MX2012014091A - Produccion de alimentacion semicontinua de composiciones liquidas para el cuidado personal. - Google Patents

Abstract

Una unidad de mezclado (10) para usar en un proceso semicontinuo para producir composiciones líquidas para el cuidado personal, tales como champús, incluye un tubo de alimentación principal (12) que lleva una base de la composición a producirse, una pluralidad de tubos de inyección (14, 16, 18, 20, 22) en comunicación continua selectiva con el tubo de alimentación principal (12), y un orificio proporcionado en una pared en un extremo del tubo de alimentación principal corriente abajo de la pluralidad de tubos de inyección. La pared en la cual se proporciona el orificio incluye una superficie de entrada curva (p. ej., semiesférica) en un lado de entrada o corriente arriba de un orificio, y una superficie de salida curva (p. ej., semielíptica) en un lado de salida o corriente abajo del orificio. El orificio puede tener una forma rectangular o elíptica. Al mantener la simetría de los tubos de inyección con relación al orificio, y potenciar el retraso entre la introducción de módulos dosificados y viscosidad aumentada, puede lograrse un mezclado efectivo con mínima energía.

Description

PRODUCCIÓN DE ALIMENTACIÓN SEMICONTINUA DE COMPOSICIONES LÍQUIDAS PARA EL CUIDADO PERSONAL CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta descripción se refiere, generalmente, a la producción de composiciones líquidas para el cuidado personal y, más específicamente, a un aparato para facilitar la producción de flujo continuo de dichas composiciones líquidas para el cuidado personal.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las composiciones líquidas para el cuidado personal, tales como champús, geles para la ducha, limpiadores líquidos de manos, composiciones dentales líquidas, cremas y lociones para la piel, tintes para el cabello, limpiadores faciales, fluidos que tienen el propósito de impregnarse en o sobre artículos de limpieza (p. ej., pañitos para bebés), detergente para lavandería, detergente para el lavado de vajilla y otras composiciones líquidas con base en surfactante, se producen, típicamente, en masa mediante el uso de operaciones de procesamiento discontinuo. Si bien la viscosidad de las composiciones puede medirse y ajustarse en los grandes tanques de mezclado de tamaño fijo, este proceso no proporciona requerimientos óptimos de producción para satisfacer las necesidades de las instalaciones involucradas en la producción de diversas composiciones líquidas que comparten el mismo equipo para realizar las operaciones de mezclado.

Otra desventaja de los sistemas convencionales de procesamiento discontinuo usados en la producción de composiciones líquidas para el cuidado personal es la dificultad en la limpieza de tuberías y tanques para facilitar el cambio de sistema para la producción de diferentes composiciones para el cuidado personal. Para reducir pérdidas y evitar la contaminación del próximo lote a fabricar, es común "purgar" las tuberías o líneas de alimentación que conducen a y/o vienen desde el tanque para procesamiento por lote y enjuagar el tanque para procesamiento por lote. Dado que el periodo de enjuague puede tomar 50 % del tiempo del ciclo del lote, un sistema que pueda reducir, significativamente, el tiempo de cambio de sistema proporcionará la oportunidad de incrementar la eficiencia y capacidad de producción.

Adicionalmente al tiempo de cambio de sistema, cantidades significativas de componentes no usados que se purgan a través de las líneas durante el proceso de cambio de sistema se consideran desechos y se botan cuando ocurre el cambio de sistema. Así, un sistema que reduzca dichos residuos sería beneficioso para el medio ambiente y disminuiría el costo del producto terminado.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN Al emplear un proceso semicontinuo en lugar de un proceso discontinuo, una instalación de producción puede producir cantidades que se ajusten con más precisión a la demanda del consumidor y alcanzar los objetivos para que una composición líquida para el cuidado personal particular "corra". Además, pueden reducirse el tiempo de cambio de sistema y los residuos. Un proceso semicontinuo de la presente descripción para la producción de composiciones líquidas para el cuidado personal, tales como champús, geles para la ducha, limpiadores líquidos de manos, composiciones dentales líquidas, cremas y lociones para la piel, tintes para el cabello, limpiadores faciales, fluidos que tienen el propósito de impregnarse en o sobre artículos de limpieza (p. ej., pañitos para bebés), detergente para lavandería, detergente para el lavado de vajilla y otras composiciones líquidas con base en surfactante, emplea, típicamente, un tubo de alimentación principal que lleva una base de diversas composiciones a producirse, una pluralidad de tubos de inyección en comunicación continua selectiva con el tubo de alimentación principal, y al menos un orificio que se proporciona en un extremo del tubo de alimentación principal corriente abajo de la pluralidad de tubos de inyección. Cada uno de los tubos de inyección puede colocarse, concéntricamente, con relación a los otros tubos de inyección, y puede proyectarse a través de la pared lateral del tubo de alimentación principal y descargar con un diámetro interior del tubo de alimentación principal o dentro del tubo de alimentación principal por dentro de un diámetro interior del tubo de alimentación principal. Como se usa en la presente descripción, "colocado concéntricamente con relación a los otros tubos de inyección" se refiere a todos los tubos de inyección que intersecan el tubo de alimentación principal en una ubicación común a lo largo de la longitud axial del tubo de alimentación principal, con los tubos de inyección colocados en incrementos angulados uno del otro alrededor de la circunferencia del tubo de alimentación principal. En algunas modalidades de la presente descripción, mientras cada uno de una pluralidad de tubos de inyección se coloca, concéntricamente, con relación a otro de la primera pluralidad de tubos de inyección, cada uno de una segunda pluralidad de tubos de inyección puede colocarse, concéntricamente, con relación al otro de la segunda pluralidad de tubos de inyección, pero separado, axialmente, de la posición axial de intersección de la primera pluralidad de tubos de inyección con el tubo de alimentación principal. En algunas otras modalidades, si bien la posición axial de intersección de todos los tubos de inyección con un tubo de alimentación principal puede ser la misma, de manera que todos los tubos de Inyección se disponen, concéntricamente, las salidas de uno o más de los tubos de inyección pueden ser de longitudes diferentes a un diámetro interior del tubo de alimentación principal que otro de los tubos de inyección, tal como una o más de las descargas que terminan en los tubos de inyección con el diámetro interior, y otro de los tubos de inyección que termina, radialmente, hacia dentro del diámetro interior del tubo de alimentación principal.

La combinación de los tubos de inyección y la geometría del orificio se usan para dosificar la base de la composición y mezclar la base con una serie de módulos sólido/lechada, emulsión líquida/líquida, líquida isotrópica prefabricados en un solo punto para generar una mezcla homogénea. Existen diversas consideraciones de diseño importantes en la implementación de una unidad de mezclado que se pueden usar para un proceso semicontinuo en una instalación de producción a gran escala. Por ejemplo, si bien se desea minimizar los requerimientos de energía, se reconoce que si se usa muy poca energía, los ingredientes no serán, adecuadamente, combinados entre sí para alcanzar una mezcla homogénea. Por otro lado, si se usa mucha energía, esto podría destruir la distribución de tamaño de partícula de la emulsión crítica, lo cual afectaría, negativamente, las características deseables de las composiciones líquidas para el cuidado personal que se están produciendo, tal como la capacidad de acondicionamiento del cabello de los champús.

Para minimizar el desecho durante el cambio de sistema para producir diferentes composiciones para el cuidado personal, es preferible dosificar la base que se lleva en el tubo de alimentación principal en un solo punto a lo largo de la longitud del tubo de alimentación principal. Ya que las líneas deben ser, periódicamente, detenidas durante la producción, la unidad de mezclado de la presente descripción tiene la capacidad de iniciarse y detenerse, instantáneamente, sin generar desechos, así, facilitando la operación temporal. La unidad de mezclado de la presente descripción es, además, completamente drenable y es resistente al crecimiento microbial.

Se reconoce que el diseño del sistema de mezclado del orificio puede variar dependiendo de la composición líquida para el cuidado personal particular a mezclarse. Las diferentes composiciones líquidas para el cuidado personal varían, ampliamente, en cuanto a la viscosidad y pueden prepararse a partir de ingredientes y, en algunos casos, premezclas, que cubren un intervalo de viscosidad. Los sistemas líquidos de viscosidad baja, particularmente los sistemas de viscosidad baja elaborados a partir de por lo menos ingredientes de viscosidad predominantemente baja y/o premezclas de viscosidad baja, tienden a requerir menor energía para el mezclado en comparación con los sistemas líquidos de mayor viscosidad. Las formulaciones líquidas de menor viscosidad pueden beneficiarse del mezclado de por lo menos algunos componentes corriente arriba del orificio, mientras que las formulaciones líquidas de mayor viscosidad pueden verse, negativamente, afectadas por dicho mezclado corriente arriba del orificio. Una consecuencia negativa potencial de manejar, ineficazmente, el mezclado corriente arriba del orificio cuando se trata de mezclar un líquido de viscosidad alta es inconsistente con las concentraciones de corrientes de fluido debido al mezclado incompleto. Por ejemplo, el mezclado parcial corriente arriba del orificio puede inducir fluctuaciones en la concentración que permanecen, o incluso aumentan, en el orificio. En esta situación, estas gradientes de concentración podrían existir corriente abajo del orificio, lo cual resultaría, potencialmente, en fluctuaciones inaceptables de concentración del producto, particularmente, cuando se mezcla líquidos de alta viscosidad. En unidades de menor escala de la presente descripción, el flujo corriente arriba del orificio puede ser laminar y el flujo corriente abajo del orificio será no laminar. Sin embargo, en unidades de mayor escala, el flujo uniforme corriente arriba del orificio es, probablemente, no laminar (es decir, el flujo corriente arriba del orificio en unidades de mayor escala es, probablemente, turbulento, o por lo menos transicional).

Diversas estrategias de diseño se describen en la presente descripción que presentan ventajas y desventajas a tomar en cuenta cuando se consideran algunos ajustes a realizar para lograr un balance aceptable para lograr la calidad deseada de mezclado.

Así, en los sistemas que forman viscosidad, es, generalmente, preferible que el mezclado ocurra corriente abajo del orificio. Esto ayuda a optimizar el nivel de energía usado para alcanzar la homogeneidad. Además de disminuir los costos de energía, el uso de niveles de energía menores reduce el riesgo de transformaciones sensibles a la energía perjudiciales, tales como la ruptura de la gotícula y/o reducción del tamaño de partícula. En la presente descripción, se describen diversos enfoques alternativos para el suministro de múltiples tubos de inyección en un sistema de mezclado semicontinuo de composición líquida para el cuidado personal, así como consideraciones de diseño para el sistema de mezclado de tubo de múltiple inyección que pueden incluirse dependiendo de la viscosidad de la composición líquida deseada.

La forma en la cual se logran estos y otros beneficios de la unidad de mezclado de la presente descripción se entiende mejor en conjunto con las figuras que se adjuntan y la siguiente descripción detallada.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Aunque la especificación concluye con reivindicaciones que señalan en particular y reivindican claramente el objeto de la presente invención, se cree que la invención será mejor comprendida tomando la siguiente descripción en conjunto con las figuras acompañantes. Algunas de las figuras se habrán simplificado al omitir elementos seleccionados con el fin de mostrar con más claridad otros elementos. Estas omisiones de elementos en algunas figuras no son necesariamente indicativas de la presencia o ausencia de elementos particulares en cualquiera de las modalidades ilustrativas, excepto en la medida que explícitamente se indique en la descripción escrita correspondiente. Ninguna de las figuras están necesariamente a escala.

La Figura 1 es una vista en perspectiva frontal de una unidad de mezclado para usar en un proceso semicontinuo para la producción de composiciones líquidas para el cuidado personal; la Figura 2 es una vista en perspectiva de un lado corriente abajo de un accesorio del orificio para usar en la unidad de mezclado de la Figura 1 , en donde un orifico del accesorio del orificio es de forma rectangular; la Figura 3 es una vista en perspectiva de un lado corriente abajo de un accesorio del orifico alterno para usar en la unidad de mezclado de la Figura 1 , en donde un accesorio del orificio es de forma elíptica; la Figura 4 es una vista del extremo corriente arriba, orientada corriente abajo, de la unidad de mezclado de la Figura 1 ; la Figura 5 es un vista plana frontal de la unidad de mezclado de la Figura 1 ; la Figura 6 es una vista en sección transversal de la unidad de mezclado, captada a lo largo de las líneas 6-6 de la Figura 5; la Figura 7 es una vista en sección transversal del accesorio del orificio de la Figura 2, captada a lo largo de las líneas 7-7 de la Figura 2; la Figura 8 es una vista en sección transversal del accesorio del orificio de la Figura 2, captada a lo largo de las líneas 8-8 de la Figura 2; la Figura 9 es una vista en sección transversal aumentada del accesorio del orificio de la Figura 2, como se inserta y asegura en posición en la unidad de mezclado de la Figura 1 ; la Figura 10 es una vista en perspectiva de la unidad de mezclado de la Figura 1 , con un tubo de alimentación principal de la unidad de mezclado parcialmente cortado; la Figura 1 1 muestra un modelo de flujo de un orificio que tiene un perfil afilado de un lado de entrada del orificio a un lado de salida del orificio; la Figura 12 muestra un modelo de flujo de un orificio que tiene forma de canal; la Figura 13 es una vista en sección transversal de una porción de la unidad del tubo de mezclado de la Figura 1 que incluye una región del tubo de alimentación principal inmediatamente corriente arriba del accesorio del orificio de la Figura 2, que ilustra la influencia de la velocidad de propagación del material alimentado a través del tubo de alimentación principal en el flujo de masa inyectado en el tubo de alimentación principal mediante dos tubos de inyección relativamente grandes de la unidad del tubo de mezclado; la Figura 14 es una vista en sección transversal de una porción de la unidad del tubo de mezclado similar a la Figura 13, que ilustra la influencia relativamente mayor de la velocidad de propagación del material alimentado a través del tubo de alimentación principal en el flujo de masa inyectado en el tubo de alimentación principal hacia el orificio mediante dos tubos de inyección relativamente menores de la unidad del tubo de mezclado; la Figura 15 es una vista en sección transversal superior de la unidad de mezclado, captada a lo largo de las líneas 15-15 de la Figura 1 ; la Figura 16 es una vista inferior (captada desde un extremo corriente abajo) de la unidad de mezclado de la Figura 5; la Figura 17 es una vista en planta frontal de una unidad de mezclado para usar en un proceso semicontinuo para la producción de composiciones líquidas para el cuidado personal que incluye una primera pluralidad de tubos de inyección y una segunda pluralidad de tubos de inyección, todos intersecan un tubo de alimentación principal a una distancia axial común desde un orificio, con cada uno de los tubos de inyección de la primera pluralidad terminando a una distancia radialmente hacia dentro de un diámetro interior del tubo de alimentación principal y cada uno de los tubos de inyección de la segunda pluralidad terminando en el diámetro interior del tubo de alimentación principal; la Figura 18 es una vista en sección transversal captada a lo largo de las líneas 18-18 de la Figura 17; la Figura 19 es una vista en sección transversal captada a lo largo de las líneas 19-19 de la Figura 18; la Figura 20 es una vista en sección transversal similar a la Figura 17, que ilustra una zona de orificio accesible y un mecanismo de mordaza para facilitar el acceso a esta; la Figura 21 es una región en sección transversal ampliada captada a lo largo de la línea 21 de la Figura 20; la Figura 22 es una vista en perspectiva del mecanismo de mordaza ilustrado en las Figuras 20 y 21 ; la Figura 23 es una vista en sección transversal similar a la Figura 18, que ilustra una unidad de mezclado para usar en un proceso semicontinuo para la producción de composiciones líquidas para el cuidado personal que incluye una primera pluralidad de tubos de inyección y una segunda pluralidad de tubos de inyección, todos intersecan un tubo de alimentación principal a una distancia axial común desde un orificio, con cada uno de los tubos de inyección de la primera pluralidad terminando a una distancia radialmente hacia dentro de un diámetro interior del tubo de alimentación principal y cada uno de los tubos de inyección de la segunda pluralidad terminando, además, hacia dentro del diámetro interior del tubo de alimentación principal, pero a una mayor distancia axial desde el orificio en comparación con la primera pluralidad de tubos de inyección; la Figura 24 es una vista en sección transversal de la unidad de mezclado ilustrada en la Figura 23, captada a lo largo de las líneas 24-24 de la Figura 23; la Figura 25 es una vista en planta frontal de una unidad de mezclado para usar en un proceso semicontinuo para la producción de composiciones líquidas para el cuidado personal que incluye una primera pluralidad de tubos de inyección que intersecan un tubo de alimentación principal a una primera distancia axial desde un orificio y una segunda pluralidad de tubos de inyección que intersecan el tubo de alimentación principal a una segunda distancia axial desde el orificio, la segunda distancia axial es diferente de la primera distancia axial, y cada uno de los tubos de inyección de la segunda pluralidad intersecan el tubo de alimentación principal y terminan en el mismo ángulo como cada uno de los tubos de inyección de la primera pluralidad; la Figura 26 es una vista en sección transversal captada a lo largo de las líneas 26-26 de la Figura 25; la Figura 27 es una vista en sección transversal captada a lo largo de las líneas 27-27 de la Figura 25; la Figura 28 es una vista en planta frontal de una unidad de mezclado para usar en un proceso semicontinuo para la producción de composiciones líquidas para el cuidado personal que incluye una primera pluralidad de tubos de inyección que intersecan un tubo de alimentación principal a una primera distancia axial desde un orificio y una segunda pluralidad de tubos de inyección que intersecan el tubo de alimentación principal a una segunda distancia axial desde el orificio, la segunda distancia axial es diferente de la primera distancia axial, y cada uno de los tubos inyección de la segunda pluralidad intersecan el tubo de alimentación principal y terminan en un ángulo diferente con relación al eje del tubo de alimentación principal en comparación con cada uno de los tubos de inyección de la primera pluralidad; la Figura 29 es una vista en sección transversal captada a lo largo de las líneas 29-29 de la Figura 28; la Figura 30 es una vista en sección transversal captada a lo largo de las líneas 30-30 de la Figura 28; la Figura 31 es una vista en planta frontal de una unidad de mezclado para usar en un proceso semicontinuo para la producción de composiciones líquidas para el cuidado personal que incluye una primera pluralidad de tubos de inyección que intersecan un tubo de alimentación principal a una primera distancia axial desde un orificio y una segunda pluralidad de tubos de inyección que intersecan el tubo de alimentación principal a una segunda distancia axial desde el orificio, la segunda distancia axial es diferente de la primera distancia axial, cada uno de los tubos de inyección de la primera pluralidad intersecan el tubo de alimentación principal y terminan en un ángulo con relación al eje del tubo de alimentación principal y cada uno de los tubos de inyección de la segunda pluralidad intersecan el tubo de alimentación principal en un ángulo que no es igual a cero con relación al eje del tubo de alimentación principal y hacia dentro del diámetro interior del tubo de alimentación principal, que se dobla hacia una región que se extiende en paralelo al eje del tubo de alimentación principal; la Figura 32 es una vista en sección transversal captada a lo largo de las líneas 32-32 de la Figura 31 ; la Figura 33 es una vista en sección transversal captada a lo largo de las líneas 33-33 de la Figura 31 ; y la Figura 34 es una vista en sección transversal captada a lo largo de las líneas 34-34 de la Figura 31.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Con relación a las Figuras 1 , 4, 5 y 6, una unidad de mezclado 10 para usar en un proceso semicontinuo para la producción de composiciones líquidas para el cuidado personal, tales como champús, geles para la ducha, limpiadores líquidos de manos, composiciones dentales líquidas, cremas y lociones para la piel, tintes para el cabello, limpiadores faciales, fluidos que tienen el propósito de impregnarse en o sobre artículos de limpieza (p. ej., pañitos para bebés), detergente para lavandería, detergente para el lavado de vajilla y otras composiciones líquidas con base en surfactante, incluye un tubo de alimentación principal 12 que lleva una base de la composición a producirse, una pluralidad de tubos de inyección 14, 16, 18, 20, 22, 24 en comunicación continua selectiva con el tubo de alimentación principal 12, y un accesorio del orificio 26 provisto en un extremo del tubo de alimentación principal 12 corriente abajo de la pluralidad de tubos de inyección 14-24. A manera de ejemplo solamente, el tubo de alimentación principal 12 puede tener un diámetro interior de 7.29 cm (2.87 pulgadas) y un diámetro externo de 7.62 cm (3 pulgadas). Como se ilustra en las Figuras 7 y 8, el accesorio del orificio 26 incluye una superficie de entrada 28 curvada, por ejemplo, semiesférica, a un lado de entrada o corriente arriba de un orificio 30, y una superficie de salida 32 curvada, por ejemplo semiesférica, en un lado de salida o corriente abajo del orificio 30.

Siempre que el orificio 30 para mezclar los ingredientes suministrados por los tubos de inyección 14-24 en la base de la composición a producirse permita el mezclado homogéneo a energía relativamente baja, como se compara con el proceso de mezclado en lote, por ejemplo. Es posible el mezclado a baja energía mediante un retardo o retraso apreciable para que ocurra el incremento de viscosidad, calculado para estar en el orden de 0.25 segundos, después de la dosificación inicial de cosuríactantes, solución salina y otros ingredientes de modificación de la viscosidad con base en la composición a producirse. Al tomar ventaja de este retraso, el orificio 30 puede tener el propósito de inducir turbulencia en un solo punto justo corriente abajo de la salida de los tubos de inyección 14-24. Mientras que el orificio 30 puede tener una variedad de formas, con la selección de tamaño y forma con efectos potencialmente drásticos en la eficacia del mezclado, se ha descubierto que en la producción de champús, el mezclado óptimo puede lograrse con el uso de un orificio 30 de forma rectangular, como se ilustra en la Figura 2, o en forma elíptica, como se ilustra en la Figura 3. La forma rectangular o elíptica del orificio 30 facilita, ventajosamente, la obtención y el mantenimiento de un perfil de cizallamiento deseado y perfil de velocidad en una zona turbulenta corriente abajo del orificio 30.

Una consideración de diseño adicional en el mantenimiento del perfil de cizallamiento consistente a lo largo del orificio 30 es mantener una distancia limitada entre dos de los bordes del orificio 30, de manera tal que el perfil de cizallamiento se mantenga ajustado. Las grandes diferencias en la velocidad de cizallamiento a lo largo del orificio 30, si el nivel de energía no se incrementa, resultarían, probablemente, en una mezcla indeseable no homogénea. Un orificio rectangular 30 tal como en la Figura 2 puede formarse mediante el troquelado del accesorio del orificio 26, mientras que un orificio en forma elíptica 30 tal como en la Figura 3 debe impartirse al accesorio del orificio 26 mediante el uso de una mayor precisión, tal como cortado por láser. El orificio 30 tiene, preferentemente, una proporción (distancia a profundidad) entre 2 y 7, y cuando tiene forma rectangular, un grosor o ancho de canal de 1 mm a 3 mm. A manera de ejemplo solamente, un orificio con forma rectangular 30 tal como el que se ilustra en la Figura 2 puede tener una longitud axial mayor de 0.80 cm (0.315 pulgadas) y una longitud axial menor de 0.19 cm (0.078 pulgada). Además a manera de ejemplo solamente, un orificio con forma elíptica 30 tal como el que se ilustra en la Figura 3 puede tener una longitud axial mayor de 0.79 cm (0.312 pulgadas), una longitud axial menor de 0.16 cm (0.061 pulgadas).

Mientras que el orificio 30 puede variar en grosor desde un lado corriente arriba del orificio 30 a un lado corriente abajo del orificio 30, tal como tener un borde afilado como se ilustra en la Figura 1 1 , en función de un canal recto (es decir, con un grosor uniforme desde el lado corriente arriba al lado corriente abajo del orificio 30), como se ilustra en la Figura 12. Se ha descubierto a través del uso de modelado de flujo mediante programas computacionales de predicción dinámica de fluido que un mayor perfil de turbulencia puede alcanzarse mediante el uso del canal recto de la Figura 12 a niveles de energía similares a aquellos requeridos cuando se usa un orificio con un borde afilado, tal como en la Figura 1 1 , de tal manera que existe una preferencia para usar un canal recto. Como se desea lograr un mezclado óptimo mientras se evita inyectar los ingredientes en el tubo de alimentación principal a presión excesiva, como se describe adicionalmente más abajo, se consideran no solo la geometría del orificio, pero, además, la relación entre los tubos de inyección al orificio.

En la producción de champús y otras composiciones líquidas para el cuidado personal, se adiciona y se mezcla una cantidad de ingredientes líquidos a una base de vainilla. La base de vainilla es una mezcla surfactante principal que tiene una viscosidad significativamente menor que el producto de champú final. A manera de ejemplo solamente, la base de vainilla puede incluir una mezcla de lauriisulfato de sodio (SLS), laurethsulfato de sodio (SLE1 -10S/SLE35) y agua. Los ingredientes adicionados a la base de vainilla incluyen agentes espesantes tales como solución de cloruro de sodio (NaCI) y cosurfactantes. Se adiciona, además, perfume, el cual tiende, además, a incrementar la viscosidad, así como otros polímeros y/o premezclas para alcanzar una mezcla y viscosidad deseadas. Cuando se predice que una mezcla dada de ingredientes resultará en una viscosidad muy alta, puede adicionarse idrótropos para disminuir la viscosidad.

Los ingredientes introducidos a la base de vainilla en la unidad de mezclado empleada por el proceso semicontinuo de la presente descripción no se adicionan, necesariamente, en partes iguales. Por ejemplo, en mezclas de champú, se adicionan los perfumes en concentraciones relativamente pequeñas en comparación con otros ingredientes. Por lo tanto, el perfume puede añadirse en el tubo de alimentación principal 12 a través de un tubo de inyección 16 de diámetro relativamente menor que los cosurfactantes u otros ingredientes que se añaden en concentraciones relativamente mayores. Similarmente, las emulsiones de silicona pueden añadirse en menores concentraciones con relación a otros componentes. Como se ilustra en las Figuras 1 1 y 12, se ha descubierto que la velocidad de volumen del material alimentado a través del tubo de alimentación principal 12, es decir, la base de vainilla para un producto de champú, tiene una mayor influencia en el flujo de masa inyectado al tubo de alimentación principal 12 mediante tubos de inyección. 16, 20 de menor diámetro de la unidad del tubo de mezclado, tal como perfumes y otros componentes que tienen caudales de masa bajos, que el flujo de masa inyectado en el tubo de alimentación principal 12 mediante tubos de inyección 14, 18, 22, 24 de mayor diámetro. Para compensar esta discrepancia, los tubos de inyección 16, 20 de menor diámetro se colocan, perpendicularmente, con relación a un eje principal x del orificio 30, es decir, en las posiciones 12:00 y 6:00. En otras palabras, una salida 40 de al menos uno de los tubos de inyección 16, 20 que tiene un diámetro interior menor que los otros tubos de inyección se coloca aproximadamente equidistante a un primer extremo 42 y un segundo extremo 44 de un eje principal x del orificio 30. Se observa, además, que los tubos de inyección de mayor diámetro (no se muestran) pueden emplearse para acomodar componentes a adicionarse a la base de vainilla a un régimen de flujo de masa mayor.

Cuando se diseñan las unidades de mezclado de la presente descripción que emplean tubos de inyección de diferente diámetro, se desea, particularmente, alinear la descarga de los diversos tubos de inyección de tal manera que la descarga ocurra en un punto deseado a lo largo de la trayectoria de flujo de la cámara del orificio.

Se reconoce que podría ser preferible remplazar el accesorio del orificio 26 de tiempo en tiempo. Para ayudar a un técnico de configuración a alcanzar la orientación apropiada del accesorio del orificio redondo 26, se prefiere proporcionar un pasador de alineación 34 en el accesorio del orificio 26. El pasador de alineación 34 puede interactuar con una abertura de recepción del pasador complementaria en el tubo de alimentación principal 12, o en un mecanismo de sujeción 36 que sirve para sujetar dicho accesorio del orificio 26 removible al lugar con relación al tubo de alimentación principal 12 y un tubo portador de mezcla 38 en el lado corriente abajo del accesorio del orificio 26. Mientras que el accesorio del orificio 26 ilustrado y descrito en la presente descripción puede ser una parte removible separada, el orificio 30 puede proporcionarse, alternativamente, en una pared del fondo del tubo de alimentación principal 12, en una pared del fondo integral del tubo portador de mezcla 38, o en una pared de división de una unidad integral que incluye tanto al tubo de alimentación principal 12 en un lado corriente arriba del orificio 30 y un tubo portador de mezcla 38 en un lado corriente abajo del orificio 30. Alternativamente, el accesorio del orificio 26 puede formarse como una parte separada, pero básicamente soldada, o de cualquier otra forma asegurada, en una asociación permanente no removible con uno o ambos, el tubo de alimentación principal 12 y el tubo portador de mezcla 38.

El tubo portador de mezcla 38 tiene un diámetro menor que el tubo de alimentación principal 12. A manera de ejemplo solamente, el tubo portador de mezcla 38 puede tener un diámetro interior de 6.02 cm (2.37 pulgadas) y un diámetro externo de 6.35 cm (2.5 pulgadas).

La simetría de los componentes que ingresan al orificio facilita lograr una mezcla homogénea efectiva. El orientar los tubos inyectores 14-24 de tal manera que la salida 40 de cada tubo de inyección 14-24 se orienta hacia el orificio 30 ayuda a alcanzar la simetría deseada. Mientras los tubos de inyección 14-24 se configuran en una geometría que logra dosificar sus contenidos en la base del componente a mezclarse, y pasar dicha base dosificada a través del orificio 30 dentro del retardo o retraso apreciable para que ocurra el incremento de viscosidad, calculado para estar en el orden de 0.25 segundos, puede existir una variabilidad con relación al ángulo de inclinación de cada uno de los tubos de inyección 14-24 y la separación de la salida 40 de cada uno de los tubos de inyección 14-24 del orificio 30. Si los tubos de inyección 14-24 se desalinean o si la base dosificada no pasa a través del orificio 30 antes de un inicio de viscosidad incrementada, se requerirán niveles mayores de energía para alcanzar la homogeneidad deseada en la mezcla. Alternativamente, puede requerirse de zonas de mezclado adicionales, tal como proporcionar un orificio adicional (no se muestra) en serie con el orificio 30. Si bien se descubrió que es óptimo un ángulo de tubo inyector de aproximadamente 30° para una pluralidad de tubos inyectores 14-24 todos con salidas separadas a una distancia axial igual desde el orificio 30, se reconoce que el ángulo de tubo inyector puede variar en cualquier lugar de 0°, tal como si se usará un codo (no se muestra) para dosificar componentes en la base de la composición a mezclarse en una dirección a lo largo del eje del tubo de alimentación principal 12, a 90°, donde los tubos de inyección ingresan en una dirección perpendicular al tubo de alimentación principal 12.

La superficie de entrada semiesférica 28 en el lado corriente arriba del orificio 30 ayuda a mantener la trayectoria de los diversos componentes hacia y dentro del orificio 30 y, así, mantener un perfil de velocidad predecible del material, evitar zonas estancadas o remolinos, y ayudar a controlar la proyección de los componentes que podrían, de cualquier otra forma, premezclar los componentes para obtener una mezcla. A manera de ejemplo solamente, la superficie de entrada semiesférica 28 puede formarse con un radio de 1.74 cm (0.685 pulgadas). La superficie de salida semielíptica 32 puede formarse para tener una curvatura de una elipse que tiene una longitud axial mayor de 2.21 cm (0.87 pulgadas) y una longitud axial menor de 1 .10 cm (0.435 pulgadas). La forma elíptica o rectangular del orificio 30 ayuda, además, a mantener un perfil de cizallamiento y un perfil de velocidad que facilita el mezclado homogéneo. El cizallamiento excesivo debido a, por ejemplo una entrada de energía excesiva, degrada el tamaño de partícula de la emulsión, por lo que es óptimo mantener las dimensiones del orificio 30 con un intervalo operacional aceptable, a la vez que se controla, además, los limites superior e inferior en el cizallamiento o entrada de energía, para alcanzar el balance apropiado de homogeneidad y preservación del tamaño de partícula de la emulsión. Por consideraciones de conservación de energía, se desea, además, operar el proceso semicontinuo de la presente descripción a temperatura ambiente.

Las salidas 40 de cada uno de los tubos de inyección 14-24 están en comunicación continua con la base de la composición transportada en el tubo de alimentación principal 12. Las salidas 40 pueden estar en la superficie del diámetro interior del tubo de alimentación principal 12, pero los tubos de inyección 14-24 se proyectan, preferentemente, a través de la pared lateral del tubo de alimentación principal 12, de tal manera que las salidas 40 están hacia dentro del diámetro interior del tubo de alimentación principal 12.

El tubo portador de mezcla 38 puede entregar, directamente, la mezcla homogénea de la composición líquida para el cuidado personal a una estación de embotellado. Alternativamente, el tubo portador de mezcla 38 puede entregar toda la mezcla homogénea a un tanque colector temporal (no se muestra), tal como un tanque de compensación de 30 segundos, corriente abajo del accesorio del orificio 26. Es preferible un tanque de compensación en el caso de que sea necesario desacoplar, hidrostáticamente, la mezcla antes de embotellar o almacenar pequeñas cantidades de la mezcla para monitorear y prevenir que los resultados transitorios no ingresen en una vuelta que tiene el propósito de distribución, es decir, para propósitos de control de calidad y reducción de residuos.

Para bases usadas en el mezclado de ciertas composiciones líquidas para el cuidado personal, tales como muchos champús, la base puede formarse como una mezcla de diversas alimentaciones solubles sin adición de viscosidad y es necesario agitar, nuevamente, la base antes de dosificar los otros ingredientes en la base mediante los tubos de inyección 14-24. Para este propósito, se proporciona un tanque de alimentación, tal como un tanque de 90 segundos que tiene uno o más agitadores en él, corriente arriba del tubo de alimentación principal 2.

Para facilitar la conmutación y limpieza de la unidad de mezclado, se suministra cada uno de los tubos de inyección 14-24 con un mecanismo de válvula (no se muestra). Cada uno de los tubos de inyección 14-24 puede suministrarse, además, con un acople de tubo de mordaza rápida, tal como un acople sanitario de 1.27 cm (½"). Los tubos de inyección 14-24 pueden configurarse en incrementos de 50° a 80° entre sí alrededor de la circunferencia del tubo de alimentación principal 12, como se ilustra en la Figura 16. Los tubos de inyección 14-24 pueden fabricarse de tubos de acero inoxidable u otra metalurgia. A manera de ejemplo solamente, cuatro de los tubos de inyección 16, 18, 22 y 24 pueden tener un diámetro interior de 1.59 cm (0.625 pulgadas) y un diámetro extemo de 1.91 cm (0.75 pulgadas). El tubo de inyección 14 portador de perfume puede tener un diámetro interior de 0.39 cm (0.152 pulgadas) y un diámetro externo de 0.64 cm (0.25 pulgadas). Al menos uno de los tubos de inyección 20 puede tener un tamaño intermedio, tal como un diámetro interior de 0.95 cm (0.375 pulgadas) y un diámetro externo de 1.27 cm (0.5 pulgadas). Este tubo de inyección de tamaño intermedio 20 puede portar una emulsión de silicona, que, como el perfume, puede añadirse en una concentración más pequeña con relación a otros componentes dosificados en el tubo de alimentación principal 12. Los tubos de inyección 16, 18, 22 y 24 restantes pueden portar uno o más módulos de lechada sólida/líquida, emulsión líquida/líquida, líquida isotrópica prefabricados que son necesarios, útiles o preferidos para preparar una composición líquida para el cuidado personal particular. Como se mencionó anteriormente, los tubos de inyección de diámetro mayor, es decir, tubos de inyección que tienen un diámetro interior mayor que 1.59 cm (0.625 pulgadas), pueden emplearse para acomodar componentes que requieren o se benefician de un régimen de flujo de masa mayor.

En el caso de composiciones para el cuidado personal elaboradas a partir de muchos diferentes ingredientes, se ha descubierto que es necesario prestar particular atención a las variables del diseño de la unidad de mezclado que controla la forma en la cual se introducen los diversos ingredientes para alcanzar un mezclado óptimo corriente abajo del orificio y evitar variaciones indeseables en concentraciones de ingredientes de botella a botella cuando se envasa el producto mezclado. Por ejemplo, una primera pluralidad de tubos de inyección puede introducir cada uno de los diversos ingredientes en un tubo de alimentación principal a una primera distancia axial con relación al orificio 30, mientras que una segunda pluralidad de tubos de inyección puede introducir cada uno de los diversos ingredientes adicionales a una segunda distancia axial con relación al orificio 30, la segunda distancia axial es diferente a la primera distancia axial.

Idealmente, todos los ingredientes y premezclas para mezclar una composición para el cuidado personal dada serán adicionados mediante una sola pluralidad, o fila, de tubos de inyección que tienen salidas configuradas en un solo plano espaciadas a una misma distancia axial con relación al orificio 30. Sin embargo, se reconoce que algunas formulaciones requieren muchos componentes. En algunos casos, se desea combinar un subconjunto de aquellos componentes en una o más premezclas y adicionarlos como una corriente combinada. Sin embargo, algunas veces esto no es posible debido a interacciones entre componentes, o puede no ser deseable debido a dichas consideraciones como costos de fabricación o capacidad de control. Además, los cambios para enjuagues y desechos que puedan generarse como una corriente combinada que puede usarse para una pasada de producción posterior puede dictaminar si es más deseable combinar todos los componentes de una vez o premezclar un conjunto de componentes. Adicionalmente, aún cuando la alineación plana única fuera óptima, los conflictos geométricos pueden evitar la alineación de todas las salidas del tubo de inyección a lo largo de un solo plano.

Dependiendo del número de ingredientes requeridos para una composición dada, asumiendo que cada ingrediente requiere un tubo de inyección por separado, en algún punto las restricciones geométricas de espacio y tamaño evitan el posicionamiento de todos los tubos de inyección necesarios en la misma región del tubo de alimentación principal, o al menos evitan que los tubos de inyección tengan todas sus salidas de inyección colocadas en la misma distancia axial del orificio 30. Así, puede requerirse dos o más filas de salidas de inyección.

Las salidas de inyección de la primera pluralidad de tubos de inyección referidas, además, en la presente descripción como una primera fila de tubos de inyección, definen, colectivamente, un límite corriente arriba o extremo corriente arriba de una zona o región de inyección de primera fila, con el lado corriente arriba del orificio 30 que define un límite corriente abajo o extremo corriente abajo de la zona de inyección de primera fila. Las salidas de inyección de la segunda pluralidad de tubos de inyección referidas, además, como una segunda fila de los tubos de inyección en la presente descripción, definen, colectivamente, un límite corriente arriba, o extremo corriente arriba, de una zona de inyección de segunda fila, con el límite corriente arriba de la zona de inyección de primera fila que define el límite corriente abajo o extremo corriente abajo de la zona de inyección de segunda fila. La región de la unidad corriente abajo de la salida del orificio 30 se refiere en la presente descripción como una zona corriente abajo.

En referencia, ahora, a las Figuras 17 a 34, se describen diversas modalidades en las cuales hay dos filas de tubos de inyección. Se entenderá que se contemplan, además, filas adicionales de tubos de inyección (más de dos) en el alcance de la presente descripción.

De conformidad con la modalidad de las Figuras 17 a 19, un tubo de alimentación principal 12 de una unidad de mezclado 10 lleva una base de vainilla. Se proporciona una primera pluralidad de tubos de inyección 14, 15, 16, 17, 18, 20, 22, 24 en una configuración circular alrededor del tubo de alimentación principal 12, cada uno de la primera pluralidad de tubos de inyección 14 a 24 interseca el tubo de alimentación principal 12 y tienen una salida de inyección que se proyecta hacia dentro de un diámetro interior del tubo de alimentación principal 12. Todas las salidas de inyección de la primera pluralidad de tubos de inyección 14 a 24 terminan en una misma distancia axial del orificio 30. Una zona de inyección de primera fila (zona 1 ) en el tubo de alimentación principal 12 (descrito mediante líneas punteadas en la Figura 19) está limitada por un plano definido por extremos corriente arriba de las salidas de inyección de la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24 (cuyo plano define el límite corriente arriba de la zona de inyección de primera fila), y un extremo corriente arriba del orificio 30, que define un límite corriente abajo de la zona de inyección de primera fila.

Una segunda pluralidad de tubos de inyección 50, 52, 54, 56, 58, 60, se proporciona, además, en una configuración circular alrededor del tubo de alimentación principal 12. En esta modalidad, la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60 interseca el tubo de alimentación principal 12 en la misma ubicación axial, es decir, la misma distancia axial desde el orificio 30, como la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24. Sin embargo, en vez de tener salidas de inyección que se proyectan hacia dentro del diámetro interior del tubo de alimentación principal 12, la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60 tiene salidas de inyección que coinciden (es decir, se descarga o prácticamente descargan con) con el diámetro interior del tubo de alimentación principal 12. Una zona de inyección de segunda fila (zona 2) en el tubo de alimentación principal 12 (descrita mediante líneas punteadas en la Figura 19) está limitada por un plano definido mediante el lugar donde los componentes de las salidas de inyección de la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60 primero empiezan a encontrar corrientes de componentes de las salidas de inyección de la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24 (es decir, donde las corrientes de componentes fluidos proporcionados por cada uno de la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60 primero encuentran corrientes de componentes fluidos proporcionados por cada uno de la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24, que pueden ubicarse mediante la identificación de un punto corriente arriba del orificio 30 en el cual las líneas de proyección que se extienden desde un centro de dos o más de los tubos de inyección 50-60 se intersecan con las líneas de proyección que se extienden desde un centro de dos o más de los tubos de inyección 14-24), cuyo plano define el límite corriente arriba de la zona de inyección de segunda fila, y el límite corriente abajo de la zona de inyección de primera fila (es decir, el extremo corriente arriba del orificio 30), que define, además, un límite corriente abajo de la zona de inyección de segunda fila.

La modalidad ilustrada en las Figuras 20-22 es similar a aquel ilustrado en las Figuras 17-19, pero incluye un mecanismo de mordaza 36 tal como se ilustra en la Figura 9 para proporcionar acceso al orificio 30 para mantenimiento o remplazo.

En la modalidad ilustrada en las Figuras 23 y 24, similar a la modalidad ilustrada en las Figuras 17-19, la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60 interseca el tubo de alimentación principal 12 en la misma ubicación axial que la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24. Sin embargo, en vez de coincidir con el diámetro interior del tubo de alimentación principal 12, cada uno de la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60 proyecta hacia dentro del diámetro interior del tubo de alimentación principal 12, y tiene una salida de inyección separada axialmente más lejana del orificio 30 que las salidas de inyección de la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24.

En la modalidad ilustrada en las Figuras 25-27, la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60 interseca el tubo de alimentación principal 12 en una ubicación axial diferente con relación al orificio 30 que la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24. En esta modalidad, la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60 pueden formar el mismo ángulo diferente a cero con relación al eje del tubo de alimentación principal como la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24.

En la modalidad ilustrada en las Figuras 28-30, como la modalidad ilustrada en las Figuras 25-27, la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60 interseca el tubo de alimentación principal 12 en una ubicación axial diferente con relación al orificio 30 que la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24. Sin embargo, la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60 forma un ángulo diferente a cero significativamente menor con relación al eje del tubo de alimentación principal 12 que la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24. El ángulo de cada tubo de inyección dado con relación al eje del tubo de alimentación principal se determina en base a dichos factores como la proximidad de las salidas de inyección al orificio 30, el diámetro del tubo de alimentación principal 12, el número de tubos de inyección que intersecan el tubo de alimentación principal 12, la distancia axial del orificio en el cual los tubos de inyección intersecan el tubo de alimentación principal, y el diámetro de los tubos de inyección. En la modalidad ilustrada en las Figuras 31 -34, como la modalidad ilustrada en las Figuras 25-27, la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60 interseca el tubo de alimentación principal 12 en una ubicación axial diferente con relación al orificio 30 que la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24, la segunda pluralidad de tubos de inyección que interseca el tubo de alimentación principal 12 a una distancia axial mayor del orificio 30 que la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24. Cada uno de la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24 interseca el tubo de alimentación principal 12 y termina en un ángulo diferente a cero con relación al eje del tubo de alimentación principal 12. Cada uno de la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60 interseca, similarmente, el tubo de alimentación principal en un ángulo diferente a cero con relación al eje del tubo de alimentación principal 12, pero hacia dentro del diámetro interior del tubo de alimentación principal 12, se inclina hacia la región que se extiende paralela al eje del tubo de alimentación principal 12, con todas las salidas de inyección de la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60 siendo coplanares y separadas por una distancia axial mayor del orificio 30 que las salidas de inyección de la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24.

La condición de mezclado más rigurosa ocurre cuando el fluido aumenta en viscosidad o cuando un fluido se prepara a partir de los componentes que difieren en viscosidad. Dependiendo de las características de adición de viscosidad de una(s) composiciones) de fluido particular(es) a ensamblarse mediante una unidad de mezclado particular, diferentes consideraciones entre las compensaciones de diseño se deberán tener en cuenta en la configuración de filas de tubos de inyección que serán óptimas para la producción de aquellas composiciones fluidas. Generalmente, una unidad de mezclado de diseño corriente arriba se enfoca en alcanzar el mezclado con el consumo de energía óptimo. Se desea minimizar el consumo de energía para minimizar los costos de fabricación y reducir el riesgo de dañar las composiciones fluidas que se ensamblan si los componentes de estas son sensibles a la velocidad de cizallamiento y/o nivel de energía. Se ha descubierto que las consideraciones de diseño que contribuyen a la simetría vigente en el orificio 30, y minimizan el mezclado corriente arriba (particularmente para composiciones de alta viscosidad o adición de viscosidad rápida) sirven para reducir el consumo de energía.

Donde hay múltiples filas de tubos de inyección, como en las modalidades ilustradas en las Figuras 16-33, se ha descubierto diversas estrategias que manejan la simetría en el orificio o reducen el mezclado corriente arriba del orificio, dependiendo de la ubicación de las salidas de inyección de los tubos de inyección con relación al orificio 30, velocidades de flujo de tubos de inyección y otras variables. Estas estrategias se resumen más abajo: Para manejar la simetría en el orificio, las variaciones en la ubicación, tamaño y control de velocidad de fluido en las salidas de inyección de cada uno de la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24 incluye (1 ) direccionar el fluido de los tubos de inyección 14-24 para apuntar al centro del orificio 30 (es decir, hacia una intersección de los ejes mayor y menor del orificio 30 para un orificio 30 no circular); (2) mantener las velocidades de fluido similares (al menos dentro del mismo orden de magnitud) a través de todas las salidas de inyección de la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24; (3) en el caso de un orificio 30 no circular, colocar los tubos de inyección 16, 22 de régimen de flujo menor hacia el centro del orificio 30 para ayudar a compensar las tendencias de componentes fluidos introducidos en el tubo de alimentación principal 12 en regímenes de flujo mayores que son saturados por componentes que son introducidos a regímenes de flujo mayores y empujados, radialmente, externamente, lejos del orificio 30; y (4) colocar las salidas de inyección de los tubos de inyección 16, 22 de régimen de flujo menor para que estén alineados con, o inmediatamente próximos a, otras salidas de inyección de la primera pluralidad de tubos inyectores 14-24.

Para manejar, además, la simetría en el orificio, las variaciones en la ubicación, el tamaño y el control de velocidad de fluido en las salidas de inyección de cada uno de la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60 incluye (1 ) tener las salidas de inyección de la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60 que terminan en el diámetro interior del tubo de alimentación principal 12, como se ilustra en las Figuras 18-19, a medida que los ángulos bajos de porciones de tubos de inyección que se proyectan hacia dentro del diámetro interior del tubo de alimentación principal 12 son difíciles de fabricar con dos filas de tubos de inyección que intersecan el tubo de alimentación principal 12, particularmente si intersecan el tubo de alimentación principal 12 a la distancia axial del orificio 30; (2) como en el caso de la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24, mantener velocidades de fluido similares (al menos dentro del mismo orden de magnitud) a través de todas las salidas de inyección de la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60; (3) como en el caso de la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24, colocar cualquier tubo de inyección de régimen de flujo menor de la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60 hacia el centro de un orificio 30 no circular para ayudar a compensar las tendencias de componentes fluidos introducidos en el tubo de alimentación principal 12 en regímenes que son saturados por componentes que son introducidos a regímenes de flujo mayores de flujo mayores y empujados, radialmente, externamente, lejos del orificio 30; y (4) como en el caso de la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24, colocar las salidas de inyección de tubos de inyección de régimen de flujo menor de la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60 para estar alineados con, o inmediatamente próximos a, otras salidas de inyección de la segunda pluralidad de tubos inyectores 50-60.

Las estrategias existen, además, para minimizar el mezclado corriente arriba, es decir, cualquier mezclado indeseado de los componentes corriente arriba del orificio 30 en una forma que es probable causar niveles de concentración inconsistentes en la entrada del orificio y conllevar un mezclado homogéneo ineficaz corriente abajo del orificio, por ejemplo, introducir variaciones en las concentraciones que podrían causar diferencias inaceptables en diferentes botellas de fluidos envasados desde la unidad. Para los tubos de inyección en la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24, estas estrategias incluyen: (1 ) colocar la salida de inyector de cada uno de la pluralidad de tubos de inyección 14-24 de tal manera que se minimiza el retraso, particularmente, en sistemas que adicionan viscosidad. (Es preferible mezclar componentes antes del aumento de viscosidad, cuando sea posible. Se reconoce que dependiendo de la viscosidad y las velocidades de adición de viscosidad, algunas composiciones fluidas aceptan mejor el retraso entre salidas de inyección que otras); (2) minimizar la distancia desde las salidas de inyección de cada uno de la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24 al orificio 30; (3) asegurar una forma semiesférica o elipsoidal para la superficie de entrada 28 en el lado de entrada o corriente arriba del orificio 30, que se ha descubierto que maximiza la densidad de energía a través del orificio 30; (4) controlar las velocidades de salida del inyector y ubicar las salidas de inyección de tal manera que eviten las colisiones de corriente; y (5) seleccionar los diámetros de tubo principales mediante el balance del volumen de fluido (minimizando el volumen de fluido para disminuir el tiempo de retraso), realizar ajustes que afectan el número de Reynolds (ajustes en los cuales varía la turbulencia corriente arriba y/o corriente abajo del orificio 30).

En el caso de una segunda fila de tubos de inyección, es decir, aquellos de la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60, mientras que dichos tubos de inyección hacen cada vez más difícil minimizar el mezclado corriente arriba del orificio 30, las estrategias para minimizar el mezclado corriente arriba incluyen (1 ) adicionar fluidos de baja viscosidad que tienden a no adicionar viscosidad en la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60; (2) añadir fluidos que ayudaran a reducir la viscosidad en la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60; (3) como es el caso de la primera pluralidad de tubos de inyección 14-24, asegurar una forma elipsoidal o semiesférica para la superficie de entrada 28 en el lado de entrada o corriente arriba del orificio 30; (4) variar los ángulos de la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60 con relación al eje del tubo de alimentación principal 12 desde los ángulos de la primera pluralidad de tubos de inyección 50-60 con relación al eje del tubo de alimentación principal 12, como se ilustra en las modalidades de las Figuras 28-30 y 31-34; y (5) realizar ajustes para el diámetro del tubo y el número de Reynolds para la segunda pluralidad de tubos de inyección 50-60.

Otros elementos, ajustes o consideraciones que puedan afectar positivamente, o negativamente, el mezclado corriente arriba del orificio y la simetría en el orificio incluyen el uso de mezcladores estáticos, venturis, codos u otras desviaciones en la tubería, cambios en el diámetros de la tubería, molinillos, obstrucciones tales como inyectores salientes.

Una unidad de mezclado de la presente descripción puede orientarse de tal manera que el orificio se coloca a una altura mayor que los tubos de inyección, como se ilustra en las Figuras 17, 19, 20, 24-26, 28-29 y 31 -32, con componentes de los tubos de inyección orientados ascendentemente hacia el orificio. En esta orientación, se ha descubierto que se incrementó la capacidad de limpieza de la unidad. Alternativamente, la orientación de una unidad de mezclado de la presente descripción puede ser tal que el orificio se dispone a una altura menor que los tubos de inyección, como se ilustra en la Figura 6, con componentes de los tubos de inyección orientados descendentemente hacia el orificio. Otras orientaciones, tales como tubos de inyección orientados alrededor de un tubo de alimentación principal que se extiende horizontalmente, o aún alrededor de un tubo de alimentación principal inclinado, son posibles y se consideran dentro del alcance de la presente descripción. Algunas de estas orientaciones de la unidad de mezclado pueden ser más preferibles que otras para usar con tubos de inyección que añaden materiales con particulados que pueden configurarse dependiendo de la orientación de tubos de inyección que contienen dichos materiales.

Las dimensiones y los valores descritos en la presente descripción no deben interpretarse como estrictamente limitados a los valores numéricos exactos mencionados. En lugar de ello, a menos que se especifique de cualquier otra forma, cada una de esas dimensiones significará tanto el valor mencionado como también un intervalo funcionalmente equivalente que comprenda ese valor. Por ejemplo, una dimensión descrita como "40 mm" se refiere a "aproximadamente 40 mm".

Todos los documentos citados en la presente descripción, incluso toda referencia cruzada o solicitud o patente relacionada, se incorporan en su totalidad en la presente descripción como referencia a menos que se excluyan o limiten expresamente de cualquier otra forma. Si se menciona algún documento no se debe interpretar como que se admite que constituye una técnica anterior con respecto a cualquier invención descrita o reivindicada en la presente descripción, o que en forma independiente o en combinación con cualquier otra referencia o referencias, instruye, sugiere o describe tal invención. Además, en la medida que cualquier significado o definición de un término en este documento contradiga cualquier significado o definición del término en un documento incorporado como referencia, deberá regir el significado o definición asignados al término en este documento.

Aunque se han ilustrado y descrito modalidades particulares de la presente invención, será evidente para los entendidos en la materia que se pueden hacer diversos cambios y modificaciones sin alejarse del espíritu y alcance de la invención. Por lo tanto, se ha pretendido abarcar en las reivindicaciones anexas todos los cambios y las modificaciones que están dentro del alcance de esta invención.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1 . Una unidad de mezclado de fluido; caracterizada la unidad porque comprende: un tubo de alimentación principal; un tubo portador de mezcla corriente abajo del tubo de alimentación principal; un orificio proporcionado en una pared que separa el tubo de alimentación principal del tubo portador de mezcla; y una pluralidad de tubos de inyección dispuestos alrededor del tubo de alimentación principal y que se proyectan a través de la pared lateral del tubo de alimentación principal, cada uno de los tubos de inyección tiene una salida en comunicación continua con un interior del tubo de alimentación principal y están orientados hacia el orificio.

2. La unidad de mezclado de fluido de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la pared en la cual se proporciona el orificio incluye una superficie de entrada curva, preferentemente, en donde la superficie de entrada curva es semiesférica en un lado corriente arriba del orificio, y una superficie de salida curva, preferentemente, en donde la superficie de entrada curva es semielíptica en un lado corriente abajo del orificio.

3. La unidad de mezclado de fluido de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la forma de orificio se selecciona del grupo que consiste en forma rectangular, una forma elíptica y una forma en canal que tiene un ancho constante de la superficie de entrada en el lado corriente arriba de esta a la superficie de entrada en el lado corriente abajo de esta.

4. La unidad de mezclado de fluido de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque cada uno de la pluralidad de tubos de inyección se dispone en un ángulo de aproximadamente 30° con relación a un eje del tubo de alimentación principal, preferentemente, en donde al menos uno de los tubos de inyección es de un diámetro interior menor que el otro de los tubos de inyección.

5. La unidad de mezclado de fluido de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la salida del tubo de inyección que tiene el diámetro interior menor se dispone, aproximadamente, equidistante a cada uno de un primer extremo y un segundo extremo de un eje principal del orificio.

6. La unidad de mezclado de fluido de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque cada uno de la pluralidad de tubos de inyección se dispone con un mecanismo de mordaza para unión selectiva del tubo de inyección con una fuente de material a introducirse en el tubo de alimentación principal mediante el tubo de inyección.

7. La unidad de mezclado de fluido de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el orificio se incluye en un accesorio del orificio, el accesorio del orificio se asegura de manera removible entre el tubo de alimentación principal y el tubo portador de mezcla.

8. La unidad de mezclado de fluido de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada porque incluye, además, una segunda pluralidad de tubos de inyección dispuesta alrededor del tubo de alimentación principal y con salidas de inyección que coinciden con un diámetro interior del tubo de alimentación principal y están en comunicación continua con el tubo de alimentación principal, preferentemente, en donde la segunda pluralidad de tubos de inyección interseca el tubo de alimentación principal a una distancia axial del orificio igual a una distancia axial en la cual la pluralidad de tubos de inyección que se proyectan a través de la pared lateral del tubo de alimentación principal interseca el tubo de alimentación principal.

9. La unidad de mezclado de fluido de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la pluralidad de tubos de inyección incluye una primera pluralidad de tubos de inyección y una segunda pluralidad de tubos de inyección, la segunda pluralidad de tubos de inyección que incluye salidas de inyección dispuestas en una distancia axial diferente del orificio que las salidas de inyección de la primera pluralidad de tubos de inyección.

10. La unidad de mezclado de fluido de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada además porque cada una de las salidas de inyección de la primera pluralidad de tubos de inyección y de la segunda pluralidad de tubos de inyección forma un ángulo diferente a cero igual con relación a un eje del tubo de alimentación principal.

1 1 . La unidad de mezclado de fluido de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada además porque cada una de las salidas de inyección de la primera pluralidad de tubos de inyección forma un primer ángulo diferente a cero con relación a un eje del tubo de alimentación principal y cada una de las salidas de inyección de la segunda pluralidad de tubos de inyección forma un segundo ángulo con relación al eje del tubo de alimentación principal, el segundo ángulo es diferente al primer ángulo.

12. La unidad de mezclado de fluido de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada además porque una región de cada uno de la segunda pluralidad de tubos de inyección radialmente, externamente, del diámetro interior del tubo de alimentación principal se extiende paralelo al eje del tubo de alimentación principal.

13. Un método de mezclado de una composición líquida; caracterizado el método porque comprende: suministrar una base de una composición líquida en un tubo de alimentación principal; proporcionar un tubo portador de mezcla corriente abajo del tubo de alimentación principal; proporcionar un orificio suministrado en una pared que separa el tubo de alimentación principal del tubo portador de mezcla; y dosificar la base con una pluralidad de ingredientes suministrados en una pluralidad de tubos de inyección, cada uno de los tubos de inyección tiene una salida en comunicación continua con un interior del tubo de alimentación principal y está orientado hacia el orificio, las salidas de los tubos de inyección se configuran de tal manera que los ingredientes introducidos en el tubo de alimentación principal a través de cada uno de los respectivos tubos de inyección pasan a través del orificio simultáneamente con los ingredientes introducidos a través de los otros tubos de inyección.

14. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque al dosificar la base, las salidas de los tubos de inyección se configuran, además, de manera que los ingredientes que modifican la viscosidad proporcionados en los tubos de inyección e introducidos en la base en el tubo de alimentación principal pasan a través del orificio antes del incremento de viscosidad de la base.

15. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque un periodo de tiempo desde la introducción de los ingredientes que modifican la viscosidad a la base y el pasaje a través del orificio es menor que aproximadamente 0.25 segundos.