ES2336112T3 - Micromezclador estatico. - Google Patents

Micromezclador estatico. Download PDF

Info

Publication number
ES2336112T3
ES2336112T3 ES04739596T ES04739596T ES2336112T3 ES 2336112 T3 ES2336112 T3 ES 2336112T3 ES 04739596 T ES04739596 T ES 04739596T ES 04739596 T ES04739596 T ES 04739596T ES 2336112 T3 ES2336112 T3 ES 2336112T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
plates
channels
mixing zone
plate
partial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
ES04739596T
Other languages
English (en)
Inventor
Gerhard Schanz
Gerhard Sendelbach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Procter and Gamble Co
Original Assignee
Procter and Gamble Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=34088828&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=ES2336112(T3) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Procter and Gamble Co filed Critical Procter and Gamble Co
Application granted granted Critical
Publication of ES2336112T3 publication Critical patent/ES2336112T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0093Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30Injector mixers
    • B01F25/31Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/314Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit
    • B01F25/3142Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit the conduit having a plurality of openings in the axial direction or in the circumferential direction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30Micromixers
    • B01F33/301Micromixers using specific means for arranging the streams to be mixed, e.g. channel geometries or dispositions
    • B01F33/3012Interdigital streams, e.g. lamellae
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30Micromixers
    • B01F33/301Micromixers using specific means for arranging the streams to be mixed, e.g. channel geometries or dispositions
    • B01F33/3017Mixing chamber
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30Micromixers
    • B01F33/304Micromixers the mixing being performed in a mixing chamber where the products are brought into contact
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/56General build-up of the mixers
    • B01F35/561General build-up of the mixers the mixer being built-up from a plurality of modules or stacked plates comprising complete or partial elements of the mixer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2215/00Auxiliary or complementary information in relation with mixing
    • B01F2215/04Technical information in relation with mixing
    • B01F2215/0413Numerical information
    • B01F2215/0418Geometrical information
    • B01F2215/0431Numerical size values, e.g. diameter of a hole or conduit, area, volume, length, width, or ratios thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00783Laminate assemblies, i.e. the reactor comprising a stack of plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00851Additional features
    • B01J2219/00858Aspects relating to the size of the reactor
    • B01J2219/0086Dimensions of the flow channels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00889Mixing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)
  • Saccharide Compounds (AREA)

Abstract

Micromezclador estático que comprende - una caja (11) con como mínimo dos conductos de alimentación de fluido (12a) y como mínimo un conducto de descarga de fluido (16) y - como mínimo dos placas (1) dispuestas en una pila dentro de la caja (11), - en donde las placas (1) están superpuestas de modo tal, que las aberturas de entrada (2) forman canales secundarios para alimentar el correspondiente flujo de educto y las zonas de mezclado (5) forman un canal principal para la descarga del flujo de producto y el canal principal y los canales secundarios se extienden a través de la pila, caracterizado por que las dos o más placas (1) dispuestas en la caja (11) están configuradas como componentes de modo tal, que la placa (1) - comprende como mínimo una abertura de entrada (2) para la entrada de como mínimo un flujo de educto en un canal de conexión (3) situado en el plano de la placa y como mínimo una abertura de salida (4) para la salida del flujo de educto a una zona de mezclado (5) situada en el plano de la placa, - en donde la abertura de entrada (2) está comunicada con la abertura de salida (4) mediante el canal de conexión (3) situado en el plano de la placa, - en donde el canal de conexión (3) está dividido en dos o más canales parciales (7) mediante unidades de microestructuras (6) antes de la desembocadura en la zona de mezclado (5), en donde las anchuras de los canales parciales son del orden de milímetros a fracciones de milímetro y son menores que la anchura de la zona de mezclado (5), y - en donde la relación entre la anchura máxima del canal de conexión (3) y la anchura de los canales parciales (7) en su salida a la zona de mezclado (5) es superior a 2.

Description

Micromezclador estático.
La presente invención se refiere a un micromezclador estático destinado a realizar reacciones químicas.
Cuando se mezclan, como mínimo, dos fluidos, la finalidad es lograr una distribución uniforme de los dos fluidos en un tiempo determinado, generalmente lo más breve posible. En los mezcladores dinámicos, el mezclado se realiza utilizando agitadores de accionamiento mecánico, mediante la generación de condiciones de flujo turbulento. Los mezcladores dinámicos tienen el inconveniente de que, debido a las piezas mecánicas componentes, no es fácil reducir su tamaño. En los mezcladores estáticos, el mezclado se realiza sin utilizar piezas móviles. Se puede reducir el tamaño de estos mezcladores para construir los llamados micromezcladores, de los que se conocen varias formas de realización. La ventaja de los micromezcladores estáticos es la reducción del tamaño de las piezas componentes y, con ello, la posibilidad de integrarlos en otros sistemas tales como intercambiadores de calor y reactores. Mediante la acción conjunta de dos o más componentes conectados entre sí en un espacio reducido, se consiguen posibilidades adicionales de optimización de procesos. La muy estrecha distribución de los tiempos de mezclado que se puede conseguir con los micromezcladores estáticos permite múltiples posibilidades de optimización de las transformaciones químicas, en lo que respecta a la selectividad y el rendimiento. Se pueden conseguir tiempos de mezclado de entre 1 segundo y pocos milisegundos, de modo que se puede realizar el mezclado de gases de forma notablemente más rápida. El potencial de aplicaciones de los micromezcladores se extiende desde las mezclas líquido-líquido y gas-gas, hasta la preparación de emulsiones líquido-líquido y dispersiones gas-líquido y, con ello, también a las reacciones de varias fases y de transferencia de fases. Una clase de micromezcladores se basa en procesos de mezclado con control de la difusión. Para ello, se generan alternadamente láminas contiguas de fluido que tienen un espesor del orden de micrómetros. Mediante la selección de la geometría, es posible ajustar el espesor de las láminas de fluido y, con ello, los recorridos de difusión. Por ejemplo, en DE-199.27.556.A1, DE-202.06.371.U1 y WO-02/089962 se describen micromezcladores estáticos de este tipo. El inconveniente de los micromezcladores que se basan en la difusión entre láminas de fluido microscópicas es que se requiere una velocidad de flujo relativamente pequeña para generar y mantener las condiciones de flujo laminar. Con este principio de mezclado sólo pueden obtenerse rendimientos relativamente reducidos.
También son conocidos los micromezcladores que constan de componentes conductores dotados de canales pasantes, o bien de películas dotadas de ranuras que, cuando están superpuestos en capas, forman un número de canales para los distintos fluidos a mezclar, de modo que las dimensiones de los canales son del orden de micrómetros. Los flujos de eductos salen hacia un recinto de mezclado en forma de láminas de fluido contiguas, de modo que la mezcla se efectúa por difusión y/o turbulencia (ver, en especial, WO-97/17130 y la bibliografía que en él se cita, así como WO-97/17133, WO-95/30475, WO-97/16239 y WO-00/78438). La fabricación de estos componentes es especialmente costosa y compleja y, durante el transporte de los fluidos a mezclar por múltiples canales largos y muy estrechos, se pueden producir pérdidas de presión relativamente elevadas. Esto puede requerir la utilización de potentes sistemas de bombas, si se desea conseguir rendimientos elevados.
El documento WO-01/43857A1 da a conocer un micromezclador estático que comprende una caja con, como mínimo, dos conductos de alimentación de fluido; como mínimo, un conducto de descarga de fluido; y, como mínimo, dos placas dispuestas en una pila, de modo que las placas están superpuestas de manera que las aberturas de entrada forman canales secundarios para conducir el correspondiente flujo de educto, y las zonas de mezclado forman un canal principal para la descarga del flujo del producto, y los canales principal y secundarios se extienden a través de la pila.
El documento US-6.494.614 B1 da a conocer una pieza componente con forma de placa, para un micromezclador estático, la cual comprende,
-
como mínimo, una abertura de entrada para la entrada de, como mínimo, un flujo de educto en un canal de conexión situado en el plano de la placa y, como mínimo, una abertura de salida para la salida del flujo de educto hacia una zona de mezclado situada en el plano de la placa;
-
en donde la abertura de entrada está comunicada con la abertura de salida mediante el canal de conexión situado en el plano de la placa;
-
en donde el canal de conexión, antes de la desembocadura en la zona de mezclado, está dividido en dos o más canales parciales mediante unidades de microestructuras;
-
en donde las anchuras de los canales parciales son del orden de un milímetro a menos de un milímetro y menores que la anchura de la zona de mezclado; y
-
la relación entre la anchura máxima de la zona de mezclado y la anchura de los canales parciales es en su punto de salida hacia la zona de mezclado es superior a 2.
La presente invención tiene por objeto dar a conocer un dispositivo para mezclar, como mínimo, dos fluidos, el cual, con pérdidas de presión lo más pequeñas posibles, haga posible un mezclado a fondo rápido e intensivo, ocupe poco espacio y permita una fabricación sencilla de los componentes necesarios.
Este objetivo se logra con el micromezclador de la reivindicación 1.
A continuación se emplea el término "fluido" para designar una sustancia gaseosa o líquida, o una mezcla de tales sustancias, la cual puede contener en disolución o dispersión una o varias sustancias sólidas, líquidas o gaseosas. El concepto "mezclar" también abarca los procesos de disolver, dispersar y emulsionar. En consecuencia, el concepto "mezcla" comprende las disoluciones, las emulsiones líquido-líquido, y las dispersiones gas-líquido y sólido-líquido.
El término "canales parciales" también comprende una división del flujo de educto en flujos parciales, inmediatamente antes de su salida hacia la zona de mezclado, mediante deflectores con microestructuras. Las dimensiones de dichos deflectores, en especial, sus longitudes y anchuras, pueden ser de milímetros o bien, preferiblemente, inferiores a 1 mm. Preferiblemente, los canales parciales tienen la longitud mínima necesaria, por lo que, para un caudal dado, requieren presiones relativamente reducidas. Preferiblemente, la relación entre la longitud y la anchura de los canales parciales es del orden de 1:1 a 20:1, en especial, de 8:1 a 12:1, de modo especialmente preferible, aproximadamente 10:1. Preferiblemente, los deflectores con microestructuras están configurados de forma que la velocidad del flujo de educto en la salida hacia la zona de mezclado sea no sólo mayor que en la entrada al canal de conexión, sino también, preferiblemente, mayor que la velocidad del flujo de producto a través de la zona de mezclado.
Los canales de conexión y los canales parciales montados en las placas se pueden realizar con la forma que se desee. Tanto las placas como cada uno de los canales que contienen pueden tener diferentes alturas, anchuras y espesores, para poder transportar medios y cantidades diferentes. La forma básica de las placas es discrecional, y puede ser redondeada, por ejemplo, circular o elíptica, o bien con ángulos, por ejemplo, rectangular o cuadrada. También se puede optimizar la forma de las placas en lo que respecta a la máxima reducción del peso y de la superficie no aprovechada. Las salidas de los canales parciales pueden estar dispuestas discrecionalmente, en una línea recta o con cualquier forma geométrica deseada. Por ejemplo, las aberturas de salida pueden estar dispuestas sobre una línea circular, en especial cuando la zona de mezclado está totalmente circundada por el plano de la placa. Se pueden conducir dos o más de dos componentes (A, B, C, etc.) a un disco y mezclarlos en proporciones iguales o diferentes. Los canales parciales pueden estar enfrentados, o bien estar orientados con cualquier ángulo deseado respecto a la línea sobre la que están situadas las salidas hacia la zona de mezclado. Se pueden disponer, adyacentes entre sí, varios canales parciales que conducen, por ejemplo, el componente A, y disponer en la sección contigua del mismo disco varios canales parciales, adyacentes entre sí, que conducen, por ejemplo, el componente B. No obstante, mediante huecos pasantes adicionales y canales parciales adicionales, las piezas también se pueden configurar de manera que los componentes A, B, etc. se alternen de un canal parcial a otro dentro de la misma placa.
Preferiblemente, en la desembocadura hacia la zona de mezclado, los canales parciales tienen una anchura de entre 1 \mum y 2 mm, y una profundidad de entre 10 \mum y 10 mm, de modo especialmente preferible, una anchura de entre 5 \mum y 250 \mum y una profundidad de entre 250 \mum y 5 mm.
El canal de conexión puede tener una anchura variable. Preferiblemente, la relación entre la anchura máxima del canal de conexión, y/o de la abertura de entrada, y la anchura de los canales parciales en su punto de salida hacia la zona de mezclado, es superior a 2, de modo especialmente preferible, superior a 5. La relación entre la anchura de la zona de mezclado y la anchura de los canales parciales es, preferiblemente, superior a 2, de modo especialmente preferible, superior a 5.
Las piezas componentes con forma de placa pueden tener un espesor de entre 10 y 1000 \mum. La altura de los canales es, preferiblemente, menor que 1000 \mum, de modo especialmente preferible, menor que 250 \mum. Preferiblemente, el espesor de pared de las unidades de microestructuras incorporadas y del fondo del canal es menor que 100 \mum, de modo especialmente preferible, menor que 70 \mum.
En una forma de realización especial, como mínimo una de las aberturas de entrada o de salida, o bien la zona de mezclado, está totalmente circundada por el plano de la placa. Las aberturas son entonces huecos, por ejemplo, redondos o angulares, por ejemplo, rectangulares. Para una zona de mezclado circundada, la forma preferida es una elipse o un círculo. Los canales parciales pueden estrecharse hacia la zona de mezclado, en forma de toberas. Los canales parciales pueden desembocar en la zona de mezclado en ángulo recto respecto al perímetro de la zona de mezclado, o bien en un ángulo diferente de 90º. En caso de que no estén dispuestos en ángulo recto, cuando se forma una pila de varias placas mezcladoras se prefiere disponer contiguas las placas con desviaciones opuestas respecto al ángulo recto. Igualmente, si los canales parciales están dispuestos en espiral, cuando se forma una pila con varias placas mezcladoras se prefiere disponer contiguas las placas con sentidos de giro de la espiral opuestos.
Preferiblemente, el canal de conexión entre las aberturas se configura mediante un ahuecamiento. Sin embargo, la abertura de entrada y/o de salida, o la zona de mezclado, también se pueden disponer en el borde de la placa o mediante entalladuras en el borde de la placa.
En otra forma de realización especial existen, como mínimo, dos aberturas de entrada para, como mínimo, dos eductos diferentes, de modo que cada abertura de entrada está conectada con la zona de mezclado mediante un canal de conexión. Preferiblemente, se disponen dos aberturas de salida para dos eductos diferentes, en lados opuestos de la zona de mezclado, de modo que la zona de mezclado, preferiblemente, queda situada totalmente rodeada dentro del plano de la placa.
Como materiales para las piezas son adecuados, por ejemplo, los metales, en especial, los metales resistentes a la corrosión, por ejemplo, el acero fino, así como vidrios, cerámica o material plástico. Las piezas se pueden fabricar mediante las técnicas, de por sí conocidas, para generar microestructuras sobre superficies, por ejemplo, mediante mordentado o fresado de metales, o bien mediante estampado o inyección de materiales plásticos.
Un micromezclador estático, según la presente invención, comprende una caja con, como mínimo, dos conductos de alimentación de fluidos y, como mínimo, un conducto de salida de fluido. En la caja existen, como mínimo, dos piezas con forma de placa, según la presente invención, que componen el micromezclador, dispuestas como una pila. Se pueden formar pilas con cualquier número de placas, lo que permite conseguir un caudal proporcional a la altura de la pila. Para asegurar la misma presión en todos los puntos del mezclador, en caso de longitudes grandes, se puede realizar la alimentación de fluido en varios sitios. Se pueden disponer tuercas o puentes en las placas o sobre las mismas, para facilitar el apilado y el ajuste. Las placas se sitúan una sobre otra de modo tal, que las aberturas de entrada forman canales secundarios para la alimentación del correspondiente flujo de educto, y las aberturas de salida y/o las zonas de mezclado forman conjuntamente un canal principal para la descarga del producto; y de modo que el canal principal y los canales secundarios se extienden a través de la pila. En total, el micromezclador puede comprender, por ejemplo, como mínimo 5, 10, 100 y hasta más de 1000 canales parciales, y consiste en una pila de placas, cada una de las cuales comprende varios canales parciales.
Preferiblemente, cada flujo parcial de un primer educto A, que sale de una abertura de salida de una placa hacia la zona de mezclado, es contiguo a un flujo parcial de un segundo educto B que sale por una abertura de salida de una placa cercana hacia la zona de mezclado, y en la zona de mezclado se produce una mezcla mediante difusión y/o turbulencia.
En una forma de realización del micromezclador, los canales de conexión de las placas están configurados mediante acanaladuras o ahuecamientos, y los canales de conexión, antes de desembocar en la zona de mezclado, están divididos en canales parciales mediante unidades de microestructuras dispuestas sobre las placas. En una forma de realización alternativa, los canales de conexión de las placas están formados por entalladuras en las placas, de modo que las placas están dispuestas como placas intermedias entre una placa de tapa y una placa de fondo, y los canales de conexión, antes de desembocar en la zona de mezclado, se dividen en canales parciales mediante las unidades de microestructuras dispuestas en la placa de tapa y/o en la placa de fondo. En el micromezclador según la presente invención, se pueden integrar intercambiadores de calor para aportar o descargar calor.
El micromezclador según la presente invención también es adecuado, en particular, para reacciones químicas de componentes gaseosos, en especial, para las reacciones de combustión. Por ello, la invención se refiere a un reactor de combustión, por ejemplo, un quemador de gas o de gasóleo. El reactor de combustión comprende como componente principal un micromezclador según la presente invención, al igual que, como mínimo, una primera conexión para la alimentación de un medio combustible líquido o gaseoso y, como mínimo, una segunda conexión para la alimentación de un medio impulsor de la reacción de combustión que contenga oxígeno, por ejemplo, aire. La alimentación de estos componentes se puede configurar para optimizar determinados parámetros que caracterizan a la reacción. Esto se aplica, en especial, a la temperatura de la llama y a los productos que se generan mediante la reacción. Cuando se quema un gas combustible (por ejemplo, metano) con aire atmosférico, la formación de óxidos de nitrógeno se puede reducir al mínimo reduciendo la temperatura de combustión. Se puede configurar la llama para que sea convergente o divergente, disponiendo adecuadamente las aberturas de salida de forma convexa o cóncava. Mediante la disposición adecuada de los canales, también se pueden producir llamas de apoyo alimentadas con una presión de gas constante por uno de los canales secundarios. Entonces de puede iniciar la reacción mediante la conexión adicional de los demás canales secundarios. Para realizar quemadores del tipo de los quemadores de toberas, también son posibles las cámaras de reacción (zonas de mezclado) con forma de cilindro. Además de los medios en la misma fase, tales como gas/gas, también se pueden mezclar medios en diferente fase, por ejemplo, gas/líquido, en especial, para quemar líquidos combustibles, por ejemplo, gasolina o aceite.
Otro objeto de la invención es un procedimiento para llevar a cabo reacciones químicas, en el que
-
como mínimo dos flujos de eductos fluidos, que inicialmente se mantienen separados y que contienen componentes capaces de reaccionar, o que están constituidos por tales componentes, se mezclan entre sí;
-
de modo que durante el mezclado o después de él, espontáneamente o inducida por mediante catalizadores adecuados, se produzca una reacción química de los componentes;
y de modo que el mezclado se realice utilizando, como mínimo, una de las piezas componentes según la presente invención, o bien, como mínimo, un micromezclador estático según la presente invención.
Para aumentar la capacidad del procedimiento según la presente invención, se puede aumentar el número de canales en las placas, o bien se puede aumentar el número de placas colocadas unas sobre otras en un micromezclador, o bien se pueden operar varios micromezcladores conectados en paralelo en forma de módulos. También se pueden operar dos o más micromezcladores conectados en serie uno tras otro. En tales casos, es especialmente ventajoso elaborar primero una premezcla bruta con un micromezclador con canales de gran diámetro, y que los micromezcladores posteriores tengan canales de diámetro cada vez menor.
A continuación se explican, con referencia a los dibujos, ejemplos de formas de realización de los elementos componentes y de micromezcladores según la presente invención:
las Figs. 1a-b muestran placas mezcladoras con dos aberturas de entrada, para dos flujos de educto, con aberturas de entrada y aberturas de salida circundadas;
la Fig. 1c muestra una placa mezcladora con una única abertura de entrada, con aberturas de entrada y de salida circundadas;
la Fig. 1d muestra una placa mezcladora con una abertura de entrada, otra de paso y otra de salida, todas ellas circundadas;
las Figs. 2a-c muestran placas mezcladoras con tres aberturas de entrada, para hasta tres flujos de educto diferentes, con aberturas de entrada y aberturas de salida circundadas;
las Figs. 3a-b muestran placas mezcladoras con dos aberturas de entrada en el borde de la placa, para dos flujos de educto, y una abertura de salida circundada;
las Figs. 3c-d muestran placas mezcladoras con cuatro aberturas de entrada en el borde de la placa, para hasta cuatro flujos de educto diferentes, y una abertura de salida circundada;
las Figs. 4a-f muestran placas mezcladoras, cada una de las cuales tiene una abertura de entrada y una abertura de paso circundadas, para dos flujos de educto, y una abertura de salida en el borde de la placa;
las Figs. 5a-b muestran placas mezcladoras, cada una de las cuales tiene una abertura de entrada circundada y dos aberturas de paso circundadas, para hasta tres flujos de educto, y una abertura de salida en el borde de la placa;
la Fig. 6a muestra una sección longitudinal de la estructura esquemática de un micromezclador estático utilizable como microrreactor.
la Fig. 6b muestra un disco mezclador en una caja abierta;
las Figs. 7a-b muestran placas mezcladoras con aberturas de entrada y de paso circundadas, y canales parciales adicionales, de modo que por los canales parciales contiguos pueden circular eductos diferentes;
las Figs. 8a,c muestran placas mezcladoras con aberturas de entrada y de paso circundadas, y canales parciales adicionales, de modo que por los canales parciales contiguos pueden circular eductos diferentes;
la Fig. 8b muestra una placa mezcladora con abertura de entrada circundada y tres aberturas de paso circundadas, y canales parciales adicionales, de modo que por los canales parciales contiguos pueden circular eductos diferentes;
la Fig. 9 muestra un micromezclador con caja y con una pila de varias placas mezcladoras.
Las Figs. 1a y 1b muestran una forma de realización. Cada placa (1) comprende dos aberturas de entrada (2) circundadas. Cada abertura de entrada (2) está conectada con un canal de conexión (3) conformado mediante un ahuecamiento o entalladura en el plano de la placa. Cada canal de entalladura (3) está dividido en numerosos canales parciales (7) mediante numerosas unidades de microestructuras (6). Los canales parciales (7) desembocan por las aberturas de salida (4) en una zona de mezclado (5) circundada. Las aberturas de salida (4) están dispuestas en una línea circular alrededor de la zona de mezclado (5). La zona de mezclado (5) y las aberturas de entrada (2) están configuradas en las placas en forma de huecos pasantes. Las unidades de microestructuras están configuradas, en calidad de ejemplo, de forma curvada en espiral, de modo que las espirales en la Fig. 1a y en la Fig. 1b tienen sentidos de giro opuestos. Sin embargo, las unidades de microestructuras también pueden estar configuradas en línea recta no curvada. Cuando las placas están configuradas con forma redonda, comprenden, preferiblemente, escotaduras (8) en el borde, las cuales pueden actuar, junto con elementos de sujeción (14) en una caja (11), para evitar que las placas giren o se deslicen. Sin embargo, las placas también pueden estar configuradas como angulares, preferiblemente, con forma de rectángulo, por ejemplo, un cuadrado. En ese caso, se puede prescindir de escotaduras y de elementos de sujeción. A través de las dos aberturas de entrada (2) se pueden conducir dos flujos de educto diferentes a un plano de la zona de mezclado (5), de modo que las aberturas de salida asociadas a los dos diferentes flujos de educto están situadas, preferiblemente, en puntos opuestos. Preferiblemente, un micromezclador comprende una pila de varias piezas componentes superpuestas, de modo que las placas según la Fig. 1a se alternan con las placas según la Fig. 1b, y se obtiene una estructura por capas alternadas A-B-A-B, etc. Con ello, es posible conducir a la zona de mezclado (5) dos flujos de educto diferentes verticalmente muy próximos entre sí. Las placas están situadas en la pila de forma tal, que las aberturas de entrada de los canales secundarios para aportar el correspondiente flujo de educto y las zonas de mezclado forman un canal principal para la descarga del flujo de producto. No obstante, a través del canal principal también se puede aportar un fluido que forma una posterior fase continua de la mezcla.
La Fig. 1c muestra otra forma de realización. La placa (1) comprende una única abertura de entrada (2) circundada, que está conectada con un canal de conexión (3) formado mediante una entalladura en el plano de la placa. El canal de entalladura (3) está dividido en numerosos canales parciales (7) mediante numerosas unidades de microestructuras (6). Los canales parciales (7) desembocan por las aberturas de salida (4) en la zona de mezclado (5). Las aberturas de salida (4) están dispuestas en una línea circular alrededor de la zona de mezclado (5). La zona de mezclado (5) y las aberturas de entrada (2) están configuradas en las placas en forma de huecos pasantes. Las unidades de microestructuras están configuradas, por ejemplo, de forma curvada en espiral. Sin embargo, las unidades de microestructuras también pueden estar configuradas en línea recta, no curvada o con cualquier otra forma geométrica deseada. Preferiblemente, un micromezclador comprende una pila de varias piezas componentes apoyadas unas en otras. Las placas están situadas en la pila de forma tal, que las aberturas de entrada forman un canal secundario para aportar el correspondiente flujo de educto, y las zonas de mezclado forman un canal principal para la descarga del flujo de producto. A través del canal principal se puede añadir uno de los componentes a mezclar, preferiblemente un fluido que forma la posterior fase continua de la mezcla. Esta forma de realización es especialmente adecuada, por ejemplo, para incorporar gases a líquidos o para elaborar dispersiones. Para ello, el líquido que recibirá los gases y/o el medio de dispersión se conducen por el canal principal central y el gas y/o el material a dispersar se incorporan a través del canal secundario. Preferiblemente, la pila de placas puede estar configurada como una estructura por capas alternadas, de modo que se sitúan alternadamente, una sobre otra, placas cuyas unidades de microestructuras (6) tienen sentidos de giro opuestos. Sin embargo, también se puede utilizar un único tipo de placas. En ese caso, las unidades de microestructuras, preferiblemente, están configuradas como rectas y conformadas de modo que los canales parciales forman
toberas.
La Fig. 1d muestra otra forma de realización. La placa (1) comprende una abertura de entrada (2) circundada, una zona de mezclado (5) circundada, y una abertura de paso (9) circundada. La abertura de entrada (2) está conectada con un canal de conexión (3) formado por una entalladura en el plano de la placa, el cual está dividido en numerosos canales parciales (7) mediante numerosas unidades de microestructuras (6). Los canales parciales (7) desembocan por las aberturas de salida (4) en la zona de mezclado (5). Las aberturas de salida (4) están dispuestas en una línea circular alrededor de la zona de mezclado (5). La zona de mezclado (5), la abertura de entrada (2) y la abertura de paso (9) están configuradas como huecos pasantes en la placa. Las unidades de microestructuras están configuradas, por ejemplo, con forma curvada en espiral. Sin embargo, las unidades de microestructuras también pueden estar configuradas en línea recta, no curvada o con cualquier otra forma geométrica deseada. Con piezas deflectoras (10) en el canal de conexión, se pueden optimizar las condiciones de flujo en el canal de conexión (3). Cuando las placas están configuradas con forma redonda, comprenden, preferiblemente, escotaduras (8) en el borde, las cuales pueden actuar, conjuntamente con elementos de sujeción (14) en una caja (11), para evitar que las placas giren o se deslicen. Un micromezclador comprende, preferiblemente, una pila de varias piezas componentes superpuestas, de modo que las placas, según la Fig. 1d, están colocadas alternadamente una sobre otra, giradas en 180º. Con ello, es posible conducir a la zona de mezclado (5) dos flujos de educto diferentes verticalmente muy próximos entre sí. Las placas están superpuestas en la pila de forma tal, que las aberturas de entrada (2) y las aberturas de paso (9) se alternan y forman dos canales secundarios para aportar dos flujos de educto, y las zonas de mezclado forman un canal principal para la descarga del flujo de producto. No obstante, a través del canal principal también se puede aportar un fluido que forma una posterior fase continua de la mezcla. De forma ventajosa, la pila de placas puede estar configurada como una estructura por capas alternadas, de modo que se sitúan alternadamente, una sobre otra, placas cuyas unidades de microestructuras (6) con forma de espiral tienen sentidos de giro opuestos. Sin embargo, también se puede utilizar un único tipo de placas. En ese caso, las unidades de microestructuras, preferiblemente, están configuradas como rectas y conformadas de modo que los canales parciales forman boquillas.
Las Figs. 2a a 2c muestran otra forma de realización. Cada placa (1) comprende tres aberturas de entrada (2) circundadas. Cada abertura de entrada (2) está conectada con un canal de conexión (3) conformado mediante una entalladura en el plano de la placa. Cada canal de entalladura (3) está dividido en, como mínimo, dos canales parciales (7) mediante, como mínimo, dos unidades de microestructuras (6). Mediante un número mayor de unidades de microestructuras se puede dividir en un número correspondientemente mayor de canales parciales. Los canales parciales (7) desembocan por las aberturas de salida (4) en la zona de mezclado (5). Las aberturas de salida (4) están dispuestas en una línea circular alrededor de la zona de mezclado (5). La zona de mezclado (5) y las aberturas de entrada (2) están configuradas en las placas en forma de huecos pasantes. Las unidades de microestructuras pueden estar configuradas con forma de espiral de distintos sentidos de giro o bien con forma de línea recta. A través de las tres aberturas de entrada (2) se pueden introducir en un plano de la zona de mezclado (5) hasta tres flujos de eductos iguales o diferentes. Preferiblemente, un micromezclador comprende una pila de varias piezas componentes superpuestas, de modo que los distintos tipos de placas, según las Figs. 2a, 2b y 2c se alternan, y se obtiene una estructura por capas alternadas, por ejemplo, ABCABC. Con ello, se consigue conducir a la zona de mezclado (5) en cada caso dos flujos de educto diferentes verticalmente muy próximos entre sí. Las placas están situadas en la pila de forma tal, que las aberturas de entrada de los canales secundarios para aportar el correspondiente flujo de educto y las zonas de mezclado conforman un canal principal para la descarga del flujo de producto. No obstante, a través del canal principal también se puede aportar un fluido que forma una posterior fase continua de la mezcla.
Las Figs. 3a y 3b muestran otra forma de realización. Cada placa (1) comprende dos aberturas de entrada (2) situadas en el borde de la placa. Cada abertura de entrada (2) está conectada con un canal de conexión (3) conformado mediante una entalladura en el plano de la placa. Cada canal de entalladura (3) está dividido en numerosos canales parciales (7) mediante numerosas unidades de microestructuras (6). Los canales parciales (7) desembocan por las aberturas de salida (4) en una zona de mezclado (5) circundada. Las aberturas de salida (4) están dispuestas sobre una línea recta. La zona de mezclado (5) está configurada en las placas, por ejemplo, como un hueco rectangular pasante. Las unidades de microestructuras, por ejemplo, están configuradas con inclinación respecto a la dirección de flujo, de modo que las inclinaciones en las Figs. 1a y 1b son opuestas. Sin embargo, las unidades de microestructuras también pueden tener la misma inclinación, o no tener inclinación. La forma básica de las placas es aproximadamente cuadrada, pero también pueden tener cualquier otra forma geométrica básica (angular, redonda, elíptica, etc.) deseada. A través de las dos aberturas de entrada (2), se pueden conducir dos flujos de educto diferentes a un plano de la zona de mezclado (5), de modo que las aberturas de salida asociadas a los dos diferentes flujos de educto están situadas, preferiblemente, en puntos opuestos. Preferiblemente, un micromezclador comprende una pila de varias piezas componentes superpuestas, de modo que las placas según la Fig. 3a se alternan con las placas según la Fig. 3b, y se obtiene una estructura por capas alternadas A-B-A-B. Con ello, es posible conducir a la zona de mezclado (5) dos flujos de educto diferentes verticalmente muy próximos entre sí. Las placas están superpuestas en la pila de forma tal, que las aberturas de entrada, junto con la caja del mezclador, forman en el borde del mezclador canales secundarios para aportar el correspondiente flujo de educto, y las zonas de mezclado forman dentro del mezclador un canal principal para la descarga del flujo de producto. No obstante, a través del canal principal también se puede aportar un fluido que forma una posterior fase continua de la mezcla.
Las Figs. 3c y 3d muestran otra forma de realización. Cada placa (1) comprende cuatro aberturas de entrada (2) situadas en el borde de la placa. Cada abertura de entrada (2) está conectada con un canal de conexión (3) conformado mediante una entalladura en el plano de la placa. Cada canal de entalladura (3) está dividido por varias unidades de microestructuras (6) en varios canales parciales (7). Los canales parciales (7) desembocan por las aberturas de salida (4) en una zona de mezclado (5) circundada. Las aberturas de salida (4) están dispuestas sobre una línea circular. Los canales de conexión están curvados en forma de espiral, cuyo sentido de giro es opuesto en las Figs. 3c y 3d. La zona de mezclado (5) está configurada en las placas, por ejemplo, como un hueco pasante. Las unidades de microestructuras están configuradas, por ejemplo, con forma recta, aunque también pueden tener forma inclinada o curvada en espiral. La forma básica de las placas es aproximadamente cuadrada, pero también pueden tener cualquier otra forma geométrica básica (angular, redonda, elíptica, etc.) deseada. A través de las cuatro aberturas de entrada (2) se pueden conducir flujos de educto, iguales o hasta cuatro diferentes, a un plano de la zona de mezclado (5), de modo que las aberturas de salida asociadas a los diferentes flujos de educto están situadas, preferiblemente, en puntos opuestos. Preferiblemente, un micromezclador comprende una pila de varias piezas componentes superpuestas, de modo que las placas según la Fig. 3c se alternan con las placas según la Fig. 3d cuyos canales de conexión tienen sentido de giro opuesto, con lo que se obtiene una configuración con una estructura por capas alternadas A-B-A-B. Con ello, es posible conducir a la zona de mezclado (5) dos flujos de educto diferentes verticalmente muy próximos entre sí. Las placas están superpuestas en la pila de forma tal, que las aberturas de entrada junto con la caja del mezclador forman en el borde del mezclador canales secundarios para aportar el correspondiente flujo de educto, y las zonas de mezclado forman dentro de la zona de mezclado un canal principal para la descarga del flujo de producto. No obstante, a través del canal principal también se puede aportar un fluido que forma una posterior fase continua de la
mezcla.
Las Figs. 4a a 4f muestran otras formas de realización. Cada placa (1) comprende una abertura de entrada (2) circundada y una abertura de paso (9) circundada. Cada abertura de entrada (2) está conectada con un canal de conexión (3) conformado mediante una entalladura en el plano de la placa. Cada canal de entalladura (3) está dividido en numerosos canales parciales (7) mediante numerosas unidades de microestructuras (6). Los canales parciales (7) desembocan, por aberturas de salida (4) dispuestas en el borde de la placa, en una zona de mezclado (5) situada fuera de la superficie de la placa. Las aberturas de salida (4) pueden estar dispuestas sobre líneas rectas (Figs. 4e y 4f) o sobre segmentos de arco, y los segmentos de arco pueden ser convexos (Figs. 4a y 4b) o bien cóncavos (Figs. 4c y 4d). Las aberturas de entrada (2) y las aberturas de paso (9) están configuradas en las placas en forma de huecos pasantes. Las unidades de microestructuras pueden estar dispuestas en paralelo o con diversos ángulos respecto a la dirección de flujo prefijada para el canal de conexión. Cuando las placas están configuradas con forma redonda, comprenden, preferiblemente, escotaduras (8) en el borde, las cuales pueden actuar, conjuntamente con elementos de sujeción (14) en una caja (11), para evitar que las placas giren o se deslicen. Preferiblemente, un micromezclador comprende una pila de varias piezas componentes superpuestas, de modo que las placas según la Fig. 4a se alternan con las placas según la Fig. 4b, las de la Fig. 4c con las de la Fig. 4d, o bien las de la Fig. 4e con las de la Fig. 4f, de modo que se obtiene una configuración con una estructura por capas alternadas A-B-A-B. Con ello, se consigue conducir a la zona de mezclado (5) dos flujos de educto diferentes verticalmente muy próximos entre sí. Preferiblemente, en placas contiguas, los ángulos de los canales parciales son diferentes en la desembocadura en la zona de mezclado, respecto a la línea del perímetro, de modo especialmente preferido, con desviaciones opuestas respecto a 90º. Las placas están superpuestas en la pila de manera que las aberturas de entrada (2) y las aberturas de salida (9) se alternan y forman dos canales secundarios situados en el interior del mezclador, para conducir dos flujos de educto. La zona de mezclado puede formar con una caja un canal principal para descargar el flujo de producto, pero también puede estar abierta hacia el exterior. La forma de construcción abierta hacia el exterior es especialmente preferida cuando el micromezclador es un microrreactor destinado a quemar fluidos, por ejemplo, gases o líquidos combustibles. Una forma de realización configurada como reactor de gases comporta, como mínimo, una primera conexión para la alimentación de un medio combustible y, como mínimo, una segunda conexión de un medio impulsor de la combustión, en especial, un gas que contiene oxígeno, por ejemplo, aire. La adición del medio combustible y del medio impulsor de la combustión se puede realizar a través de uno de los dos canales secundarios.
Las Figs. 5a y 5b muestran otras formas de realización. Cada una de las placas (1) comprende una abertura de entrada (2) circundada y dos aberturas de paso (9) circundadas. Cada abertura de entrada (2) está conectada con un canal de conexión (3) conformado mediante una entalladura en el plano de la placa. Cada canal de entalladura (3) está dividido en numerosos canales parciales (7) mediante numerosas unidades de microestructuras (6). Los canales parciales (7) desembocan por aberturas de salida (4) dispuestas en el borde de la placa en una zona de mezclado (5) situada fuera de la superficie de la placa. Las aberturas de salida (4) pueden estar dispuestas sobre líneas rectas (Fig. 5a) o sobre segmentos de arco (Fig. 5b), y los segmentos de arco pueden ser convexos o bien cóncavos. Las aberturas de entrada (2) y las aberturas de paso (9) están configuradas en las placas en forma de huecos pasantes. Las unidades de microestructuras pueden estar dispuestas en paralelo o con diversos ángulos respecto a la dirección de flujo prefijada para el canal de conexión. Cuando las placas están configuradas con forma redonda, comprenden, preferiblemente, escotaduras (8) en el borde, las cuales pueden actuar, conjuntamente con elementos de sujeción (14) en una caja (11), para evitar que las placas giren o se deslicen. Preferiblemente, un micromezclador comprende una pila de varias piezas componentes superpuestas, de modo que las placas de los tres tipos diferentes, según las Figs. 5a y 5b se alternan, y se obtiene una configuración con una estructura por capas alternadas A-B-C-A-B-C. Con ello, es posible conducir en cada caso a la zona de mezclado (5) flujos de educto diferentes, verticalmente muy próximos entre sí. Preferiblemente, en placas contiguas, los ángulos de los canales parciales son diferentes en la desembocadura en la zona de mezclado respecto a la línea del perímetro y, de modo especialmente preferido, tienen desviaciones opuestas respecto a 90º. Las placas (1) están superpuestas en la pila de tal modo que las aberturas de entrada (2) y las aberturas de paso (9) se alternan, y forman canales secundarios, situados dentro del mezclador, para conducir hasta tres flujos de educto diferentes. La zona de mezclado (5) puede formar con una caja un canal principal para descargar el flujo de producto, pero también puede estar abierta hacia el exterior. La forma de construcción abierta hacia el exterior es especialmente preferida cuando el micromezclador es un microrreactor destinado a quemar fluidos, por ejemplo, gases o líquidos combustibles.
La Fig. 6a muestra, en forma de sección longitudinal, un esquema de la configuración de una forma de realización de un micromezclador estático. Una caja (11) comprende conducciones de alimentación de fluido (12a). La caja (11) contiene una pila de varias placas mezcladoras (1) según la presente invención. Las aberturas de entrada y/o de paso de las placas se pueden cerrar o abrir mediante un dispositivo de cierre (13a), el cual, preferiblemente, es desplazable perpendicularmente al plano de las placas. El micromezclador se puede utilizar para realizar reacciones químicas, en especial, como quemador de gas.
En los reactores de combustión, la zona de mezclado, en la que se produce la reacción de combustión, puede estar fuera de la caja. En otros reactores químicos y mezcladores, la zona de mezclado puede estar situada dentro de la caja, y la mezcla se puede descargar a través de un conducto de descarga adecuado. En los reactores de combustión, preferiblemente en un lugar próximo a la zona de mezclado, se dispone un mecanismo de encendido y/o una llama de inicio o de apoyo adecuados.
La Fig. 6b muestra la sección transversal de un mezclador estático. En una caja (11) se ha montado una placa mezcladora (1), que se mantiene en posición mediante escotaduras (8) y elementos de sujeción (14). Como ejemplo de placa mezcladora, se muestra una placa según la Fig. 5a.
Las Figs. 7a y 7b, y las Figs. 8a a 8c, muestran otras formas de realización preferidas. En estas formas de realización, las placas (1) comprenden canales parciales (7) y (13) contiguos entre sí, por los que pueden pasar alternadamente flujos de educto diferentes, de manera que se pueden conducir diferentes flujos de educto adyacentes, en un plano, hasta la zona de mezclado (5).
Cada placa (1) representada en la Fig. (7a) comprende una abertura de entrada (2) circundada, una zona de mezclado (5) circundada, y una abertura de paso (9) circundada. La abertura de entrada (2) está conectada con un canal de conexión (3) formado por una entalladura en el plano de la placa, que está dividido mediante numerosas unidades de microestructuras (6) en numerosos canales parciales (7). Los canales parciales (7) desembocan por las aberturas de salida (4) en la zona de mezclado (5). Las aberturas de salida (4) están dispuestas en una línea circular alrededor de la zona de mezclado (5). La zona de mezclado (5), la abertura de entrada (2) y la abertura de paso (9) están configuradas en las placas en forma de huecos pasantes. En las unidades de microestructuras (6) se han integrado otros canales parciales (13) ahuecados, apantallados respecto al canal de conexión (3), que desembocan en la zona de mezclado (5). Los canales parciales (7) y los canales parciales (13) adicionales están dispuestos alternadamente y son contiguos. Adicionalmente, las placas comprenden huecos pasantes (12), de modo que el número de huecos pasantes (12) y el número de canales parciales (13) adicionales coinciden. Los huecos pasantes (12) están dispuestos de manera que, cuando una placa (1), girada en 180º se coloca sobre una segunda placa (1), cada uno de ellos queda situado sobre los canales parciales (13) adicionales de la placa situada debajo. Un flujo de educto que fluye por la abertura de entrada (2) al canal de conexión (3), puede pasar por los huecos pasantes (12) a un canal parcial (13) adicional de una placa situada debajo. Los ángulos que forman los canales parciales (7) y (13) entre sí y respecto al perímetro de la zona de mezclado pueden ser diferentes. En la Fig. 7a, los ángulos de los canales parciales (7), comparados con los ángulos de los canales parciales (13) adicionales, respecto al perímetro de la zona de mezclado (5), presentan desviaciones opuestas respecto a 90º. Gracias a ello, las aberturas de salida de cada dos canales parciales están orientadas una hacia otra. De este modo se pueden conducir uno contra otro dos flujos de educto diferentes. Sin embargo, los canales parciales también pueden extenderse paralelos hacia la zona de mezclado, en ángulo recto o inclinados. La Fig. 7a muestra dos placas (1) adyacentes idénticas, giradas en 180º. La Fig. 7b muestra esquemáticamente dos placas superpuestas giradas en 180º. Un micromezclador comprende, preferiblemente, una pila de varias piezas componentes superpuestas, de modo que las placas, según la Fig. 7a, están alternadamente superpuestas, giradas en 180º. Con ello, es posible conducir a la zona de mezclado (5) dos flujos de educto diferentes, sea verticalmente muy próximos entre sí, sea lateralmente contiguos. Las placas están superpuestas en la pila de forma tal, que las aberturas de entrada (2) y las aberturas de paso (9) se alternan y forman dos canales secundarios para aportar dos flujos de educto, y las zonas de mezclado forman un canal principal para la descarga del flujo de producto. No obstante, a través del canal principal también se puede aportar un fluido que forma una posterior fase continua de la mezcla. Además, las placas están superpuestas de manera que cada hueco pasante (12) adicional de una placa está comunicado con un correspondiente canal parcial (13) adicional de una placa contigua.
La Fig. 8a muestra una forma de realización similar a la de la Fig. 7a, con la diferencia de que los canales parciales (7) y los canales parciales (13) adicionales son paralelos y se llevan a la zona de mezclado (5) inclinados con el mismo ángulo. La placa izquierda de la Fig. 8a se diferencia de la placa derecha en que el ángulo de los canales parciales (7) y (13) respecto al perímetro de la zona de mezclado (5) tienen desviaciones opuestas respecto a 90º. Preferiblemente, un micromezclador comprende una pila de varias piezas componentes superpuestas, de modo que las placas izquierda y derecha se alternan, según la Fig. 8a, y se obtiene una configuración con una estructura por capas alternadas A-B-A-B. Con ello, es posible conducir a la zona de mezclado (5) dos flujos de educto diferentes verticalmente muy próximos entre sí, en ángulos opuestos.
La Fig. 8c muestra una forma de realización similar a la de la Fig. 8a, con la diferencia de que los canales parciales (7) y los canales parciales (13) adicionales son paralelos y se llevan perpendicularmente a la zona de mezclado (5). Preferiblemente, un micromezclador comprende una pila de varias piezas componentes superpuestas, de modo que las placas izquierda y derecha, según la Fig. 8c, se alternan, y se obtiene una configuración con una estructura por capas alternadas A-B-A-B. Las placas están superpuestas en la pila de forma tal, que las aberturas de entrada (2) y las aberturas de paso (9) se alternan y forman dos canales secundarios para aportar dos flujos de educto, y las zonas de mezclado forman un canal principal para la descarga del flujo de producto. Además, las placas están superpuestas de tal manera que cada hueco pasante (12) adicional de una placa está comunicado con un correspondiente canal parcial (13) adicional de una placa contigua. Con ello, es posible conducir a la zona de mezclado (5) dos flujos de educto diferentes, tanto verticalmente muy próximos entre sí, como lateralmente contiguos.
La Fig. 8b muestra otra forma de realización. Una placa (1) comprende una abertura de entrada (2) circundada, tres aberturas de paso (9) circundadas y una zona de mezclado (5) circundada. La abertura de entrada (2) está conectada con un canal de conexión (3) formado por una entalladura en el plano de la placa, el cual está dividido mediante numerosas unidades de microestructuras (6) en numerosos canales parciales (7). Los canales parciales (7) desembocan por las aberturas de salida (4) en la zona de mezclado (5). Las aberturas de salida (4) están dispuestas en una línea circular alrededor de la zona de mezclado (5). La zona de mezclado (5), la abertura de entrada (2) y la abertura de paso (9) están configuradas en las placas en forma de huecos pasantes. En las unidades de microestructuras (6) se han integrado canales parciales (13) adicionales ahuecados, apantallados respecto al canal de conexión (3), que desembocan en la zona de mezclado (5). Los canales parciales (7) y los canales parciales (13) adicionales están dispuestos alternadamente y son contiguos. Adicionalmente, las placas comprenden huecos pasantes (12), de modo que el número de huecos pasantes (12) es igual que el número de canales parciales (13) adicionales. Los huecos pasantes (12) están dispuestos de manera que, cuando una placa (1), girada en 180º, se coloca sobre una segunda placa (1), cada uno de ellos queda situado sobre los canales parciales (13) adicionales de la placa situada debajo. Un flujo de educto que fluye por la abertura de entrada (2) al canal de conexión (3), puede pasar por los huecos pasantes (12) a un canal parcial (13) adicional de una placa situada debajo. Los ángulos que forman los canales parciales (7) y (13), entre sí y respecto al perímetro de la zona de mezclado, pueden ser diferentes. En la Fig. 8b, los ángulos de los canales parciales (7), referidos al perímetro de la zona de mezclado (5), tienen una inclinación respecto a 90º opuesta a la de los ángulos de los canales parciales (13) adicionales. Gracias a ello, las aberturas de salida de cada dos canales parciales están enfrentadas. De este modo se pueden conducir uno contra otro dos flujos de educto diferentes. Sin embargo, los canales parciales también pueden extenderse paralelos hacia la zona de mezclado, en ángulo recto o inclinados. Preferiblemente, un micromezclador comprende una pila de varias piezas componentes superpuestas, de modo que las placas según la Fig. 8b se encuentran superpuestas giradas en 90º, 180º o 270º, en cualquier orden deseado. Con ello, es posible conducir a la zona de mezclado (5) flujos de educto diferentes, tanto verticalmente muy próximos entre sí, como lateralmente contiguos. En total, con el micromezclador se pueden mezclar hasta cuatro eductos diferentes. Las placas están superpuestas en la pila de forma tal, que las aberturas de entrada (2) y las aberturas de paso (9) se alternan y forman un total de cuatro canales secundarios para aportar hasta cuatro flujos de educto, y las zonas de mezclado forman un canal principal para la descarga del flujo de producto. No obstante, a través del canal principal también se puede aportar un fluido que forma una posterior fase continua de la mezcla. Además, las placas están superpuestas de manera que cada hueco pasante (12) adicional de una placa está comunicado con un correspondiente canal parcial (13) adicional de una placa contigua.
En la Fig. 9 se muestra, como ejemplo, el dibujo de despiece de una posible forma de realización de un micromezclador según la presente invención. Una caja (1) contiene una pila de piezas componentes según la presente invención con forma de placas (1). Se muestra, como ejemplo, una pila de varias placas según la Fig. 8a, si bien también se pueden utilizar otras placas según la presente invención, en su caso, adaptando la forma de la caja, el número y la posición de los conductos de entrada y salida de fluidos, etc. Las placas (1) se montan de manera que las escotaduras (8) actúen junto con los elementos de sujeción (14), para evitar que las placas puedan girar. La caja comprende dos conductos de alimentación de fluidos (12a) para la entrada de los eductos. La caja se puede cerrar con una tapa (15), que comprende un conducto de descarga de fluidos (16).
Lista de símbolos de referencia
1
Placa
2
Abertura de entrada
3
Canal de conexión
4
Abertura de salida
5
Zona de mezclado
6
Unidad de microestructuras
7
Canal parcial
8
Entalladura
9
Abertura de salida
10
Deflectores
11
Caja
12
Hueco pasante
12a
Conducto de alimentación de fluido
13
Canal parcial adicional
13a
Dispositivo de cierre
14
Elemento de sujeción
15
Tapa
16
Conducto de descarga de fluido

Claims (5)

1. Micromezclador estático que comprende
-
una caja (11) con como mínimo dos conductos de alimentación de fluido (12a) y como mínimo un conducto de descarga de fluido (16) y
-
como mínimo dos placas (1) dispuestas en una pila dentro de la caja (11),
-
en donde las placas (1) están superpuestas de modo tal, que las aberturas de entrada (2) forman canales secundarios para alimentar el correspondiente flujo de educto y las zonas de mezclado (5) forman un canal principal para la descarga del flujo de producto y el canal principal y los canales secundarios se extienden a través de la pila, caracterizado por que las dos o más placas (1) dispuestas en la caja (11) están configuradas como componentes de modo tal, que la placa (1)
-
comprende como mínimo una abertura de entrada (2) para la entrada de como mínimo un flujo de educto en un canal de conexión (3) situado en el plano de la placa y como mínimo una abertura de salida (4) para la salida del flujo de educto a una zona de mezclado (5) situada en el plano de la placa,
-
en donde la abertura de entrada (2) está comunicada con la abertura de salida (4) mediante el canal de conexión (3) situado en el plano de la placa,
-
en donde el canal de conexión (3) está dividido en dos o más canales parciales (7) mediante unidades de microestructuras (6) antes de la desembocadura en la zona de mezclado (5), en donde las anchuras de los canales parciales son del orden de milímetros a fracciones de milímetro y son menores que la anchura de la zona de mezclado (5), y
-
en donde la relación entre la anchura máxima del canal de conexión (3) y la anchura de los canales parciales (7) en su salida a la zona de mezclado (5) es superior a 2.
2. Micromezclador según la reivindicación 1, caracterizado por que los canales de conexión (3) de las placas (1) están conformados por ahuecamientos y los canales de conexión (3) se dividen antes de la desembocadura en la zona de mezclado (5) en canales parciales (7) a través de unidades de microestructuras (6) dispuestas sobre las placas.
3. Micromezclador según la reivindicación 1, caracterizado por que los canales de conexión (3) de las placas (1) están formados por entalladuras en las placas (1), en donde las placas (1) están dispuestas como placas intermedias cada una de ellas entre una placa de tapa y una placa de fondo y los canales de conexión (3) se dividen antes de la desembocadura en la zona de mezclado (5) en canales parciales (7) a través de unidades de microestructuras (6) dispuestas sobre las placas de tapa y de fondo.
4. Micromezclador según una cualquiera de las reivindicaciones, caracterizado por que lleva integrado un intercambiador de calor.
5. Micromezclador según la reivindicación 1, caracterizado por que la relación entre la anchura máxima del canal de conexión (3) y/o entre la anchura de la abertura de entrada (2) y la anchura de los canales parciales (7) es superior a 5.
ES04739596T 2003-07-25 2004-06-04 Micromezclador estatico. Expired - Lifetime ES2336112T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10333922 2003-07-25
DE10333922A DE10333922B4 (de) 2003-07-25 2003-07-25 Bauteile für statische Mikromischer, daraus aufgebaute Mikromischer und deren Verwendung zum Mischen, zum Dispergieren oder zur Durchführung chemischer Reaktionen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2336112T3 true ES2336112T3 (es) 2010-04-08

Family

ID=34088828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES04739596T Expired - Lifetime ES2336112T3 (es) 2003-07-25 2004-06-04 Micromezclador estatico.

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20080106968A1 (es)
EP (1) EP1658129B1 (es)
JP (1) JP4803671B2 (es)
CN (1) CN1822894A (es)
AT (1) ATE447439T1 (es)
DE (2) DE10333922B4 (es)
ES (1) ES2336112T3 (es)
MX (1) MXPA06000730A (es)
WO (1) WO2005018786A1 (es)

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070140042A1 (en) * 2004-06-04 2007-06-21 Gerhard Schanz Multicomponent packaging with static micromixer
DE102005015433A1 (de) 2005-04-05 2006-10-12 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Mischersystem, Reaktor und Reaktorsystem
MX2007012371A (es) * 2005-04-08 2007-11-09 Huntsman Int Llc Boquilla mezcladora en espiral y metodo para mezclar dos o mas fluidos y procedimiento para fabricar isocianatos.
JP4715403B2 (ja) * 2005-09-08 2011-07-06 株式会社日立プラントテクノロジー マイクロ化学反応装置
JP2007136642A (ja) * 2005-11-22 2007-06-07 Namiki Precision Jewel Co Ltd 微小構造を有する材料及び微小構造の製造方法
CN1800161B (zh) * 2006-01-16 2010-11-10 华东理工大学 一种用于连续生产过氧化甲乙酮的方法和微反应装置
JP2007252979A (ja) * 2006-03-20 2007-10-04 National Institute Of Advanced Industrial & Technology マイクロリアクタによる化合物の製造方法、そのマイクロリアクタ、及びマイクロリアクタ用の分流器
JP5030520B2 (ja) * 2006-09-29 2012-09-19 富士フイルム株式会社 流体混合方法及びマイクロデバイス
JP4936970B2 (ja) * 2007-04-20 2012-05-23 東レエンジニアリング株式会社 マイクロ化学プラント
EP2314370B1 (en) * 2007-05-15 2013-09-04 Corning Incorporated Microfluidic device for immiscible liquid - liquid reactions
JP5117105B2 (ja) * 2007-05-21 2013-01-09 花王株式会社 水中油型乳化組成物の製造方法
JP5117106B2 (ja) * 2007-05-21 2013-01-09 花王株式会社 水中油型乳化組成物の製造方法
US8740449B2 (en) 2007-09-21 2014-06-03 Parker-Hannifin Corporation Compact static mixer and related mixing method
JP4798174B2 (ja) * 2008-05-21 2011-10-19 株式会社日立プラントテクノロジー 乳化装置
JP2010000428A (ja) * 2008-06-19 2010-01-07 Hitachi Plant Technologies Ltd マイクロリアクタ
FR2940624A1 (fr) * 2008-12-30 2010-07-02 Akhea Dispositif melangeur d'au moins deux constituants gazeux
JP5693598B2 (ja) 2009-11-04 2015-04-01 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアBasf Se 水性ポリアクリル酸溶液の製造方法
RU2629953C2 (ru) 2010-12-17 2017-09-05 Басф Се Стабильные полиакриловые кислоты, их изготовление и их применение
US9079140B2 (en) * 2011-04-13 2015-07-14 Microfluidics International Corporation Compact interaction chamber with multiple cross micro impinging jets
KR20150143680A (ko) 2013-04-16 2015-12-23 바스프 에스이 C3-c8 모노에틸렌성 불포화 모노- 또는 디카르복실산 또는 이의 무수물 및 염을 기반으로 하는 고분지형 중합체의 제조를 위한 연속 공정
TWI693638B (zh) 2014-04-07 2020-05-11 美商蘭姆研究公司 獨立於配置的氣體輸送系統
EP2949389A1 (en) 2014-05-28 2015-12-02 The Procter and Gamble Company Use of micro mixers for generating foam
US10557197B2 (en) 2014-10-17 2020-02-11 Lam Research Corporation Monolithic gas distribution manifold and various construction techniques and use cases therefor
US10022689B2 (en) * 2015-07-24 2018-07-17 Lam Research Corporation Fluid mixing hub for semiconductor processing tool
US10272398B2 (en) * 2015-11-06 2019-04-30 Ford Global Technologies, Llc Static flow mixer with multiple open curved channels
US10215317B2 (en) 2016-01-15 2019-02-26 Lam Research Corporation Additively manufactured gas distribution manifold
JP6792786B2 (ja) * 2016-06-20 2020-12-02 東京エレクトロン株式会社 ガス混合装置および基板処理装置
CN106119085B (zh) * 2016-08-23 2018-12-11 闫维新 一种实时荧光pcr混合微流道芯片
US20190337211A1 (en) * 2018-05-03 2019-11-07 University Of Massachusetts Distributive and dispersive mixing devices
WO2021007347A1 (en) * 2019-07-09 2021-01-14 Imagine Tf, Llc Parallel production of emulsification
KR102400650B1 (ko) * 2021-06-15 2022-05-20 주식회사 티알신소재 2종류 이상의 유체를 혼합하기 위한 유체혼합기
DE102021115994B3 (de) 2021-06-21 2022-12-08 Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V. Vorrichtung und Verfahren für das Mischen von zwei Flüssigkeiten oder Pasten
CN114011265B (zh) * 2021-11-08 2022-09-27 宁波九胜创新医药科技有限公司 一种低压降、高混合效率的短路径微混合器

Family Cites Families (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2890868A (en) * 1955-08-01 1959-06-16 Haskelite Mfg Corp Mixing head
NL244295A (es) * 1959-10-13
US3526391A (en) * 1967-01-03 1970-09-01 Wyandotte Chemicals Corp Homogenizer
FR1581523A (es) * 1968-05-08 1969-09-19
NL6917131A (es) * 1969-11-14 1971-05-18
US3746216A (en) * 1971-09-10 1973-07-17 Us Navy Fluid mixer-dispenser
US3782694A (en) * 1972-09-18 1974-01-01 Western Controls Inc Apparatus and method for mixing materials
US3856270A (en) * 1973-10-09 1974-12-24 Fmc Corp Static fluid mixing apparatus
US4259021A (en) * 1978-04-19 1981-03-31 Paul R. Goudy, Jr. Fluid mixing apparatus and method
US4354932A (en) * 1980-10-15 1982-10-19 The Perkin-Elmer Corporation Fluid flow control device
US4516632A (en) * 1982-08-31 1985-05-14 The United States Of America As Represented By The United States Deparment Of Energy Microchannel crossflow fluid heat exchanger and method for its fabrication
US4537217A (en) * 1982-12-09 1985-08-27 Research Triangle Institute Fluid distributor
US4560284A (en) * 1983-11-21 1985-12-24 Chen Hwang C Continuous type of fluid mixing and feeding device
US4684254A (en) * 1984-08-29 1987-08-04 Autotrol Corporation Fluid mixer/charger
US4614440A (en) * 1985-03-21 1986-09-30 Komax Systems, Inc. Stacked motionless mixer
US5534328A (en) * 1993-12-02 1996-07-09 E. I. Du Pont De Nemours And Company Integrated chemical processing apparatus and processes for the preparation thereof
US5727618A (en) * 1993-08-23 1998-03-17 Sdl Inc Modular microchannel heat exchanger
DE4416343C2 (de) * 1994-05-09 1996-10-17 Karlsruhe Forschzent Statischer Mikro-Vermischer
US5595712A (en) * 1994-07-25 1997-01-21 E. I. Du Pont De Nemours And Company Chemical mixing and reaction apparatus
US5811062A (en) * 1994-07-29 1998-09-22 Battelle Memorial Institute Microcomponent chemical process sheet architecture
JPH0856629A (ja) * 1994-08-24 1996-03-05 Kankyo Kagaku Kogyo Kk 液状食品の殺菌装置および製造装置
DE19540292C1 (de) * 1995-10-28 1997-01-30 Karlsruhe Forschzent Statischer Mikrovermischer
DE19541265A1 (de) * 1995-11-06 1997-05-07 Bayer Ag Verfahren zur Herstellung von Dispersionen und zur Durchführung chemischer Reaktionen mit disperser Phase
DE19541266A1 (de) * 1995-11-06 1997-05-07 Bayer Ag Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung chemischer Reaktionen mittels eines Mikrostruktur-Lamellenmischers
JP3167913B2 (ja) * 1996-01-29 2001-05-21 株式会社ジーナス 微粒化装置及び微粒化方法
US5749650A (en) * 1997-03-13 1998-05-12 Apv Homogenizer Group, A Division Of Apv North America, Inc. Homogenization valve
US5993750A (en) * 1997-04-11 1999-11-30 Eastman Kodak Company Integrated ceramic micro-chemical plant
US5887977A (en) * 1997-09-30 1999-03-30 Uniflows Co., Ltd. Stationary in-line mixer
JP4724298B2 (ja) * 1998-03-23 2011-07-13 アマルガメイテッド リサーチ インコーポレイテッド 流体のスケーリング及び分配のためのフラクタル流体流システム
US6494614B1 (en) 1998-07-27 2002-12-17 Battelle Memorial Institute Laminated microchannel devices, mixing units and method of making same
JP2000213681A (ja) * 1999-01-27 2000-08-02 Toshiba Corp 流体混合継手
DE19927556C2 (de) * 1999-06-16 2003-05-08 Inst Mikrotechnik Mainz Gmbh Statischer Mikromischer und Verfahren zum statischen Mischen zweier oder mehrerer Edukte
DE19928123A1 (de) * 1999-06-19 2000-12-28 Karlsruhe Forschzent Statischer Mikrovermischer
DE19961257C2 (de) * 1999-12-18 2002-12-19 Inst Mikrotechnik Mainz Gmbh Mikrovermischer
US6392007B1 (en) * 1999-12-30 2002-05-21 Basf Corporation Multi-pixel liquid streams, especially fiber-forming polymeric streams, and methods and apparatus for forming same
DE10041823C2 (de) * 2000-08-25 2002-12-19 Inst Mikrotechnik Mainz Gmbh Verfahren und statischer Mikrovermischer zum Mischen mindestens zweier Fluide
US7101514B2 (en) * 2001-01-31 2006-09-05 Po-Hao Adam Huang Control devices for evaporative chemical mixing/reaction
JP4385541B2 (ja) * 2001-04-02 2009-12-16 三菱化学株式会社 流通型微小反応流路,反応装置及び反応方法
US6863867B2 (en) * 2001-05-07 2005-03-08 Uop Llc Apparatus for mixing and reacting at least two fluids
EP1412067A2 (en) * 2001-05-07 2004-04-28 Uop Llc Apparatus for mixing and reacting at least two fluids
DE10123093A1 (de) * 2001-05-07 2002-11-21 Inst Mikrotechnik Mainz Gmbh Verfahren und statischer Mikrovermischer zum Mischen mindestens zweier Fluide
DE20206371U1 (de) * 2002-04-23 2002-06-27 Ehrfeld Mikrotechnik Gmbh Modular aufgebauter statischer Mikrovermischer
FR2840546B1 (fr) * 2002-06-07 2005-02-25 Atofina Procede pour melanger en contenu dynamiquement au moins deux fluides et micromelangeur
JP3824160B2 (ja) * 2002-08-28 2006-09-20 株式会社島津製作所 高速液体クロマトグラフ用混合装置
DE20218972U1 (de) * 2002-12-07 2003-02-13 Ehrfeld Mikrotechnik Ag Statischer Laminationsmikrovermischer
DE10333921B4 (de) * 2003-07-25 2005-10-20 Wella Ag Extraktionsverfahren unter Verwendung eines statischen Mikromischers
US20070140042A1 (en) * 2004-06-04 2007-06-21 Gerhard Schanz Multicomponent packaging with static micromixer
US7520661B1 (en) * 2006-11-20 2009-04-21 Aeromed Technologies Llc Static mixer

Also Published As

Publication number Publication date
EP1658129A1 (de) 2006-05-24
US20080106968A1 (en) 2008-05-08
DE502004010322D1 (de) 2009-12-17
EP1658129B1 (de) 2009-11-04
DE10333922B4 (de) 2005-11-17
WO2005018786A1 (de) 2005-03-03
JP2006528541A (ja) 2006-12-21
CN1822894A (zh) 2006-08-23
DE10333922A1 (de) 2005-02-24
ATE447439T1 (de) 2009-11-15
JP4803671B2 (ja) 2011-10-26
MXPA06000730A (es) 2006-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2336112T3 (es) Micromezclador estatico.
KR100806401B1 (ko) 정적 적층 마이크로 혼합기
ES2351600T3 (es) Procedimiento de extracción utilizando un micromezclador estático.
US5803600A (en) Static micromixer with heat exchanger
US20020187090A1 (en) Apparatus for mixing and reacting at least two fluids
US8434933B2 (en) Network mixer and related mixing process
TWI363656B (en) Process intensified microfluidic devices
EP1908514B1 (en) Microreactor
ES2535460T3 (es) Proceso de alto cizallamiento para la mezcla de aire/combustible
US7097347B2 (en) Static mixer and process for mixing at least two fluids
DE50002879D1 (de) Mikrovermischer
US6982064B1 (en) Micromixer
JP2005512760A (ja) 少なくとも2つの流体を混合及び反応させるための装置
JP2006305505A (ja) マイクロリアクタ
ES2336793T3 (es) Factor de supercavitacion multicamara.
JP2009241001A (ja) マイクロミキサ
CN106999875B (zh) 流体混合结构、连续反应单元、连续反应反应器及使用其的方法
JP2006015272A (ja) 平板静止型混合器
US20040228211A1 (en) Internal micromixer
JP2007534465A (ja) 流体混合方法および微細混合反応器
JP4298671B2 (ja) マイクロデバイス
TWI450852B (zh) 微型混合器
TWI270524B (en) Micromixer
JP2005169218A (ja) マイクロミキサ
JP2005131503A (ja) 増設流路モジュールおよび流体混合器