ES2308228T3 - Proceso para la produccion continua de emulsiones. - Google Patents

Abstract

Un proceso multietapa para la producción continua de una emulsión que consiste en someter por lo menos dos líquidos inmiscibles a una serie de por lo menos dos estadios de mezclado efectuados por lo menos en dos dispositivos estator-rotor sucesivos, en dicho proceso la velocidad periférica de cada rotor de dichos dispositivos estator-rotor se sitúa entre 5 y 60 m/s, caracterizado porque una salida periférica (8) de un primer dispositivo estator-rotor (4, 5) está conectada a una entrada axial (9) del siguiente dispositivo estator-rotor (10) mediante un conducto (7), en el que el número de Reynolds Re T dentro de dicho conducto es mayor que 5000, la porción inicial de dicho conducto está orientada en dirección sustancialmente tangencial con respecto a la circunferencia del rotor.

Description

Proceso para la producción continua de emulsiones.

La presente invención se refiere a un proceso para la preparación continua de emulsiones que tengan una distribución uniforme de los tamaños de las gotas que forman la fase dispersa de la emulsión.

En particular, la presente invención se refiere a un proceso para la preparación continua de emulsiones que, como fase dispersa, contienen gotas de un aducto fundido de haluro de magnesio-base de Lewis, en dicha emulsión la distribución de tamaños de las gotas es especialmente estrecha.

La aplicación más inmediata y específica de la presente invención es la producción en continuo de emulsiones que, después del paso del enfriamiento, permite obtener partículas sólidas de un aducto de dihaluro de magnesio-base de Lewis que tenga una distribución más uniforme de tamaños. Las partículas sólidas obtenidas, en vista de su estrecha distribución de tamaños de partícula, pueden utilizarse con ventaja como soporte para la preparación de catalizadores soportados para la polimerización de olefinas.

Se sabe que los mezcladores y emulsionantes industriales se emplean para mezclar materiales diversos, por ejemplo adhesivos, recubrimientos (pinturas), cosméticos, alimentos, plásticos, etc. En general, dentro de los mezcladores industriales se generan fuerzas de cizallamiento de alta velocidad e hidráulicas por rotación de un rotor con respecto a un estator: los líquidos son introducidos por el eje hacia el interior del conjunto rotor-estator y se dispersan en sentido radical hacia el exterior del conjunto rotor-estator. Cuando dos líquidos inmiscibles se someten a fuerzas de cizallamiento de alta velocidad e hidráulicas, un líquido puede dispersarse en forma de gotas (fase dispersa) dentro del segundo (fase continua) produciendo la formación de una emulsión. El tamaño medio de las gotas de la fase dispersa guarda una relación directa con la intensidad de la energía aportada por el rotor. En general, cuanto mayor es la energía de agitación, tanto menor es el tamaño medio de las gotas obtenidas como fase dispersa de la emulsión. Otro parámetro importante, que influye en gran manera en el tamaño final de las gotas obtenidas, es el grado de coalescencia durante el proceso de emulsión. En tales procesos, las gotas de la emulsión se hallan sustancialmente en equilibrio dinámico entre la desintegración provocada por la acción de cizallamiento y los fenómenos de coalescencia que tienden a aglutinar las gotas. La coalescencia de las gotas provoca un aumento del tamaño medio final de las gotas obtenido a la salida del proceso, con lo cual aumenta de modo considerable la fracción de partículas gruesas. Dichos fenómenos de coalescencia vienen contrarrestados por la acción de cizallamiento provocada por el movimiento del rotor. En las zonas de mezclado próximas al rotor, la acción de cizallamiento es intensa y, por consiguiente, se forman gotas de tamaño pequeño. A medida que nos alejamos del rotor, la acción de cizallamiento disminuye y aumentan los fenómenos de coalescencia, lo cual provoca un aumento del tamaño de las gotas. Las gotas más grandes se forman en las zonas de mezclado que se hallan a cierta distancia del rotor. Como consecuencia de ello, la emulsión resultante presenta una distribución no uniforme de tamaños de las gotas.

En la patente US-5,622,650 se describe un proceso para emulsionar un líquido hidrófobo y un líquido hidrófilo con el fin de obtener emulsiones, especialmente emulsiones de aceite en agua.

Dichas emulsiones de aceite en agua se emplean para la fabricación de microcápsulas para la fabricación de papeles de calco sin carbón. Este proceso de emulsión recurre a un molino que consta de un cuerpo de molino, que en su interior tiene una cavidad sustancialmente cilíndrica. El molino contiene además un gran número de hileras anulares concéntricas, de proyecciones del rotor; las hileras anulares de las proyecciones del estator se hallan adyacentes y concéntricas a las anteriores y se hallan alojadas o intercaladas con las hileras anulares de las proyecciones del rotor. Los líquidos que entran en el molino pasan por zonas de cizallamiento de intensidad creciente, después de lo cual alcanzan la periferia exterior del miembro rotor. Los líquidos fluyen en sentido radial a través de un primer espacio de molienda y en sentido axial a través de un segundo espacio de molienda, dentro de la estrecha holgura periférica entre la circunferencia exterior moleteada del miembro rotor y la pared interior de la cavidad, después de lo cual los líquidos alcanzan la salida del molino. La característica más importante del molino de la patente US-5,622,650 es el uso de un proceso de alimentación continuo de un solo paso para producir emulsiones que tengan un tamaño de partícula más uniforme. Dicho proceso de paso único es específico de la preparación de microcápsulas para la fabricación de papeles de copia (calco) sin carbón y no se puede extrapolar a la preparación industrial de emulsiones que, una vez aplastadas, den lugar a partículas sólidas que puedan utilizarse para la fabricación de catalizadores
soportados.

En la patente US-5,643,506 se describe un proceso para fabricar microcápsulas que tienen una distribución de tamaños sustancialmente uniforme, que consiste en formar en continuo una emulsión de aceite en agua, en la que la fase hidrófoba constituye del 45% al 95% en volumen y la fase hidrófila constituye del 5 al 55% en volumen y en la que el tamaño de partículas de la emulsión se controla ajustando la proporción entre aceite y agua dentro de los intervalos recién mencionados. En referencia a la preparación de componentes sólidos de catalizador, es preferible con seguridad evitar la regulación de la distribución de tamaños de partícula cambiando la proporción entre la fase dispersa y la fase continua. Por ejemplo, la reducción de la cantidad de la fase dispersa provoca la consiguiente reducción de las partículas sólidas generadas generando una disminución inaceptable de la productividad del proceso. Además, el proceso de la patente US-5,643,506 describe la adición de compuestos químicos especiales (isocianatos) a la fase hidrófoba y a la fase hidrófila. La adición de tales compuestos químicos provoca una modificación de las características físicas y químicas de la emulsión obtenida. Esta técnica no puede aplicarse a la preparación de componentes de catalizadores sólidos, ya que dichos compuestos químicos pueden provocar una reducción drástica de la actividad del catalizador final.

En la patente US-5,632,596 se describe un conjunto de rotor-estator para producir emulsiones líquido-líquido de tamaño submicrométrico de gota, este conjunto de rotor-estator puede explotarse en una gran variedad de operaciones de mezclado, p.ej. mezclado, emulsionado, homogeneización, disolución, dispersión, mezclado, etc. La configuración particular del conjunto de rotor-estator de la patente US-5,632,596 produce un aumento de la acción de cizallamiento en la mezcla líquida a tratar. Dicho conjunto de rotor-estator incluye un rotor y un estator, cada uno de los cuales tiene un gran número de dientes, la altura de los dientes es inferior a aproximadamente una veinteava parte del diámetro del rotor-estator.

En la patente US-6,000,840 se describen conjuntos de rotor-estator idóneos para mezcladores y emulsionadores industriales, cuya configuración mecánica constituye una alternativa a la descrita en la patente US-5,632,596. La configuración particular de los conjuntos de rotor-estator de la patente US-6,000,840 permite transmitir fuerzas de cizallamiento incrementadas y/o adicionales y presiones aumentadas a la mezcla tratada. El estator de la patente US-6,000,840 está formado por una pluralidad de aberturas, dicha pluralidad de aberturas está dispuesta por parejas en modelos generalmente en forma de V. El rotor del conjunto anterior contiene una pluralidad de paletas y medios para soportar dichas paletas para la rotación alrededor de un eje, por lo menos una de dichas paletas tiene una superficie dispuesta en ángulo oblicuo con respecto a dicho eje de rotación.

Tanto los conjuntos anteriores de rotor-estator de la patente US-5,632,596 y como de la 6,000,840 tienen como objetivo mejorar el efecto de mezclado en un solo estadio de mezcla y no toman en consideración los fenómenos de coalescencia que tienen lugar después del estadio de mezclado. Tal como se ha mencionado anteriormente, los fenómenos de coalescencia son especialmente relevantes porque producen un aumento del tamaño de las gotas y, por consiguiente, las emulsiones obtenidas se caracterizan por una distribución no uniforme de los tamaños de las gotas.

En el documento WO 99/08782 A1 se describe un método con arreglo al preámbulo de la reivindicación 1.

El alto grado de coalescencia de los métodos convencionales mencionados de la técnica anterior es un efecto molesto, porque, cuando no se controlan los fenómenos de coalescencia, tiene lugar una formación de emulsiones con gotas en la fase dispersa que tienen una distribución de tamaños más amplia y no uniforme. Este inconveniente tiene que reducirse necesariamente a la mínima expresión, en especial cuando la emulsión obtenida tiene que emplearse para preparar catalizadores soportados para la polimerización de olefinas. De hecho, en esta aplicación específica es muy deseable una distribución de tamaños del soporte tan estrecha como sea posible.

En vista de lo anterior, sería deseable poder disponer de un proceso para la preparación continua de emulsiones, en el que se reduzcan al mínimo los fenómenos de coalescencia y en el que se incremente la eficacia del proceso en términos de energía transferida a los líquidos.

Ahora se ha encontrado un proceso para preparar emulsiones de dos líquidos inmiscibles, en dicho proceso se minimizan los fenómenos de coalescencia, con lo cual se obtienen emulsiones caracterizadas por una estrecha distribución de tamaños de las gotas de la fase dispersa.

Es también un objeto de la presente invención un proceso multipaso para la producción continua de una emulsión con arreglo a las características definidas en la reivindicación 1.

La velocidad periférica del disco rotor se define en general como el producto de la velocidad de rotación angular multiplicada por el radio del rotor propiamente dicho.

El número de Reynolds relativo al movimiento de un líquido dentro de un tubo (Re_{T}) se define mediante la fórmula

Re = D\cdotv\cdotd/\eta

en la que D es el diámetro del tubo, v es la velocidad lineal del líquido, d es su densidad y \eta es la viscosidad dinámica.

Según el proceso de la presente invención, el mezclado de dos o más líquidos inmiscibles se lleva a cabo en uno o más dispositivos rotor-estator, cada estadio de mezclado está conectado con el siguiente mediante uno o más conductos que conectan la salida periférica de un dispositivo estator-rotor con la entrada axial del siguiente dispositivo estator-rotor.

A lo largo de la presente descripción, el término "salida periférica" significa que la salida está situada en la proximidad de la periferia exterior del rotor, el término "entrada axial" significa que la entrada está situada en la porción central del dispositivo estator-rotor, es decir, que está en la proximidad del eje del rotor.

Ahora se describirá el proceso de la invención con referencia a la preparación de una emulsión que contiene, como fase dispersa, un aducto fundido de dihaluro de magnesio-base de Lewis, y, como fase continua, cualquier líquido que sea inerte e inmiscible con respecto a dicho aducto de dihaluro de Mg-base de Lewis.

Dicho líquido inerte e inmiscible es con preferencia un líquido orgánico elegido entre hidrocarburos alifáticos y aromáticos, aceites de silicona, polímeros líquidos o mezclas de dichos compuestos. Son especialmente preferidos los aceites de parafina y aceites de silicona que tienen una viscosidad entre 30 cSt y 300 cSt a temperatura ambiente.

En lo que respecta a la proporción de alimentación de los componentes anteriores, el aducto fundido del dihaluro de magnesio-base de Lewis se alimenta al primer estadio de mezclado en una proporción ponderal por lo general inferior a 0,5, con preferencia inferior a 0,3, con respecto al anterior líquido inerte e inmiscible.

De modo inesperado se ha encontrado que cuando se imponen los valores recién indicados de velocidad periférica (5-60 m/s) y de Re_{T} (>5000), se consigue la minimización de los fenómenos de coalescencia a lo largo del proceso de emulsión. En particular, los mejores resultados en términos de minimización de los fenómenos de coalescencia y mejora de la distribución de los tamaños de gota se consiguen cuando se cumplen los siguientes parámetros de proceso:

- número de Reynolds Re_{T} mayor que 8000 dentro de cada conducto;

- velocidad periférica del disco rotor entre 20 y 60 m/s;

- tiempo de residencia inferior a 1 segundo en cada estadio de mezclado.

El tiempo de residencia de un estadio de mezclado se define como la relación entre el volumen ocupado por el líquido en el estadio de mezclado y la velocidad volumétrica de salida del estadio de mezclado.

Según el proceso de la presente invención los líquidos inmiscibles antes indicados se alimentan al primer estadio de mezclado de un primer dispositivo estator-rotor. La entrada de los dos líquidos está situada en la proximidad del eje del rotor (entrada axial), de modo que los líquidos que entran son obligados por la rotación del rotor a avanzar desde el eje del rotor hacia el borde periférico del rotor. De este modo, los anteriores componentes líquidos se mueven a gran velocidad dentro del espacio restringido, comprendido entre el estator y la superficie del rotor. Debido a la fuerte acción de agitación y de cizallamiento que genera la rotación del rotor, se forma una emulsión de los líquidos anteriores. Debido a la inmiscibilidad mutua, el aducto de dihaluro de magnesio-base de Lewis es obligado a dispersarse en forma de pequeñas gotas dentro del líquido alimentado en forma de fase continua.

Cuando la emulsión obtenida llega a la región periférica del primer estadio de mezclado, es obligada a entrar en el conducto que conecta la salida periférica del primer dispositivo estator-rotor con una entrada situada en la porción central del siguiente dispositivo estator-rotor. El trasvase de la emulsión a lo largo del conducto se realiza aprovechando la energía aportada por el primer disco rotor. Una vez introducida dentro del segundo estadio de mezclado, la emulsión es obligada por la rotación de un segundo disco rotor a fluir a gran velocidad desde el eje del rotor hacia el borde periférico del rotor. En términos de cizallamiento y agitación, en el segundo estadio de mezclado se logran los mismos efectos que en el primer estadio. Cuando la emulsión alcanza la zona periférica del segundo estadio de mezclado, entonces es obligada a entrar en otro conducto que conecta la salida periférica del segundo dispositivo estator-rotor con la entrada axial del siguiente dispositivo estator-rotor.

En vista de la intensa acción de cizallamiento generada por cada disco rotor, se establece un flujo turbulento cuando la emulsión avanza a través de los conductos que conectan los estadios de mezclado entre sí. Tal como se ha explicado antes, el número de Reynolds Re_{T} de la emulsión dentro de los conductos de conexión por lo general es superior a 5000. Debe tener en cuenta que los valores del Re inferiores a 2000 corresponden a un flujo laminar, mientras que los valores de Re superiores a 4000 corresponden a un flujo turbulento. La zona entre 2000 y 4000 es la llamada zona de transición. Los conductos de conexión tienen con preferencia una forma espiral: esta forma mejora la eficacia del proceso en términos de reducción de los fenómenos de coalescencia entre un estadio de mezclado y el siguiente.

Los sucesivos estadios de mezclado después del primero tienen la función de mejorar la eficacia del proceso de emulsión aumentando la cantidad de energía aplicada a los líquidos. Después se descarga la emulsión obtenida del último estadio de mezclado a través de la salida periférica situada en correspondencia en el último dispositivo rotor-estator.

En el proceso de emulsión de la presente invención, la energía de mezclado es aportada a los líquidos de manera más uniforme que en los procesos de la técnica anterior. El proceso multietapa de la presente invención es especialmente innovador, porque permite utilizar más estadios de mezclado, superando los problemas de la técnica anterior causados por los fenómenos de coalescencia entre un estadio y el siguiente. De hecho, la distribución de tamaños de las gotas obtenida a la salida de cada estadio de mezclado se mantiene sustancialmente invariable en la entrada del siguiente estadio de mezclado por efecto de la conexión específica que une los dispositivos estator-rotor. Gracias a la alta intensidad de turbulencia (Re_{T} > 5000) aportada dentro de cada conducto de conexión, el proceso de la presente invención permite minimizar los fenómenos de coalescencia entre los estadios de mezclado. Como consecuencia de ello, los resultados obtenidos en el primer estadio de mezclado en términos de distribución de tamaños de las gotas pueden trasladarse sin modificación sustancial al segundo estadio de mezclado, en el que la distribución de tamaños de las gotas se sigue mejorando. Esta es la principal ventaja que proporciona la presente invención. De hecho, la minimización de los fenómenos de coalescencia permite la preparación de una emulsión caracterizada por una distribución más uniforme de las gotas.

Puede transmitirse la misma cantidad de energía a los componentes líquidos de cada estadio de mezclado o, como alternativa, puede transmitirse una cantidad creciente de energía cuando se pasa de un estadio de mezclado al siguiente. De hecho es posible aumentar la energía aportada en un dispositivo rotor-estator aumentando adecuadamente la velocidad periférica del rotor o, como alternativa, disminuyendo la holgura existente entre la superficie lateral del rotor y las paredes del estator correspondiente. Además, mediante el uso de discos rotores que tengan diferentes grosores es posible modificar dicha holgura, aumentando o disminuyendo de este modo la energía aportada a cada estadio de mezclado.

Según una forma preferida de ejecución, el proceso de la invención consta de una serie de tres estadios de mezclado.

En lo que respecta al aducto fundido de dihaluro de magnesio-base de Lewis, es preferido el uso de de MgCl_{2} como dihaluro de magnesio. La base de Lewis que forma el aducto con el dihaluro de Mg se elige con preferencia entre el grupo formado por aminas, alcoholes, ésteres, fenoles, éteres, poliéteres y ácidos (poli)carboxílicos aromáticos o alifáticos.

Entre ellos son especialmente preferidos los alcoholes de la fórmula ROH, en la que R es un grupo alquilo que tiene de 1 a 10 átomos de carbono.

Los aductos fundidos especialmente preferidos, que se emplean en la presente invención, son los de la fórmula MgCl_{2}\cdotmROH\cdotnH_{2}O, en la que m = 0,1-6,0, n = 0-0,7 y R tiene el significado definido antes. Entre los aductos especialmente preferidos están aquellos, en los que m se sitúa entre 2 y 4, n se sitúa entre 0 y 0,4 y R es un grupo etilo.

Se describe también un aparato para la producción continua de una emulsión, que consta por lo menos de dos dispositivos estator-rotor, cada estator, excepto el último, está conectado con el siguiente estator mediante un conducto que se extiende desde la salida periférica del primer estator hasta la entrada axial del siguiente estator. La porción inicial de dichos conductos está orientada en dirección sustancialmente tangencial con respecto a la circunferencia de cada rotor y en una dirección sustancialmente paralela con respecto al eje de rotación de cada rotor.

La eficacia del aparato anterior en términos de minimización de los fenómenos de coalescencia se mejora cuando los conductos, que transportan la emulsión de un dispositivo rotor-estator al siguiente, tienen forma de espiral.

En general, cada rotor está perforado con uno o más orificios pequeños que permiten que los líquidos de la emulsión pasen de un lado a otro del mismo rotor. De este modo, los dos espacios comprendidos entre las superficies laterales de cada rotor y el correspondiente estator están explotados y sometidos a la acción de cizallamiento ejercida por el rotor. Opcionalmente, la circunferencia de cada rotor puede estar ligeramente ranurada con el fin de impedir fenómenos de coalescencia en la capa de líquido más pegada al estator, en la que es más probable que ocurran los fenómenos de coalescencia.

La holgura axial entre cada rotor y el correspondiente estator se sitúa por lo general entre 0,1 y 2,0 mm, con preferencia entre 0,2 y 1,2 mm. La holgura axial puede definirse como la distancia comprendida entre la superficie lateral de un rotor y la superficie del correspondiente estator.

La holgura radial, entendida como la distancia radical entre la circunferencia de cada rotor y el correspondiente estator, se sitúa por lo general entre 0,2 y 5,0 mm, con preferencia entre 0,5 y 2,0 mm.

Los valores anteriores de la holgura axial y radial pueden elegirse fácilmente mediante el simple cambio de las dimensiones de los discos rotores. Esta es una ventaja, que proporciona sencillez al diseño y al mantenimiento del aparato.

Tal como se ha mencionado antes, el aparato consta por lo menos de dos dispositivos rotor-estator. En una forma preferida de ejecución, el aparato consta de tres dispositivos rotor-estator y la holgura axial entre el disco rotor y el correspondiente estator disminuye de un estadio de mezclado al siguiente.

Se facilita un esquema del proceso de la presente invención y el aparato publicado con referencia a las figuras adjuntas, que se presentan con fines ilustrativos, sin limitar el alcance de la invención.

La figura 1 es una representación del proceso y aparato, mostrándose una serie de tres estadios de mezclado.

La figura 2 es una vista frontal del primer dispositivo rotor-estator del mismo aparato que se ha representado en la figura 1.

Con respecto a la figura 1, se alimentan una corriente 1 que contiene el aducto fundido de dihaluro de magnesio-base de Lewis y una corriente 2 que contiene un líquido inerte e inmiscible a un primer estadio de mezclado, que se lleva a cabo en un primer dispositivo estator-rotor. Se proporciona una entrada axial 3 al estator 4, de modo que la entrada de los líquidos esté forzada por la rotación del rotor 5 que los obliga a avanzar desde el eje del rotor 6 hacia el borde periférico del rotor. De este modo, los componentes del líquido avanzan con gran velocidad dentro de un espacio restringido, comprendido entre el estator 4 y la superficie lateral del rotor 5.

Debido a la fuerte acción de agitación y cizallamiento generada por la rotación del rotor 5, se forma una emulsión de los líquidos anteriores. Cuando la emulsión alcanza la región periférica del primer estadio de mezclado, es obligada a entrar en el conducto 7 que conecta la salida periférica 8 del primer dispositivo estator-rotor con una entrada axial 9 situada en la porción central del siguiente dispositivo estator-rotor.

Una vez introducida dentro del segundo dispositivo rotor-estator, la emulsión es forzada por la rotación de un segundo rotor 10 a avanzar a gran velocidad desde el eje del rotor hacia el borde periférico del rotor 10. Cuando la emulsión alcanza la zona periférica del segundo estadio de mezclado, entonces es forzada a entrar en otro conducto 11 que conecta la salida periférica 12 del segundo dispositivo estator-rotor con la entrada axial 13 del siguiente dispositivo estator-rotor. Por la rotación del rotor 14, la emulsión es forzada a avanzar desde el eje del rotor al borde periférico del rotor 14 y después se descarga desde el tercer estadio de mezclado a través del conducto 15.

Con respecto a la figura 2, se presenta una vista frontal del primer dispositivo rotor-estator de la figura 1.

Se proporciona una entrada axial 3 de los dos líquidos inmiscibles alrededor del eje de rotación 6 del primer rotor 5. Los líquidos entrantes son forzados por la rotación del rotor 5 a avanzar desde la entrada axial 3 hacia el borde periférico del rotor 5, tal como se indica por la dirección radial de las flechas de la figura 2. Después, la emulsión así formada avanza a gran velocidad dentro del volumen restringido 20, comprendido entre el borde periférico del rotor 5 y el correspondiente estator 4, antes de ser descargada del primer dispositivo rotor-estator a través de la salida periférica 8, que tiene con preferencia una dirección tangencial con respecto a la circunferencia del rotor.

Las emulsiones obtenidas por el proceso de la presente invención tienen propiedades excelentes en lo que respecta a la distribución de tamaños de las gotas y las propiedades morfológicas de los productos obtenidos cuando se aplastan las gotas.

De hecho, la aplicación más importante del proceso de la invención es la preparación continua de emulsiones, que, una vez aplastadas en condiciones apropiadas, dan lugar a la formación de partículas sólidas que tienen una distribución más uniforme de tamaños. Un método preferido para el enfriamiento de la emulsión se describe en la solicitud de patente del mismo solicitante WO 02/051544. Según esta patente, la emulsión, que contiene gotas del anterior aducto fundido, se enfría por trasvase a un baño de enfriamiento, que contiene un líquido refrigerante que se mueve dentro de una zona tubular. Tal como se ha expuesta en esta patenta, la relación v_{e}/v_{ref} entre la velocidad de la emulsión v_{e}) descargada del dispositivo rotor-estator de la invención y la velocidad del líquido refrigerante (v_{ref}) debería mantenerse dentro del intervalo de 0,25 a 4, con preferencia de 0,5 a 2, con el fin de obtener los mejores resultados en cuanto a la distribución de tamaños de partícula.

La solidificación del aducto de dihaluro de magnesio-base de Lewis, contenido en la emulsión en forma de gotas, da lugar a partículas sólidas, que, en vista de su estrecha distribución de tamaños de partícula, pueden utilizarse con ventaja como soporte para la preparación de catalizadores soportados para la polimerización de olefinas.

De hecho, en la preparación de catalizadores soportados para la polimerización de olefinas, es muy deseable obtener una distribución de tamaños de partículas de soporte que sea lo más estrecha posible, dentro del intervalo de valores medios requeridos por esta aplicación específica.

Las partículas de soporte obtenidas aplastando la emulsión obtenida antes se caracterizan por un tamaño medio comprendido entre 4 y 120 \mum.

La distribución de tamaños de partícula puede valorarse mediante la fórmula:

SPAN = \frac{P90-P10}{P50}

en la que, en una curva de distribución de tamaños de partícula, P90 es el valor del diámetro, tal que el 90% de las partículas totales tenga un diámetro inferior a este valor, P10 es el valor del diámetro tal que el 10% de las partículas totales tenga un diámetro inferior a este valor y P50 es el valor del diámetro tal que el 50% de las partículas totales tenga un diámetro inferior a este valor. Está claro que un valor SPAN bajo implica una distribución estrecha de tamaños de partícula.

En el caso particular de un aducto de la fórmula MgCl_{2}\cdotmROH, en la que m se sitúa entre 0,1 y 6, y R es un grupo alquilo que contiene de 1 a 10 átomos de carbono, el proceso de la invención permite obtener una distribución de tamaños de gota según la fórmula

\frac{P90-P10}{P50}

de menos de 1,2 y con preferencia de menos de 1,0.

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El proceso proporcionado por la presente invención es extraordinariamente ventajoso, porque permite elegir el valor promedio de la distribución de tamaños de partícula dentro de un intervalo amplio (4-120 \mum), al tiempo que se mantiene una estrecha distribución de los tamaños de las partículas (SPAN<1,2). Estos resultados se presentan en los ejemplos de puesta en práctica de la presente solicitud de patente y se han obtenido sin añadir a la emulsión ningún compuesto químico, tensioactivo ni otros aditivos. Tal como se ha mencionado, estos compuestos químicos no son compatibles con la preparación de componentes de catalizadores sólidos, ya que pueden provocar una reducción drástica de la actividad del catalizador final.

La obtención de componentes de catalizadores sólidos que tengan una curva de distribución lo más estrecha posible reduce también la formación de finos durante la polimerización de \alpha-olefinas. Esto es especialmente ventajoso porque en un proceso de polimerización en fase gaseosa los finos son la causa de la formación de cargas electrostáticas dentro del reactor de polimerización y pueden provocar fácilmente el ensuciamiento de las paredes del reactor. Además, los finos se arrastran fácilmente en corrientes gaseosas recicladas desde el fondo del lecho de polimerización para el enfriamiento del reactor y este reciclado no es deseado.

Los siguientes ejemplos tienen que considerarse representativos y no limitadores del alcance de la invención.

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Ejemplos

En los ejemplos 1-3 se efectúa el proceso de la invención según la forma de ejecución representada en la figura 1, en la que se utilizan tres estadios de mezclado.

El ejemplo comparativo 4 se efectúa en un aparato de un solo estadio, que consta solamente del primer dispositivo rotor-estator de la figura 1 (estator 4 y rotor 5), desde el cual se descarga la emulsión obtenida sin pasar por los siguientes dispositivos rotor-estator.

Los parámetros mencionados a continuación pueden definirse del modo siguiente:

Re_{T} = D\cdotv\cdotd/\eta, en el que D es el diámetro del tubo, v es la velocidad lineal del líquido, d es la densidad del líquido y \eta es la viscosidad dinámica del líquido;

velocidad periférica = producto de la velocidad angular del rotor multiplicada por el radio del rotor;

SPAN = \frac{P90 - P10}{P50}

en la que P90 es el valor del diámetro, tal que el 90% de las partículas totales tenga un diámetro inferior a este valor, P10 es el valor del diámetro tal que el 10% de las partículas totales tenga un diámetro inferior a este valor y P50 es el valor del diámetro tal que el 50% de las partículas totales tenga un diámetro inferior a este valor.

Ejemplo 1

Los siguientes componentes líquidos se alimentan a 125ºC a la entrada axial del primer dispositivo rotor-estator:

- un aceite mineral (viscosidad dinámica a 40ºC de 52 cPoise y densidad de 865 kg/m^{3}) como fase continua de la emulsión;

- un aducto fundido de la fórmula MgCl_{2}\cdot2,7C_{2}H_{5}OH como fase dispersa de la emulsión.

La velocidad de alimentación (en peso) entre el anterior aducto fundido y el anterior aceite mineral es de 0,13.

Las condiciones operativas son tales que el tiempo de residencia dentro de cada dispositivo rotor-estator se mantenga en un valor de 0,1 segundos, cuando la velocidad periférica de los discos rotores es de 7,0 m/s. El Re_{T} dentro de los conductos que conectan los estadios de mezclado es de aprox. 8200.

Se descarga una emulsión que, como fase dispersa, contiene el aducto fundido y, como fase continua, el aceite mineral de la salida del tercer estadio de mezclado. El aplastamiento de la emulsión obtenida conduce a la obtención de partículas sólidas que tienen un tamaño medio de 68 \mum y un SPAN = 1,0. Se obtienen, por tanto, partículas sólidas caracterizadas por una distribución de tamaños especialmente estrecha.

Ejemplo 2

Los dos líquidos inmiscibles del ejemplo 1 se introducen en la entrada axial del primer dispositivo rotor-estator con la misma velocidad de alimentación para el aducto fundido que para el aceite mineral.

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Las condiciones operativas son tales que el tiempo de residencia dentro de cada dispositivo rotor-estator se mantiene en un valor de 0,11 segundos, mientras que la velocidad periférica de los discos rotores es de 56,0 m/s. El número Re_{T} dentro de los conductos que conectan los estadios de mezclado es de aprox. 8400.

Se descarga una emulsión que, como fase dispersa, contiene el aducto fundido y, como fase continua, el aceite mineral de la salida del tercer estadio de mezclado. El aplastamiento de la emulsión obtenida conduce a la obtención de partículas sólidas que tienen un tamaño medio de 12 \mum y un SPAN = 0,9.

Ejemplo 3

Los dos líquidos inmiscibles del ejemplo 1 se introducen en la entrada axial del primer dispositivo rotor-estator en una proporción (en peso) entre el aducto fundido y el aceite mineral de 0,07.

Las condiciones operativas son tales que el tiempo de residencia dentro de cada dispositivo rotor-estator se mantiene en un valor de 0,1 segundos, mientras que la velocidad periférica de los discos rotores es de 56,0 m/s. El número Re_{T} dentro de los conductos que conectan los estadios de mezclado es de aprox. 8000.

Se descarga una emulsión que, como fase dispersa, contiene el aducto fundido y, como fase continua, el aceite mineral de la salida del tercer estadio de mezclado.

El aplastamiento de la emulsión obtenida conduce a la obtención de partículas sólidas que tienen un tamaño medio de 9,5 \mum y un SPAN = 0,8.

Ejemplo 4

(Comparativo)

Se introducen los mismos dos líquidos inmiscibles de los ejemplos previos en la entrada axial de un aparato de un solo estadio, que solamente contiene un dispositivo rotor-estator.

La proporción de alimentación (en peso) entre el aducto fundido y el aceite mineral se mantiene en 0,13. Se establecen las mismas condiciones operativas del ejemplo 2: el tiempo de residencia dentro del dispositivo rotor-estator se mantiene en 0,1 segundos, mientras que la velocidad periférica de los discos rotores es de 56 m/s.

Se descarga una emulsión que, como fase dispersa, contiene el aducto fundido y, como fase continua, el aceite mineral de la salida dicho dispositivo rotor-estator. El aplastamiento de la emulsión obtenida conduce a la obtención de partículas sólidas que tienen un tamaño medio de 16 \mum y un SPAN = 1,4. Los expertos en la técnica de soportes sólidos para catalizadores ya saben que las partículas así obtenidas se caracterizan por una amplia distribución de tamaños. Por consiguiente, las partículas sólidas obtenidas en este ejemplo comparativo tienen que tamizarse, antes de poder utilizarse para la preparación de catalizadores soportados para la polimerización de olefinas.

Claims (14)

1. Un proceso multietapa para la producción continua de una emulsión que consiste en someter por lo menos dos líquidos inmiscibles a una serie de por lo menos dos estadios de mezclado efectuados por lo menos en dos dispositivos estator-rotor sucesivos, en dicho proceso la velocidad periférica de cada rotor de dichos dispositivos estator-rotor se sitúa entre 5 y 60 m/s, caracterizado porque una salida periférica (8) de un primer dispositivo estator-rotor (4, 5) está conectada a una entrada axial (9) del siguiente dispositivo estator-rotor (10) mediante un conducto (7), en el que el número de Reynolds Re_{T} dentro de dicho conducto es mayor que 5000, la porción inicial de dicho conducto está orientada en dirección sustancialmente tangencial con respecto a la circunferencia del rotor.

2. El proceso según reivindicación 1, en el que dicha emulsión contiene, como fase dispersa, un aducto fundido de dihaluro de magnesio-base de Lewis.

3. El proceso según reivindicaciones 1-2, en el que dicha emulsión contiene, como fase continua, cualquier líquido que sea inerte e inmiscible con dicho aducto fundido de dihaluro de magnesio-base de Lewis.

4. El proceso según reivindicación 3, en el que dicho líquido inerte e inmiscible se elige entre los hidrocarburos alifáticos y aromáticos, aceites de silicona, polímeros líquidos o mezclas de dichos compuestos.

5. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que dicho aducto fundido de dihaluro de magnesio-base de Lewis se introduce dentro de dicho primer dispositivo estator-rotor en una relación ponderal de menos de 0,5 con respecto a dicho líquido inerte e inmiscible.

6. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que en cada estadio de mezclado el tiempo de residencia es de menos de 1 segundo.

7. El proceso según reivindicación 1, en el que la velocidad periférica de cada disco rotor se sitúa dentro del intervalo de 20 a 60 m/s.

8. El proceso según reivindicación 1, en el que el número de Reynolds Re_{T} dentro de dicho conducto es mayor que 8000.

9. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1-8 que consta de una serie de estadios de mezclado.

10. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que dicho dihaluro de magnesio es el cloruro magnésico.

11. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en el que dicha base de Lewis se elige entre las aminas, alcoholes, ésteres, fenoles, éteres, poliéteres, ácidos (poli)carboxílicos aromáticos o alifáticos.

12. El proceso según reivindicación 11, en el que dicha base de Lewis es un alcohol de la fórmula ROH, en la que R es un grupo alquilo que tiene de 1 a 10 átomos de carbono.

13. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en el que se emplea un aducto fundido de la fórmula MgCl_{2}\cdotmROH\cdotnH_{2}O, en la que m = 0,1-6,0, n = 0-0,7 y R = un grupo alquilo C_{1}-C_{10}.

14. El proceso según reivindicación 13, en el que m = 2,0-4,0, n = 0-0,4 y R = un grupo etilo.