ES2306423T3

ES2306423T3 - DEVICE FOR PRODUCING AN INTERFACE AS MUCH AS POSSIBLE FOR CONTINUOUS MIXING AND HIGH PERFORMANCE OF DIFFERENT FLUIDS IN GAS-LIQUID BLENDS.

Info

Publication number: ES2306423T3
Application number: ES06706394T
Authority: ES
Inventors: Heinz-Guenter Weissenberg; Dieter Ulrich; Helmut Rehrmann
Original assignee: Bayer Technology Services GmbH
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2008-11-01
Anticipated expiration: 2026-01-25
Also published as: EP1846144A1; EP1846144B1; DE102005003626A1; DE502006000847D1; WO2006079510A1; ATE396781T1

Abstract

Apparatus for continuous mixing of fluids comprises an optionally heated or cooled mixing vessel under adjustable pressure; nozzle(s) for spraying liquid into the top of the container; a cone (optionally with an axial hole) below each nozzle and firmly connected to the nozzle at a defined spacing; tubes, open at the top and closed up to a hole in the bottom, below and aligned with each nozzle; and a liquid outlet below the tube in the base of the mixing vessel.

Description

Dispositivo para producir una interfase lo mayor posible para la mezcla continua y de alto rendimiento de diferentes fluidos en mezclas de gas-líquido.Device to produce the most interface possible for continuous mixing and high performance of different fluids in gas-liquid mixtures.

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La invención se refiere a un diseño especialmente sencillo en cuanto a técnica de aparatos y que ahorra espacio para generar una interfase lo mayor posible para la transferencia de material durante la mezcla continua de fluidos en mezclas de gas-líquido. Al mismo tiempo se consigue un rendimiento especialmente elevado en la homogeneización de la mezcla con una aportación de energía relativa especialmente reducida y se evita automáticamente la formación de espuma.The invention relates to a design especially simple in terms of device technology and that saves space to generate an interface as much as possible for the material transfer during continuous fluid mixing in gas-liquid mixtures. At the same time it is achieved an especially high yield in the homogenization of the mixing with a particularly reduced relative energy contribution and foaming is automatically avoided.

Un dispositivo similar se conoce por el documento WO 2004/000447 A2 para la resaturación del gas de un líquido bajo presión así como en combinación con un dispositivo para la distensión de la presión para introducir el líquido distendido en una célula de flotación, pero sin un dispositivo para evitar automáticamente la formación de espuma, por lo cual el campo de aplicación está limitado a sistemas que no formen espuma o que sean poco espumantes. Este dispositivo se ha utilizado por lo tanto hasta ahora sólo en la combinación de un gas (aire o nitrógeno) con un líquido (agua o aguas residuales), durante la flotación de distensión de la presión, pero todavía nunca en la técnica de reacción, agitación o mezcla o para realizar la mezcla de varias fases de gas o líquido. Otro dispositivo similar se conoce por el documento FR-A-1 285 644.A similar device is known by the WO 2004/000447 A2 for gas resaturation of a liquid under pressure as well as in combination with a device for pressure relief to introduce the liquid distended in a flotation cell, but without a device for automatically prevent foaming, so the field of application is limited to systems that do not foam or that They are not very sparkling. This device has been used therefore so far only in the combination of a gas (air or nitrogen) with a liquid (water or sewage), during the flotation of pressure strain, but still never in the technique of reaction, stirring or mixing or to perform the mixing of several gas or liquid phases. Another similar device is known by the document FR-A-1 285 644.

La forma actualmente más corriente de mezclar fluidos mediante su agitación en un recipiente presenta los siguientes inconvenientes:The currently most common way to mix fluids by shaking in a container presents the following drawbacks:

--: Los dispositivos agitadores son costosos y es preciso elegir la forma de agitador adecuada en cada caso según la aplicación.The stirring devices are expensive and you need to choose the way to suitable agitator in each case according to the application.

--: Es preciso instalar perturbadores de flujo en los recipientes para generar turbulencias.Is flow disruptors need to be installed in the containers to generate turbulence.

--: Hay que formar zonas de diferente intensidad de flujo en el recipiente.There is that form zones of different intensity of flow in the container.

--: Es preciso disponer de un volumen de recipiente suficientemente grande para poder conducir adecuadamente el flujo.Is a sufficiently large container volume must be available in order to properly conduct the flow.

--: Se requiere una alimentación de energía para el accionamiento y una aportación de energía relativamente importante al recipiente.Be requires a power supply for the drive and a relatively important energy contribution to container.

--: Es preciso un accionamiento mecánico del agitador, unido a la necesidad de una junta estanca en el paso del árbol al interior del recipiente, y eventualmente hay necesidad de cumplir directivas Ex para los accionamientos eléctricos según la Norma DIN EN 50014 y siguientes así como las 1127-1, 13237-1.Is precise mechanical drive of the agitator, together with the need of a seal in the passage of the tree inside the container, and eventually there is a need to comply with Ex directives for electric drives according to DIN EN 50014 and following as well as 1127-1, 13237-1

--: Hay que añadir desespumantes químicos o productos que eviten la espuma cuando haya tendencia a la formación de espuma.There is to add chemical defoamers or products that avoid foam when there is a tendency to foam.

También se conocen por el estado de la técnica mezcladoras convencionales por inyección, pero en el caso de utilizarse en sistemas comparables tienden fuertemente a desbordar por la formación de espuma, por lo que hasta la fecha apenas han encontrado aplicación en determinados campos, p.ej. en la técnica de las aguas residuales.They are also known by the state of the art conventional injection mixers, but in the case of used in comparable systems tend to overflow strongly by foaming, so to date they have barely found application in certain fields, eg in the technique of sewage

El objetivo de la invención es por lo tanto el de facilitar un dispositivo de diseño especialmente sencillo, que ocupe poco espacio y sea especialmente economizador de energía para realizar la mezcla continua de fluidos en mezclas de gas-líquido, preferentemente para preparar mezclas espumantes, en particular fuertemente espumantes, que no presente los inconvenientes de los sistemas conformes al estado de la técnica.The object of the invention is therefore the of facilitating an especially simple design device, which take up little space and be especially energy saver to perform continuous fluid mixing in mixtures of gas-liquid, preferably to prepare mixtures foaming, particularly strongly foaming, not present the disadvantages of the systems according to the state of the technique.

Se ha encontrado ahora sorprendentemente que un dispositivo de esta clase se puede realizar de forma muy sencilla.It has now surprisingly been found that a device of this class can be done very simple.

La presente invención se refiere por lo tanto a dispositivos para la mezcla continua de fluidos, comprendiendoThe present invention therefore relates to devices for continuous fluid mixing, comprising

--: un recipiente mezclador conforme a los requisitos de presión planteados, y eventualmente con posibilidades de calefacción o refrigeración,a mixer vessel according to pressure requirements raised, and eventually with heating possibilities or refrigeration,

--: una o varias toberas para la inyección de líquido en el recipiente mezclador, en la cabeza del recipiente mezclador,one or several nozzles for the injection of liquid into the container mixer, in the head of the mixing bowl,

--: sendos conos con o sin orificio axial inmediatamente debajo de cada tobera y a una distancia definida, unidos firmemente con ésta,two cones with or without axial bore immediately below each nozzle and at a defined distance, firmly attached to it,

--: sendos tubos abiertos por la parte superior y cerrados por la parte inferior, salvo un orificio en el fondo, dispuesto debajo de cada tobera en el recipiente mezclador,two tubes open at the top and closed at the side bottom, except a hole in the bottom, arranged under each nozzle in the mixing vessel,

--: una salida de líquido debajo de los tubos en el fondo del recipiente mezclador.a liquid outlet under the tubes at the bottom of the container mixer.

       \global\parskip1.000000\baselineskip\ global \ parskip1.000000 \ baselineskip

La introducción del líquido que ha de ser mezclado con el gas tiene lugar en la cabeza del recipiente mezclador, a través de una o varias toberas, preferentemente toberas convencionales de chorro liso. Estas pueden ir enroscadas en la tapa del recipiente mezclador. La pérdida de presión en las toberas debería ser inferior a 2 bar en las condiciones de trabajo, estando preferentemente entre 1 bar y 0,4 bar.The introduction of the liquid to be mixed with the gas takes place in the head of the container mixer, through one or several nozzles, preferably conventional plain jet nozzles. These can be screwed in the lid of the mixing vessel. Loss of pressure in the nozzles should be less than 2 bar in working conditions, preferably between 1 bar and 0.4 bar.

Las toberas tienen en general un diámetro de 2 a 50 mm, en sus secciones de flujo más estrechas preferentemente diámetros superiores a 4 mm, con lo cual se puede excluir la posibilidad de que se produzca una obstrucción por partículas finas. Las toberas pueden estar además protegidas por filtros de tamiz dispuestos delante, que se puedan limpiar por circulación a contracorriente.The nozzles generally have a diameter of 2 to 50 mm, in its narrowest flow sections preferably diameters greater than 4 mm, which can exclude the possibility of a particle obstruction fine The nozzles can also be protected by filters sieve arranged in front, which can be cleaned by circulation to countercurrent

El flujo de líquido alimentado se puede subdividir previamente entre diversos tubos de entrada. El caudal de líquido a través de las distintas toberas se puede regular preferentemente por separado para cada una de las toberas, mediante órganos de cierre dispuestos delante o detrás, por ejemplo mediante una batería de llaves de paso. De este modo se puede ajustar la cantidad de líquido que se alimenta al recipiente mezclador, de acuerdo con las necesidades.The flow of liquid fed can be previously subdivide between various inlet tubes. Flow of liquid through the different nozzles can be regulated preferably separately for each of the nozzles, by closing organs arranged in front or behind, for example by A battery of stopcocks. In this way you can adjust the amount of liquid that is fed to the mixing vessel, of according to the needs.

La introducción del líquido a través de las toberas tiene lugar con una velocidad superior a 3 m/s, preferentemente superior a 6 m/s. La elección de la velocidad de introducción a través de las toberas depende de la velocidad de conversión o de la velocidad de difusión o del gradiente de concentración para alcanzar el equilibrio termodinámico o físico-químico del sistema de material. Para influir en el equilibrio en el reactor tubular para generar un gradiente de conversión o concentración deseado puede resultar útil especificar correspondientemente la presión y la temperatura.The introduction of the liquid through the nozzles take place with a speed exceeding 3 m / s, preferably greater than 6 m / s. The choice of the speed of introduction through the nozzles depends on the speed of conversion or diffusion rate or gradient of concentration to reach thermodynamic equilibrium or Physical-chemical material system. To influence in equilibrium in the tubular reactor to generate a gradient of desired conversion or concentration may be useful to specify correspondingly the pressure and the temperature.

En el recipiente mezclador, el chorro de líquido de cada tobera incide primero sobre el cono dispuesto debajo en la cámara de gas, con la punta hacia arriba, con o sin orificio de paso axial. Los ejes geométricos del orificio de la tobera y del cono coinciden exactamente. La distancia del cono a la tobera es de 10-100 mm, preferentemente 20-50 mm. El diámetro del orificio axial a través del cono es de 0,5 - 5 mm, preferentemente 1 a 2 mm menor que el diámetro del chorro de líquido o de la tobera. De este modo no puede pasar a través del orificio del cono el chorro completo. El borde exterior del chorro se desprende de forma anular y se abre en abanico a lo largo de la envolvente del cono, después de lo cual fluye hacia abajo en forma de una delgada película de líquido, prolongando la envolvente del cono hasta entrar en el nivel de líquido en la pared del recipiente.In the mixing vessel, the liquid jet of each nozzle first affects the cone arranged below in the gas chamber, tip up, with or without through hole axial. The geometric axes of the nozzle hole and cone They match exactly. The distance from the cone to the nozzle is 10-100 mm, preferably 20-50 mm The diameter of the axial hole through the cone is 0.5 - 5 mm, preferably 1 to 2 mm smaller than the diameter of the jet of liquid or nozzle This way you cannot pass through the cone hole full jet. The outer edge of the jet it is detached annularly and is fanned along the cone envelope, after which it flows down in shape of a thin film of liquid, prolonging the envelope of the cone until entering the level of liquid in the wall of the container.

En el caso de mezclas espumantes, que son el objetivo preferente de los dispositivos conformes a la invención destinados a la mezcla continua de fluidos, la delgada película de líquido recorta las burbujas de espuma que se acumulan sobre la interfase antes de pasar al fluido recogido en la parte inferior, de modo que se evita automáticamente la indeseable formación de espuma, sin tener que tomar ninguna medida física o química para impedirlo.In the case of foaming mixtures, which are the preferred object of the devices according to the invention intended for continuous fluid mixing, the thin film of liquid trims the foam bubbles that accumulate on the interface before moving to the fluid collected at the bottom, of so that the undesirable formation of foam, without having to take any physical or chemical measures to prevent it

El chorro que fluye a través del orificio del cono atraviesa el colchón de gas en el espacio intermedio entre los conos y los tubos que se encuentran en la cámara del líquido, en forma de un chorro libre, y pasa entonces al interior del tubo dispuesto debajo. La distancia entre cada uno de los tubos y la tobera correspondiente es del orden de 100 a 400 mm, preferentemente del orden de 150 a 250 mm.The stream flowing through the hole in the cone crosses the gas mattress in the intermediate space between the cones and the tubes that are in the liquid chamber, in shape of a free jet, and then goes inside the tube arranged below. The distance between each of the tubes and the corresponding nozzle is of the order of 100 to 400 mm, preferably of the order of 150 to 250 mm.

Dentro de los tubos se imparte turbulencia al líquido, y éste sale poco tiempo después nuevamente fuera del tubo por la parte superior de éste. Debido al líquido que afluye constantemente desde cada tobera, el tubo respectivo correspondiente está siempre lleno de líquido. Debido al chorro libre del líquido a través del colchón de gas se arrastran moléculas de gas, y se introducen en el interior del tubo en forma de burbujas de gas. Debido a las elevadas fuerzas cortantes y turbulencias en el tubo se produce un contacto intensivo entre el gas y el líquido, como consecuencia del cual se puede ajustar un equilibrio de concentración o un flujo de material. Las burbujas de gas que ascienden son desmenuzadas por el líquido que refluye desde arriba al interior del tubo, y se vuelven a transportar hacia abajo.Turbulence is imparted within the tubes liquid, and it comes out a short time later again out of the tube by the top of it. Due to the flowing fluid constantly from each nozzle, the respective tube corresponding is always full of liquid. Due to the jet free of liquid through the gas mattress crawl gas molecules, and are introduced inside the tube in the form of gas bubbles. Due to the high shear forces and turbulence in the tube produces intensive contact between the gas and liquid, as a result of which a balance of concentration or a flow of material. Bubbles ascending gas is shredded by the liquid that refluxes from up inside the tube, and are transported back to down.

El tiempo de permanencia del líquido en los tubos depende por una parte de la velocidad de introducción a través de las toberas, y por otra de la relación entre el diámetro de los tubos y el diámetro de la correspondiente tobera en la salida de líquido de la tobera. En este caso rige que cuanto mayor sea la relación entre el diámetro de los tubos respecto al diámetro de las toberas correspondientes, tanto mayor es el tiempo de permanencia. Al ir aumentando la velocidad de introducción a través de la tobera, el tiempo de permanencia se reduce, manteniéndose igual la relación entre el diámetro de los tubos y el diámetro de la tobera correspondiente. La relación entre el diámetro del tubo y el diámetro de la tobera correspondiente se encuentra preferentemente en 3 a 8, preferentemente en 3 a 5, siendo muy preferentemente de 4. Si se emplea una tobera de 10 mm de diámetro en la salida de líquido se utilizará por lo tanto ventajosamente un tubo de 40 mm de diámetro.The residence time of the liquid in the tubes depends on part of the speed of introduction to through the nozzles, and on the other the relationship between the diameter of the tubes and the diameter of the corresponding nozzle in the liquid outlet from the nozzle. In this case, the higher be the relationship between the diameter of the tubes with respect to the diameter of the corresponding nozzles, the longer the time of permanence. As the introduction speed increases through of the nozzle, the residence time is reduced, keeping equal the relationship between the diameter of the tubes and the diameter of the corresponding nozzle. The relationship between the diameter of the tube and the diameter of the corresponding nozzle is preferably found in 3 to 8, preferably in 3 to 5, being very preferably of 4. If a 10 mm diameter nozzle is used at the outlet of liquid will therefore advantageously use a 40 mm tube diameter.

Según la invención, el tiempo de permanencia de los líquidos en los tubos es inferior a 10 segundos, preferentemente inferior a 5 segundos y muy preferentemente inferior a 2,5 segundos.According to the invention, the residence time of the liquids in the tubes is less than 10 seconds, preferably less than 5 seconds and most preferably less than 2.5 seconds.

Se prefieren, se prefieren especialmente o se prefieren muy especialmente formas de realización que hagan uso de los parámetros, combinaciones, definiciones y explicaciones indicadas como preferentes, especialmente preferentes o muy especialmente preferentes.They are preferred, especially preferred or they especially prefer embodiments that make use of the parameters, combinations, definitions and explanations indicated as preferred, especially preferred or very especially preferred.

Las definiciones, parámetros, combinaciones y explicaciones citadas en la descripción en general o en zonas preferentes también se pueden combinar a voluntad entre sí, es decir entre los respectivos campos y campos preferentes.Definitions, parameters, combinations and explanations cited in the description in general or in areas Preferred can also be combined at will with each other, that is between the respective fields and preferred fields.

El líquido rebosa de los tubos y se recoge o acumula en la parte inferior del recipiente, de donde puede salir a través de la salida de líquidos situada en el fondo del recipiente debajo de los tubos. La salida de líquido en el fondo del recipiente mezclador está dimensionada de tal modo que la velocidad de salida de flujo de líquido del recipiente mezclador está en la gama entre 50 y 150 m/h, preferentemente en la gama entre 70 y 90 m/h.The liquid overflows from the tubes and is collected or accumulates in the bottom of the container, from where it can leave to through the liquid outlet located at the bottom of the container under the tubes. The liquid outlet at the bottom of the mixer vessel is sized so that the speed liquid flow outlet of the mixing vessel is in the range between 50 and 150 m / h, preferably in the range between 70 and 90 m / h

El líquido remansado en el recipiente tiene la función de un filtro de burbujas. Las burbujas mayores (d > 100 \mum) no pueden llegar también a la salida de líquido ya que ascienden a mayor velocidad que la del líquido que se desplaza hacia abajo. La regulación del nivel de llenado en el recipiente mezclador tiene lugar mediante la regulación de la alimentación de gas.The liquid back in the container has the function of a bubble filter. The major bubbles (d> 100 um) cannot also reach the liquid outlet since they ascend faster than the liquid that moves down. The regulation of the filling level in the container mixer takes place by regulating the feed of gas.

El nivel de líquido en el recipiente se puede regular por medio de un indicador de nivel de llenado. Para ello se conecta preferentemente un tubo vertical situado en el exterior del recipiente mezclador y comunicado con el interior del recipiente. Un flotador dentro de esta tubería señala el nivel de llenado. El flotador se debe poder detectar preferentemente de forma magnética, activando una conexión de máximo y mínimo. En el caso del mínimo se detiene automáticamente la alimentación de gas. En el caso del máximo se abre la alimentación de gas. La presión máxima dentro del recipiente se puede ajustar mediante una válvula reductora de presión en la acometida de gas.The liquid level in the container can be regulate by means of a filling level indicator. To do this preferably connect a vertical tube located outside the mixing bowl and communicating with the inside of the container. A float inside this pipe indicates the level of filling. He float should preferably be able to detect magnetically, activating a maximum and minimum connection. In the case of the minimum automatically stops the gas supply. In the case of Maximum gas supply opens. The maximum pressure within container can be adjusted using a reducing valve pressure in the gas connection.

Mediante el indicador de nivel de llenado en combinación con el circuito de mínimo y máximo no solamente se regula el nivel de llenado del recipiente mezclador con el líquido sino que también se asegura que haya suficiente alimentación de gas para el recipiente mezclador. De este modo se alimenta el líquido automáticamente con una cantidad de gas tal como la que se consume por la transferencia de material.By filling level indicator on combination with the minimum and maximum circuit not only regulates the level of filling of the mixing vessel with the liquid it also ensures that there is enough gas supply for the mixing vessel. In this way the liquid is fed automatically with a quantity of gas such as that consumed for the transfer of material.

Lo ventajoso de los dispositivos conformes a la invención destinados a la mezcla continua de fluidos es que se pueden incorporar a la mezcla sin problemas sustancias adicionales dosificadas antes de la tobera, en forma de líquidos que estén dentro del campo de la viscosidad del agua.The advantage of devices conforming to the invention intended for continuous fluid mixing is that additional substances can be added to the mix without problems dosed before the nozzle, in the form of liquids that are within the field of water viscosity.

La transferencia de material o disolución de gases tiene lugar en los dispositivos conformes a la invención destinados a la mezcla continua de fluidos con un rendimiento especialmente alto de espacio-tiempo, ya que debido a los cortos tiempos de permanencia en los tubos (inferiores a 10 segundos), se puede conseguir para una mezcla de agua-aire una saturación relativa superior al 90%.The transfer of material or dissolution of gases take place in the devices according to the invention intended for continuous fluid mixing with performance especially high space-time, because at the short residence times in the tubes (less than 10 seconds), you can get for a mix of water-air relative saturation greater than 90%

Los dispositivos conformes a la invención destinados a la mezcla continua de fluidos trabajan con un alto rendimiento energético, ya que la presión de la bomba generada se convierte, gracias a la combinación de toberas y de la geometría de mezclador, casi en energía fluida pura y por lo tanto de forma que favorece la mezcla. A diferencia de la técnica convencional de los recipientes agitadores, no se emplea ningún órgano de accionamiento adicional para generar un movimiento de rotación, en el que se disipa la energía en forma de calor de rozamiento. Además de esto, el dispositivo está construido con componentes muy sencillos y por lo tanto se puede fabricar de modo extremadamente económico.The devices according to the invention intended for continuous fluid mixing work with a high energy efficiency, since the pump pressure generated is converts, thanks to the combination of nozzles and the geometry of mixer, almost in pure fluid energy and therefore so that It favors mixing. Unlike the conventional technique of stirring vessels, no actuator is used additional to generate a rotation movement, in which dissipates energy in the form of friction heat. In addition to this, the device is built with very simple components and by therefore it can be manufactured extremely economically.

En los dispositivos conformes a la invención destinados a la mezcla continua de fluidos es también ventajoso que mediante la conexión y desconexión de distintos elementos de tobera se puede regular de modo flexible el caudal de fluido y con ello la aportación de gas.In the devices according to the invention intended for continuous fluid mixing is also advantageous that by connecting and disconnecting different nozzle elements the fluid flow rate can be regulated flexibly and with it the gas contribution.

El dispositivo conforme a la invención es adecuado por ejemplo para efectuar procesos de mezcla o disolución de componentes fluidos o también de mezclas multifásicas con más de una fase fluida y/o gaseosa, reacciones de oxidación con medios oxidantes gaseosos así como otras reacciones químicas o físicas, siendo preciso vigilar queThe device according to the invention is suitable for example for mixing or dissolving processes of fluid components or also of multiphase mixtures with more than a fluid and / or gas phase, oxidation reactions with media gaseous oxidants as well as other chemical or physical reactions, being necessary to watch that

1.one.: la velocidad de reacción sea tan grande que el tiempo de permanencia en el pequeño volumen del recipiente mezclador sea todavía suficiente para las elevadas velocidades de flujo condicionadas por el procedimiento, ythe reaction rate is so great that the residence time in the small volume of the mixing vessel is still sufficient for high flow rates conditioned by the procedure, and

2.2.: la viscosidad de los fluidos sea suficientemente pequeña para generar las turbulencias necesarias,the fluid viscosity is small enough to generate the necessary turbulence,

3.3.: siga pudiendo dominarse un desarrollo de la reacción eventualmente exotérmico, evacuando para ello el flujo de calor, p.ej. por convección con el flujo de líquido, ya que en caso contrario solamente está disponible para la transmisión de calor la pared del recipiente, proporcionalmente pequeña con relación al caudal de volumen.follow being able to dominate a reaction development eventually exothermic, evacuating heat flow, e.g. by convection with the flow of liquid, since otherwise only the wall of the wall is available for heat transfer container, proportionally small in relation to the flow rate of volume.

El dispositivo conforme a la invención es especialmente adecuado para reacciones físicas, en particular p.ej. para la disolución de gases en líquido, reacciones químicas, en particular p.ej. hidratación, oxidaciones así como reacciones de interfase suficientemente rápidas.The device according to the invention is especially suitable for physical reactions, in particular e.g. for the dissolution of gases in liquid, chemical reactions, in particular eg hydration, oxidation as well as reactions of interface fast enough.

Figures and examples

Las Figuras muestran:The figures show:

Fig. 1 Recipiente mezclador con elementos instaladosFig. 1 Mixing bowl with elements installed

Fig. 2 Tobera de chorro liso con conoFig. 2 Plain jet nozzle with cone

Fig. 3 Diagrama de flujo de la instalaciónFig. 3 Flow diagram of the installation

Fig. 4 Serie de fotos relativas a la lucha contra la espumaFig. 4 Series of photos related to the fight against the foam

La Fig. 1 muestra un ejemplo de disposición de un recipiente mezclador 1 con elementos instalados. La entrada tiene lugar con regulación de caudal en la cabeza del recipiente mezclador, a través de una o varias toberas convencionales de chorro liso 2, que van enroscadas en la tapa de recipiente 3. El flujo de líquido alimentado se reparte previamente entre distintos tubos de entrada 4. En el recipiente mezclador 1, el líquido atraviesa primero el colchón de gas 5 en forma de chorro libre e incide después sobre el cono 6. Mientras una parte del líquido fluye a lo largo de la envolvente del cono 6 continuando éste hacia abajo, el chorro restante pasa a través del orificio del cono y penetra en el tubo 7 situado debajo. Allí se imparte turbulencia al líquido y se mezcla con burbujas de gas, y poco tiempo después vuelve a salir por arriba. El agua rebosa de los tubos 7 y se recoge o remansa en la zona inferior 8 del recipiente 1. El líquido sale a través de la salida de líquido 9 en el fondo del recipiente 1.Fig. 1 shows an example of arrangement of a mixing vessel 1 with installed elements. The entrance takes place with flow regulation on the head of the container mixer, through one or several conventional nozzles of plain jet 2, which are screwed into the container lid 3. The flow of liquid fed is previously distributed between different inlet tubes 4. In the mixing vessel 1, the liquid first pass through the gas jet 5 in the form of a free jet and it then hits the cone 6. While a part of the liquid flows along the envelope of the cone 6 continuing this towards below, the remaining jet passes through the cone hole and penetrates the tube 7 below. There turbulence is imparted to liquid and mixed with gas bubbles, and shortly after back out. Water overflows with tubes 7 and collect or pool in the lower area 8 of the container 1. The liquid exits through the liquid outlet 9 at the bottom of the container one.

La Fig. 2 muestra una unidad de tobera 3 con el cono 6 unido fijo a la misma, en una vista de detalle.Fig. 2 shows a nozzle unit 3 with the cone 6 attached fixed thereto, in a detail view.

Ejemplo 1Example one

En un ensayo para la oxidación de sulfito se integró en una planta piloto un recipiente fabricado de plástico según la Fig. 3. Se trataba de un reactor tubular con un diámetro interior de 190 mm y de 1500 mm de longitud, puesto en posición vertical. En el interior del reactor se colgó un tubo cerrado en la parte inferior de 500 mm de longitud, fijado concéntricamente en cuatro barras de acero, siendo la distancia entre el borde superior del tubo y la tapa de 150 mm.In an assay for sulfite oxidation, integrated into a pilot plant a container made of plastic according to Fig. 3. It was a tubular reactor with a diameter internal 190 mm and 1500 mm long, put into position vertical. Inside the reactor a closed tube was hung on the 500 mm long bottom, concentrically fixed in four steel bars, the distance between the upper edge being of the tube and the cap of 150 mm.

Entremedias estaba dispuesto un cono con un orificio axial. El líquido que entraba en el recipiente como chorro libre incidía así primeramente sobre el cono, donde se subdividía formando un chorro cónico y un chorro libre. El chorro libre se generaba por medio de una tobera de chorro liso. La sección de flujo a la salida de la tobera era circular y de 8 mm de diámetro. El diámetro del orificio en el cono era de 7 mm. Mientras que el chorro libre, disminuido en el valor del chorro cónico incidía dentro del tubo dispuesto debajo, el chorro cónico incide cerca de la pared del recipiente directamente sobre el depósito de líquido en la parte inferior del recipiente. El nivel de llenado en el recipiente se reguló a 150 mm por debajo del borde superior del tubo.In between a cone with a axial hole The liquid that entered the vessel as a jet Free thus affected first the cone, where it was subdivided forming a conical jet and a free jet. The free jet is generated by means of a smooth jet nozzle. The flow section at the exit of the nozzle was circular and 8 mm in diameter. He diameter of the hole in the cone was 7 mm. Meanwhile he free jet, decreased in the value of the conical jet affected inside the tube arranged below, the conical jet strikes near the wall of the container directly on the liquid reservoir in The bottom of the container. The level of filling in the vessel was regulated 150 mm below the upper edge of the tube.

En la cabeza del recipiente estaba conectada una acometida de oxígeno, haciéndose reducido a 1 bar eficaz la presión de la conducción fija, mediante una válvula reductora de presión convencional. Entre la válvula reductora de presión y el reactor estaba intercalada también una electroválvula que abría al alcanzar el nivel de llenado máximo y cerraba al bajar al nivel de llenado mínimo. De este modo la presión en el interior del recipiente se mantenía sensiblemente constante en 1 bar eficaz.On the head of the vessel was connected a oxygen supply, the pressure being reduced to 1 bar effectively of fixed driving, by means of a pressure reducing valve conventional. Between the pressure reducing valve and the reactor it was also interspersed with a solenoid valve that opened when it reached the maximum fill level and closed when lowering to the fill level minimum. In this way the pressure inside the container is kept substantially constant at 1 bar effective.

Ejemplo 2Example 2

Se llevó a cabo un ensayo semejante al del ejemplo 1, determinando una aportación específica de energía de
0,019 kWh/m^{3}. Las cifras comparativas para un inyector convencional están en 0,075 kWh/m^{3}.A test similar to that of example 1 was carried out, determining a specific energy contribution of
0.019 kWh / m 3. The comparative figures for a conventional injector are at 0.075 kWh / m3.

Ejemplo 3Example 3

Se realizó un ensayo de acuerdo con el ejemplo 1 pero con una mezcla de aire-agua, pudiendo alcanzarse un equilibrio de concentración de hasta un 95% con relación al equilibrio de la solución. Mediante la variación de diversas combinaciones de toberas y conos se demostró además que sólo mediante la utilización del cono se puede dominar con seguridad la formación de espuma (véase también la serie de fotos en la Fig. 4).An assay was performed according to example 1 but with a mixture of air-water, being able to reach a concentration balance of up to 95% with relation to the balance of the solution. By varying various combinations of nozzles and cones were also shown that only by using the cone can it be mastered with safety foaming (see also the series of photos in Fig. 4).

Claims

1. Device for continuous mixing of fluids, understanding

--: un recipiente mezclador (1) conforme a los requisitos de presión planteados, y eventualmente con posibilidades de calefacción o refrigeración,a mixing vessel (1) conforming to pressure requirements raised, and eventually with heating possibilities or refrigeration,

--: una o varias toberas (2) para la introducción de líquido en el recipiente mezclador a través de las toberas, en la cabeza del recipiente mezclador,one or several nozzles (2) for the introduction of liquid into the container mixer through the nozzles, in the head of the container mixer,

--: sendos conos (6), con o sin orificio axial, inmediatamente debajo de cada tobera (2) y unidos fijos con ésta a una distancia definida,two cones (6), with or without axial hole, immediately below each nozzle (2) and fixed together with it at a distance defined,

--: tubos (7) abiertos por arriba y cerrados por abajo, salvo un orificio en el fondo, que están dispuestos en el recipiente mezclador debajo de cada tobera, correspondiéndole una tobera (2) a cada tubo,pipes (7) open at the top and closed at the bottom, except for a hole in the bottom, which are arranged in the mixing vessel below each nozzle, corresponding one nozzle (2) to each tube,

--: una salida de líquido (9) debajo de los tubos en el fondo del recipiente mezclador.a liquid outlet (9) under the tubes at the bottom of the container mixer.

2. Device according to claim 1, characterized in that the nozzles are plain jet nozzles.

3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the pressure loss in the nozzles in working conditions is less than 1 bar.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the nozzles have diameters of 2 to 50 mm.

Device according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the introduction of liquid through the nozzles takes place with a speed greater than 3 m / s.

Device according to claim 5, characterized in that the ratio between the diameter of the tube and the diameter of the corresponding nozzle is of the order of 3 to 8.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the distance between each of the tubes and the corresponding nozzle is of the order of 100-400 mm.

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the residence time of the liquid in the tubes is less than 10 seconds.

9. Use of the device according to one of the claims 1 to 8 for physical reactions, chemical reactions as well as for interface reactions.