MEZCLADOR DISPUESTO EN UN TUBO
La invención se refiere a un mezclador que está dispuesto en un tubo, y que incluye cuando menos un elemento mezclador o un cuerpo mezclador. La invención también se re-fiere a la utilización de un mezclador de ese tipo. Por la patente norteamericana 3,051,^53, se co noce un mezclador que se compone de un arreglo lineal de elementos mezcladores que a continuación se señalarán como"cuerpo de mezclado Multiflux", este cuerpo de mezclado, cuya sección transversal es cuadrática, presenta dos canales, los cuales en la dirección de corriente se angostan continuamente hasta la mitad o centro del cuerpo de mezclado, y después de la posición más angosta se sigue ensanchando de nuevo en un pfano girado 90* . un medio que fluye a través del cuerpo mezclador, experimenta una conformación por medio de la cual se dobla el número de las capas parciales. El cuerpo mezclador Multfflux, se deja estructurar, visto desde el punto de la geomeírTa, desde cuatro cue£ por parciales en forma de cuña, y dos placas triangulares. En una forma de realización especial, tienen las cuñas la forma de un cubo partido a la mitad a lo largo de las diagonales de una superficie lateral; cada dos cuñas, en donde una está gira da 90 , con respecto a la otra, forman cada vez un cuerpo parcial codependiepte; las dos placas forman paredes separado
ras entre los dos canales del cuerpo mezclador. Los cuerpos parciales ocupan un volumen que es del 25 al 30%, del volumen del tubo coordinado al cuerpo mezclador. Se conocen cuerpos mezcladores análogos con cuatro canales, -llamados cuerpos mezcladores ISG, (ISG = Interfacial Surface Generator).- (ver H. Brune ann, G. John "Materiales de mezclado y pérdida de presión en un mezclador estático con diferentes formas constructi as", Chemie-lng.-Techn. 3. Jahrg. 1971, P. 3^8). El cuerpo mezclador I SG, presenta, secciones transversales de forma circular; en un mezclador con cuerpos mezcladores ISG, se generan en un medio que se va a mezclar y consiste de dos componentes, ocho capas pare i ales. Los cuerpos de mezclado Muí ti flux, y ISG, cono cidos necesitan para su fabricación mucho material relativamen te cuyo volumen ocupa cuando menos del 25 al 30%, del volumen tubular. Las longitudes del cuerpo mezclador en la dirección de la corriente, son relativamente largas, propiamente casi de igual tamaño que el diámetro del tubo. Es objetivo de la presente invención, el crear un mezclador del tipo Multlflux o ISG, cuyos cuerpos mezcladores o elementos mezcladores sean producibles de menos material este objetivo, se alcanza con las caracterl"stí cas mencionadas, en la rei indicación 1. La fracción de volumen vacTa, es mayor que del 80 al 90%; y con esto, es mucho menor el gasto de material;
gracias a su forma especial, puede el elemento mezclador del mezclador de acuerdo con la invención, ser esencialmente más corto, propiamente cuando menos de la mitad de la longitud con un efecto comparable con el de los cuerpos mezcladores conocí -dos. Un mezclador con varios elementos mezcladores de ese tipo, se define en la reivindicación 2. Las reivindicaciones dependientes 13, 18, se refieren a modalidades ventajosas del mezclador según la invención. Las reivindicaciones 19, 20, se refieren a las aplicaciones del mezclador. El mezclador de acuerdo con la invención, presenta elementos mezcladores con una forma especialmente sencilla, gracias a esta forma se deja producir un cuerpo mezclador monolítico, que abarca una serie de múltiples elementos mezcla dores conectados uno detrás de otro, de manera adecuada por colada por inyección desde un material sintético o acero, donde especialmente en la forma de realización más sencilla (variante de dos agujeros), son utílizables herramientas de dos partes. Los cuerpos mezcladores, de acuerdo con la invención pueden fabricarse también de manera sencilla desde lámina. El mezclador de acuerdo con la invención, es especialmente apropiado para medios viscosos, por ejemplo, material sintético, resina o pegamento, (donde el número de Reynolds = Re = V.D.p/n, es menor que uno; v: la velocidad del medio fluyente, D: diámetro del tubo, p: densidad del medio,
n: viscosidad). Con referencia a los materiales de mezcla y a la pérdida de presión (= NeReD, Ne: número de Newton), es el mezclador de acuerdo con la invención, más favorable que los mezcladores estáticos: dos medios capaces de f.ujo de vis-eos i dad similar pueden a través de un tramo (L), mezclarse homoqeneamente con menos de 10 diámetros tubulares (D). En contraposición a los mezcladores conocidos Muí ti flux o ISG, presenta el mezclador de acuerdo con la inven ción ningún canal con perforaciones o cortes del tipo, de difu-sor o confusor. Los experimentos indicaron aue, discos sencillos con agujeros y vastagos separadores dispuestos en los discos, proporcionan una calidad de mezclado sorprendentemente buena, efectos en razón de las secciones que no existen confu-soras y difusores, que serán de esperarse, no se presentaron en relación al material de mezclado como un influjo que tuviera algún efecto trastornante. Para e mezclador, de acuerdo con la invención pueden proveerse tubos con la sección transversal que se quie-?*a» prefiriéndose sin embargo secciones transversales cuadráticas o circulares; se realizaron ensallos con mezcladores de acuerdo con la invención, cuyos elementos de mezclado presentaban cada vez, 2, 3, agujeros, las lonaltud de los elementos, era en todos los casos igual a la mitad del diámetro del tubo; los ensallos dieron una ho ogenización (coeficiente de
variación s/x menor o igual que 0.01), en tramos de 8, 7, 8 diámetros de tubo. La pérdida de presión fue menor que los mezcladores conocidos Multiplex e I G. En la siguiente tabla se resumen los resulta--dos medidos. Las definiciones de las magnitudes W , 1/3 LV LD y W 1/3 , se pueden conocer por eiemplo por las siguientes pu
LL blicaciones: "Mischen beim Herstellen und Verarbeiten von Kunststoffen", Reine " unststofftechnik", VDI-Verlaq, Dusseldorf
1991, (también la definición de los coeficientes de variación S/X, ver en las líneas anteriores puede encontrarse allí). Estas magnitudes que se señalan como efectos específicos, ejercen influjos relativos sobre el volumen del mezclador, su diámetro o la lonpitud del mismo; se refieren al mezclador cono cido SMX, que es conocido por ejemplo, por el escrito de paten te alemán 2808854, (- P.5473), la longitud de homogenlzación
(L/D) , es leída en s/x = 0.01, comparar Fig. 9. h
T .mezc l ador NeRe L/D W 1 /3 W 1 /3 D h LV LD LL
1 * SMX 1200 10 1 1 1 2* 2-aguj eros 500 8 0.27 0.69 0.55
3* -aguj eros 1000 7 0.41 0.84 0.58 * 4-aguj eros 2070 8 1 .10 1 . 1 1 0.89
* Mu í t i f l ux 920 1 5 1 .73 1 .05 1 .57 El mezclador Muí ti flux, fue superado clara-mente especialmente en lo referente a los efectos específicos
por el mezclador probado. A continuación, se describirá más detalladamente, la presente invención por medio de los dibujos. Los que muestran: La Figura 1 un dibujo en explosión de un mezclador estático de acuerdo con la invención, con dos elementos mezcladores variante de dos agujeros; Las Figuras son variantes del elemento mezclador segdn la 2 - 4 Fig. 1; La Figura elementos mezcladores con dos vastagos separa-5a, b dores por corte (variantes de tres agujeros);
La Figura 6 un corte longitudinal a través de un mezclador con elementos según la Fig. 5; La Figura discos desviadores a elementos mezcladores con 7a - b tres vastagos separadores (variante de cuatro agujeros) ; La Figura 8 elemento mezclador en un tubo cuadrático; La Figura 9 un diagrama con resultados de las mediciones para los coeficientes de variación s/x (con x = 0.5). Los elementos mezcladores 1 y I1, dispuestos en un tubo 10, de la Fig. 1, consiste cada vez de dos vastagos separadores, 2, 2', y dos discos desviadores, 3, 3', que quedan en un plano 3a, 3a1, indicado con líneas punteadas, el plano 3a, queda perpendicular al eje tubular 5, y paralelo a los pía
nos 2a, 2b, los cuales tocan los cantos superiores 20, o los inferiores 21, de los vastagos separadores 2. Los tres planos 2a, 3a, 2b, limitan dos secciones, 1a, Ib, del elemento mezclador 1, cada sección está coordinada al vastago de separación 2, que subdivide la sección. Los vastagos separadores 2, de las dos secciones la, 1b, se cruzan en un ángulo recto, la sección transversal tubular, está subdividida por el vastago separador 2, en cuatro superficies parciales de igual tamaño, donde, dos de estas su-perficies están cubiertas por los discos desviadores 3, las superficies abiertas están provistas como agujeros de paso y contracciones 4 para el medio que se va a mezclar, los dos elementos mezcladores 1 y I1, sucesivos están construidos de una manera esencialmente igual, pero el elemento mezclador 1, representa una forma de imagen de espejo con respecto al elemento mezclador 1'. Los vastagos separadores vecinos 2, 2', se cruzan las superficies parciales abiertas, 4, 41, están dispuestas desplazada con una respecto a la otra, o también opues_ tas. Los discos de desviación 3, pueden- " también formar un ángulo alfa con el plano de corte transversal 3a, -ver Fig. 2. Este ángulo alfa, ventajosamente no se escojera mayor que 30 , las Figs. 3 y 4, muestran otras formas de rea-lización con superficies inclinadas; si se considera al eje 5
como vertical, entonces representa la flecha 6, en las Figs.
2 a 4, cada vez la línea de caída de un disco desviador 3. En la Fig. 2, está esta flecha paralela al vastago separador 2; en el ejemplo de realización de la Fig. 3, está la flecha 6, tangencial a un cilindro circular concéntrico con el eje 5. En el ejemplo de realización de la Fig. 4, está la flecha 6, dirigida radialmente hacia afuera. Las Figs. 5a, 5b, muestran elementos de mezclado 1, 1', en donde cada vez están coordinados dos vastagos separadores 2, a una sección la, 1b, (en esta Fig. no representada). A ambos lados de cada vastago separador 2, está dispuesta exactamente una superficie parcial abierta 4, el elemento mezc.ador 1', con las regiones de las superficies parciales abiertas 4', representa un elemento directamente vecino del elemento mezclador 1, las superficies parciales
4, 4', están dispuestas opuestas entre sí, en la variante de
3 agujeros Fig. 5, son las formas de los dos elementos mezcladores 1, 1', idénticas, y no imágenes de espejo como en la variante de dos agujeros (Fig. 1). Para una fabricación del cuerpo mezclador de tres agujeros por medio de colada con inyección, se pueden dividir los elementos en dos mitades, los limites entre los elementos mitad, están señalados en las Figs. 5a, 5b, como líneas de rayitas 7, 71, cuerpos parciales monolíticos que cada vez abarquen una serie de tales elementos, mitades, pueden fa-
bricarse de manera sencilla con herramientas divisoras en dos partes. El cuerpo mezclador completo se obtiene juntando dos cuerpos parciales monolíticos. En el corte longitudinal de la Fig. 6, se mues_ tra que los elementos mezcladores individuales 1, 1', se suceden entre sí apretadamente, sin embargo, también pueden proveerse distancias entre algunos elementos vecinos o también entre todos los elementos. Elementos mezcladores instalados a ¡distancia, pueden ser unidos en mezcladores monolíticos por medio de piezas de unión. En la Fig. 6, se indica adicionalmente con fie chas 8, 8' y 8", el curso de la corriente del medio que ha de mezclarse. La flecha 8', está perpendicular a la superficie de la imagen, y está dirigida hacia adelante; la flecha 8"
-igualmente vertical está dirigida hacia atrás, la cifra indicadora 9, apunta o indica una posición, donde con las flechas se indica la generación de dos corrientes parciales. Los discos desviadores 3, quedan con ventaja en un plano común, al presentarse cuando menos dos vastagos separadores 2, por cada sección, (variante de 3 agujeros), pue den varios discos desviadores 3, formar un disco común o un sólo disco 30, (variante de 4 agujeros): ver las Figs. 5a, 5b, y las Figs. correspondietes 7a, 7b, para la variante de 4 agu-jeros.
En las Figs. 7a, 7b, únicamente se muestra cada vez los discos particulares y comunes 30, 30', las líneas punteadas 23, representan los cantos inferiores de los vastagos separadores superiores. Como ya se ha visto en la variante de dos agujeros, en la variante de cuatro agujeros, las formas de los elementos mezcladores vecinos, son entre sí imágenes de espejo. El mezclador de acuerdo con la invención, puß de tener en vez de una sección transversal de forma circular, también otra sección transversal con otra forma, por ejemplo, un cuadrado. El ángulo o ángulos, entre los vastagos separadores que se cruzan 2, 2", pueden ser diferentes de 90 ; las secciones 1a, Ib, pueden tener diferentes longitudes, las longitudes de las secciones la, 1b, queda con ventaja en el margen entre D/8 y D, preferentemente medirá D4. En la Fig. 8, se ilustran lo que podría imaginarse como desviaciones de las formas sencillas descritas aii teriormente: entre los elementos mezcladores a cierta distan-cia 1, 1', existen elementos de unión 35. Los vastagos separadores 2, presentan elementos adicionales 25, para reforzar o desviar la corriente; los vastagos separadores 2', 2", de los elementos mezcladores vecinos 1', 1", están en la posición 29, encajados uno del otro. Los vastagos individuales 2, y los discos desviadores 3, no son planos, los elementos mezcla-
dores 1, I1, presentan muchos vastagos separadores 2, 2', di fe rentes por sección 1a, 1b, propiamente 2 ó 1. Un vastago separador 2, presenta una escotadura 29, la Fig. 8, debe entenderse únicamente como una imagen intuitiva de características individuales; la combinación especial de todas las características indicadas en un mismo mezclador, no necesita ser especialmente ventajosa. El tubo 10, también puede construirse cónicamente, lo cual no se representa, de modo, que se angoste en la dirección de flujo, los cuerpos mezcladores 1, 1', deben en es_ te caso, estar construidos de manera que correspondan con diferente tamaño a la sección transversal variable. El diagrama en la Fig. 9, muestra como el coeficiente de variación s/x para x = 0.5, depende de L/D de acuerdo con los ensallos mencionados anteriormente. El que sea x = 0.5, significa que las partes de los dos componentes que se van a mezclar tienen la misma magnitud. Las cifras indicadoras 1* a 5*, se refieren a los tipos mezcladores que se introdujeron en la tabla presentada anteriormente. El mezclador según la invención que se deja fabricar monolíticamente con poco material, se puede fabricar con gran ventaja de un material sintético quemable de buen costo, por una colada con inyección. Este mezclador, es especialmente apropiado para utilizarse como un artículo de un solo uso.
El mezclador de acuerdo con 'a ¡"vención, también nuede utilizar medios o substancias aue tenqan una corriein te turbulenta.