BR112021009117B1

BR112021009117B1 - Reator para uma reação química e processo para regulação de uma reação química

Info

Publication number: BR112021009117B1
Application number: BR112021009117-3A
Authority: BR
Inventors: Anton LEDWON; Waldemar Lewtschenko
Original assignee: Heion Gmbh
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2024-01-30
Also published as: CA3118025A1; US11547976B2; ES2828678T3; SI3650115T1; BR112021009117A2; DK3650115T3; EP3650115B1; WO2020098984A1; US20220016588A1; HUE051330T2; LT3650115T; PT3650115T; HRP20201715T1; RS60979B1; PL3650115T3; EP3650115A1

Abstract

reator para uma reação química e processo para controle da reação química. a presente invenção refere-se a um reator (1) para uma reação química, que compreende uma carcaça (10) e uma câmara de reação (3); um elemento de bocal (30) com uma entrada (32) para introdução de pelo menos um reagente na câmara de reação (3), sendo que o elemento de bocal (30) está montado de modo móvel em relação à carcaça (10); um dispositivo de sensor (80), pelo qual pode ser detectado pelo menos um parâmetro de medição, durante a reação química; e um dispositivo de ajuste (50), pelo qual é ajustável pelo menos um parâmetro de montagem, que influencia o movimento do elemento de bocal (30); uma unidade de controle (70), que está formada para receber do dispositivo de sensor (80) um sinal de medição do dispositivo de sensor (80), na base do parâmetro de medição e, na dependência do sinal de medição, gerar um sinal de controle para o dispositivo de ajuste (50). além disso, a invenção refere-se a um processo para controlar a reação química.

Description

Descrição

[001] A invenção refere-se a um reator para uma reação química, bem como a um processo para controle da reação química.

[002] Do documento DE 10 2016 109 639 A1 é conhecido um reator com uma câmara de reação e uma carcaça, que circunda a câmara de reação. Através de um elemento de bocal, um primeiro reagente é conduzido à câmara de reação. Um outro elemento de bocal, guia um segundo reagente à câmara de reação, sendo que os dois reagentes se chocam um contra o outro com alta energia cinética. A energia cinética, de acordo com o documento DE 10 2016 109 639 A1 é usada para a reestruturação atômica ou molecular de pelo menos um dos dois reagentes. No caso dos reagentes, pode tratar-se de água e um hidrocarboneto liquido, tal como, por exemplo, combustível de diesel. Um produto visado da reestruturação atômica ou molecular de pelo menos um dos reagentes, é um combustível de diesel modificado, com o qual é possível uma combustão particularmente pobre em poluentes. Particularmente para uso em motores de combustão interna, existe uma necessidade grande de combustíveis desse tipo, uma vez que os valores limite de emissões para veículos a motor estão se tornando cada vez mais rigorosos.

[003] A reestruturação atômica ou molecular, em geral, está associada a uma introdução de energia ou a uma perda de energia ligada quimicamente, de modo que, por exemplo, a reação química mencionada acima, de água e combustível de diesel, para geração de um combustível de diesel modificado com propriedades aperfeiçoadas pode levar a altos custos de produção ou a um balanço de óleo desfavorável para o combustível de diesel modificado. Particularmente, quando a reação química tem um baixo rendimento, pode ser que as vantagens do combustível de diesel modificado não justifiquem os gastos mais altos em sua produção.

[004] É portanto, tarefa da invenção pôr à disposição um reator, no qual reações químicas podem ser possibilitadas com alto rendimento, a gastos de energia pequenos.

[005] A tarefa que serve de base à invenção é solucionada com a combinação de características de acordo com a reivindicação 1; exemplos de modalidade podem ser encontrados nas reivindicações subordinadas à reivindicação 1.

[006] O elemento de bocal do reator de acordo com a invenção apresenta uma entrada para admissão de pelo menos um reagente na câmara de reação do reator, sendo que o elemento de bocal está posicionado de modo móvel em relação à carcaça do reator. O reator compreende um dispositivo de sensor, pelo qual pode ser detectado pelo menos um parâmetro de medição durante a reação química que está ocorrendo na câmara de reação do reator. Através de um dispositivo de ajuste, pode-se ajustar pelo menos um parâmetro de montagem. Com ajuda do parâmetro de montagem e, possivelmente, com ajuda de outros parâmetros de montagem, pode ser descrita a maneira pela qual o elemento de bocal está posicionado. Disso, depende, depois, como o elemento de bocal pode mover-se em relação à carcaça, e qual movimento ou forma de movimento ocorre na reação química. O movimento do elemento de bocal pode ser ativado ou influenciado pela reação química ou por parâmetros de processo tais como pressões, temperaturas, velocidades de corrente.

[007] Além disso, o reator de acordo com a invenção compreende uma unidade de controle, que está formada para receber do dispositivo de sensor um sinal de medição do dispositivo de sensor, que se baseia no parâmetro de medição detectado. A unidade de controle pode, depois, gerar, na dependência do sinal de medição, um sinal de controle para o dispositivo de ajuste. Assim, é possível ajustar, na dependência do parâmetro de medição detectado pelo dispositivo de sensor, o pelo menos um parâmetro de montagem, através do dispositivo de ajuste.

[008] A unidade de controle pode compreender um processador, no qual está depositado em uma memória, o sinal de medição de entrada e o sinal de controle de saída. O sinal de controle de saída pode, nesse caso, estar dependente de outros parâmetros de influência, que são detectados durante a reação química e alimentados à unidade de controle como outros sinais de influência.

[009] Em um exemplo de modalidade, o dispositivo de sensor apresenta um sensor para detecção de uma frequência, com a qual oscila o elemento de bocal. O sensor para detecção da frequência, que pode estar formado, por exemplo, como sensor de som, transmite, então, um sinal de medição correspondente à frequência detectada à unidade de controle, que na base desse sinal de medição estabelece ou calcula um sinal de controle, e transmite o mesmo ao dispositivo de ajuste. De acordo com o sinal de controle, é novamente ajustado através do dispositivo de ajuste o parâmetro de montagem, o que influencia o movimento do elemento de bocal, neste exemplo de modalidade, a frequência.

[0010] Mostrou-se supreendentemente que pelo ajuste da frequência, o rendimento ou a eficiência da reação química pode ser otimizado. Mostrou-se, também, que pelo ajuste da frequência, com a qual oscila o elemento de bocal, também pode ser influenciado o curso da reação química, de tal modo que resultam produtos diferentes.

[0011] Em um exemplo de modalidade estão previstos um primeiro batente e um segundo batente para o elemento de o bocal, entre os quais o elemento de bocal pode mover-se. Nesse caso, uma distância entre o primeiro batente e o segundo batente, representa o parâmetro de montagem ajustável. Pela distância entre os dois batentes para o elemento de bocal, pode ser ajustada a amplitude de oscilação do elemento de bocal, que se move para lá e para cá entre o primeiro batente e o segundo batente, o que tem influência sobre sua frequência.

[0012] De preferência, só um dos dois batentes está formado como batente móvel, enquanto o outro batente está estacionário e não se deixa mover. Um elemento de ajuste móvel como parte do dispositivo de ajuste pode circundar esse batente móvel. Em um exemplo de modalidade, o elemento de ajuste é um elemento roscado, cuja montagem axial pode ser ajustada por rotação. Nesse caso, o batente móvel atua, de preferência na direção axial do elemento roscado. Se o passo da rosca do elemento roscado for muito pequeno, a montagem axial do elemento roscado e, assim, a montagem ativa do batente móvel, pode ser ajustada com muita exatidão.

[0013] A distância entre o primeiro batente e o segundo batente para o elemento de bocal pode estender-se paralelamente a uma direção de corrente principal, com a qual o reagente corre pelo elemento de bocal. Neste exemplo de modalidade, o elemento de bocal move-se, portanto, paralelamente a essa direção de corrente principal, a saber, ou na direção de corrente principal ou na direção oposta, portanto, deslocado em 180 graus à direção de corrente principal.

[0014] A distância entre os batentes leva a uma montagem do elemento de bocal dotada de jogo, sendo que o jogo da montagem leva à liberdade de movimentos necessária do elemento de bocal. O jogo pode assumir valores de 0,01 até 3 mm, de preferência, 0,2 até 2 mm.

[0015] O elemento de bocal pode, portanto, ser interpretado como parte de um sistema oscilatório, que compreende uma massa centrífuga e um sistema de amortecimento de mola, sendo que o sistema de amortecimento de mola é especificado pelo tipo da montagem do elemento de bocal na carcaça, e influencia o comportamento de oscilação. Por exemplo, pode estar prevista uma montagem macia ou rígida do elemento de bocal, sendo que uma força, com a qual o elemento de bocal está fixado na carcaça também pode ser considerada como um parâmetro de montagem possível, que pode ser ajustado pelo dispositivo de ajuste, para influenciar o movimento do elemento de bocal. Assim, uma força de aperto pode ser variada por meio do dispositivo de ajuste.

[0016] O elemento de bocal pode apresentar uma saída, sendo que uma seção transversal de corrente da saída é maior do que uma seção transversal de corrente da entrada. Em um exemplo de modalidade a seção transversal de corrente de um canal de bocal (canal de corrente entre entrada e saída), partindo da entrada, fica continuamente maior. Também é possível que a seção transversal de corrente entre a entrada e a saída esteja formado em um mínimo, na forma de um estreitamento, sendo que a seção transversal de corrente desse estreitamento, em cada caso, está formada de modo menor do que as seções transversais de corrente da entrada e da saída) ou em um máximo.

[0017] O canal de bocal pode apresentar a forma de um cone truncado. Um ângulo de abertura do cone truncado pode assumir valores entre 20 e 70 graus, 30 a 60 graus ou, de preferência, de 40 a 50 graus. O canal de abertura é, nesse caso, o ângulo entre a superfície externa do cone e o eixo central do cone truncado.

[0018] Por exemplo, a entrada do elemento de bocal pode estar solicitada com uma mistura de dois reagentes, que se encontra sob pressão, de modo que a mistura é comprimida pela entrada e depois corre com alta velocidade pelo elemento de bocal. Os reagentes podem ser, por exemplo, água e um hidrocarboneto líquido.

[0019] Devido à seção transversal de corrente maior da saída e da queda de pressão concomitante, pode ocorrer em pelo menos um reagente a formação de bolhas, que, depois, no elemento de bocal, vistas entre entrada e saída ou na direção de corrente, implodem novamente (cavitação), atrás da saída do elemento de bocal. Devido ao elemento de bocal em movimento, particularmente, entre a entrada e a saída do elemento de bocal, ocorrem condições de pressão, que se modificam, de preferência, se alternam, sendo que essas condições de pressão, que se modificam, são utilizadas de acordo com a invenção, de tal modo que a fase da implosão das bolhas é estendida temporalmente. Nesse caso, para a reestruturação atômica ou molecular do pelo menos um reagente, a energia liberada na implosão é usada de modo seletivo, que de outro modo não seria utilizada, por exemplo, como energia térmica. A oscilação do elemento de bocal possibilita, portanto, o aproveitamento seletivo da energia liberada na cavitação para a reação química.

[0020] A câmara de reação também deve compreender o espaço, que se encontra entre entrada e saída, dentro do elemento de bocal. A câmara de reação compreende, portanto, também o canal de bocal. Sem estar sujeito à teoria, presume-se que uma parte não desprezível da reação já ocorre no canal de bocal, portanto entre a entrada e a saída do elemento de bocal.

[0021] O elemento de bocal pode estar formado como disco, de preferência, circular. O disco pode apresentar uma abertura central. No plano de uma primeira superfície do disco está disposta a entrada, no plano de uma segunda superfície oposta, a saída. De preferência, no caso desse elemento de bocal, trata-se de um corpo substancialmente simétrico em rotação, sendo que a abertura central está formada coaxialmente ao eixo central.

[0022] Em um exemplo de modalidade, o elemento de bocal separa a câmara de reação de uma antecâmara. A antecâmara serve para que pelo menos um reagente para a reação química ou a mistura de uma pluralidade de reagentes seja conduzida ao elemento de bocal. O reagente ou a mistura encontra-se na antecâmara, nesse caso, sob pressão, e chega pela entrada do elemento de bocal à câmara de reação. A seguir, é usado para o reagente e para a mistura apenas o termo "reagente".

[0023] O elemento de bocal serve em um exemplo de modalidade não apenas para guiar o reagente à câmara de reação, mas também para assegurar na câmara de reação condições de pressão alternativas, pelas quais é exercida a influência e o controle sobre o curso da cavitação (formação de bolhas de gás e sua implosão). A configuração do elemento de bocal, cuja massa representa a massa centrífuga do sistema oscilatório descrita acima, depende, portanto, além da configuração do canal de bocal, também, decisivamente, da modelação externa do elemento de bocal, para realizar, por exemplo, um valor predeterminado para a massa/massa centrifuga do elemento de bocal.

[0024] O elemento de bocal pode ser de um material, cuja densidade é maior do que 5 g/cm3, de preferência, maior do que 8 g/cm3. São de interesse como material para o elemento de bocal, por exemplo, ferro ou latão. Uma relação da massa do elemento de bocal (medida em g) para a seção transversal de corrente da entrada (medida em mm2) assume em um exemplo valores entre 30 e 100, 40 a 80 ou 50 a 70. Se, por exemplo, o diâmetro de uma seção de transporte de corrente circular da entrada perfizer 2 mm e a massa do elemento de bocal, 150 g, resulta daí uma relação de massa/seção transversal de corrente de 48g/mm2.

[0025] Uma relação de uma superfície total projetada do elemento de bocal para a seção transversal de corrente da entrada pode assumir valores entre 500 e 3000, de preferência, entre 1000 e 2000, sendo que essa superfície total deve corresponder à superfície do elemento de bocal projetada no plano da seção transversal de corrente. Se, no caso do elemento de bocal, tratar-se, por exemplo, de um disco circular, com um diâmetro de 80 mm, sendo que o diâmetro da entrada circular do elemento de bocal perfaz 2 mm, resulta daí uma relação de superfície total para seção transversal de corrente da entrada de 1600 (802 /22 ).

[0026] Em um exemplo de modalidade, o elemento de bocal está fixado na carcaça através de uma membrana circundante. Quando o elemento de bocal está formado como disco circular, no caso da membrana circundante pode tratar-se de um anel. A membrana circundante pode estar conectada fixamente com uma região externa na carcaça, enquanto ela está conectada fixamente com uma região interna no elemento de bocal. Devido à elasticidade da membrana, o elemento de bocal está, então, montado de modo móvel em relação à carcaça. A membrana pode apresentar a função adicional de vedar a câmara de reação, em relação à antecâmara.

[0027] A membrana pode ser de um material elástico, por exemplo de borracha ou de um elastômero. A disposição de membrana, carcaça e elemento de bocal pode estar selecionada de tal modo que a membrana, no estado de repouso do reator, encontra-se sob uma determinada tensão mecânica. Durante a operação do reator, é possível ajustar novamente ou regular essa tensão, na dependência do parâmetro de medição detectado durante a reação química.

[0028] O reator pode apresentar um elemento de ajuste com um ponta em forma de agulha, que está disposto antes da entrada do elemento de bocal ou projetada para dentro da entrada do elemento de bocal. A posição da ponta em forma de agulha em relação à entrada do elemento de bocal pode ser ajustada em um exemplo de modalidade. Através desse ajuste, pode ser influenciado o rendimento da reação química ou a qualidade dos produtos resultantes da redação química.

[0029] O elemento de ajuste pode apresentar um canal para alimentação de um outro reagente. Assim, além do reagente da antecâmara, um outro fluido (líquido, gasoso ou como sólido fluente em forma de partículas pequenas) pode ser introduzido no canal de bocal pelo elemento de ajuste.

[0030] Na proximidade da entrada podem estar incorporadas estruturas de superfície, por exemplo, - no exemplo de modalidade, com o disco circular como elemento de bocal - na primeira superfície voltada para a antecâmara. Em um primeiro exemplo de modalidade, essas estruturas de superfície estão dispostas em torno da entrada. Nesse caso, as estruturas de superfície podem estar formadas na forma de entalhes estendidos radialmente. Os entalhes ou ranhuras também podem estar dispostos em forma de espiral em torno da entrada. Mostrou-se que pelas estruturas de superfície, as condições de corrente (turbulência aumentada) antes da entrada do elemento de bocal podem modificar-se de tal modo que o rendimento da reação química pode ser aumentado.

[0031] Uma outra tarefa da invenção é pôr à disposição um processo para regulação de uma reação química, com a meta de um alto rendimento, uma introdução de energia a menor possível, é solucionada pela combinação de características de acordo com a reivindicação 11. Exemplos de modalidade do processo de acordo com a invenção podem ser extraídos das reivindicações subordinadas à reivindicação 11.

[0032] No processo de acordo com a invenção pode ser usado o reator descrito acima. No processo de acordo com a invenção, durante a reação, o elemento de bocal executa um movimento oscilatório, sendo que pelo menos um parâmetro de oscilação do movimento oscilatório é detectado e sendo que a reação química, com base no parâmetro de oscilação detectado, é regulada. Em um exemplo de modalidade, o parâmetro de oscilação é a frequência do movimento oscilatório do elemento de bocal. Em um exemplo de modalidade, um valor teórico para a frequência perfaz entre 16 e 20000 Hz, 100 a 10.000 Hz ou 1000 a 5000 Hz. Também é possível que a frequência se situe no âmbito do ultrassom, sendo que, aqui, parte-se de frequência acima de 20.000 Hz (por exemplo, 20.000 Hz a 100 kHz).

[0033] O processo pode prever que o movimento oscilatório é limitado pelo primeiro batente descrito acima para o elemento de bocal e pelo segundo batente descrito acima para o elemento de bocal, sendo que para regulação da reação, a distância entre o primeiro batente e o segundo batente é variada ou ajustada.

[0034] Em um exemplo de modalidade, a posição em relação à entrada do elemento de bocal do corpo em forma de agulha é modificada para regulação da reação química.

[0035] Pelo dispositivo de acordo com a invenção ou pelo processo de acordo com a invenção, é possível ligar em um hidrocarboneto líquido (tal como, por exemplo, combustível de diesel) oxigênio às cadeias de carbono correspondentes, de tal modo que o combustível de diesel permanece estável à oxidação. O oxigênio é ligado quimicamente como hidroxila ou carboxila ao hidrocarboneto.

[0036] Na combustão no motor de combustão interna, esse oxigênio cai para um grau de oxidação mais baixo e forma os produtos de combustão usuais H2O e CO2. A H2O formada passa para a fase de vapor na combustão no motor de combustão interna, com o que, junto com a liberação da energia térmica pela combustão, é gerada energia mecânica no cilindro do motor de combustão interna.

[0037] Pelos átomos de oxigênio adicionais, ligados quimicamente, o combustível de diesel queima com emissões mais reduzidas, a altos graus de eficiência. Particularmente, pelo combustível de diesel modificado desse modo, as emissões de NOx podem ser reduzidas, já na combustão.

[0038] Sem estar sujeito a essas teorias, no processo de acordo com a invenção ocorre uma dissociação das moléculas de água, na qual resultam íons de hidroxila, que geram novas estruturas químicas com as moléculas de hidrocarboneto. Na dissociação das moléculas de água, a fase gasosa é contornada, e o material de reação permanece no estado líquido. Desse modo, essa reação necessita de relativamente pouco uso de energia. Foi constatado que diretamente depois do processo de modificação, o material trabalhado tem um caráter radial. Pelo tratamento adicional, as estruturas radicais são transformadas por oxidação em estruturas estáveis. A estabilização do estado químico radical pode dar-se por adição de oxigênio, hidrogênio, CO2, metano e outros gases e líquidos. Isso possibilita dotar o combustível e diesel de propriedades mais favoráveis. Este processo baseia-se, portanto, na radicalização artificial dos reagentes e estabilização por oxidação.

[0039] O processo também pode ser usado onde são usadas emulsões (por exemplo, na indústria de cosméticos ou alimentos). Pelo processo pode ser reduzido ou também evitado o uso de aditivos de outro modo necessários, tais como, por exemplo, tensoativos.

[0040] Por meio dos exemplos de modalidade representados nas figuras, a invenção é explicada mais detalhadamente. Mostram: na Figura 1 esquematicamente, um reator de acordo com a invenção; na Figura 2 partes do reator de acordo com a invenção em corte longitudinal; na Figura 3 um detalhe ampliado da figura 1; e na Figura 4 a geometria de um canal de bocal.

[0041] A figura 1 mostra esquematicamente um reator, que em sua totalidade está designado com 1. O reator 1 deve compreender, nesse caso, os componentes que se situam dentro da linha em ponteado e traçado. O reator compreende uma carcaça 10 e uma câmara de reação 3, que está circundada pela carcaça 10. De modo móvel à carcaça 10, está disposto um elemento de bocal. Esse elemento de bocal não está representado na figura 1, mas representado nas figuras 2 e 3, e ali é designado com o sinal de referência 30. Um dispositivo de ajuste 50 serve para ajustar parâmetros de montagem para o elemento de bocal 30 montado de modo móvel. No caso do parâmetro de montagem, trata- se neste exemplo de modalidade de um jogo, e assegura uma determinada mobilidade do elemento de bocal 3, de modo que ele pode mover-se para lá e para cá, ou executar um movimento oscilatório.

[0042] O dispositivo de ajuste 50 está conectado através de uma linha de sinais 60 com uma unidade de controle 70. Um dispositivo de sensor 80 detecta pelo menos uma frequência, com a qual o elemento de bocal oscila. O dispositivo de sensor 80 guia através de uma linha de sinais 61, a frequência detectada ou um sinal de medição detectado com base na frequência à unidade de controle 70; com base no sinal de medição do dispositivo de sensor 80, a unidade de controle 70 determina um sinal de controle para o dispositivo de ajuste 50, que é transmitido através da linha de sinais 60. A unidade de controle 50 regula, assim, a frequência do elemento de bocal 30.

[0043] Além disso, o reator compreende um segundo dispositivo de ajuste 90, pelo qual pode ser ajustada uma posição axial de uma ponta em forma de agulha (veja sinal de referência 22 nas figuras 2 e 3), em relação ao elemento de bocal 30. Maiores detalhes a respeito podem ser extraídos da descrita de figuras das figuras 2 e 3. O dispositivo de ajuste 90 está em conexão através de uma linha de sinais 62 com a unidade de controle 70. Uma posição axial da ponta em forma de agulha pode, portanto, também ser ajustada através da unidade de controle 70.

[0044] Um primeiro reagente 100 é conduzido através de uma bomba 103 à carcaça 10 do reator 1. Além disso, uma bomba 103 bombeia um segundo reagente 102 à carcaça 10, para a reação química que ocorre no reator 1. O reagente 100 e o reagente 101 são combinados fora do reator 1, de modo que uma mistura dos reagentes 100 e 101 chega ao reator 1. Uma bomba 104 cuida para que a parte da mistura, que não tomou parte na reação química, seja alimentada novamente na circulação à carcaça 10. O reagente 100 pode ser água. O reagente 102 pode ser um combustível de diesel comum.

[0045] Os outros elementos, representados fora da linha em ponteado e traçado, servem para o tratamento posterior dos produtos da reação química ou para a interceptação de vazamentos. O tratamento posterior não é parte da invenção e, por esse motivo, não é descrito em detalhe.

[0046] A figura 2 mostra partes do reator 1 em corte longitudinal, sendo que a figura 3 mostra um detalhe ampliado da figura 3. A figura 3 não mostra, nesse caso, todas as características da figura 2 ou componentes ligeiramente modificados. A carcaça 10 compreende uma primeira parte de carcaça 11 e uma segunda parte de carcaça 12. Na carcaça 10 está montado de modo móvel um elemento de bocal 30. No exemplo de modalidade representado nas figuras 2 e 3, o elemento de bocal 30 pode ser movido no plano do desenho, para lá e para cá, para a esquerda e para a direita.

[0047] O elemento de bocal 30 está formado como disco circular, que apresenta um furo central 31. O furo central 31 está disposto coaxialmente a um eixo central 5 do reator 1. O furo central define uma entrada 32 e uma saída 33 do elemento de bocal 30 e também pode ser calculado como canal de bocal (veja figura 3). Pode ser visto que uma seção transversal de corrente circular da entrada 32 é menor do que uma seção transversal de corrente circular da saída 33. A seção transversal de corrente da saída 33 (calculada em unidades de superfície, independentemente da forma da seção transversal de corrente) pode ser maior pelo fator 4 ou mais do que a seção transversal de corrente 32. Uma direção de corrente principal pelo canal de bocal 31 estende-se paralelamente ao eixo central 5.

[0048] A montagem do elemento de bocal 30 apresenta um pequeno jogo, que possibilita o movimento para lá e para cá do elemento de bocal 30 paralelamente ao eixo central 5.

[0049] O canal de bocal 31 apresenta a forma de um cone truncado. Um ângulo de abertura do cone truncado, que na figura 3 α está designado com α, perfaz em torno de 45 graus.

[0050] O elemento de bocal 30 apresenta uma primeira superfície 34 e uma segunda superfície 35 distanciada da mesma. A distância da primeira superfície 34 da segunda superfície 35 corresponde, nesse caso, a uma espessura do elemento de bocal 30. A espessura pode perfazer, por exemplo 1 a 10 mm.

[0051] Tal como pode ser extraído da figura 2, a primeira parte de carcaça 11 forma um canal de entrada 13, pelo qual a mistura dos reagentes 100 e 102 é guiada a uma antecâmara 2 para a reação química (O canal de entrada não está representado na figura 3). A antecâmara 2 está limitada, nesse caso, pela primeira parte de carcaça 11 e pelo elemento de bocal 30. Pela entrada 32 a mistura de água e combustível de diesel, que se encontra sob pressão, chega ao canal de bocal 31, que sai em uma câmara de reação 3. O canal de bocal 31 deve ser parte dessa câmara de reação 3, de modo que no sentido mais estrito, já vista na direção de corrente da mistura, a câmara de reação 3 começa a partir da entrada 32 do elemento de bocal 30. A parte da mistura, que não chega pela entrada 32, deixa a antecâmara 2 por uma abertura de saída 14 e através da bomba 104 (veja figura 1), é novamente conduzida à antecâmara.

[0052] A segunda parte de carcaça 32, que circunda a câmara de reação 3, apresenta uma luva interna cilíndrica 15 e uma luva externa 16 disposta coaxialmente à mesma, sendo que a luva interna 15 forma a parede efetiva da câmara de reação 3. Um espaço anular 4 entre a luva interna 15 e a luva externa 16 serve para captar água e combustível de diesel, que pode escapar por uma vedação de não 100 por cento da antecâmara 2. Por um canal de descarga 17 vazamentos captados são desviados do espaço anular 4.

[0053] Além disso, a câmara de reação 3 está limitada por uma peça sobreposta 36 em forma de luva, que está apoiada coaxialmente sobre a segunda superfície 35 do elemento de bocal 30. A peça sobreposta 36, que apresenta um diâmetro ligeiramente reduzido em comparação com o diâmetro da luva interna 15, serve para limitar ainda melhor a câmara de reação 3 contra o espaço anular 4.

[0054] Em uma extremidade do elemento de bocal 30 oposta à câmara de reação 3 substancialmente cilíndrica, está prevista uma abertura de saída 18, pela qual os produtos da reação que ocorre na câmara de reação 3 podem sair do reator 1.

[0055] O elemento de bocal 30 é retido por uma membrana 40 anular. Uma região interna 41 da membrana 40 está fixada entre um anel de fixação 37 e uma borda 38 circundante reduzida na espessura do elemento de bocal 30. Furos roscados 39 estão previstos para recepção de parafusos de fixação, pelos quais a região interna 41 da membrana 40 pode ser apertada entre o anel de fixação 36 e a borda 37.

[0056] Uma região externa 42 está apertada entre a primeira parte de carcaça 11 e um flange de fixação 19 anular. Por parafusos de fixação, que podem ser aparafusados nos furos roscados 20, a região externa 42 da membrana pode ser fixada entre a primeira parte de carcaça 11 e o flange de fixação 19.

[0057] O jogo mencionado acima, que é necessário para o movimento para lá e para cá do elemento de bocal 30 em relação à carcaça 10, está definido por um primeiro batente 21 anular, bem como elemento de ajuste 51, como um segundo batente 52. A posição axial do segundo batente 52 (paralelamente ao eixo central 5) é variável, devido à possibilidade de ajuste axial do elemento de ajuste 51. O elemento de ajuste 51 é parte do dispositivo de ajuste 50 e está formado como elemento roscado. O elemento roscado apresenta uma rosca externa 53, que coopera com uma rosca interna 22 do flange de fixação 19. O elemento de ajuste 51 apresenta uma dentadura externa 54, que está em engate engrenado com uma roda dentada 55. Quando a roda dentada 55 é girada, esse movimento de rotação é transmitido ao elemento de ajuste 51, sendo que, devido à cooperação da rosca externa 53 e da rosca interna 22 do flange de fixação 19, ajusta um deslocamento axial do elemento de ajuste 51 e, assim, também um deslocamento axial do segundo batente 52 para o elemento de bocal 30. Em outras palavras, pela rotação do elemento de ajuste 51, pode ser ajustado o jogo e, assim, a amplitude máxima para o elemento de bocal 30.

[0058] Em uma primeira parte de carcaça 11 está previsto, coaxialmente ao eixo central 5, um outro elemento de ajuste 91 como parte do dispositivo de ajuste 90, que apresenta uma ponta 92 em forma de agulha, já mencionada acima. A ponta 92 em forma de agulha insere- se, nesse caso, pela entrada 32 e salienta-se, assim, para dentro do canal de bocal 31. O elemento de ajuste 91 apresenta, além da mistura, que é introduzida na antecâmara 2, um canal 93, pelo qual pode ser introduzido um outro reagente no canal de bocal 31. O elemento de ajuste 91 apresenta uma dentadura externa 94, que está em engate com uma roda dentada 95. Uma rosca externa 96 do elemento de ajuste 91 coopera com uma rosca interna 23, incorporada na primeira parte de carcaça 11, de modo que uma rotação da roda dentada 95 leva a um deslocamento axial do elemento de ajuste 91. Pela rotação da roda dentada 95, pode ser ajustada, assim, a posição axial da ponta em forma de agulha 92, com relação ao canal de bocal 31.

[0059] A mistura de água e combustível de diesel chega com uma pressão (por exemplo, 2 a 5 bar) à antecâmara 2. A mistura, nesse caso, é comprimida pela entrada 31 no canal de bocal 31, sendo que, devido às condições de corrente e pressão no canal de bocal 31 ou na câmara de reação 3, ocorre a formação de bolhas de gás, que, depois, implodem novamente (cavitação). Pelas condições de corrente e pressão, o elemento de bocal 30 é excitado para oscilar, sendo que pelo elemento de ajuste 51 pode ser ajustado o jogo para o elemento de bocal 30. Isso, por sua vez, tem influência sobre a frequência, com a qual o elemento de bocal 30 pode oscilar. De preferência, é visada uma frequência de ressonância, de modo que o elemento de bocal 30 oscila com a frequência de excitação.

[0060] A energia, que é liberada na implosão das bolhas de gás, é utilizada para a ativação do movimento de oscilação do elemento de bocal 30.

[0061] O movimento oscilatório do elemento de ajuste 30 é ativado, portanto, pela implosão das bolhas de gás. Como de acordo com a invenção o elemento de bocal 30 está realizado de modo móvel, a energia da oscilação do elemento de bocal 30 atua, principalmente, em duas direções, paralelamente ao eixo central 5, a saber, na representação da figura 2, para a esquerda, a direção da direção de corrente principal e de modo oposto à direção de corrente principal, portanto, para a direita (para frente e para trás).Por esse processo o curso temporal da fase de implosão é modificado. Como a fase de implosão decorre no âmbito de micro ou milissegundos, pode-se influenciar essa fase de acordo com a invenção. Isto é, o processo tem de ser regulado, de preferência, de tal modo que a oscilação entre no âmbito de ressonância. Podem ser distinguidas duas fases: a) Encurtamento temporal da fase de implosão. O encurtamento da fase de implosão, que se inicia quando o elemento de bocal se move na direção da corrente principal, causa a liberação de uma alta energia, que é usada para uma desestruturação de estruturas moleculares (dissociação das estruturas químicas existentes). Nessa fase, a energia de oscilação é usada para a energia ativa mais alta. b) Prolongamento temporal da fase de implosão. O prolongamento temporal da fase de implosão, que ocorre em um movimento do elemento de bocal 30 oposto à direção de corrente principal, é usada para a estruturação (nova) das moléculas, uma vez que o processo de estruturação necessita de uma fase temporal mais longa.

[0062] A oscilação do elemento de bocal 30 também pode ser excitada artificialmente (mecanicamente ou eletricamente), (em vez de pela cavitação).

[0063] A amplitude de oscilação do elemento de bocal 30 pode ser modulada de tal modo que em um reator parcial as estruturas moleculares são dissociadas e em um outro reator parcial essas estruturas moleculares dissociadas são novamente estruturadas.

[0064] Entre a ponta 92 em forma de agulha e o elemento de bocal 30 pode ser aplicado um potencial elétrico. Ele pode servir para acelerar o processo de desestruturação.

[0065] No sentido mais estrito, a invenção utiliza a cavitação, se o fizer, apenas para a excitação do elemento de bocal 30. Assim que a frequência teórica tiver sido atingida e a reação química estiver regulada, já não se pode mais falar de uma cavitação, no sentido de uma liberação desordenada de energia. Mais precisamente, de acordo com a invenção, a liberação da energia na implosão das bolhas de gás é seletivamente utilizada para a reestruturação de pelo menos um reagente.

[0066] A figura 4 mostra um exemplo de modalidade para a geometria do canal de bocal 31. A partir da entrada 31, o canal de bocal 31 apresenta inicialmente uma primeira seção 31a, com uma seção transversal de corrente constante ou aproximadamente constante, sendo que um ângulo de abertura nessa seção perfaz 0 graus ou 0 graus a 5 graus. À primeira seção anexa-se uma segunda seção 31b, que também pode ser designada como seção de transição. Nessa seção de transmissão ocorre a transmissão entre o ângulo de abertura praticamente não existente da primeira seção 31 a e o ângulo de abertura α em uma terceira seção 31c. Nesse exemplo de modalidade, o ângulo de abertura α perfaz aproximadamente 25 graus. Na terceira seção 31c, o ângulo de abertura α é constante sobre o comprimento da seção 31c. Também e possível que o ângulo de abertura fique cada vez maior em direção à saída 33.

[0067] Na figura 4 a espessura do elemento de bocal está designada com d. O comprimento da primeira seção 31 (paralelamente ao eixo central 5) pode perfazer 10 a 50% da espessura d, por exemplo, 2 mm, a uma espessura d de 5 mm. O comprimento da segunda seção 31b pode perfazer 5 a 30%. O comprimento da terceira seção 31c pode perfazer 20 a 85% da espessura d. Lista de sinais de referência 1 reator 2 antecâmara 3 câmara de reação 4 espaço anular 5 eixo central 10 carcaça 11 primeira parte de carcaça 12 segunda parte de carcaça 13 canal de entrada 14 canal de saída 15 luva interna 16 luva externa 17 canal de descarga 18 abertura de saída 19 flange de fixação 20 furo roscado 21 primeiro batente 22 rosca interna 23 rosca interna 30 elemento de bocal 31 furo/canal de bocal 32 entrada 33 saída 34 primeira superfície 35 segunda superfície 36 peça sobreposta 37 anel de fixação 38 borda 39 furo roscado 40 membrana 41 região interna 42 região externa 50 dispositivo de ajuste 51 elemento de ajuste 52 segundo batente 53 rosca externa 54 dentadura externa 55 roda dentada 60 linha de sinais 61 linha de sinais 62 linha de sinais 70 unidade de controle 80 unidade de sensor 90 dispositivo de ajuste 91 elemento de ajuste 92 ponta em forma de agulha 93 canal 94 dentadura externa 95 roda dentada

Claims

1. Reator (1) para uma reação química, caracterizado pelo fato de que compreende: - uma carcaça (10) e uma câmara de reação (3); - um elemento de bocal (30), com uma entrada (32) para introdução de pelo menos um reagente na câmara de reação (3), sendo que o elemento de bocal (30) está montado de modo móvel em relação à carcaça (10); - um dispositivo de sensor (80), pelo qual pode ser detectado pelo menos um parâmetro de medição, durante a reação química; e - um dispositivo de ajuste (50), pelo qual é ajustável pelo menos um parâmetro de montagem, que influencia o movimento do elemento de bocal (30), - uma unidade de controle (70), que está formada para receber do dispositivo de sensor (80) um sinal de medição do dispositivo de sensor (80), na base do parâmetro de medição e, na dependência do sinal de medição, gera um sinal de controle para o dispositivo de ajuste (50), em que o dispositivo de sensor (80) apresenta um sensor para detecção de uma frequência, com a qual o elemento de bocal oscila.

2. Reator (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que estão previstos um primeiro batente (21) e um segundo batente (52) para o elemento de bocal (30), entre os quais o elemento de bocal (30) pode se mover, sendo que o parâmetro de montagem ajustável é uma distância entre o primeiro batente (21) e o segundo batente (52).

3. Reator (1), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a distância se estende paralelamente à direção de corrente principal, com a qual o reagente corre pelo elemento de bocal (30).

4. Reator (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o elemento de bocal (30) apresenta uma saída (33), sendo que uma seção transversal de corrente da saída (33) é maior do que uma seção transversal de corrente da entrada (32).

5. Reator (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o elemento de bocal (30) está formado como disco com uma abertura central (31).

6. Reator (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o elemento de bocal (30) está fixado na carcaça (10) através de uma membrana (40) circundante.

7. Reator (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que um elemento de ajuste (91) está previsto com uma ponta em forma de agulha (92), que está disposta à frente da entrada (32) do elemento de bocal (30) ou se insere através da entrada (32) do elemento de bocal (30).

8. Reator (1), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a posição da ponta em forma de agulha (92) é ajustável em relação à entrada (32) do elemento de bocal (30).

9. Reator (1), de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a ponta em forma de agulha (92) apresenta um canal (93) para alimentação do reagente ou de um outro reagente.

10. Reator (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que na proximidade da entrada (32) do elemento de bocal (30) estão incorporadas estruturas de superfície.

11. Processo para regulação de uma reação química, que ocorre em uma câmara de reação (3) de um reator como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reator (1) compreende uma carcaça (10) e um elemento de bocal (30), que está montado de modo móvel em relação à carcaça (10) e apresenta uma entrada (32) para a introdução de pelo menos um reagente na câmara de reação (3), sendo que durante a reação, o elemento de bocal (30) executa um movimento oscilatório, sendo que pelo menos um parâmetro de oscilação do movimento oscilatório é detectado e sendo que a reação é regulada por meio do parâmetro de oscilação detectado.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de oscilação é uma frequência do movimento oscilatório do elemento de bocal (30).

13. Processo, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o movimento oscilatório está limitado por um primeiro batente (21) para o elemento de bocal (30) e por um segundo batente (52) para o elemento de bocal, sendo que para regulação da reação, é variada uma distância entre o primeiro batente e o segundo batente.

14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que uma posição em relação à entrada (32) do elemento de bocal (30) de uma ponta em forma de agulha (92), que está disposta à frente da entrada do elemento de bocal e/ou se projeta, pelo menos parcialmente, na entrada do elemento de bocal, é modificada para regulação da reação química.