BRPI0513599B1 - aparelho de misturação por cisalhamento e método de misturação - Google Patents

Abstract

aparelho de misturação por cisalhamento e método de misturação descreve-se um aparelho e um método para misturar pelo menos duas substâncias fluidas e executar ou iniciar uma reação entre as mesma, sendo que o aparelho é um misturador estático. o aparelho é um misturador estático tendo uma câmara receptora de fluido (101), um primeiro conduíte (102) passando através da câmara receptora de fluido e tendo pelo menos uma abertura cônica através do mesmo, e um segundo conduíte (103) conectado operativamente à câmara receptora de fluido.

Description

"APARELHO DE MISTURAÇÃO POR CISALHAMENTO E MÉTODO DE MIS TURAÇÃO" Campo técnico [001] De modo geral, esta invenção refere-se a misturação de componentes fluidos e a um aparelho para executar a misturação, e mais particularmente refere-se a um aparelho melhorado para misturar componentes fluidos em processos onde seja vantajoso misturação rápida e completa sem contramisturação.

Histórico da técnica [002] A grosso modo, o campo dos dispositivos de misturação convencionais pode ser dividido em duas áreas principais: misturadores mecânicos e misturadores estáticos. Os misturadores mecânicos contam com algum tipo de parte ou partes móveis para transmitir energia para os fluidos que estão sendo misturados. Os misturadores estáticos não possuem quaisquer partes móveis importantes, e em vez disso contam com a queda de pressão de um ou mais dos fluidos para servir como a fonte de energia de misturação. [003] Misturadores multi-tê tendo uma junção de tubo-tê e uma seção de tubo reto com bocais e flanges cegos são empregados de maneira útil em reações iniciadas rapidamente. A junção contém uma câmara de misturação com entradas separadas para pelo menos duas substâncias e uma saida. Tipicamente, a entrada pr uma das substâncias é provida dentro do eixo da câmara de misturação e a entrada para a outra ou outras substâncias é construída na forma de uma pluralidade de bocais ou jatos arranjados de modo giratório simétricos ao eixo ao longo da circunferência da câmara de misturação. [004] A qualidade dos produtos preparados num aparelho deste tipo depende da qualidade e da taxa de misturação das substâncias fluidas. A qualidade e a taxa de misturação podem ser afetadas por incrustação, aglutinação, ou entupimento dos jatos da entrada do misturador-tê e resulta em desempenho diminuído. Com o passar do tempo, a aglutinação e conseqüente obstrução perturba a injeção e a distribuição de fluxo através dos jatos. O risco de obstrução aumenta onde a substância que passa através dos bocais está dissolvida ou suspensa num solvente ou num meio de suspensão e o solvente ou meio de suspensão é separado do produto e reutilizado. A aglutinação também pode ocorrer nas superfícies laterais de misturador do jato como resultado de reações secundárias. Onde ocorre aglutinação e/ou obstrução, um processo contínuo tem de ser interrompido e os misturadores-tê desmontados e limpos. Isto causa períodos inativos indesejáveis. Onde se usam substâncias perigosas, normas de higiene industrial exigem medidas cara durante a desmontagem dos misturadores-tê, tais como a descarga total do sistema antes da desmontagem, exaustão da atmosfera, roupa de proteção, e aparelhos de respiração para os operários. Cada uma destas medidas aumenta o custo total, reduz a produtividade operacional, e reduz a eficiência do processo. [005] Algumas reações químicas requerem misturação rápida com contramisturação mínima. A contramisturação pode fazer com que um produto de uma reação inicial reaja com outro componente na corrente reagente gerando um produto indesejado. A contramisturação pode contribuir para formação de subproduto e incrustação de misturador. Conseqüentemente, designs de misturadores que não consideram descargas de contramisturação podem resultar em rendimento total menor do produto desejado ou podem gerar um produto que obstrua ou incruste o sistema reator levando a tempo improdutivo e/ou a um aumento de custos de manutenção. [006] EP 0 402 567 divulga um sistema para remover gases dissolvidos e substâncias orgânicas voláteis de um abastecimento de água. Uma pluralidade de passagens está disposta em ângulo em relação à linha central da câmara de contato. Atinge-se uma velocidade aumentada através da passagem tendo uma entrada tipo radial e uma saida que é normal ou perpendicular ao ângulo do bocal. [007] WO 98/57906 divulga um método para produzir concreto de ar arrastado. Um tubo interno tendo uma série de aberturas espalhadas ao longo do comprimento do tubo. As aberturas são passagens venturi ou podem ser orifícios laterais retos. As aberturas atomizam a mistura em gotículas pequenas que são arrastadas pelo fluxo de ar. [008] U.S. 4.761.077 divulga um aparelho de misturação com uma câmara de misturação cilíndrica tendo uma pluralidade de fileiras de aberturas inclinadas internamente na direção da saída de fluido. As aberturas estão inclinadas de modo angular em relação ao eixo longitudinal da câmara de misturação de modo que o líquido que flui através de tais aberturas tenha um componente de fluxo motor relativo ao raio da câmara de misturação para efetuar de modo helicoidal um fluxo de saída levemente espiral através da placa final. [009] Portanto, há necessidade de um dispositivo de misturação que proveja misturação rápida de reagentes, provendo ainda um sistema reagente que não sofra incrustação inaceitável, particularmente dos jatos do misturador-tê.

Breve sumário da invenção [0010] Incorporações da invenção provêm um aparelho de misturação por cisalhamento que inclui uma câmara receptora de fluido, pelo menos um primeiro conduite passando através da câmara receptora de fluido e tendo pelo menos uma abertura cônica através do mesmo, e um segundo conduite conectado operativamente à câmara receptora de fluido. Algumas incorporações compreendem ainda uma barreira secundária tendo orifícios através da mesma e sendo que a barreira secundária envolve o primeiro conduite. Alguns dos orifícios da barreira secundária têm um diâmetro menor que o diâmetro das aberturas cônicas na superfície externa do primeiro conduite. Em incorporações particulares, a barreira secundária compreende um tubo. [0011] Algumas incorporações incluem uma pluralidade de primeiro conduites que passam através da câmara receptora sendo que cada conduite tem pelo menos uma abertura cônica através do mesmo e está ligado operativamente à câmara receptora de fluido. Preferivelmente, o orifício da abertura na superfície externa do primeiro conduite é maior que o orifício da abertura na superfície interna do conduite. Conseqüentemente, a abertura no primeiro conduite tem forma cônica sendo que uma seção transversal da abertura mostra que a abertura tem uma parede interna que na escala macroscópica forma pelo menos um ângulo variando de mais que 0 grau a menos que 90 graus. Em algumas incorporações, a forma cônica das aberturas tem pelo menos um ângulo variando de cerca de 5 graus a menos que 60 graus. Em outras incorporações, a forma cônica das aberturas tem pelo menos um ângulo variando de mais que 10 graus a menos que 30 graus. Incorporações preferidas têm uma ou mais aberturas onde a forma cônica das aberturas tem pelo menos um ângulo variando de mais que 10 graus a menos que 20 graus. Em algumas incorporações, determina-se o ângulo da forma cônica com respeito a um plano perpendicular à superfície do primeiro conduíte. Em incorporações onde a abertura não tem um eixo de simetria perpendicular à superfície do primeiro conduíte, o ângulo pode ser determinado com respeito ao eixo central da abertura. [0012] Em algumas incorporações, a uma ou mais aberturas do primeiro conduíte incluem um único ângulo cônico. Em outras incorporações, a abertura tem dois ou mais ângulos cônicos. Já em outras incorporações, um eixo da abertura forma um ângulo variando de mais que 0 grau a menos que 90 graus com respeito á superfície do primeiro conduíte. Obviamente, o primeiro conduíte pode incluir uma pluralidade de aberturas cônicas através do mesmo em qualquer configuração desejável. Em uma de tais configurações o primeiro conduíte inclui uma pluralidade de aberturas cônicas que estão contidas num plano tendo uma espessura igual à maior dimensão ou diâmetro dos orifícios de abertura. Em algumas incorporações, o plano que contém as aberturas é perpendicular ao eixo central do primeiro conduíte. Numa incorporação, o primeiro conduíte inclui uma pluralidade de tais fileiras de tais aberturas cônicas. O número de aberturas, tamanho, e o espaço entre as aberturas provêm misturação rápida dos fluidos sem perda excessiva de pressão através da abertura. [0013] Em outro aspecto, incorporações da invenção provêm um método de misturação que inclui passar um primeiro fluido através de pelo menos um primeiro conduite tendo pelo menos uma abertura cônica no mesmo, passar um segundo fluido no primeiro conduite através da pelo menos uma abertura cônica e permitir que o primeiro e segundo fluidos misturem no primeiro conduite. Algumas incorporações incluem ainda passar o segundo fluido através de uma barreira secundária tendo orifícios através da mesma. Em algumas incorporações, a barreira secundária envolve o primeiro conduite para formar um invólucro secundário. Em incorporações particulares, os orifícios da barreira secundária têm um diâmetro menor que o diâmetro das aberturas cônicas na superfície externa do primeiro conduite. Em algumas incorporações preferidas, a barreira secundária compreende um tubo. [0014] Em outras incorporações, o método inclui passar um primeiro fluido através de uma pluralidade de primeiros conduítes que passam através da câmara receptora, cada conduite tendo pelo menos uma abertura cônica através do mesmo, e estando conectados operativamente à câmara receptora de fluido. Preferivelmente, o orifício da abertura na superfície externa do primeiro conduite é maior que o orifício da abertura na superfície interna do conduite. Assim, o método usa um conduite com uma abertura no mesmo tendo uma forma cônica. Em outras palavras, uma seção transversal da abertura mostra que a abertura tem uma parede lateral que na escala macroscópica forma pelo menos um ângulo variando de mais que 0 grau a menos que 90 graus. Em algumas incorporações do método, a forma cônica das aberturas tem pelo menos um ângulo variando de cerca de 5 graus a menos que 60 graus. Em outras incorporações, a forma cônica das aberturas tem pelo menos um ângulo variando de mais que 10 graus a menos que 30 graus. Incorporações preferidas têm uma ou mais aberturas onde a forma cônica das aberturas tem pelo menos um ângulo variando de mais que 10 graus a menos que 20 graus. Em algumas incorporações, determina-se o ângulo da forma cônica com respeito a um plano perpendicular á superfície do primeiro conduite. Em incorporações onde a abertura não tem um eixo de simetria perpendicular à superfície do primeiro conduite, o ângulo pode ser determinado com respeito ao eixo central da abertura. [0015] Em alguns métodos, a uma ou mais aberturas do primeiro conduite incluem um único ângulo cônico. Em outras incorporações, a abertura tem dois ou mais ângulos cônicos. Já em outras incorporações, um eixo da abertura forma um ângulo variando de mais que 0 grau a menos que 90 graus com respeito á superfície do primeiro conduite. Obviamente, o primeiro conduite pode incluir uma pluralidade de aberturas cônicas através do mesmo em qualquer configuração desejável. Em uma de tais configurações o primeiro conduite inclui uma pluralidade de aberturas cônicas que estão contidas num plano tendo uma espessura igual à maior dimensão ou diâmetro dos orifícios de abertura. Em algumas incorporações, o plano que contém as aberturas é perpendicular ao eixo central do primeiro conduite. Numa incorporação, o primeiro conduite inclui uma pluralidade de tais fileiras de tais aberturas cônicas. O número de aberturas, tamanho, e o espaço entre as aberturas provêm misturação rápida dos fluidos sem perda excessiva de pressão através da abertura.

Breve descrição dos desenhos [0016] A Figura 1 é um corte transversal esquemático axial de um aparelho de misturação por cisalhamento de acordo com uma incorporação da invenção; a Figura 2 é um corte transversal esquemático axial de um aparelho de misturação por cisalhamento de acordo com outra incorporação da invenção; a Figura 3 é um corte transversal esquemático de um único orifício cônico; a Figura 4 é um corte transversal esquemático de um orifício cônico múltiplo; a Figura 5 é um corte transversal esquemático de uma configuração alternativa de uma abertura cônica múltipla.

Descrição detalhada da invenção [0017] Na descrição seguinte, todos os números aqui divulgados são valores aproximados, não obstante se o termo "cerca de" ou "aproximadamente" é usado junto com os mesmos. Eles podem variar de 1 por cento, 2 por cento, 5 por cento, ou, algumas vezes, de 10 a 20 por cento. Sempre que se divulgar uma faixa numérica com um limite inferior, RL, e um limite superior, RU, qualquer número situado dentro da faixa está especificamente divulgado. Em particular, estão especificamente divulgados os seguintes números dentro da faixa: R = RL + k* (RU-RL) , sendo que k é uma variável variando de 0 por cento, 1 por cento a 100 por cento com um incremento de 1 por cento, isto é, k é 0 por cento, 1 por cento, 2 por cento, 3 por cento, 4 por cento, 5 por cento, ..., 50 por cento, 51 por cento, 52 por cento, ..., 95 por cento, 96 por cento, 97 por cento, 98 por cento, 99 por cento, ou 100 por cento. Além disso, qualquer faixa numérica definida por dois números R tais como definidos acima também estão especificamente divulgados. [0018] Incorporações da invenção provêm um aparelho para misturar fluidos compreendendo uma câmara receptora de fluido, um primeiro conduíte passando através da câmara receptora de fluido, onde o conduíte tem pelo menos uma abertura cônica, e um segundo conduíte conectado operativamente ao corpo receptor de fluido. [0019] Recorrendo agora à Figura 1, ilustra-se esquematicamente um aparelho de misturação 100 de acordo com uma incorporação da invenção. O aparelho 100 compreende uma câmara receptora de fluido 101, um conduíte 102 tendo uma abertura, e um conduíte fornecedor de fluido 103 que contém uma passagem de fluido 104. [0020] A câmara 101 tem uma primeira extremidade 105 e uma segunda extremidade 106 distante da primeira extremidade 105. A câmara 101 contém um volume 107 entre as extremidades 105 e 106 provendo dessa maneira um espaço para a distribuição do fluido que entra pelas aberturas cônicas. A primeira extremidade 105 tem definida na mesma uma abertura 108 que, preferivelmente, está alinhada co-axialmente com a abertura 109 na segunda extremidade 106. Em incorporações tendo mais que uma abertura 108, cada abertura 108 é, preferivelmente, co-axial com uma abertura oposta 109. Uma forma apropriada para a câmara 101 (ignorando o conduíte fornecedor de fluido 103 para propósitos de visualização) é um cilindro circular reto oco que está fechado em ambas extremidades protegido por aberturas 108 e 109. [0021] O conduíte 102 tem uma primeira extremidade 110 e uma segunda extremidade 111 distante da primeira extremidade 110. O conduíte 102 atravessa, e é colocado dentro das aberturas 108 e 109 da câmara 101. Preferivelmente, executa-se a colocação do conduíte 102 dentro das aberturas 108 e 109 de modo a prover uma vedação à prova de vazamento, preferivelmente impermeável a gases em volta do conduíte 102 onde ele atravessa as aberturas 108 e 109. O conduite 102 pode ser um único tubo ou pode ser formado de seções de tubos e materiais diferentes contanto que se proveja uma passagem capaz de comunicar um fluido através do mesmo. Como a primeira extremidade 105 e a segunda extremidade 106 espaçadas longe uma da outra, a câmara 101 cerca dessa maneira uma extensão do conduite 102. Dentro da extensão do conduite incluída pelas extremidades 105 e 106, o conduite 102 tem definido na mesma pelo menos uma abertura cônica 112. Cada abertura cônica 112 permite comunicação de fluido entre o conduite 102 e o volume incluso 107. Em algumas incorporações, o conduite 102 tem uma pluralidade de aberturas cônicas 112. Numa incorporação preferida, as aberturas cônicas 112 estão num único plano perpendicular ao eixo central do conduite 102. Numa incorporação alternativa, há múltiplas fileiras de aberturas cônicas 112. O número, tamanho, espaçamento e localização das aberturas 112 são suficientes para prover misturação rápida dos fluidos sem perda excessiva de pressão através da abertura. [0022] 0 conduite fornecedor de fluido 103 conecta-se operativamente à câmara 101 num ponto intermediário entre a primeira extremidade 105 e a segunda extremidade 106 da câmara 101. Quando assim conectados, a passagem 104 do conduite 103 está em comunicação fluida com o volume incluso 107. Se desejado, um ou mais conduítes fornecedores de fluido adicionais podem ser conectados operativamente à câmara 101 de maneira igual, para fornecer fluidos adicionais à câmara 101. A combinação do conduite fornecedor de fluido 103 com o volume incluso 107 compreende um simples tubo-tê. [0023] O aparelho 100, mostrado na Figura 1, combina apropriadamente um primeiro fluido motor, desejavelmente um liquido, que flui através do conduite 102 que possui abertura com um segundo fluido motor, desejavelmente um segundo liquido, que flui através da passagem 104 do conduite fornecedor de fluido 103. O primeiro fluido motor flui no conduite 102 por meio de uma conexão operativa com uma fonte (não mostrada) . Sem nenhuma mudança na área de seção transversal, não há substancialmente nenhuma variação na velocidade de fluido quando o primeiro fluido motor flui através do conduite 102. O segundo fluido motor flui na passagem 104 a partir de uma fonte (não mostrada) por meio de uma conexão operativa com o conduite fornecedor de fluido 103. o segundo fluido motor flui da passagem 104 no volume incluso 107 e, dai, via aberturas 112 no conduite 102. O segundo fluido motor está sob uma pressão para substancialmente evitar a entrada do primeiro fluido motor no volume incluso 107. O segundo fluido motor é misturado com o primeiro fluido motor dentro do conduite cônico 102. A mistura flui do conduite cônico 102 via a segunda extremidade 106. [0024] Referindo à Figura 2, prosseguindo com referência à Figura 1, descreve-se uma incorporação alternativa do aparelho 100 que inclui ainda uma barreira secundária perfurada 113. A barreira perfurada 113 tem uma primeira extremidade 114 e uma segunda extremidade 115 distante da primeira extremidade 114. Como a primeira extremidade 114 e a segunda extremidade 115 estão distantes uma da outra, a barreira perfurada contém um trecho do conduite 102. Dentro do trecho contido, a barreira perfurada 113 tem definida lá uma pluralidade de aberturas 116. Cada abertura 116 está em comunicação fluida com o volume incluso 107. O número, tamanho, espaçamento e localização das aberturas 116 são suficientes para agir como uma peneira ou filtro para impedir sólidos de entrarem nas aberturas 112. Preferivelmente, o diâmetro das aberturas 116 é menor que o diâmetro das aberturas cônicas 112 na superfície externa do conduíte 102. Além disso, a área de seção transversal total das aberturas 116 deve ser suficientemente grande a fim de que a queda de pressão através das aberturas 116 seja desprezível. Numa incorporação preferida, a barreira secundária 113 forma um anexo em torno de um trecho do conduíte 102. Um jeito de prover tal invólucro é para prover um trecho de tubo perfurado como a barreira secundária 113. [0025] Independentemente da incorporação usada, as aberturas 112 são cônicas. Em outras palavras, o orifício da abertura 112 na superfície externa do conduíte 102 tem um tamanho diferente do orifício na superfície interna do conduíte 102. Como ilustrado na Figura 3, algumas incorporações da invenção usam uma forma cônica das paredes laterais da abertura 112 que é um cone simples. O termo "cone simples" tal como usado aqui refere-se a cones que têm ângulos α e a' com respeito ao plano perpendicular à superfície do conduíte 102. A forma cônica das aberturas 112 pode ter qualquer ângulo desejável com respeito ao plano perpendicular à superfície do conduíte 102. Os ângulos α e a' podem variar independentemente de 0 grau a 90 graus, contanto que ambos não sejam de zero grau. Assim, em algumas incorporações, a abertura cônica pode ter um ângulo α ou a' que seja maior que 0 grau a cerca de 90 graus. Em algumas incorporações, os ângulos α e a' são determinados com respeito ao eixo central da abertura outro que não um plano perpendicular ao conduite 102. Em incorporações particulares, os ângulos oí e oí' são maiores que 0 grau e menores que 90 graus. Em algumas incorporações, o limite inferior da faixa de ângulos para oí e oí' das aberturas 112 é de cerca de 5 graus, 10 graus, 15 graus, 20 graus, 25 graus, 30 graus, 35 graus, 40 graus, 45 graus, 50 graus, ou 55 graus, com respeito ao plano perpendicular à superfície do conduite 102. O limite superior da faixa de ângulos apropriada para os ângulos α e a' das aberturas 112 pode ser de 5 graus, 10 graus, 15 graus, 20 graus, 25 graus, 30 graus, 35 graus, 40 graus, 45 graus, 50 graus, 55 graus, 60 graus, 75 graus, ou 85 graus dependendo das características de fluxo desejadas e de outros parâmetros de design. Os limites inferiores típicos para α e a' são de cerca de 5 graus, 10 graus ou 15 graus. Ângulos de cerca de 45 graus a 60 graus são limites superiores típicos. Numa incorporação preferida, os ângulos α e oí' são de cerca de 10 graus a cerca de 30 graus. Numa incorporação, os ângulos oí e oí' são de cerca de 10 a 15 graus. Conseqüentemente, a forma cônica provê geralmente uma abertura que é mais ampla na superfície externa do conduite 102 do que na superfície interna do conduite 102. Entretanto, em algumas incorporações, o contrário pode ser verdadeiro. Em outras palavras, a forma cônica pode ser formada para prover uma abertura cujo orifício na superfície externa do conduite 102 seja mais estreito que o orifício da abertura na superfície interna do conduite 102. [0026] Tal como mostrado na Figura 4, em outras incorporações, as aberturas cônicas 112 têm mais que um ângulo com respeito ao plano perpendicular à superfície do conduíte 102. Assim, em algumas incorporações, a abertura pode ter uma seção superior 117 com ângulos α e a' que podem incluir os ângulos descritos acima e uma seção inferior 118 onde as paredes laterais da abertura têm ângulos β e β' que variam de 0 grau a menos que 90 graus. Em tais incorporações, o limite inferior da faixa de valores para os ângulos α e a' é 0 grau, 5 graus, 10 graus, 15 graus, 20 graus, 25 graus, 30 graus, 35 graus, 40 graus, 45 graus, 50 graus, ou 55 graus. O limite superior da faixa de ângulos α e a' apropriados para a forma cônica das aberturas 112 em incorporações tendo mais que um ângulo cônico pode ser de 30 graus, 35 graus, 40 graus, 45 graus, 50 graus, 55 graus, 60 graus, 75 graus, ou cerca de 85 graus dependendo das características de fluxo desejadas e de outros parâmetros de design. São típicos os ângulos variando de cerca de 5 graus como um limite inferior à cerca de 45 a 60 graus como limite superior da faixa. Numa incorporação preferida, o ângulo α é de cerca de 10 a cerca de 30 graus. Em outras incorporações, os ângulos α e a' variam de cerca de 10 a cerca de 15 graus. O limite inferior da faixa de valores para os ângulos β e β' pode ser de 0 grau, 5 graus, 10 graus, 15 graus, 20 graus, 25 graus, 30 graus, 35 graus, 40 graus, 45 graus, 50 graus, 55 graus ou de cerca de 60 graus, determinado da mesma maneira que para os ângulos α e a'. 0 limite superior da faixa de ângulos β e β' apropriados para a forma cônica das aberturas 112 em incorporações tendo mais que um ângulo cônico pode ser de 30 graus, 35 graus, 40 graus, 45 graus, 50 graus, 55 graus, 60 graus, 75 graus, ou cerca de 85 graus. Em incorporações com cones múltiplos, α e a' variam tipicamente de 0 grau a cerca de 20 graus enquanto que β e β' variam tipicamente de cerca de 10 a cerca de 60 graus. Numa incorporação, o ângulo α é de 0 grau e o ângulo β é de cerca de 45 graus. Em algumas incorporações, a.' e β' valem 0 grau. Algumas incorporações incluem uma abertura 112 com três ou mais ângulos diferentes onde cada ângulo é maior que 0 grau e menor que 90 graus. Em incorporações preferidas, a seleção de ângulos provê uma abertura na qual o orifício na superfície externa do conduíte 112 é maior que a largura da abertura em qualquer ponto no interior da abertura 112 e o orifício na superfície interna do conduíte 102 é mais estreito que qualquer ponto no interior da abertura 112. [0027] Em outras incorporações, tal como mostrado na Figura 5, as aberturas cônicas podem ser orientadas tanto para contrair como para expandir. Assim, em algumas incorporações, a abertura pode ter uma seção superior 117 com um ângulo a. variando de mais que 0 grau a menos que 90 graus e uma seção inferior 118 onde as paredes laterais da abertura têm um ângulo χ que varia de mais que 0 grau a menos que 90 graus. O limite inferior da faixa de valores para o ângulo α é 0 grau, 5 graus, 10 graus, 15 graus, 20 graus, 25 graus, ou 30 graus com respeito ao plano perpendicular à superfície do conduíte 102. O limite superior da faixa de ângulos α apropriados, para a forma cônica das aberturas 112 em incorporações tendo mais que um ângulo cônico pode ser de 30 graus, 35 graus, 40 graus, 45 graus, 50 graus, 55 graus, 60 graus, 75 graus, ou cerca de 85 graus dependendo das características de fluxo desejadas e de outros parâmetros de design. São típicos os ângulos variando de cerca de 5 a cerca de 45 graus. Numa incorporação preferida, o ângulo α é de cerca de 10 graus a cerca de 30 graus. O limite inferior da faixa de valores para o ângulo χ pode ser de 0 grau, 5 graus, 10 graus, 15 graus, 20 graus, 25 graus, ou 30 graus com respeito ao plano perpendicular à superfície do conduíte 102. O limite superior da faixa de ângulos χ apropriados para a forma cônica das aberturas 112 em incorporações tendo mais que um ângulo cônico pode ser de 30 graus, 35 graus, 40 graus, 45 graus, 50 graus, 55 graus, 60 graus, 75 graus, ou cerca de 85 graus. A Figura 5 mostra também o eixo de abertura que é definido como o eixo central próximo do qual se localiza a abertura. O eixo de abertura (eixos para múltiplas aberturas) está desenhado perpendicular à superfície de conduíte, mas este eixo pode ser orientado em vários ângulos com respeito à superfície de conduíte. Este ângulo pode variar de mais que 0 grau a menos que 90 graus com um ângulo preferido entre 5 e 45 graus. [0028] Se a abertura cônica 112 tiver um só cone ou múltiplos cones, a abertura cônica 112 deverá ser selecionada para impedir ou inibir fluido na corrente de fluxo cruzado no conduíte 102 de entrar ou incrustar a abertura 112. A conificação também reduz as perdas de pressão através da abertura cônica 112. A forma cônica da abertura 112 comprime o fluxo no conduíte e permite ainda que o fluxo penetre o fluxo cruzado, provendo misturação mais rápida. A forma cônica da abertura 112 também inibe fluxo em sentido contrário na abertura. [0029] Incorporações de aparelhos dentro da abrangência da presente invenção, tais como aqueles mostrados na Figura 1, são úteis numa ampla variedade de aplicações. As incorporações da presente invenção são usadas preferivelmente com componentes altamente reativos. Os fluidos podem ser ou líquidos ou gases ou combinações dos mesmos. As aberturas cônicas 112 aqui descritas podem ser incorporadas em qualquer processo ou misturador-tê onde se deseje controlar incrustação ou fluxo cruzado. Por exemplo, as aberturas dos misturadores descritos nas patentes U.S. n°s 3.226.410, 3.332.442, 5.845.993 e 6.017.022 podem se beneficiar de aberturas do tipo descrito aqui. [0030] Outros exemplos, usos não limitativos incluem melhorar a transferência de massa de oxigênio ou ar na água usada em biorreatores que tratam correntes de água residual, melhorar o desempenho de inibidores de polimerização ativada por oxigênio em um ou mais estágios de uma reação de polimerização e geralmente, melhorar a miscibilidade de pelo menos um gás num líquido. Um exemplo de um uso comercialmente significativo do aparelho de misturação da presente invenção neste último aspecto, seria na produção de policarbonatos num processo em solução ou particularmente num processo interfacial, no qual um derivado gasoso de ácido carbônico tal como fosgênio reage com um composto di-hidroxílico tal como o composto di-hidroxílico aromático 2,2-bis(4-hidroxifenil)propano (comumente, "Bisfenol A") numa solução homogênea contendo o Bisfenol A e fosgênio (o processo em solução), ou num sistema bifásico no qual se dissolve ou suspende o Bisfenol A numa solução aquosa de uma base orgânica e um solvente orgânico (por exemplo, cloreto de metileno) que é capaz de dissolver o produto de oligômero de policarbonato da reação de fosgênio e o Bisfenol A também está presente (o processo interfacial). Vários arranjos e processos contínuos e por batelada de operações unitárias, envolvendo tanto reatores de tanque agitado contínuo como de plug-flow, foram descritos ou são conhecidos na técnica, por exemplo, patentes U.S. n°s 4.737.573 e 4.939.230 e as várias referências aqui citadas. Aqueles treinados na técnica de policarbonatos entenderão que incorporações do aparelho de misturação por cisalhamento da presente invenção podem ser apropriadamente e desejavelmente usadas em muitos destes processos para melhorar os regimes de fluxo lá estabelecidos, e com respeito àqueles processos interfaciais conhecidos nos quais se borbulha fosgênio no processo com o solvente orgânico cloreto de metileno, por exemplo, melhorará vantajosamente a dispersão do fosgênio no cloreto de metileno. [0031] Em outro aspecto geral, ficará visível para aqueles treinados na técnica que incorporações da presente invenção tanto em seus aspectos de método como nos de aparelho podem ser úteis na redução do tempo de reação, e conseqüentemente na redução ou do número ou do tamanho dos recipientes de reação requeridos para produzir uma quantidade pré-determinada de um produto (reduzindo correspondentemente o custo para preparar um produto) ou em produto adicional potencialmente habilitado a ser produzido a partir de processos e reatores existentes, para qualquer sistema reativo gás-líquido cineticamente rápido que seja limitado pela transferência de massa. Muitos processos de oxidação e hidrogenação caem nesta categoria, como rapidamente se entenderá. [0032] Por exemplo, os processos de oxidação para produzir hidroperóxido de etilbenzeno e hidroperóxido de terciobutila, que são intermediários em processos comerciais conhecidos para co-produzir, por um lado, respectivamente, estireno e óxido de propileno e, por outro, álcool terciobutilico, envolvem tempos de reação significativos (da ordem de 1 a 4 horas, vide "Propylene Oxide", Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 3a Ed., volume 19, pp 257-261 (1982)) e podem requerer múltiplos recipientes reatores. Neste aspecto, convencionalmente, prepara-se o hidroperóxido de terciobutila via oxidação pelo ar em fase liquida de isobutano na presença de 10-30 por cento de álcool terciobutilico, numa temperatura de 95 a 150°C e pressão de 2075 a 5535 kPa, numa conversão de 20 a 30 por cento do isobutano e ume seletividade para TBHP de 60 a 80 por cento e para TBA de 20 a 40 por cento. Separa-se o isobutano que não reagiu e uma parte do TBA produzido da corrente de produto e recicla-se de volta para o reator formador de hidroperóxido, vide também a patente U.S. n° 4.128.587. Prepara-se também o hidroperóxido por uma oxidação em fase liquida, neste caso de etilbenzeno, por ar ou oxigênio numa temperatura de 140 a 150°C e 206-275 kPa, absoluto. Informa-se que a conversão para o hidroperóxido é de 10 a 15 por cento para um tempo de reação de 2 a 2,5 horas. Processos relevantes de hidroperóxido também estão descritos nas patentes U.S. n°s 3.351.635, 3.459.810 e 4.066.706. [0033] Já outra aplicação comercialmente significativa diz respeito à manufatura de epóxidos via cloridrinas de olefinas correspondentes, por exemplo, epicloridrina de cloreto de alila, óxido de butileno via cloridrina de butileno e óxido de propileno via cloridrina de propileno. Assim, num sentido amplo, incorporações da presente invenção permitem um processo mais eficaz para produzir epóxidos, ou, como há pouco mencionado acima, ainda mais amplamente facilitam outros processos reativos gás-liquido bifásicos onde algum beneficio pode ser obtido melhorando a transferência de massa do gás no liquido. [0034] Em particular com relação à produção de epóxidos via cloridrina de olefina intermediária, convencionalmente esta é executada por formação da cloridrina de olefina e a partir dai contatando a cloridrina com uma solução aquosa de hidróxido de metal alcalino numa etapa de epoxidação, para formar uma solução aquosa salina contendo pelo menos um epóxido. As incorporações dos aparelhos e do método da presente invenção são especialmente apropriadas para melhorar e auxiliar a formação da cloridrina de olefina. [0035] Neste aspecto, a cloridrina de olefina é, preferivelmente, formada contatando uma solução aquosa de ácido hipocloroso de baixos cloretos com pelo menos um composto orgânico insaturado para formar um produto orgânico aquoso compreendendo pelo menos uma cloridrina de olefina. O "composto orgânico insaturado" pode conter de 2 a cerca de 10 átomos de carbono, preferivelmente de 2 a 8 átomos de carbono, e mais preferivelmente de 2 a 6 átomos de carbono. O composto orgânico é selecionado do grupo consistindo de olefinas substituídas e não substituídas e pode ser linear, ramificado, ou cíclico, preferivelmente linear. As olefinas apropriadas incluem amilenos, aleno, butadieno, isopreno, álcool alílico, álcool cinamílico, acroleína, óxido de mesitila, acetato de alila, éteres alílicos, cloreto de vinila, brometo de alila, cloreto de metalila, propileno, butileno, etileno, estireno, hexeno e cloreto de alila e seus homólogos e análogos. As olefinas preferidas são: propileno, butileno, etileno, estireno, hexeno e cloreto de alila; são mais preferidos: propileno, butileno e cloreto de alila e é muitíssimo preferido o propileno. Preferivelmente, a olefina é não substituída, mas também pode ser inertemente substituída. 0 termo "inertemente" significa que a olefina é substituída com qualquer grupo que não interfere indesejavelmente com a formação da cloridrina ou do epóxido. Os substituintes inertes incluem, cloro, flúor, fenila, e similares. Descrições adicionais de um processo de epoxidação e de uma etapa formadora de cloridrina associada do tipo aqui sumarizado podem ser encontradas nas patentes U.S. n°s 5.486.627 e 5.532.389 comumente designadas. [0036] Como demonstrado acima, as incorporações da invenção provêm um aparelho para misturar fluidos incluindo um corpo de misturação oco, um primeiro conduíte passando através do corpo de misturação com pelo menos um orifício injetor cônico, e um segundo conduíte conectado operativamente ao corpo de misturação. O aparelho elimina ou reduz entupimento no dispositivo de misturação o que melhora a eficiência da misturação. [0037] Embora a invenção tenha sido descrita com respeito a um número limitado de incorporações, as características específicas de uma incorporação não devem ser atribuídas a outras incorporações da invenção. Isoladamente, nenhuma incorporação representa todos os aspectos da invenção. Existem variações e modificações das incorporações descritas. O método de misturação está descrito como compreendendo várias ações ou etapas. Estas ações ou etapas podem ser praticadas em qualquer seqüência ou ordem salvo se indicado de modo contrário. As incorporações da invenção têm uma ou mais das seguintes vantagens. Primeira, alguns misturadores aqui descritos são facilmente incorporados nas unidades de processamento existentes. Segunda, alguns dos dispositivos de misturação aumentam o fluxo através do dispositivo sem aumentar a queda de pressão ao longo do dispositivo. Mas nenhuma incorporação isolada deve ser interpretada como requerendo todas estas vantagens. Finalmente, qualquer número aqui divulgado deve ser interpretado como significando aproximado, independentemente de se usar a expressão "cerca de" ou o termo "aproximadamente" na descrição do número. As reivindicações anexas tencionam cobrir todas aquelas modificações e variações de modo a caírem dentro da abrangência da invenção.

Claims (36)

1. Aparelho de misturação por cisalhamento (100), compreendendo: uma câmara receptora de fluido (101), pelo menos um primeiro conduite (102) passando através da câmara receptora de fluido e tendo pelo menos uma abertura cônica (112) através do mesmo, e um segundo conduite (103) conectado operativamente à câmara receptora de fluido, caracterizado pelo fato de as aberturas (112) terem um eixo perpendicular ao primeiro conduite (102).

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma barreira secundária (113) tendo orifícios (116) através da mesma e sendo que a barreira secundária cerca o primeiro conduite.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de os orifícios (116) da barreira secundária (113) terem um diâmetro menor que o diâmetro das aberturas cônicas na superfície externa do primeiro conduite.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de a barreira secundária (113) compreender um tubo.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de uma pluralidade de primeiros conduítes (102) passarem através da câmara receptora (101), cada conduite tendo pelo menos uma abertura cônica (112) através do mesmo e sendo que cada um dos primeiros conduítes (102) estar conectado operativamente à câmara receptora de fluido.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a forma cônica das aberturas (112) ter pelo menos um ângulo variando de mais que 0 grau a menos que 90 graus.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de a forma cônica das aberturas (112) ter pelo menos um ângulo variando de cerca de 5 graus a menos que 60 graus.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a forma cônica das aberturas (112) ter pelo menos um ângulo variando de mais que 10 graus a menos que 30 graus.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de a forma cônica das aberturas (112) ter pelo menos um ângulo variando de mais que 10 graus a menos que 15 graus.

10. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6, 7, 8, ou 9, caracterizado pelo fato de o ângulo ser determinado com respeito ao plano perpendicular à superfície do primeiro conduíte.

11. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6, 7, 8, ou 9, caracterizado pelo fato de o ângulo ser determinado com respeito ao eixo central da abertura.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a abertura (112) ter um único ângulo cônico.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a abertura (112) ter dois ou mais ângulos cônicos.

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de um eixo da abertura (112) formar um ângulo variando de mais que 0 grau a menos que 90 graus com respeito à superfície do primeiro conduíte.

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o primeiro conduíte (102) compreender uma pluralidade de aberturas cônicas (112) através do mesmo.

16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o primeiro conduíte (102) compreender uma pluralidade de aberturas cônicas (112) e a abertura contida num plano ter uma espessura igual a maior dimensão dos orifícios de abertura.

17. Aparelho, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de o plano ser perpendicular ao eixo central do primeiro conduíte (102) .

18. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o primeiro conduíte (102) compreender múltiplas fileiras de aberturas cônicas (112).

19. Método de misturação, compreendendo: passar um primeiro fluido através de pelo menos um primeiro conduíte (102) tendo pelo menos uma abertura (112) contratilmente cônica no mesmo, passar um segundo fluido no primeiro conduíte (102) através de pelo menos uma abertura (112); permitir que o primeiro e segundo fluidos se misturem no primeiro conduíte (102), caracterizado pelo fato de as aberturas (112) terem um eixo perpendicular ao primeiro conduíte (102).

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de compreender ainda passar o segundo fluido através de uma barreira secundária (113) tendo orifícios (116) através da mesma e sendo que a barreira secundária cerca o primeiro conduíte (102).

21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de os orifícios (116) da barreira secundária (113) terem um diâmetro menor que o diâmetro das aberturas cônicas (112) na superfície externa do primeiro conduíte.

22. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de a barreira secundária (113) compreender um tubo.

23. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de uma pluralidade de primeiros conduites (102) passarem através da câmara receptora (101), cada conduite (102) tendo pelo menos uma abertura cônica (112) através do mesmo e cada um dos primeiros conduites (102) estar conectado operativamente à câmara receptora de fluido (102) .

24. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de o orifício da abertura (112) na superfície externa do primeiro conduite (102) ser mais largo que o orifício da abertura (112) na superfície interna do primeiro conduite (102) .

25. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de a forma cônica das aberturas (112) ter pelo menos um ângulo variando de mais que 0 grau a menos que 90 graus.

26. Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de a forma cônica das aberturas (112) ter pelo menos um ângulo variando de cerca de 5 graus a menos que 60 graus.

27. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de a forma cônica das aberturas (112) ter pelo menos um ângulo variando de mais que 10 graus a menos que 30 graus.

28. Método, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de a forma cônica das aberturas (112) ter pelo menos um ângulo variando de mais que 10 graus a menos que 15 graus.

29. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 25, 2 6, 27, ou 28, caracterizado pelo fato de o ângulo ser determinado com respeito ao plano perpendicular à superfície do primeiro conduite (102).

30. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 25, 26, 27, ou 28, caracterizado pelo fato de o ângulo ser determinado com respeito ao eixo central da abertura (112) .

31. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de a abertura (112) ter um único ângulo cônico.

32. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de a abertura (112) ter dois ou mais ângulos cônicos.

33. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de um eixo da abertura (112) formar um ângulo variando de mais que 0 grau a menos que 90 graus com respeito à superficie do primeiro conduite (102).

34. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de o primeiro conduite (102) compreender uma pluralidade de aberturas cônicas (112) através do mesmo.

35. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de o primeiro conduite (102) compreender uma pluralidade de aberturas cônicas (112) e a aberturas estarem contidas num plano tendo uma espessura igual a maior dimensão do orifício de abertura.

36. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de o primeiro conduite (102) compreender múltiplas fileiras de aberturas cônicas (112).