro menor em relação ao diâmetro da primeira porção cilíndrica 11. [028]A mistura do dióxido de carbono gasoso, proveniente da segunda porção cilíndrica 13 do duto secundário 4, com o líquido de licor negro, proveniente da segunda porção cilíndrica 7 do duto primário 2, ocorre a partir da terceira porção cilíndrica 8 do duto primário 2, passando pela segunda porção cônica 9 do duto primário 2 e, na sequência, pela quarta porção cilíndrica 10 do duto primário 2 para, finalmente, chegar à abertura primária de saída 15. [029] Assim, conforme as figuras 4 e 5, a segunda porção cilíndrica 13 do duto secundário 4 está em comunicação fluídica com a terceira porção cilíndrica 8 do duto primário 2. Particularmente, a segunda porção cilíndrica 13 do duto secundário 4 é associada tangencialmente e inclinadamente à terceira porção cilíndrica 8 do duto primário 2. Ainda, a segunda porção cilíndrica 13 do duto secundário 4 possui também um diâmetro menor em relação ao diâmetro da terceira porção cilíndrica 8 do duto primário 2. [030] Mais especificamente, a segunda porção cilíndrica 13 do duto secundário 4 é provida de uma extremidade de saída associada fluidicamente a uma extremidade de entrada da terceira porção cilíndrica 8 do duto primário 2, sendo que o dióxido de carbono gasoso adentra a terceira porção cilíndrica 8 do duto primário 2 tangenciando a sua parede interna de modo a prover uma rotação do supramencionado dióxido de carbono gasoso em torno do eixo geométrico longitudinal x do duto primário 2. [031] Em outras palavras, a adição de gás de dióxido de carbono no líquido de licor negro é feita introduzindo-se alta rotação no gás e promovendo-se grande produção de bolhas de tamanho determinado pelo diâmetro da abertura do duto secundário, devido à relação dimensional entre o diâmetro da segunda porção cilíndrica 13 do duto secundário 4 e a terceira porção cilíndrica 8 do duto primário 2, e também à associação tangencial e inclinada entre estas partes. [032] Portanto, ao contrário dos misturados estáticos do estado da técnica, em que, durante a expansão da mistura, o material de menor densidade (gás de dióxido de carbono) tem a tendência de se concentrar no centro da seção do duto após a expansão pela sua menor inércia, o misturador estático da presente invenção permite introduzir o gás de dióxido de carbono com rotação, buscando tangenciar a parede interna do duto primário 2. Neste sentido, o correto balanço das forças inerciais devido à expansão e a rotação proporciona uma boa distribuição do gás de dióxido de carbono, com pequenas bolhas mantendo-se a jusante da região de introdução do gás, o que permite uma mistura mais eficiente. [033] Ademais, tendo em vista que, na presente invenção, a mistura é feita em um ambiente ausente de grandes áreas de contato, ao contrário dos misturadores estáticos do estado da técnica, a área em que pode ocorrer incrustação no misturador estático da presente invenção é extremamente reduzida, limitando-se apenas à parede interna do duto principal 2. [034] Adicionalmente, a posição de introdução do gás de dióxido de carbono no misturador estático da invenção é feita em uma seção muito estrangulada, o que proporciona um grande cisalhamento nas paredes internas do duto primário 2, evitando eventuais incrustações. Além disso, a lignina não tem tempo para precipitar nesta configuração. Por esses motivos, é possibilitada uma maior área para escoamento da mistura, eliminando ou ao menos diminuindo a ocorrência de restrição indesejada da área de fluxo da mistura. [035] Em testes realizados, um misturador com tal configuração operou mais de um ano sem apresentar sinal de entupimento. [036] Finalmente, o misturador estático também permite um eficiente controle das condições de acidulação (tamanho de bolha, cisalhamento entre fluidos, pressão, relação de vazão dos fluidos) de forma a criar grandes grãos de lignina que são de fácil filtração, lavagem da torta de lignina formada e final troca iônica com a água ácida de lavagem. [037] Apesar da descrição da realização particular acima fazer referência a uma concretização específica de um misturador estático, o objeto da presente invenção pode apresentar modificações em sua forma de implementação, de modo que o escopo de proteção da invenção se limita tão somente pelo teor das reivindicações anexas, incluindo aí as possíveis variações equivalentes.

Claims (13)

1. MISTURADOR ESTÁTICO, compreendendo pelo menos: - um corpo principal (1) dotado de um duto primário (2); - uma conexão auxiliar (3); e - um duto secundário (4) em comunicação fluídica com o duto primário (2) e a conexão auxiliar (3), o duto secundário (4) sendo posicionado entre a conexão auxiliar (3) e o duto primário (2), o misturador estático sendo caracterizado pelo fato de que o duto secundário (4) é associado tangencialmente ao duto primário (2).

2. MISTURADOR ESTÁTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o duto secundário (4) possui um eixo geométrico longitudinal (y) disposto inclinadamente em relação a um eixo geométrico longitudinal (x) do duto primário (2).

3. MISTURADOR ESTÁTICO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o eixo geométrico longitudinal (x) do duto primário (2) é coincidente com um eixo geométrico longitudinal do corpo principal (1).

4. MISTURADOR ESTÁTICO, de acordo com uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o duto primário (2) é provido de uma abertura primária de entrada (14) configurada para permitir a entrada de um primeiro fluido.

5. MISTURADOR ESTÁTICO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a conexão auxiliar (3) é provida de uma abertura secundária de entrada (16) configurada para permitir a entrada de um segundo fluido.

6. MISTURADOR ESTÁTICO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o duto primário (2) é provido de uma abertura primária de saída (15) configurada para permitir a saída de mistura do primeiro fluido com o segundo fluido.

7. MISTURADOR ESTÁTICO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o primeiro fluido consiste em líquido de licor negro.

8. MISTURADOR ESTÁTICO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o segundo fluido consiste em dióxido de carbono gasoso.

9. MISTURADOR ESTÁTICO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o duto primário (2) compreende pelo menos: - uma primeira porção cilíndrica (5) cuja entrada consiste na abertura primária de entrada (14); - uma primeira porção cônica (6) em comunicação fluídica com a primeira porção cilíndrica (5); - uma segunda porção cilíndrica (7) em comunicação fluídica com a primeira porção cônica (6), a segunda porção cilíndrica (7) possuindo um diâmetro menor em relação ao diâmetro da primeira porção cilíndrica (5); - uma terceira porção cilíndrica (8) em comunicação fluídica com a segunda porção cilíndrica (7), a terceira porção cilíndrica (8) possuindo um diâmetro maior em relação ao diâmetro da segunda porção cilíndrica (7) e menor em relação ao diâmetro da primeira porção cilíndrica (5); - uma segunda porção cônica (9) em comunicação fluídica com a terceira porção cilíndrica (8); e - uma quarta porção cilíndrica (10) em comunicação fluídica com a segunda porção cônica (9), a quarta porção cilíndrica (10) possuindo um diâmetro igual ao diâmetro da primeira porção cilíndrica (5), a quarta porção cilíndrica (10) possuindo uma saída que consiste na abertura primária de saída (15).

10.MISTURADOR ESTÁTICO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o duto secundário (4) compreende pelo menos: - uma primeira porção cilíndrica (11) em comunicação fluídica com a conexão auxiliar (3); - uma primeira porção cônica (12) em comunicação fluídica com a primeira porção cilíndrica (11); - uma segunda porção cilíndrica (13) em comunicação fluídica com a primeira porção cônica (12), a segunda porção cilíndrica (13) possuindo um diâmetro menor em relação ao diâmetro da primeira porção cilíndrica (11).

11. MISTURADOR ESTÁTICO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a segunda porção cilíndrica (13) do duto secundário (4) está em comunicação fluídica com a terceira porção cilíndrica (8) do duto primário (2), a segunda porção cilíndrica (13) do duto secundário (4) sendo associada tangencialmente e inclinadamente à terceira porção cilíndrica (8) do duto primário (2), a segunda porção cilíndrica (13) do duto secundário (4) possuindo um diâmetro menor em relação ao diâmetro da terceira porção cilíndrica (8) do duto primário (2).

12. MISTURADOR ESTÁTICO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a segunda porção cilíndrica (13) do duto secundário (4) é provida de uma extremidade de saída associada fluidicamente a uma extremidade de entrada da terceira porção cilíndrica (8) do duto primário (2), sendo que moléculas de gás de dióxido de carbono adentram a terceira porção cilíndrica (8) do duto primário (2) tangenciando a sua parede interna de modo a prover uma rotação das ditas moléculas de gás de dióxido de carbono em torno do eixo geométrico longitudinal (x) do duto primário (2).

13. MISTURADOR ESTÁTICO, de acordo com uma das reivindicações de 1 a 12, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de conexões de entrada (3).