ES2218934T3 - Dispositivo de mezclado para productos de alta viscosidad. - Google Patents
Dispositivo de mezclado para productos de alta viscosidad.Info
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Abstract
La invención se refiere a una mezcladora para materiales cuya viscosidad aumenta en el camino de la reacción, y que tiene una variedad de hojas mezcladoras. Los elementos mezcladores comprenden hojas curvas (3,4) conectadas mediante crucetas (5). Las barras axiales (6,7) se acoplan a las caras de las hojas. El espaciado de las hojas aumenta y el número de hojas y de barras (6, 7) disminuye hacia el extremo de salida del depósito para acomodarse a un aumento de viscosidad de los materiales conforme se eliminan los componentes volátiles. El material es un polímero del que se evaporan los disolventes y los monómeros en un depósito calentado. Un juego de elementos de mezclado no simétricos dispuestos en ángulos rectos entre sí están accionados mediante ejes (2, 2''). El producto se alimenta por la parte superior del depósito en un extremo y sale por el fondo del otro extremo. Los humos pueden escapar por una salida superior, situada en el lado opuesto de la boquilla de salida. Características principales: el funcionamiento de la mezcladora consiste en repartir el material sobre una área amplia para ayudar a la evaporación mas bien que para combinar los materiales. Los ejes (2, 2'') están accionados a la misma velocidad y en el mismo sentido.
Description
Dispositivo de mezclado para productos de alta
viscosidad.
La invención se refiere a un dispositivo para el
tratamiento de sustancias de alta viscosidad compuesto por un
recipiente que puede calentarse, con una entrada del material de
mezcla en un lado y una salida del material de mezcla en el otro
lado y dos o más árboles que rotan en el mismo sentido, sobre los
cuales están dispuestos elementos de mezclado, con lo que los
elementos de mezclado están compuestos por dos discos de mezclado y
dos capas de nervios dispuestos cruzados entre sí, que están unidos
entre sí. En los lados frontales de los nervios están dispuestas
clavijas que se extienden axialmente. Éstas limpian los espacios
intermedios entre los nervios de los elementos de mezclado del
árbol contiguo.
En la producción de polímeros (por ejemplo, en
las reacciones de policondensación) se utilizan, entre otros, pasos
de procedimiento como la evaporación de disolventes y monómeros
sobre medios viscosos.
Para estos pasos de procedimiento, que están
determinados por la transferencia de materia entre una fase líquida
y una fase gaseosa, el producto de la superficie de separación
entre estas dos fases por los coeficientes de transferencia de
materia es determinante para la velocidad.
En la transferencia de materia con líquidos
viscosos, el coeficiente de transferencia de materia está
controlado esencialmente por la frecuencia de renovación de las
superficies del líquido.
La renovación de las superficies puede realizarse
básicamente según dos mecanismos diferentes:
\bullet aplicando el líquido a una superficie
sólida (descrito, por ejemplo, en la memoria de la patente US
5.339.012)
\bullet dejando fluir los líquidos en forma de
películas libres de líquido (como se menciona en las memorias de
las patentes US 5.779.986 o US 5.599.507).
En este sentido, la producción y la renovación de
superficies de líquido mediante la producción de películas libres
tiene las ventajas de que, por un lado, el gasto en aparatos se
mantiene bajo y, por otro lado, debe aportarse poca energía mecánica
al material de mezcla.
Además, es necesaria una buena autolimpieza
cinemática de las estructuras internas del dispositivo de mezclado,
para evitar la formación de deposiciones en las estructuras
internas, en las que, en el caso del uso del mezclador como
reactor, se favorecen las reacciones secundarias no deseadas por una
larga permanencia de los reactantes.
En la solicitud de patente alemana con el número
de registro 19751730.7 se da a conocer un dispositivo que no sólo
puede limpiarse automáticamente de forma cinemática, sino que
también produce continuamente superficies de líquido renovadas para
la transferencia de materia con una fase gaseosa por medio de la
formación de películas.
Frecuentemente, tanto en el caso de los procesos
de desgasificación, como también en el caso de las
polimerizaciones, dentro del mezclador tiene lugar un aumento de la
viscosidad en un factor superior a 10. Un mezclador que utilice
películas de descenso libre para la producción y renovación de
superficies de líquido, no puede trabajar de manera óptima si no se
varía la geometría a lo largo de los elementos de
mezclado.
mezclado.
Respecto a esto, en la patente US 5.599.507 se
varían a lo largo del dispositivo de manera alternativa o
simultánea:
\bullet la separación entre los elementos de
mezclado,
\bullet la sección transversal libre de los
elementos de mezclado,
\bullet el diámetro de las aberturas en los
elementos de mezclado,
\bullet el tamaño de las aberturas en los
aliviaderos.
Es tarea de la presente invención conseguir un
dispositivo que produzca superficies de líquido para la
transferencia de materia con una fase gaseosa por medio de la
formación de películas y que pueda limpiarse automáticamente de
forma cinemática, así como que también permita modificar los
parámetros geométricos a lo largo del dispositivo dentro de un
amplio intervalo de los parámetros.
Esta tarea se soluciona según la invención
mediante un dispositivo de mezclado, que es objeto de la invención,
compuesto al menos por un recipiente que puede calentarse, con
entrada del material de mezcla, salida del material de mezcla y dos
o varios árboles como estructuras internas rotatorias en el
recipiente, unido a un medio de accionamiento para la rotación de
los árboles en el mismo sentido, con lo que sobre los árboles están
dispuestos elementos de mezclado, caracterizado porque los
elementos de mezclado están compuestos por dos capas con forma de
disco, dispuestas cruzadas entre sí, formadas en cada caso por un
disco de mezclado dispuesto centralmente, y capas de nervios
desplazados radialmente respecto al disco de mezclado, con lo que
las capas con forma de disco formadas por discos de mezclado y
nervios están unidas directamente entre sí en dirección axial o
están unidas indirectamente entre sí de forma axial a través de
elementos de unión que se extienden axialmente, y porque en los
lados frontales de los elementos de mezclado están dispuestas
clavijas que se extienden axialmente, con lo que, durante la
rotación de los árboles, las clavijas de un árbol limpian los
espacios intermedios entre los nervios de los elementos de mezclado
del otro árbol en cada caso. En lo anterior, las dos capas de
nervios están dispuestas giradas una con respecto a la otra
alrededor del eje del árbol, de tal manera que en una proyección a
lo largo del árbol, las proyecciones de los nervios se crucen entre
sí.
Esta disposición según la invención permite una
limpieza cinemática completa de las piezas de las estructuras
internas en contacto con el material de mezcla y, dado el caso, de
la carcasa del dispositivo:
Los nervios se limpian en el lado frontal
dirigido hacia afuera en relación con el elemento de mezclado, por
medio de los nervios de los elementos de mezclado del árbol que se
encuentra en acción. Los lados frontales dirigidos hacia adentro se
limpian por medio de las clavijas del árbol que se encuentra en
acción.
Los árboles se limpian por medio de los nervios y
las clavijas.
Las clavijas se limpian por medio de los nervios.
La carcasa se limpia en su perímetro por medio de las clavijas y
los nervios.
Si en los extremos de los árboles, vistos en
dirección axial, se prevén discos finales adicionales, entonces
éstos pueden limpiar la superficie frontal de la carcasa.
Un dispositivo preferido está caracterizado
porque las clavijas están dispuestas en los lados frontales de los
nervios.
En una realización preferida, las capas de
nervios, que se cruzan entre sí, y los discos de mezclado de un
elemento de mezclado no están unidos directamente entre sí, sino a
través de una capa de elementos de unión que se extienden
axialmente.
Una realización especial del dispositivo está
realizada de tal manera que los árboles con elementos de mezclado
están divididos en al menos dos zonas, en las que los elementos de
mezclado presentan diferentes números de nervios.
Se prefiere especialmente una realización del
dispositivo en la que el número de nervios de cada uno de los
elementos de mezclado es mayor en la zona de la entrada del
material de mezcla que en la zona de la salida del material de
mezcla.
Por ejemplo, en lo anterior varía la cantidad de
nervios por capa a lo largo del dispositivo, de tal manera que en
las zonas de alta viscosidad del material de mezcla, en función del
proceso que se lleva a cabo en el dispositivo y especialmente hacia
la salida, la cantidad de nervios se vuelve menor, con lo que el
proceso de mezclado se homogeneiza. Debido a la mayor viscosidad del
material de mezcla, las películas de producto son aquí más gruesas
sobre las superficies, de tal manera que son necesarios elementos
más gruesos para los procesos de evaporación.
Una variante preferida de la invención está
caracterizada porque, sobre los árboles, la transición entre las
zonas con elementos de mezclado con un número diferente de nervios
se forma por elementos de mezclado que presentan dos capas con un
número diferente de nervios que se cruzan entre sí.
En el caso de otra variante del dispositivo de
mezclado, los árboles con elementos de mezclado están divididos en
al menos dos zonas, en las que los elementos de mezclado presentan
espacios intermedios entre los nervios con diferentes anchuras,
vistos en la dirección del eje del árbol.
Se prefiere especialmente un dispositivo en el
que la anchura de los espacios intermedios entres los nervios de
cada uno de los elementos de mezclado sea menor en la zona de la
entrada del material de mezcla que en la zona de la salida del
material de mezcla.
En el caso de esta realización, varía la anchura
de los espacios libres entre los nervios de una capa a lo largo del
dispositivo, de tal manera que en las zonas con mayor viscosidad
del material de mezcla, en el proceso llevado a cabo, los espacios
libres se vuelven grandes. Las películas de líquido de viscosidad
alta son estables a lo largo de mayores alturas de caída. A causa de
su viscosidad, éstas se vuelven delgadas más lentamente que las
películas de líquido de baja viscosidad, visto a lo largo de la
altura de caída.
Una variante preferida de la realización
mencionada del dispositivo está realizada de tal manera que, sobre
los árboles, la transición entre las zonas con elementos de
mezclado con diferente anchura de los espacios intermedios entres
los nervios se forma por elementos de mezclado que presentan dos
capas de nervios que se cruzan entre sí, con diferentes espacios
intermedios.
También se prefiere especialmente una realización
del dispositivo en la que el medio de accionamiento está
configurado para la rotación a igual velocidad de los árboles
contiguos.
Otra variante preferida del dispositivo de
mezclado está caracterizada porque la extensión de los elementos de
mezclado, vista en la dirección a lo largo del eje del árbol, es
menor en la zona de la entrada del material de mezcla que en la
zona de la salida del material de mezcla.
En esta realización varía la extensión axial de
los elementos de mezclado a lo largo del dispositivo, de tal manera
que en las zonas con alta viscosidad, por ejemplo, en la zona de la
salida, la extensión axial de los elementos individuales de
mezclado se vuelve grande. En el caso de una viscosidad alta del
material de mezcla, las películas de producto son más gruesas, de
manera que es necesario más espacio axial.
En una realización especialmente preferida del
dispositivo, las diferentes extensiones axiales de los elementos de
mezclado están ocasionadas por elementos de unión con extensiones
diferentes, vistos en la dirección axial.
Para obtener una superficie de calentamiento más
grande, además de la carcasa también pueden calentarse los árboles
o también, adicionalmente, los nervios, las clavijas y los
elementos de unión.
A continuación, la invención se explica
detalladamente a modo de ejemplo mediante las figuras. La invención
no se limita por ello en detalles.
La figura 1a muestra en una vista esquemática
desde arriba la estructura de un dispositivo según la invención. La
carcasa se representa sólo esquemáticamente y abierta.
La figura 1b muestra la estructura del
dispositivo según la figura 1a en una vista lateral.
La figura 1c muestra la estructura del
dispositivo según la figura 1a en un corte según la línea
A-A.
La figura 2 muestra los árboles y los elementos
de mezclado del dispositivo de la figura 1 en una representación en
perspectiva.
La figura 3 muestra en las vistas 3a y 3b la
estructura de un elemento de mezclado individual del dispositivo de
la figura 1.
La figura 4 muestra un corte radial a través de
los elementos 5' de unión y las clavijas 6, 7 de la figura 1 que se
encuentran en acción.
La figura 5 muestra un corte radial a través de
la capa de nervios 4' y las clavijas 6 de la figura 1 que se
encuentran en acción.
La figura 6 muestra un corte radial a través de
los discos 8, 9' finales de la figura 1.
Las figuras 7a, b muestran un elemento de
mezclado con la transición de capas de nervios con 8 clavijas sobre
el radio a capas de nervios con 4 clavijas en el perímetro.
Las figuras 8a-d muestran varios
elementos de mezclado que se diferencian en la distancia entre los
nervios.
Las figuras 9a-d muestran varios
elementos de mezclado que se diferencian en la extensión axial de
los elementos de unión.
Las figuras 10a,b muestran dos elementos de
mezclado que se diferencian en la sección transversal de las
clavijas.
En la figura 1 se muestra la estructura completa
del dispositivo. La figura 1a muestra la vista desde arriba, la
figura 1b, el alzado lateral, la figura 1c, la vista frontal.
La carcasa 1 calentada, que se indica sólo
esquemáticamente, presenta una entrada 10 de producto, una salida
12 de producto y una tubuladura 11 de
vapor.
vapor.
En la carcasa 1 están dispuestos dos árboles 2,
2' paralelos, que rotan en el mismo sentido y con la misma
velocidad. Sobre éstos se encuentran elementos 13, 13' de mezclado
desplazados axialmente. Éstos están compuestos en cada caso por dos
discos 15 de mezclado y por dos capas de nervios 3, 4 ó 3', 4' con
forma de hoz, dispuestos cruzados entre sí, que están unidos entre
sí por elementos 5 ó 5' de unión que se extienden axialmente. En
los lados frontales, sobre los nervios 3, 4 ó 3', 4' se encuentran
clavijas 6, 7 ó 6', 7' dispuestas axialmente, que durante la
rotación de los árboles 2, 2' limpian los espacios libres entre los
nervios 3', 4' ó 4, 3 y entre los elementos 5' o 5 de unión de los
elementos de mezclado del otro árbol.
La cantidad de clavijas en un diámetro es de 6 a
lo largo de todo el mezclador. En esta forma de construcción, todos
los elementos de mezclado están construidos de igual manera.
En dirección axial, en los extremos están
dispuestos discos 8, 9 u 8', 9' finales que limpian los lados
frontales de la carcasa. Los discos 9 y 9' finales también llevan
clavijas. Estas clavijas limpian los elementos de mezclado de los
extremos.
En la figura 2 están representados los rotores en
perspectiva.
La figura 3a muestra un elemento de mezclado
individual en vista frontal y la figura 3b, en una representación
en perspectiva.
La figura 4 muestra un corte a través de los
elementos 5' de unión y las clavijas 6, 7 que se encuentran en
acción.
La figura 5 muestra un corte radial a través de
la capa de nervios 4' y las clavijas 6 que se encuentran en
acción.
La figura 6 muestra un corte radial a través de
los discos 8, 9' finales.
En otra realización del dispositivo se varía la
cantidad de nervios por capa a lo largo del dispositivo, de manera
que en las zonas con viscosidades altas en el proceso que se lleva
a cabo, generalmente hacia la salida, la cantidad de nervios se
vuelve pequeña.
La figura 7 muestra un disco de transición de una
zona con 8 clavijas en el diámetro a una zona con 4 clavijas en el
diámetro, en vista frontal (figura 7a) y en vista en perspectiva
(figura 7b).
En otra realización del dispositivo, la distancia
entre los nervios de los elementos de mezclado se ha variado de tal
manera que en los lugares con alta viscosidad del material de
mezcla, generalmente hacia la salida del material de mezcla, la
distancia entres los nervios se vuelve grande.
Las figuras 8a a 8d muestran, en este orden,
elementos de mezclado que se utilizan en esta realización, con una
distancia creciente entre los espacios libres.
En esta forma de construcción del dispositivo, la
extensión axial de los elementos de mezclado se ha variado de tal
manera que en los lugares con alta viscosidad, generalmente hacia
la salida del material de mezcla, la extensión axial se vuelve
grande. Se prefiere especialmente una realización en la que varía
el largo de los elementos de unión entre las capas de nervios.
Las figuras 9a a 9d muestran, en este orden,
elementos de mezclado con una longitud creciente de los elementos
de unión.
Las clavijas que limpian los espacios libres
entres los nervios pueden configurarse geométricamente
diferentes.
En el dispositivo según la figura 10a, los
nervios se limpian por medio de las superficies cilíndricas de las
clavijas.
En el dispositivo según la figura 10b, los
nervios se limpian por medio de los cantos de las clavijas. En el
segundo caso, los extremos de las clavijas son más anchos, los
espacios libres entre los nervios en sus extremos, más
estrechos.
Claims (12)
1. Dispositivo de mezclado compuesto al menos por
un recipiente (1) que puede calentarse, con una entrada (10) del
material de mezcla, una salida (12) del material de mezcla y dos o
más árboles (2, 2') como estructuras internas rotatorias en el
recipiente (1), unido a un medio de accionamiento para la rotación
de los árboles (2, 2') en un mismo sentido, con lo que sobre los
árboles (2, 2') están dispuestos elementos (13, 13') de mezclado,
caracterizado porque los elementos (13, 13') de mezclado
están compuestos por dos capas con forma de disco, dispuestas
cruzadas entre sí, formadas en cada caso por un disco (15, 15') de
mezclado dispuesto centralmente y capas de nervios (3, 4) o (3',
4') desplazados radialmente respecto al disco (15, 15') de
mezclado, con lo que las capas en forma de disco formadas por discos
(15, 15') de mezclado y nervios (3, 4, 3', 4') están unidas
directamente entre sí en dirección axial o están unidas
indirectamente entre sí de forma axial a través de elementos (5,
5') de unión que se extienden axialmente, y porque en los lados
frontales de los elementos (13) de mezclado están dispuestas
clavijas (6, 7, 6', 7') que se extienden axialmente, con lo que,
durante la rotación de los árboles (2, 2'), las clavijas (6, 7) o
(6', 7') de un árbol (2) o (2') limpian los espacios intermedios
entres los nervios (3', 4') o (3, 4) de los elementos (13') o (13)
de mezclado del otro árbol (2') o (2) en cada caso.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque las clavijas (6,7) o (6', 7') están
dispuestas en los lados frontales de los nervios (3', 4') o (3,
4).
3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque las capas de nervios (3, 4, 3', 4'),
que se cruzan entre sí, de un elemento (13, 13') de mezclado están
unidas entre sí por medio de una capa de elementos (5, 5') de unión
que se extienden axialmente.
4. Dispositivo según un a de las reivindicaciones
1 a 3, caracterizado porque los árboles (2, 2') con
elementos (13, 13') de mezclado están divididos en al menos dos
zonas, en las que los elementos (13, 13') de mezclado presentan un
número diferente de nervios (3', 4', 3, 4).
5. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque el número de nervios (3', 4', 3, 4) de
cada uno de los elementos (13, 13') de mezclado es mayor en la zona
de la entrada (10) del material de mezcla que en la zona de la
salida (12) del material de mezcla.
6. Dispositivo según la reivindicación 4 ó 5,
caracterizado porque, sobre los árboles (2, 2'), la
transición entre las zonas con elementos (13, 13') de mezclado con
un número diferente de nervios (3', 4', 3, 4) está formada por
elementos de mezclado que presentan dos capas con un número
diferente de nervios que se cruzan entre sí.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 6, caracterizado porque los árboles (2, 2') con
elementos (13, 13') de mezclado están divididos en al menos dos
zonas, en las que los elementos (13, 13') de mezclado presentan
espacios (14a, ... 14f) intermedios entre los nervios (3', 4', 3, 4)
con diferentes anchuras, vistos en la dirección del eje del
árbol.
8. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado porque la anchura de los espacios (14a, ...
14f) intermedios entres los nervios (3', 4', 3, 4) de cada uno de
los elementos (13, 13') de mezclado es menor en la zona de la
entrada (10) del material de mezcla que en la zona de la salida (12)
del material de mezcla.
9. Dispositivo según la reivindicación 7 u 8,
caracterizado porque, sobre los árboles (2, 2'), la
transición entre las zonas con elementos (13, 13') de mezclado con
diferente anchura de los espacios (14a, ... 14f) intermedios entres
los nervios (3', 4', 3, 4) se forma por elementos de mezclado que
presentan dos capas de nervios dispuestos cruzados entre sí, con
diferentes espacios (14a, ... 14f) intermedios.
10. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 9, caracterizado porque el medio de accionamiento está
configurado para la rotación a igual velocidad de los árboles (2,
2') contiguos.
11. Dispositivos según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la extensión
de los elementos (13, 13') de mezclado, vista en la dirección a lo
largo del eje del árbol, es menor en la zona de la entrada (10) del
material de mezcla que en la zona de la salida (12) del material de
mezcla.
12. Dispositivo según la reivindicación 11,
caracterizado porque las diferentes extensiones axiales de
los elementos (13, 13') de mezclado están ocasionadas por elementos
(5, 5') de unión con extensiones diferentes, vistos en la dirección
axial.
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