APARATO Y MÉTODO PARA MEZCLAR FLUIDOS Campo de la invención La presente invención se refiere en general a aparatos y métodos útiles para el mezclado de fluidos al inyectar un primer fluido a través de una ranura de inyección y hacia un conducto que transporta un segundo fluido. Más específicamente, la presente invención facilita mantener una velocidad sustancialmente constante del primer fluido de la ranura a través de la ranura de inyección al utilizar una ranura de inyección que se ajusta automáticamente. La presente invención es especialmente útil en un proceso para producir dióxido de titanio mediante una oxidación de fase de vapor de tetracloruro de titanio (TiCl ) , en donde el tetracloruro de titanio se introduce a través de una ranura de inyección y hacia un conducto que transporta una corriente de oxigeno (02) . ANTECEDENTES Y SUMARIO DE LA INVENCIÓN Se ha conocido por largo tiempo en la técnica la producción de dióxido de titanio mediante la oxidación de fase de vapor de tetracloruro de titano y se describe en general mediante la siguiente reacción: TiCl4+02?Ti02+2Cl2 Se sabe que esta reacción puede iniciarse al calentar los reactivos (oxigeno y tetracloruro de titanio) a una temperatura adecuada. En un proceso típico, el vapor de - -
tetracloruro de titanio pre-calentado y un exceso estequiómetrico precalentado de oxigeno se mezclan a altas tasas de flujo a una presión superior a la presión atmosférica en un reactor tubular (también referido como un oxidante) o series de tales reactores en donde el vapor de tetracloruro de titanio reacciona con el oxigeno para producir partículas sólidas de dióxido de titanio. La reacción de los vapores de tratracloruro de titanio con oxigeno para formar dióxido de titanio es exotérmica. Se conocen en la técnica métodos y equipo para precalentar los reactivos . Típicamente, en general los reactores utilizados para producir el dióxido de titanio tienen una forma tubular y al menos una porción del flujo de oxigeno se introduce en un extremo del reactor, formando una corriente de oxigeno. La corriente de oxigeno se transporta a través de un conducto a una cámara de reacción. El tetracloruro de titanio se inyecta hacia el conducto a través de una ranura de inyección en un punto corriente abajo desde el extremo en donde se introduce el flujo de oxigeno (que es, el extremo corriente arriba) y corriente arriba de la cámara de reacción. Las ranuras de inyección del tipo utilizado convencionalmente para los reactores de oxidación de tetracloruro de titanio pueden comprender, por ejemplo, una ranura circunferencial en la pared del conducto, un arreglo de ranuras - - circunferenciales en la pared del conducto, una cámara de inyección separada formada dentro del reactor o un arreglo de cámaras de inyección separadas formadas dentro del reactor. Un reactor típico utilizado en el proceso para producir dióxido de titanio, como se describió arriba en la presente, se muestra en la Figura 1. En general, el reactor 100 comprende una primera instalación 102 de introducción de gas oxidante la cual recibe oxigeno precalentado del equipo de pre-calentamiento de oxigeno 116 por medio de una línea de flujo 122 e introduce el oxigeno a través del conducto 128 y hacia una primera zona de reacción 104 formada en el reactor. El reactor 100 comprende además una primera instalación 106 de introducción de vapor de tetracloruro de titanio la cual recibe tetracloruro de titanio precalentado del equipo 118 de pre-calentamiento de tetracloruro por medio de una línea de flujo 124 e introduce el vapor de tetracloruro de titanio a través de una primera ranura de inyección 108 hacia el conducto 128. Puede hacerse una segunda adición de tetracloruro de titanio precalentado a través de una segunda instalación 110 de introducción de tetracloruro de titanio que recibe tetracloruro de titanio precalentado del equipo de pre-calentamiento 120 de tetracloruro de titanio por medio de una línea de flujo 126 y que introduce el mismo a través de una segunda ranura de inyección 112 hacia una segunda zona de reacción 114. También se conocen adiciones secundarias de - -
oxigeno precalentado, ver, por ejemplo, la Patente de Estados Unidos No. 6,207,131 de Magyar et al. Se apreciará que aunque se describen la primera y segunda zonas de reacción 104 y 114, la reacción entre el tetracloruro de titanio y el oxigeno ocurre de hecho a través de todo el reactor corriente debajo de una introducción de tetracloruro de titanio y no se limita a ninguna zona de reacción en particular. Típicamente, el tetracloruro de titanio se precalienta a una temperatura de aproximadamente 350 °F (177°C) hasta aproximadamente 1800°F (982°C) dependiendo del aparato particular de precalentamiento utilizado. El oxigeno típicamente se precalienta hasta una temperatura de aproximadamente 1000°F (538°C) hasta aproximadamente 2200°F (1204°C). La primera y subsecuentes adiciones, cuando se emplearon, de tetracloruro de titano y/u oxigeno pueden ser a la misma o diferentes temperaturas, ver, por ejemplo, la Patente de Estados Unidos No, 6,387,347 de Deberry et al. (que sugiere una segunda adición de tetracloruro de titanio a una menor temperatura) . La temperatura de reacción de oxidación es típicamente de aproximadamente 2300°F (1260°C) hasta aproximadamente 2500°F (1371°C) . Uno de los aspectos más importantes del diseño del oxidante se refiere a lograr un mezclado eficiente de las corrientes de tetracloruro de titanio y oxigeno. En un reactor típico, el mezclado eficiente en general requiere que - -
el tetracloruro de titanio tenga una suficiente velocidad en la ranura a medida que pasa a través de la ranura y hacia el conducto que transporta el oxigeno. En los oxidantes típicos, tales como el oxidante 100 mostrado en la Figura 1, el tamaño de ranura se fija de tal manera que la caída de presión desde el aparato de suministro de vapor de tetracloruro de titano hacia el interior del oxidante es de aproximadamente .0703 Kgs/cm2 hasta aproximadamente .1406 Kgs/cm2. Es decir, la presión a la cual se suministra el tetracloruro de titanio (que es típicamente de aproximadamente 20 a 50 psig) es de aproximadamente .0703 Kgs/cm2 hasta aproximadamente .1406 Kgs/cm2 mayor que la presión dentro del oxidante. Esta caída de presión permitirá en general a presiones típicas de suministro de tetracloruro de titanio una velocidad en la ranura de aproximadamente 60.96 m/seg hasta aproximadamente 91.44 m/seg. Si la presión a la cual se suministra el tetracloruro de titanio diminuye, la caída de presión y de esta manera la velocidad en la ranura, también se reducirán, dando como resultado el mezclado menos eficiente del tetracloruro de titanio y el oxigeno. Algunas veces ocurre una reducción en la presión de suministro de tetracloruro de titanio como resultado de una reducción en las tasas de flujo de uno o más doradores que producen tetracloruro de titanio en una instalación de producción, por ejemplo, debido a una - -
interrupción para mantenimiento o reparación. Las tasas de flujo reducidas de tetracloruro de titano también pueden observarse como resultado de bioincrustaciones en una o más de las líneas de flujo que suministran tetracloruro de titano a los aparatos de suministro de tetracloruro de titanio. Para mantener el mezclado eficiente de tetracloruro de titanio y oxigeno a tasas de flujo reducidas de tetracloruro de titanio, debe mantenerse la velocidad en la ranura. Mantener la velocidad en la ranura a tasas reducidas de flujo volumétrico de tetracloruro de titanio requiere que se reduzca el tamaño de la ranura de inyección. De manera similar, si la tasa de flujo de tetracloruro de titanio se incrementa, entonces necesita incrementarse el tamaño de la ranura de inyección si la velocidad en la ranura debe mantenerse. De esta manera, cambiar las tasas de flujo de tetracloruro de titanio requiere un ajuste correspondiente en el tamaño de la(s) ranura (s) de inyección de tetracloruro de titanio. Los expertos en la materia también apreciaran, que en donde las tasas de flujo de tetracloruro de titanio no se cambian pero se desea sin embargo mayor o menor mezclado por alguna razón (por ejemplo, para controlar el tamaño de partícula del dióxido de titanio producido) , un cambio correspondiente en la velocidad en la ranura requeriría de manera similar un cambio en el tamaño de la ranura de - - inyección. Sin embargo, en general en los reactores comerciales, el inyector de tetracloruro de titanio tendrá como se indicó arriba un tamaño fijo de ranura de inyección a través del cual se introduce en el reactor el tetracloruro de titanio. Este tamaño fijo (o "ancho" fijo, como se describe típicamente al tamaño de ranura) de ranura de inyección debe ajustarse manualmente en los reactores de la técnica anterior. A fin de cambiar el ancho de la ranura de inyección en los reactores existentes, primero se interrumpe el proceso de oxidación. Entonces se permite al reactor enfriarse suficientemente a fin de que el reactor y/o el inyector puedan desmontarse y pueden hacerse los cambios apropiados. El reactor entonces debe recalentarse a fin de que la producción pueda iniciar de nuevo. De esta manera, cambiar el ancho de la ranura de inyección de tetracloruro de titanio puede tomar varias horas, durante las cuales la producción debe descontinuarse y se incurre en costos al hacer los cambios y tener de nuevo el reactor en línea. Consecuentemente, los operadores han tendido a aceptar un cierto grado de mezclado sub-óptimo en sus oxidantes. La presente invención proporciona nuevos aparatos y métodos para inyectar un primer flujo de fluido hacia un conducto que transporta un segundo fluido, en donde puede mantenerse o establecerse un grado deseado de mezclado sin los intercambios requeridos de los anchos de ranura de ajuste manual. En un primer aspecto, la presente invención proporciona un aparato de mezclado de fluido que comprende un aparato de suministro de fluido para suministrar un primer fluido; un conducto para transportar un segundo fluido; una ranura de inyección ajustable que proporciona comunicación fluida entre el aparato de suministro de fluido para el primer fluido y el conducto que transporta el segundo fluido; y un medio para ajustar de manera automática o remota la ranura de inyección ajustable para mantener una velocidad en la ranura sustancialmente constante o lograr una nueva velocidad deseada en la ranura. Por "ajustar de manera automática o remota" se entiende que la ranura de inyección puede ajustarse sin desensamblar manualmente el aparato y ajustar la ranura, como se ha requerido previamente. Además, en donde la ranura se ajusta "de manera remota", el ajuste se lleva a cabo mediante la intervención de un operador, mientras que los ajustes "automáticos" se activan y llevan a cabo por un cambio en las condiciones de operación de tal manera que se indica un ajuste. Un ejemplo no limitante de medios para "ajustar automáticamente" el ancho de ranura se proporciona abajo como una modalidad preferida de la presente invención. En un segundo aspecto, la presente invención proporciona un método para mezclar dos fluidos, que comprende - - las etapas de: introducir un primer fluido a través de una ranura de inyección y hacia un conducto que transporta un segundo fluido; y ajustar el ancho de la ranura de inyección (ya sea de manera automática o remota) mientras continua introduciéndose el primer fluido hacia el conducto. La presente invención se ha utilizado ventajosamente en un proceso de producción de dióxido de titanio. En una modalidad preferida, la presente invención puede utilizarse ventajosamente para ajustar el ancho de la ranura de inyección de tetracloruro de titanio en un reactor de producción de dióxido de titanio mientras se encuentra en línea, por ejemplo, para compensar automáticamente los cambios en la tasa de flujo de tetracloruro de titanio y al hacerlo, mantener una velocidad en la ranura sustancialmente constante para buenas características continuas de mezclado y un tamaño de partícula de pigmento deseado o por otra parte modificar las características de mezclado y el tamaño de partícula de pigmento desde el oxidante a través de modificar la velocidad en la ranura y el mezclado asociado en el oxidante. DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La presente invención se ilustra a manera de ejemplo en los siguientes dibujos en los cuales las referencias similares indican elementos similares. Los siguientes dibujos describen varias modalidades de la - - presente invención únicamente para propósitos de ilustración. Los dibujos no se proponen para limitar el alcance de la invención. La Figura 1 ilustra una vista en sección transversal de un reactor típico de la técnica anterior para producir dióxido de titanio. La Figura 2 ilustra una vista de arriba a bajo de un aparato de mezclado de fluido de la presente invención, en una modalidad preferida. La Figura 3 ilustra una vista en sección transversal del aparado de mezclado de fluido de la Figura 2, tomada sustancialmente a lo largo de la línea 3-3 de la Figura 2. La Figura 4 ilustra una vista en perspectiva de la vista en sección transversal del aparato de mezclado de fluido de la Figura 3. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS DE LA
INVENCIÓN En la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas de la presente invención, se hace referencia a los dibujos acompañantes, los cuales forman parte de la misma y en los cuales se muestran a manera de ilustración modalidades específicas en las cuales puede practicarse la presente invención. Debe entenderse que pueden utilizarse otras modalidades y pueden hacerse cambios sin apartarse del - - alcance de la presente invención. Los experiencia ordinaria en la técnica reconocerán que la presente invención tendrá utilidad con una variedad de fluidos. Sin embargo, para propósitos de describir la modalidad preferida, la siguiente descripción se enfocará en los aparatos y métodos para preparar dióxido de titanio a través de la oxidación de fase de vapor del tetracloruro de titanio. El mezclado eficiente de fluidos (por ejemplo, tetracloruro de titanio y oxigeno) a altas tasas de flujo en reactores del tipo mostrado en la Figura 1 requiere en general una velocidad en la ranura suficiente para mantenerse. La velocidad en la ranura es la velocidad a la cual pasa un fluido (por ejemplo, tetracloruro de titanio) a través de una ranura de inyección tal como las que se encuentran en reactores (que son, oxidantes) utilizados en la oxidación de fase de vapor del tetracloruro de titanio. La presente invención proporciona el mezclado eficiente continuó de fluidos en situaciones en donde la tasa de flujo de al menos uno de los fluidos puede variar, en particular, pero sin limitarse a en donde se reduce la tasa de flujo del fluido que se introduce a través de una ranura de inyección, a través de permitir una compensación en línea, en el ajuste de la corriente de la ranura de inyección para mantener al menos la suficiente velocidad en la ranura. Como se ha mencionado, en el contexto de la producción de dióxido de - -
titanio mediante la oxidación de tetracloruro de titanio, comúnmente puede ocurrir una reducción en la tasa de flujo de tetracloruro de titanio a través de la interrupción de un dorador corriente arriba de minerales que llevan titanio o a través de los efectos de la bioincrustación en las líneas de suministro. La tasa de flujo de tetracloruro de titanio en la producción de dióxido de titanio puede variar desde aproximadamente 170.688 metros cúbicos estándar por minuto ("scfm") hasta aproximadamente 1400 scfm. Para mantener un ligero exceso estequiométrico de oxígeno, las tasas de flujo de oxígeno se establecen típicamente desde aproximadamente 680 scfm hasta aproximadamente 1680 scfm. Típicamente, el tetracloruro de titanio se precalienta a una temperatura de aproximadamente 350°F (177°C) hasta aproximadamente 1800°F
(982°C) dependiendo del aparato de precalentamiento particular utilizado. El oxígeno típicamente se precalienta a una temperatura de aproximadamente 1000 °F (538°C) hasta aproximadamente 2200°F (1204°C). La temperatura de la reacción de oxidación típicamente es desde aproximadamente 2300°F (1260°C) hasta aproximadamente 2500°F (1371°C). El aparato de precalentamiento de oxígeno y el aparato de precalentamiento de tetracloruro de titanio se encuentran disponibles comercialmente y se conocen bien en la técnica. El reactor puede ser de cualquier diseño de reactor conocido - - incluyendo los que se enfrían con agua u otro medio termopermutador, los que no se enfrían, los que se calientan, los que se encuentran formados de un medio poroso, etc. En los oxidantes típicos tales como el oxidante 100 mostrado en la Figura 1, el tamaño de ranura se fija de tal manera que la caída de presión desde el aparato de suministro de vapor de tetracloruro de titanio al interior del oxidante es de aproximadamente .0703 Kgs/cm2 hasta aproximadamente .1406 Kgs/cm2. Es decir, la presión a la cual se suministra el tetracloruro de titanio es de aproximadamente .0703 Kgs/cm2 hasta aproximadamente .1406 Kgs/cm2 mayor que la presión dentro del oxidante. Esta caída de presión corresponderá en general a una velocidad en la ranura de aproximadamente 60.96 m/seg hasta aproximadamente 91.44 m/seg para el tetracloruro de titanio, proporcionando una presión de suministro de tetracloruro de titanio de aproximadamente 20 psig. Un oxidante comercial típico que opera bajo las condiciones anteriores producirá desde aproximadamente 3 toneladas de dióxido de titanio por hora hasta aproximadamente 10 toneladas de dióxido de titanio por hora. Si la presión a la cual se suministra el tetracloruro de titanio disminuye debido a una tasa de flujo reducida de tetracloruro de titanio, la caída de presión y de esta manera la velocidad en la ranura, también se reducirán, dando como resultado un mezclado menos eficiente del - -
tetracloruro de titanio y el oxígeno. Mantener la velocidad deseada en la ranura a tasas de flujo reducidas de tetracloruro de titanio requiere que el tamaño de la ranura de inyección ("el ancho de ranura") se reduzca de manera correspondiente. De manera similar si la tasa de flujo de tetracloruro de titanio aumenta , entonces también necesita incrementarse el tamaño de la ranura de inyección si debe mantenerse la velocidad en la ranura. Una modalidad preferida de un aparato de acuerdo con la presente invención para lograr estos tipos de ajustes en línea y sobre la corriente, se muestra en las Figuras 2 a 4. Las Figuras 2-4 ilustran en particular un aparato 200 de mezclado de fluido de la presente invención para mezclar altas tasas de flujo de reactivos gaseosos en un reactor. El aparato 200 de mezclado de fluido de las Figuras 2-4 comprende un conducto 202; un aparato de suministro de fluido 204; una ranura de inyección ajustable 206 que proporciona comunicación fluida entre el aparato de suministro 204 y el conducto 202; y un tubo flexible 208, en donde el tubo flexible ajusta automáticamente la ranura de inyección ajustable de una manera que se explica abajo. El conducto 202 y el aparato de suministro de fluido 204 cada uno puede utilizarse para inyectar cualquier tasa alta de flujo de líquido o gas reactivo. En un aparato para producir dióxido de titanio, el conducto 202 transporta una corriente de - - oxígeno precalentada y el aparato de suministro de fluido 204 introduce el tetracloruro de titanio precalentado, a fin de que el aparato 200 en el contexto de un reactor típico 100 puede utilizarse preferentemente en lugar de uno o ambos de la primera y segunda instalaciones de introducción de tetracloruro de titanio 106 y 110, respectivamente. En esta modalidad de un aparato de la presente invención, el interior del tubo flexible 208 se encuentra expuesto al interior del aparato de suministro de fluido 204. De esta manera, la presión dentro del tubo flexible 208 es sustancialmente la misma que la presión dentro del aparato de suministro de fluido 204. Para propósitos de la presente invención, un tubo flexible puede ser cualquier estructura que cambia de forma (por ejemplo se expande o se contrae) en respuesta a los cambios de presión dentro del aparato de suministro de fluido. El tubo flexible 208 del aparato 200 de mezclado de fluido se expande a medida que la presión en el aparato de suministro de fluido 204 se incrementa y se contrae a medida que la presión en el aparato de suministro de fluido 204 disminuye. Como se muestra en las Figuras 3 y 4, un extremo del tubo flexible 208 se une a una porción no-móvil del aparato de suministro de fluido 204 y el otro extremo del tubo flexible 208 se une a una pared móvil 210 que define un lado de la ranura de inyección 206. A medida que la presión - - en el aparato de suministro de fluido 204 disminuye, por ejemplo debido a un descenso en la tasa de flujo del fluido (tetracloruro de titanio) a inyectarse, el tubo flexible 208 se contrae. La contracción del tubo flexible 208 provoca que la porción del tubo flexible 208 unida a la pared móvil 210 mueva la pared móvil 210 de una manera que hace más estrecha la ranura de inyección 206. La ranura de inyección 206 más estrecha ocasiona que la velocidad en la ranura permanezca sustancialmente constante aún cuando se ha disminuido la tasa de flujo (volumen por unidad de tiempo) del primer fluido. De manera similar, a medida que se incrementa la presión en el aparato de suministro de fluido 204, se expande el tubo flexible 208. La expansión del tubo flexible 208 ocasiona que la porción del tubo flexible 208 unida a la pared móvil 210 mueva la pared móvil 210 en una manera que hace a la ranura de inyección 206 más ancha. La ranura de inyección más ancha 206 hace que la velocidad en la ranura permanezca sustancialmente constante aunque la tasa de flujo volumétrico del primer fluido se haya incrementado. De esta manera, el tubo flexible 208 ajusta automáticamente la ranura ajustable para mantener una velocidad en la ranura sustancialmente constante del primer fluido a través de la ranura de inyección 206. De manera similar, cuando el tubo flexible 208 ajusta automáticamente la ranura ajustable, la caída de - - presión a través de la ranura de inyección 206 se mantiene sustancialmente. Por ejemplo, si el flujo de tetracloruro de titanio se incrementa, el incremento resultante en la presión incrementaría la presión en el aparato de suministro de fluido 204, lo cual causaría que el tubo flexible 208 se expanda y mediante esto incremente el ancho de ranura, manteniendo una velocidad en la ranura sustancialmente constante y una caída de presión sustancialmente constante a través de la ranura de inyección 206. De manera similar, si el flujo del tetracloruro de titanio disminuye, el descenso resultante en la presión disminuiría la presión en el aparato de suministro de fluido 204, ocasionado que el tubo flexible 208 se contraiga y mediante esto disminuir el ancho de ranura para mantener una caída de presión sustancialmente constante a través de la ranura de inyección 206 y una velocidad en la ranura sustancialmente constante. El tamaño, forma y composición precisas de un tubo flexible útil en la presente invención puede variar dependiendo de la composición del primer fluido, el rango de tasas de flujo y el rango de las presiones de operación en el aparato de suministro de fluido, pero deben ser tales que el tubo flexible responda a los cambios en las tasas de flujo de fluido y las presiones en el aparato de suministro de fluido inyectado aún sea flexible y durable en la aplicación. Sin embargo, alguien de experiencia ordinaria en la técnica debe - - ser capaz de determinar estos parámetros sin experimentación indebida. En una modalidad preferida de la presente invención, un tubo flexible 208 para el uso con un suministro de tetracloruro de titanio fue fabricado ventajosamente de aleación de níquel Inconel disponible de Inco, Inc. En una modalidad, el aparato de mezclado de fluido de la presente invención es parte de un reactor utilizado en el proceso para producir dióxido de titanio al hacer reaccionar vapor de tetracloruro de titanio con oxigeno. En general, el reactor comprende: una instalación de introducción de gas de oxigeno para recibir oxigeno precalentado del equipo de pre-calentamiento de oxigeno y para introducir el oxigeno precalentado en un conducto de un aparato de mezclado de fluido; un aparato de suministro de fluido que suministra vapor de tetracloruro de titanio proveniente del equipo de precalentamiento de tetracloruro de titanio; una ranura ajustable que proporciona comunicación fluida entre el aparato de suministro de fluido y el conducto; un medio para ajustar de manera automática o remota la ranura ajustable; y una zona de reacción formada en el reactor corriente debajo de la ranura. El tubo flexible mostrado in las Figuras 2-4 constituiría un medio para ajustar automáticamente la ranura ajustable, pero los expertos en la técnica concebirán fácilmente otros medios adecuados para ajustar las ranura ajustables, ya sea de - -
manera automática o remota, por ejemplo mediante engranajes de tornillo sinfín externos u otros posicionadores lineales. La presente invención se ha utilizado ventajosamente en un proceso de producción de dióxido de titanio. En una modalidad preferida, la presente invención puede utilizarse ventajosamente para ajustar automáticamente la ranura de inyección de tetracloruro de titanio en un reactor de producción de dióxido de titanio para compensar los cambios en la tasa de flujo del tetracloruro de titanio y mantener una velocidad en la ranura sustancialmente constante. Aunque la presente invención se ha descrito en detalle con respecto a esta modalidad especifica de la misma, se apreciará por los expertos en la técnica, logrando un entendimiento de lo anterior, preverán que la presente invención puede utilizarse ventajosamente en aparatos utilizados para el mezclado de fluidos diferentes al tetracloruro de titanio y oxigeno. Además alguien de habilidad ordinaria en la técnica puede concebir fácilmente modificaciones, variaciones y equivalencias a estas modalidades. De acuerdo con lo anterior, el alcance de la invención debe valorarse como el de las reivindicaciones acompañantes y por las equivalencias a las mismas.