PT2419208E - Um módulo de fluxo - Google Patents

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PT2419208E
PT2419208E PT107198145T PT10719814T PT2419208E PT 2419208 E PT2419208 E PT 2419208E PT 107198145 T PT107198145 T PT 107198145T PT 10719814 T PT10719814 T PT 10719814T PT 2419208 E PT2419208 E PT 2419208E
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plates
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channel plate
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Kasper Höglund
Tommy Norén
Barry Johnson
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Alfa Laval Corp Ab
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Description

DESCRIÇÃO
UM MÓDULO DE FLUXO A presente invenção refere-se a uma placa de canal, uma secção de fluxo, um módulo de fluxo e à utilização do módulo de fluxo como reactor químico.
Antecedentes da invenção
Existem diferentes elementos que são importantes para os reactores, tais como flexibilidade de confiquração, configuração de fluxo, propriedades de mistura, controlo da temperatura, monitorização, tempos de permanência, etc. 0 documento WO 2004/045761 AI divulga um dispositivo direccionador para uma câmara de reactor e um reactor; o dispositivo direccionador de fluxo providencia um canal de reactor contínuo que permite a mistura do fluido de processo.
Alguns dos problemas com os reactores contínuos estão relacionados com fugas, com a possibilidade de realizar uma inspecção visual, com a limpeza dos caminhos de fluxo, com a adaptação do caminho de fluxo de processo para obter o tempo de permanência desejado relativamente a uma dada taxa de fluxo, com o acesso ao caminho de fluxo do reactor, com a configuração do fluxo de transferência de calor, com a descarga de gás dissolvido do módulo, com a mistura de fluidos, com a pressão e o descarga da pressão, etc. A invenção
Deste modo, um objecto da presente invenção é providenciar um conceito flexível de um módulo de fluxo contínuo, adaptável aos processos desejados, como reacções químicas, misturas, extracções, etc.
Outro objecto é providenciar um módulo de fluxo contínuo que apresente uma boa acessibilidade e seja fácil de manusear, etc.
Outro objecto é providenciar um módulo de fluxo continuo apresentando um bom desempenho de transferência de calor, e a oportunidade de controlar a temperatura.
Outro objecto é providenciar um módulo de fluxo continuo que apresente caracteristicas de fluxo de fluido adequadas para reacções químicas, extracções, separações, etc.
Outro objecto é providenciar um módulo de fluxo contínuo que apresente propriedades de pressão melhoradas.
Em conformidade, a presente invenção providencia uma solução para os problemas referidos anteriormente, através de um módulo de fluxo compreendendo placas de canal e placas utilitárias. Deste modo, a presente invenção refere-se a uma placa de canal, a qual compreende pelo menos duas filas de unidades, pelo menos uma caixa rotativa, pelo menos uma entrada e pelo menos uma saída, na qual cada unidade apresenta uma superfície plana oposta a uma superfície de formação de canal, e as unidades alternam em cada fila tal que uma superfície plana está adjacente a uma superfície de formação de canal na mesma fila formando um canal quando a placa de canal está em utilização. Cada caixa rotativa está disposta entre duas filas de unidades adjacentes formando dois compartimentos num espaço entre duas filas de unidades adjacentes na placa de canal e um lado interior da placa de canal, os quais estão divididos por uma parede para criar um fluxo tridimensional resultando numa mistura melhorada, e tal que possam fluir fluidos de uma primeira fila de unidades para uma segunda fila de unidades na caixa rotativa, e na qual as superfícies planas das unidades estão dispostas em filas perpendiculares ao canal formado da placa de canal.
As unidades da placa de canal alternam na fila de unidades tal que uma superfície plana está adjacente a uma superfície de formação de canal, na mesma fila, e tal que a placa de canal constitui uma parte e as filas de unidades estão integradas na placa, ou a placa de canal está dividida no plano médio e compreende duas partes correspondentes entre si e que unidas formam o canal da placa de canal, ou a placa de canal compreende uma estrutura e duas folhas formadas ou duas placas prensadas, a qual, unida a duas folhas formadas ou duas placas prensadas, forma o canal da placa de canal. A placa de canal de acordo com a presente invenção compreende também pelo menos uma caixa rotativa, na qual a caixa rotativa é um espaço entre duas filas de unidades adjacentes na placa de canal e um lado interior da placa de canal, a qual permite a comunicação entre as duas filas de unidades adjacentes, tal que possam fluir fluidos de uma fila para outra no espaço da caixa rotativa. A presente invenção refere-se também a uma placa de canal alternativa, a qual compreende pelo menos duas filas de unidades, apresentando cada unidade uma superfície plana oposta a uma superfície de formação de canal, e as unidades alternam em cada fila tal que uma superfície plana está adjacente a uma superfície de formação de canal na mesma fila, pelo menos uma caixa rotativa, pelo menos uma entrada e pelo menos uma saída, na qual a caixa rotativa é um espaço entre duas filas de unidades adjacentes na placa de canal e um lado interior da placa de canal, a qual permite a comunicação entre as duas filas de unidades adjacentes, tal que possam fluir fluidos de uma fila para outra no espaço da caixa rotativa. A placa de canal de acordo com a invenção pode compreender uma parte e as filas de unidades integradas na placa, ou a placa de canal pode estar dividida no plano médio e compreender duas partes correspondentes entre si que unidas formam o canal de processo da placa de canal, ou a placa de canal pode compreender uma estrutura e duas folhas formadas ou duas placas prensadas, formando essa estrutura unida a duas folhas formadas ou duas placas prensadas o canal de processo da placa de canal. A placa de canal de acordo com a invenção pode também compreender uma série de filas de unidades e uma série de caixas rotativas. A utilização de caixas rotativas permite criar um verdadeiro fluxo tridimensional para produzir uma mistura melhorada e uma melhor transferência de calor entre a placa utilitária e a placa de canal. A utilização da placa de canal permite criar velocidades de mistura elevadas, obtendo-se uma distribuição estreita do tempo de permanência. A presente invenção refere-se adicionalmente a uma secção de fluxo, a qual compreende uma placa de canal, placas de barreira ou placas utilitárias ou combinações de placas de barreira e placas utilitárias. A placa de canal pode estar disposta entre duas placas de barreira, as quais vedam um canal criado pela placa de canal e pelas duas placas de barreira. A secção de fluxo pode também compreender uma placa de canal disposta entre duas placas utilitárias apresentando inserts de turbulador ou placas de turbulência, as quais vedam um canal criado pela placa de canal e pelas duas placas utilitárias, ou a secção de fluxo pode compreender uma placa de canal disposta entre uma placa de barreira e uma placa utilitária que são canais vedados criados por uma placa de canal e as duas placas. A secção de fluxo pode compreender também que duas placas de canal apresentam uma membrana ou apresentam um filtro aplicado entre as duas placas de canal. A secção de fluxo compreende também que as duas placas de canal estão localizadas entre duas placas de barreira, as quais vedam canais criados pelas placas de canal e as duas placas de barreira, ou na qual as duas placas de canal estão dispostas entre duas placas utilitárias apresentando inserts de turbulador ou placas de turbulência, ou combinações de placas de barreira e placas utilitárias. A secção de fluxo pode também compreender juntas, as quais vedam as diferentes placas relativamente a fugas. A junta pode ser uma folha plana, ou uma folha de várias camadas de um material adequado, por exemplo politetrafluoroetileno expandido de várias camadas (ePTFE), politetrafluoroetileno (PTFE), perfluorelastómeros, ou elastómeros fluorados, poli éter éter cetona (PEEK), polipropileno (PP), etc. 0 material da junta pode ser um material macio, como PEEK, PP, PTFE macio, etc, ou Viton®, Teflon®, Kalrez®, etc.
As juntas da secção de fluxo podem apresentar um padrão correspondente às superfícies planas das unidades das filas de unidades. 0 insert de turbulador ou a placa de turbulência das placas utilitárias podem apresentar um padrão correspondente às superfícies planas das unidades das filas de unidades, ou as juntas e o insert de turbulador ou a placa de turbulência das placas utilitárias podem apresentar padrões correspondentes às superfícies planas das unidades das filas de unidades. Deste modo, o fluxo de meios ou o fluxo de fluidos no canal criado podem não contactar com as faces planas da junta e ter um contacto reduzido ou mínimo com os bordos das juntas, e cada insert de turbulador ou cada placa de turbulência podem providenciar um apoio para os lados planos da fila de unidades da placa de canal. A presente invenção refere-se também a um módulo de fluxo continuo de desenho plano, por exemplo um reactor de placas, compreendendo diferentes placas ou secções, no qual uma ou mais placas de canal estão empilhadas juntamente com placas utilitárias, placas de barreira, placas de permutador de calor ou uma ou mais secções de fluxo. 0 módulo de fluxo pode compreender uma pilha de secções de fluxo, e o módulo de fluxo pode apresentar pelo menos uma entrada para fluidos de processo e pelo menos uma saída para produtos de processo. Uma entrada pode estar ligada à primeira placa de canal e uma saída pode estar ligada à última placa de canal. 0 canal de processo pode estar ligado paralelamente ou em série, ou ambos, o canal pode estar ligado externamente ou o canal pode estar ligado internamente, preferencialmente o canal está ligado externamente entre diferentes placas de canal. Um exemplo de uma tal disposição pode ser que dois canais de duas placas de canal estão ligados paralelamente entre si e os canais estão combinados num canal de uma terceira placa de canal, a qual está ligada em série às duas primeiras placas. Uma tal disposição pode ser adequada para uma reacção em duas etapas, na qual os reagentes são produzidos nas duas primeiras placas de canal e uma segunda reacção ocorre na terceira placa de canal. Naturalmente, podem ser projectadas quaisquer combinações de ligações entre canais para reacções diferentes, para reacções de uma etapa ou reacções de várias etapas de acordo com a presente invenção. Condutas internas e/ou externas ligam as placas utilitárias e as placas utilitárias são ligadas em série ou paralelamente entre si, ou ambos. 0 módulo de fluxo pode compreender também um dispositivo de aperto, o qual pode estar ligado ao módulo de fluxo. 0 dispositivo de aperto compreende duas placas de extremidade, molas de disco, pistões e barras tensoras, no qual pilhas de molas de disco estão roscadas nos pistões e dispostas como uma grelha de molas, uma ou mais grelhas de molas estão compreendidas no módulo de fluxo, pelo menos uma grelha de molas está apoiada numa das placas de extremidade para distribuir forças de aperto em uma ou mais secções de fluxo ou uma ou mais placas de canal, as quais são colocadas entre as duas placas de extremidade, sendo os pistões orientados através de orifícios nas placas de extremidade apresentando a disposição da grelha de molas. 0 módulo de fluxo pode compreender ferramentas hidráulicas como cilindros hidráulicos ou accionadores hidráulicos. As ferramentas hidráulicas podem providenciar ferramentas para a abertura e o fecho do módulo de fluxo e/ou podem providenciar pressão nas placas do módulo de fluxo para assegurar uma vedação estanque do módulo de fluxo.
As filas de unidades da placa de canal são adjacentes entre si e cada unidade apresenta uma superfície plana e uma superfície de formação de canal com a superfície plana oposta à superfície de formação de canal. A superfície de formação de canal de acordo com a invenção pode ser uma superfície convexa curva, uma superfície trapezoidal, uma superfície rectangular, uma superfície quadrada, uma superfície triangular, e todas as superfícies de formação de canais das filas de unidades podem ser seleccionadas a partir do mesmo tipo de superfície ou as superfícies de formação de canais das filas de unidades podem ser uma ou mais combinações de superfícies convexas curvas, superfícies rectangulares, superfícies quadradas e superfícies triangulares. A finalidade da forma do canal em cada placa de canal é melhorar o desempenho da mistura ou da transferência de calor em cada uma das placas de canal. Deste modo podem obter-se requisitos totais de processo mais bem combinados, por exemplo para cada reacção individual. As placas de canal num módulo de fluxo podem ser todas iguais ou podem ser todas diferentes, consoante os requisitos do processo. A superfície plana e a superfície de formação de canal das unidades alternam nas filas, permitindo que um fluxo de fluidos ou de meios passe pelas unidades dentro da fila quando a placa de canal está montada na secção de fluxo ou entre placas de barreira. As superfícies planas das unidades permitem que uma placa de barreira ou uma placa utilitária sejam montadas com uma junta, de maneira a que o canal possa ser vedado e que se possam evitar fugas. As superfícies planas estão dispostas em filas. Quando as superfícies planas estão dispostas em filas é possível apoiar as filas de unidades com o insert de turbulador ou o placa de turbulência da placa utilitária, o que permite a aplicação de uma pressão alta a uma placa de canal e evita fugas. 0 canal começa com uma entrada e continua através das unidades pela placa de canal, e o canal termina com uma saída na última fila de unidades. 0 canal de processo, assim como o fluxo utilitário das placas utilitárias podem estar ligados paralelamente ou em série, ou ambos, entre duas ou mais secções de fluxo. As ligações entre as secções de fluxo podem ser externas ou internas. Preferencialmente, os canais das placas de canal estão ligados externamente. Condutas internas e/ou externas ligam as placas utilitárias das secções de fluxo e as placas utilitárias estão ligadas em série ou paralelamente entre si, ou ambos. As entradas e as saídas das placas utilitárias podem apresentar orifícios para termoacopladores, termómetros de resistência, etc. A placa de canal pode apresentar uma série de orifícios ligados ao canal ou às caixas rotativas dentro da placa. Os orifícios podem estar dispostos num lado, ou em dois lados, ou em três lados, ou em todos os lados da placa de canal. Isto significa que os orifícios estão dispostos em pelo menos um lado da placa de canal. Os orifícios estão tapados ou equipados com diferentes equipamentos ou os orifícios são combinações de orifícios tapados ou equipados. Os equipamentos são introduzidos através dos orifícios no canal ou no espaço vazio das caixas rotativas, e podem estar dispostos em qualquer parte da placa de canal. 0 equipamento que pode ser introduzido através dos orifícios no canal ou nas caixas rotativas pode ser seleccionado do grupo constituído por entradas para reagentes, entradas para fluidos adicionais, saídas para fluidos de processo, saídas para produtos intermédios que serão alimentados no canal numa etapa posterior, saídas para amostras de teste, bicos de injecção, dispositivos de dispersão de entrada, dispositivos de segurança para descarga instantânea ou controlada da pressão, unidades de sensor, termopares, termómetros de resistência. Os orifícios podem apresentar meios para injecção de fluidos, reagentes, etc, como por exemplo um bico que pode introduzir fluidos adicionais, fluidos de remistura, fluidos de redispersão, etc. numa localização escolhida do canal. A localização pode ser em qualquer parte, o que significa que a introdução de fluidos pode ser realizada numa entrada numa placa de canal, ou em qualquer parte de uma placa de canal, ou numa segunda placa, etc, num módulo de fluxo. Uma mistura ou uma dispersão necessitam por vezes de ser remisturadas ou redispersadas após um tempo de espera ou depois de passar por uma placa de canal, após o que poderá ser adequado injectar novamente a mistura ou a dispersão no canal, o que pode ser feito entre uma saída de uma placa e uma entrada da placa seguinte, e a injecção pode ser realizada com qualquer tipo de bico adequado. Os bicos, que são introduzidos nos orifícios ou nas entradas, podem ser qualquer tipo de bico adequado.
Exemplos de bicos são bicos de injecção, bicos de dispersão, bicos de redispersão, bicos de remistura, bicos coaxiais, bicos de tubo, etc. Um bico coaxial pode ser definido como um bico com dois ou mais tubos dispostos um dentro do outro, tal que um tubo maior apresentando um raio grande circunda um tubo menor apresentando um raio menor. Quando um tal bico é utilizado, dois ou mais fluidos podem ser misturados ou formar dispersões. Um bico de remistura pode ser um bico de tubo apresentando um orifício com uma cabeça de bico, apresentando o orifício um raio inferior ao do tubo. 0 bico pode ser um bico de dispersão que pode apresentar um ou mais orifícios na saída do bico de dispersão e os orifícios podem estar dispostos em círculos concêntricos ou noutros padrões adequados. A placa de canal pode compreender uma entrada de fluxo de processo e uma segunda entrada, a qual pode ser uma entrada de fluxo de dispersão ou uma entrada de injecção, na parte de entrada da placa de canal, na qual a entrada de fluxo de processo e a segunda entrada podem ser combinadas e o canal pode formar uma parte recta antes da primeira unidade na primeira fila de unidades. A parte recta do canal pode também terminar na primeira caixa rotativa. A segunda entrada pode apresentar um meio de injecção de fluidos, reagentes, etc, como, por exemplo, um bico que pode introduzir fluidos adicionais. 0 bico pode ser seleccionado entre qualquer tipo de bico adequado e pode ser introduzido na parte recta que forma uma zona de dispersão para introduzir ou injectar materiais ou substâncias num fluido de processo. As entradas de fluidos podem também ser combinadas antes de entrarem no canal da placa de canal. De acordo com esta alternativa, não é necessário haver uma entrada para o fluxo de processo e outra entrada para a injecção de fluidos, etc. Deste modo, com entradas combinadas fora da placa de canal, só é possível utilizar a entrada de fluxo de processo.
Ao produzir dispersões finas no fluxo através da introdução de um líquido não miscível de uma maneira controlada e segura a alta velocidade no fluxo de processo no canal, é crucial que o bico apresente um desenho adequado. 0 bico desenhado pode ser um dispositivo de dispersão ou um injector. 0 bico pode ser montado no segundo orifício de entrada da placa de canal. Uma ou mais fases de líquido não miscível podem ser alimentadas em simultâneo através do bico. 0 bico desenhado pode ser um dispositivo de dispersão apresentando um bocal na forma de um tubo fechado com uma única zona de orifício na extremidade fechada, apresentando um diâmetro de orifício (D) ou, nos casos em que estão presentes vários orifícios n, um diâmetro (D) correspondente ao da zona total de orifícios dividido pelo número de orifícios n do bico, que é adequadamente maior do que o comprimento ou profundidade (T) do orifício no bico. A razão pode ser seleccionada de maneira que o comprimento do orifício seja muito menor do que o diâmetro do orifício (T<<D) . Quando o dispositivo de dispersão está em utilização são pulverizadas gotículas para fora do dispositivo de dispersão, criando um cone de gotículas no fluxo de processo. 0 tamanho das gotículas criadas depende da diferença de pressão na própria saída do bico e da pressão no compartimento. Se o comprimento do orifício (T) for grande, então será muito difícil criar a condição de pressão desejada nesse ponto.
Para bicos de tamanho reduzido, o comprimento (T) e o diâmetro (D) serão muito pequenos e haverá limitação de fabrico. Uma maneira favorável de produzir um tal bico é, por exemplo, por gravura, punção a laser ou microperfuração numa placa fina, a qual é seguidamente soldada por soldadura orbital a laser ou por feixe de electrões a um tubo. Um bico pode produzir gotículas e o tamanho das gotículas dependerá do fluxo e do diâmetro de bico seleccionado. Para aumentar o fluxo através de um bico é possível produzir um orifício maior ou fazer mais orifícios através do bico. Utilizando muitos orifícios pequenos em vez de um orifício grande, é possível criar gotículas mais pequenas. Para garantir a mesma condição de pressão em cada orifício é favorável dispor os orifícios simetricamente em relação ao eixo principal do tubo no qual o bico está soldado por soldadura orbital. Podem existir várias filas de orifícios localizados em círculos concêntricos. 0 tamanho dos orifícios pode ser escolhido de acordo com as velocidades de fluxo correspondentes ao raio do círculo concêntrico ou à viscosidade dos fluidos que saem dos orifícios. A pulverização de materiais para fora do bico pode ser feita em modo contínuo, modo pulsado ou a intervalos especialmente adaptados à aplicação ou ao processo do módulo de fluxo multifunções.
Pode ser ligada uma bomba para fornecimento e para pressurizar o fluido para o bico. 0 fluido é pulverizado do bico em cone. A bomba pode bombear continuamente os fluidos para o bico ou alimentar o bico em modo pulsado. Os pulsos podem, por exemplo, ser gerados controlando o ciclo de trabalho da bomba ou por uma válvula na linha de alimentação para o bico. A bomba é controlada de maneira adequada para manter um dado nível de pressão. Se o bico for alimentado em modo pulsado, poderá ser importante que o volume entre o bico e a válvula de pulso não se altere com pressão. 0 ciclo de funcionamento da válvula, ou seja, o tempo de abertura, é inferior ou igual a 100% do tempo de período total e é * 0%, pode ser controlado para produzir uma dada taxa de fluxo, conforme se vê abaixo.
O bico pode ser operado nos modos pulsado ou não pulsado, e é utilizado para formar pulverizações de fluidos a uma dada taxa de fluxo média. O tamanho do bico é seleccionado para produzir uma taxa de fluxo suficiente à pressão disponível e o nível de pressão pode ser definido para produzir um determinado tamanho de gotícula. Isto significa que o tamanho de gotícula pode ser ajustado alterando a pressão da bomba a uma taxa de fluxo constante. A velocidade da bomba pode ser controlada para produzir uma taxa de fluxo definida através da válvula aberta, ou seja, modo não pulsado.
As superfícies planas da placa de canal são preferencialmente dispostas em filas paralelas perpendiculares ao canal, e as superfícies planas das filas apoiam as placas de barreira ou placas utilitárias em ambos os lados da placa de canal. A placa de barreira pode ser uma placa separada ou integrada com a placa de canal ou com a placa utilitária. Uma ou duas placas de permutador de calor podem ser ligadas a uma placa de canal e a placa de permutador de calor pode ser um elemento de transferência de calor não fluido, ou um elemento de Peltier.
As placas de barreira podem ser unidas por brasagem a uma placa de canal providenciando uma disposição tipo "sanduíche", ou a placa de canal pode ser unida por brasagem à placa utilitária de acordo com outra alternativa. As placas de barreira podem ser dispostas por qualquer método adequado à placa de canal ou à placa utilitária. Conforme referido anteriormente, a placa de canal pode apresentar uma ou duas placas de barreira dispostas num ou em ambos os lados planos da placa de canal, as quais vedam o canal de processo. As placas de barreira podem ser vedadas com juntas a uma placa de canal, conforme referido anteriormente. As paredes ou as placas de barreira podem ser feitas de um material condutor de calor, o que possibilita a passagem de um fluido de refrigeração ou de aquecimento no exterior do canal. Uma ou mais das placas de barreira podem ser feitas de um material isolante para aplicações das placas de canal nas quais sejam necessários requisitos especiais de temperatura. 0 material das placas de barreira pode compreender alternativamente uma membrana com um tamanho de poro adequado para permitir a passagem pela membrana de um produto ou produtos formados ou para fluidos de processo ou material adicional serem adicionados através da membrana para dentro do canal da placa de canal. Uma placa de barreira pode também ser feita de um material filtrante. Combinações de placas de barreira de materiais diferentes são também possíveis. De acordo com uma alternativa, pelo menos uma das placas de barreira pode conter um material condutor de calor sólido, um material isolante ou um material de membrana. De acordo com uma alternativa, duas placas de canal podem ser colocadas em ambos os lados de uma membrana. Deste modo, uma placa de canal transorifíciorá produtos e a outra placa de canal o fluxo de processo. Características imorifíciontes da placa de canal e do equipamento em torno da placa de canal são a flexibilidade e a facilidade de acesso. Deste modo, a placa de canal pode ser adaptada para permitir diferentes operações, como por exemplo filtração, separações por membranas, mistura, etc. A placa de canal pode estar revestida por um mais catalisadores ou apresentar um desenho que permite a mistura ou criar um fluxo em pistão. A placa de canal pode ser fabricada numa peça de acordo com uma alternativa, ficando as filas de unidades integradas na placa. 0 tamanho ou a forma da placa de canal podem apresentar qualquer desenho adequado formando um canal de fluxo num módulo de fluxo ou num reactor. 0 material da placa de canal pode ser aço inoxidável, ligas à base de ferro, ligas à base de níquel, titânio, ligas de titânio, tântalo, ligas de tântalo, ligas à base de molibdénio, zircónio, ligas de zircónio, vidro, quartzo, grafite, grafite reforçada, Hastelloy ou qualquer outro material resistente aos meios do processo. Outros materiais adequados para uma placa de canal são materiais especiais, como materiais de plástico, tais como PEEK (poli éter éter cetona), PPS (polifenilensulfida), PTFE (politetrafluoroetileno) , perfluorelastómeros ou fluorelastómeros, PP (polipropeno) , etc ou combinações dos mesmos.
De acordo com uma alternativa a placa de canal pode ser formada dividindo a placa no plano médio tal que a estrutura complexa do canal possa ser simplificada e mais facilmente fabricada. Deste modo a placa de canal pode estar dividida em duas partes, na qual as partes compreendem elementos sob a forma de quadrado apresentando recortes quadrados, e recortes de superfície de formação de canal. As duas partes correspondem uma à outra e unidas formam o canal. Entre as duas partes uma junta pode vedar o canal da placa de canal de duas partes. A invenção refere-se adicionalmente a outra placa de canal alternativa, a qual compreende duas folhas formadas ou duas placas prensadas e uma placa de reactor ou placa de fluxo, a qual apresenta juntas em cada lado plano sobre os quais são montadas as duas folhas formadas ou as duas placas prensadas. 0 canal da placa de canal pode compreender uma série de filas de unidades formando um trajecto em serpentina na disposição das unidades. Deste modo, é desenvolvida uma direcção de fluxo tridimensional do fluxo de fluidos no canal de cada placa de canal. Os fluidos que passam no canal "tridimensional" podem ser líquidos puros, misturas de líquidos, líquidos imiscíveis, líquidos com partículas ou líquidos com qás dissolvido ou livre.
As placas utilitárias de acordo com a invenção podem apresentar um compartimento para a placa de canal e também um compartimento para o insert de turbulador ou para a placa de turbulência e para os fluidos de permutador de calor. A placa utilitária ou a placa de permutador de calor são a parte de permutador de calor de uma secção de fluxo que pode compreender pelo menos uma placa utilitária e uma placa de canal. A placa de canal pode ser introduzida no compartimento da placa utilitária de acordo com uma alternativa. De acordo com outra alternativa uma placa de canal pode ser introduzida entre duas placas utilitárias. A placa de canal pode estar disposta dentro de um espaço criado por dois compartimentos correspondentes das duas placas utilitárias. 0 compartimento de uma placa utilitária pode circundar toda a placa de canal ou apenas uma parte da placa de canal, deixando todos os orifícios de injecção e orifícios livres. 0 compartimento da placa utilitária é um espaço que pode ser um quadrado alongado no qual a placa de canal pode ser colocada ou integrada. 0 insert de turbulador ou a placa de turbulência da placa utilitária podem apresentar asas ou aletas acopladas. 0 insert de turbulador pode ser também uma espuma metálica. As entradas ou as saídas das placas utilitárias e/ou das placas de canal podem apresentar elementos térmicos introduzidos nas mesmas. A placa utilitária pode ser uma placa de permutador de calor seccionada, tal como a divulgada no documento WO 2008/076039. O sistema de aperto de acordo com a invenção está ligado ao módulo de fluxo para controlar as forças aplicadas ao módulo de fluxo e deste modo também a pressão no módulo. Tais sistemas de aperto são referidos no documento WO 2008/066447 ou no documento SE 0801181-9. O sistema de aperto pode compreender duas placas de extremidade, molas de disco e barras tensoras. Pilhas de molas de disco podem estar dispostas como uma primeira grelha de molas numa das duas placas de extremidade, e as molas de disco podem estar apoiadas nesta primeira placa de extremidade. Entre as duas placas de extremidade podem ser colocadas uma ou mais secções de fluxo, na placa de extremidade oposta, a segunda placa de extremidade, podem ser colocadas pilhas adicionais de molas de disco como uma segunda grelha de molas. Grelhas de molas de disco podem também ser colocadas entre secções de fluxo. Barras tensoras podem ligar as duas placas de extremidade para distribuir forças de tracção às pilhas de molas de disco quando o sistema de aperto se encontra numa posição fechada.
Para vedar o módulo de fluxo ou o reactor correctamente, as forças de aperto têm de situar-se numa gama correcta. A disposição das molas, ou seja, uma grelha de pilhas de molas, distribui a força de mola por uma pilha de placas de um módulo de fluxo, como um reactor de placas. O módulo de fluxo inclui uma ou mais camadas de placas empilhadas. A força de mola F varia em ordem ao comprimento L. 0 comprimento de mola varia entre Lmax e Lmin, em que Lmax é definido como comprimento livre da mola, e Lmin é definido como comprimento de mola à compressão máxima. A força máxima Fmax é definida como força de mola à compressão máxima da mola, e consequentemente a força de mola variará entre 0 e Fmax. A força de mola Fx, que corresponde a Lx, tem de ser superior à força Fi para garantir que não irão ocorrer fugas, mas a força de mola não deve ser superior à força F2 para não haver o risco de deformações permanentes. Fi e F2 correspondem aos comprimentos de mola L2 e L2, respectivamente, e L2 < Lx < L2. Utilizando molas ou pilhas de molas, com uma curva de força de compressão adequada, pode obter-se uma gama de trabalho L2 a Li suficiente. A gama L2 a Li deve ser superior a outras discrepâncias geométricas de fabrico, montagem e operação. Tais discrepâncias podem ser, por exemplo, tolerâncias de fabrico relativas à força e à espessura, ou deformações originárias de forças na montagem, ou alterações dimensionais devido a expansão térmica ou deformação do material na operação. 0 módulo de fluxo de acordo com a invenção pode compreender dispositivos de descarga de pressão, os quais podem estar ligados a uma série de orifícios, orifícios de injecção ou a uma entrada de canal de fluxo, uma saída de canal de fluxo ou a ligações entre secções de fluxo. Os dispositivos de descarga de pressão podem ser passivos ou activos. Um dispositivo de descarga de pressão passivo pode ser um diafragma de ruptura, mas pode ser utilizado qualquer dispositivo de descarga de pressão passivo. Um dispositivo de descarga de pressão activo pode ser um número qualquer de unidades de injecção para a têmpera de materiais ou substâncias, que podem agir sob comando de um computador equipado com um programa de monitorização e controlo. Outro dispositivo de descarga de pressão activo pode ser um dispositivo regulador de fluxo de fluidos de permutador de calor, que pode também agir sob comando de um computador equipado com um programa de monitorização e controlo. Ainda outro dispositivo de descarga de pressão activo pode ser um dispositivo regulador de fluxo para materiais de processo ou para materiais adicionados, que pode também agir sob comando de um computador equipado com um programa de monitorização e controlo. 0 material ou os materiais das diferentes partes do módulo de fluxo podem ser aço inoxidável, ligas à base de ferro, ligas à base de níquel, titânio, ligas de titânio, tântalo, ligas de tântalo, ligas à base de molibdénio, zircónio, ligas de zircónio, Hastelloy, vidro, quartzo, grafite, grafite reforçada, PEEK, PP, PTFE etc., ou combinações dos mesmos.
Segue-se uma explicação da invenção com referência às Figuras 1 a 25. As figuras servem para demonstrar a invenção e não se destinam a limitar o âmbito da mesma.
Breve descrição dos desenhos A Figura 1 mostra filas de unidades de acordo com a invenção. A Figura 2 mostra uma placa de canal de acordo com a presente invenção. A Figura 3 mostra a placa de canal da Figura 2 com uma zona recortada que mostra o canal e os orifícios de acordo com a invenção. A Figura 4 mostra um corte transversal da placa de canal de acordo com a presente invenção. A Figura 5 mostra uma parte de uma placa de canal apresentando caixas rotativas no início e no fim de cada fila de unidades. A Figura 6 mostra um corte transversal e uma vista lateral de uma placa de canal de acordo com a invenção. A Figura 7 mostra uma placa de canal alternativa, não de acordo com a invenção. A Figura 8 mostra o canal da placa de canal montada da Figura 7. A Figura 9 mostra outra placa de canal alternativa da presente invenção, não de acordo com a invenção. A Figura 10 mostra a placa de canal montada da Figura 9. A Figura 11 mostra outra versão da placa de canal, não de acordo com a invenção. A Figura 12 mostra a placa de canal montada da Figura 11. A Figura 13 mostra uma placa de canal introduzida entre duas placas utilitárias. A Figura 14 mostra como a placa de canal está disposta entre duas placas utilitárias de acordo com uma alternativa da invenção. A Figura 15 mostra uma placa utilitária e como um turbulador está disposto na placa utilitária. A Figura 16 mostra um módulo de fluxo montado de acordo com uma alternativa da invenção. A Figura 17 mostra um módulo de fluxo montado da invenção apresentando uma estrutura, que compreende duas barras tensoras e duas placas de extremidade, a qual mantém as placas de canal e as placas utilitárias na devida posição por meio de cilindros hidráulicos. A Figura 18 mostra um módulo de fluxo montado de acordo com outra alternativa da invenção, no qual ambas as placas de extremidade estão dispostas com grelhas de molas. A Figura 19 mostra um módulo de fluxo montado apresentando uma linha de secção B-B. A Figura 20 mostra a secção B - B e como a secção de fluxo encaixa na devida posição. A Figura 21 mostra a secção B-B com a secção de fluxo disposta entre duas barras tensoras. A Figura 22 mostra três exemplos de superfícies de formação de canal de acordo com a invenção. A Figura 23 é um gráfico que mostra as distribuições de tempo de permanência (RTDs) do Exemplo 1. A Figura 24 é um gráfico que mostra as distribuções de tamanho de goticula do Exemplo 2. A Figura 25 é um gráfico que mostra o perfil de temperatura de uma secção de fluxo individual do Exemplo 3.
Descrição detalhada dos desenhos A Figura 1 mostra algumas filas de unidades 1 de acordo com a invenção. As unidades 1 apresentam uma parte plana 2 e uma parte curva 3, cada unidade 1 está separada da unidade 1 seguinte por paredes 4. Todas as unidades 1 da placa de canal constituem juntas uma unidade, ou seja, a placa de canal do mesmo material sem articulações entre as unidades 1, as paredes 4 ou filas. As superfícies planas das unidades 1 estão alinhadas numa disposição formando filas na placa de canal. As filas alinhadas das superfícies planas 2 formam um apoio, por exemplo, para uma junta. Do lado oposto ao lado plano da unidade 1 está o lado curvo. Deste modo a disposição de filas de unidades 1 forma um padrão de filas planas adjacentes a filas curvas, estando cada unidade separada da unidade seguinte por paredes 4. A Figura 2 mostra as filas de unidades da placa de canal 5 alinhadas para formar um padrão paralelo simétrico no qual filas de superfícies planas 2 na direcção Y têm filas de superfícies curvas 3 vizinhas também na direcção Y. As unidades formam um canal na direcção X entre as superfícies curvas 3 e placas de barreira ou placas utilitárias não visíveis na Figura 2. As paredes 4 dividem o canal da placa de canal 5 em várias secções de modo tal que o canal se estende de um lado para o lado seguinte ao longo da placa de canal 5, formando deste modo um canal longo com várias zonas de mistura em várias filas de canais. A Figura 3 mostra a placa de canal 5 com uma secção recortada. A secção recortada serve para ilustrar o canal 6 e a maneira como os orifícios 7 comunicam com o canal 6. A Figura 3, assim como a Figura 2, mostram caixas rotativas 8 que são mostradas num dos lados da placa de canal 5. Se a placa de canal for virada, as caixas rotativas aparecerão no lado oposto da placa de canal e, deste modo, as caixas rotativas 8 serão visíveis no lado onde os orifícios 7 estão dispostos para comunicar com o canal 6, ilustrado na secção recortada referida anteriormente. Deste modo, as caixas rotativas 8 estão alinhadas na direcção Y em ambos os lados da placa de canal. 0 espaço formado das caixas rotativas 8 é definido como o espaço entre duas filas de unidades 1 e o lado interior 8a da placa de canal juntamente com um obstáculo curvo ou a unidade rotativa 8c, ver a Figura 4, o qual é parte da parte curva 3 das unidades 1. A parede 8b é uma extensão das paredes 4 e divide parcialmente a caixa rotativa 8 em dois compartimentos que comunicam entre si. Na caixa rotativa 8 a parede 8b apresenta um tamanho reduzido comparado com a parede 4 tal que o canal 6 pode rodar de uma fila de canais para a fila de canais seguinte. A disposição das paredes e unidades das caixas rotativas força o fluxo no canal 6 para obter uma mistura melhorada. A entrada de canal 9 é visível na Figura 3. Esta entrada destina-se ao fluxo de processo de fluidos. A entrada de canal 9 é combinada com o orifício de injecção 10 para formar uma parte de canal 11 recta para misturar de maneira homogénea ou não homogénea o fluxo de processo com reagentes injectados ou outros fluidos injectados, os quais são injectados através do orifício de injecção 10 através de um bico de injecção ou um dispositivo de dispersão de entrada não visível na Figura 3. A Figura 4 mostra um corte transversal da placa de canal de acordo com a presente invenção. Esta figura mostra que as caixas rotativas 8 estão dispostas em ambos os lados da placa de canal. A figura mostra também os orifícios 7 que entram no canal 6, ver também a Figura 3, ou no espaço dentro da caixa rotativa 8. A Figura 4 mostra que nas caixas rotativas 8 a unidade rotativa 8c apresenta um corte transversal diferente do das unidades das filas. O corte transversal da unidade rotativa 8c, nesta figura, apresenta uma circunferência que é três quartos de um circulo com uma parte plana. 0 corte transversal pode ser definido como uma secção P. Outros tipos de cortes transversais da unidade rotativa 8c são possíveis desde que o canal 6 rode de uma fila de canais para outra na caixa rotativa. Nos orifícios 7 pode ser introduzido qualquer tipo de equipamento, como entradas para reagentes adicionais, entradas para fluidos adicionais, saídas para fluidos de processo a testar, saídas para produtos intermédios a alimentar para dentro do canal numa etapa posterior ou a ser recirculados ou isolados, saídas para amostras de teste, bicos de injecção, dispositivos de dispersão de entrada, dispositivos de segurança para descarga instantânea ou controlada da pressão, unidades de sensor, tais como espectrofotómetros, sensores ópticos, sensores de proximidade por infravermelhos, tecnologia NIR, termoacoplamentos, termómetros de resistência, etc. A Figura 5 mostra umaa parte de uma placa de canal apresentando caixas rotativas 8 no início e no fim de cada fila de unidades. As caixas rotativas 8 apresentam dois compartimentos 12 onde o canal roda de uma fila de unidades para outra. As Figuras 2 a 5 mostram que as unidades formam uma peça construída por várias unidades formando várias filas e que as filas de unidades estão integradas na placa. Nestas figuras as unidades não estão separadas, mas fundidas, ou a placa de canal está formada por maquinagem, moldagem ou corte ou corte a laser ou maquinagem por descarga eléctrica (EDM), ou electroerosão a partir de uma peça de material. A Figura 6 mostra um corte transversal e uma vista lateral de uma placa de canal 5 de acordo com a invenção. A figura mostra a entrada 9 e a saída 13 e entre a entrada e a saída estende-se o canal de fluxo 6 na direcção X. 0 canal estende-se a montante e a jusante através de cada unidade através de cada fila de canais 14, as quais se encontram na direcção X nesta figura. A figura mostra também que o canal contém várias filas de unidades empilhadas na direcção Y sem quaisquer articulações entre as unidades. A figura mostra também paredes 4 entre as unidades. Na vista lateral são visíveis orifícios 7. A vista lateral mostra que a placa de canal pode apresentar vários orifícios 7. Na vista lateral são também visíveis a entrada 9, o orifício de injecção 10 e a saída 13. Uma placa de canal de acordo com a invenção pode apresentar orifícios num dos lados ou em ambos os lados quando as caixas rotativas estão dispostas, cada fila pode apresentar um orifício 7 em cada lado da placa de canal. A Figura 7 mostra uma parte alternativa de uma placa de canal 5, na qual a placa compreende duas folhas formadas 15 ou duas placas prensadas 15 e uma estrutura 16 apresentando paredes 4 separando o canal formado 6 do canal formado 6 adjacente. As placas 15 estão colocadas em direcções opostas em ambos os lados da estrutura 16, formando deste modo o canal 6, o qual se estende entre as placas 15 e as paredes 4 na estrutura 16. Duas juntas 17 em ambos os lados da estrutura 16 vedam a placa de canal. Na Figura 7 é visível a entrada 9 para fluidos de processo, mas a saída não é mostrada na figura. A Figura 8 mostra o canal 6 da placa de canal 5 montada da Figura 7, estendendo-se o canal ao longo das placas prensadas e estando separado por paredes 4 não visíveis na figura. A figura mostra como a entrada 9 comunica com o canal 6, mas a saída do canal não é visível nesta figura. A Figura não mostra o orifício de injecção 10 mas, evidentemente, esta placa de canal pode estar equipada com um orifício de injecção 10 assim como os orifícios 7. O canal roda nas caixas rotativas 8, mas tal não é mostrado nesta figura. A Figura 9 mostra outra parte alternativa de uma placa de canal 5. De acordo com esta alternativa a placa de canal está dividida no plano médio em duas metades 18 e 19. A metade 18 encaixa na metade 19 formando o canal 6 quando montado. Uma junta 17 veda as duas metades da placa de canal de acordo com esta versão da invenção formando o canal 6 entre as metades e as paredes 4. Um orifício de entrada 9 para fluidos de processo é visível na figura, e uma saída 13 escoa os produtos do canal 6 da placa de canal. As caixas rotativas 8 rodam o canal 6 de uma fila para a fila seguinte. Na Figura 10 as duas metades 18 e 19 da placa de canal 5 estão montadas e um canal 6 está formado entre as duas metades 18 e 19. A Figura 11 mostra ainda outra versão da parte da placa de canal 5 que está dividida no plano médio. De acordo com esta versão duas placas de barreira 20 estão integradas com as metades 18 e 19. Uma junta 17 veda o canal formado da placa de canal. A Figura 12 mostra como o canal 6 está vedado do exterior por placas de barreira 20. A Figura 13 mostra a placa de canal 5 introduzida entre duas placas utilitárias 21. De acordo com esta alternativa duas placas de barreira 20 vedam o canal de processo 6 em relação aos canais utilitários 22 das placas utilitárias 21. Dentro dos canais utilitários 22 os fluidos de permutador de calor transferem o calor ou o frio de e para os fluidos de processo no canal de processo 6. Esta figura mostra uma forma alternativa de uma unidade de caixa rotativa 8c, que apresenta um corte transversal de três quartos de circulo formando uma secção P. A figura mostra também como o insert de turbulador 23 da placa utilitária apoia o lado plano de uma unidade de placa de canal 5. Deste modo, uma placa utilitária 21 compreende os canais de fluxo utilitário 22, o insert de turbulador 23, a placa de barreira 20, e a placa utilitária pode compreender também outros componentes não referidos no presente documento. Os orifícios 7 comunicam com o canal de processo 6 e os orifícios podem estar equipados com diferentes sensores, bicos etc. Anéis vedantes podem vedar a placa de canal relativamente às placas de barreira 20, os anéis vedantes podem ser colocados na ranhura 24 em ambos os lados da placa de canal 5. No espaço 25, entre a estrutura 32 e o insert de turbulador 23, os anéis vedantes podem vedar a placa utilitária 21 relativamente às placas de barreira 20. A saída 26a ou a entrada 26b (ou seja, 26 a+b), não visíveis na figura, para fluidos de permutador de calor, estão situadas no lado exterior das placas utilitárias 21. Um orifício 27 para termoacopladores ou termómetros de resistência está situada na entrada ou na saída do fluxo utilitário para permitir a monitorização da temperatura. A Figura 14 mostra como a placa de canal 5 está disposta entre duas placas utilitárias 21. A placa de canal 5 encaixa nos compartimentos 28 nas placas utilitárias 21. As placas de barreira 20 e as estruturas 29 formam os compartimentos 28. A placa de canal 5 encaixa nos compartimentos 28 e as juntas 17 vedam o canal de processo relativamente à placa de barreira integrada dos compartimentos 28. A junta 17 apresenta zonas recortadas correspondentes às superfícies planas 2 da placa de canal 5, vedando deste modo o canal 6 da placa de canal 5 relativamente às placas de barreira 20, tal que os meios no canal 6 não contactam com a face plana da junta 17 ou têm um contacto reduzido ou mínimo com qualquer dos bordos da junta 17 quando as placas estão montadas. A Figura 14 mostra também tubos de ligação 30. Os tubos de ligação 30 ligam as placas utilitárias 21 entre si para que os fluidos de permutador de calor ou de frio possam ser transportados entre as placas utilitárias 21. A Figura 15 mostra uma placa utilitária 21 de acordo com a invenção e como uma placa de turbulência 31 está disposta na placa utilitária 21. Na Figura 15 a placa de turbulência 31 está encaixada numa placa de estrutura 32 e vedada com um anel vedante não visível na figura. A placa de turbulência 31 pode também encaixar num compartimento formado por uma placa de estrutura e uma placa de barreira integradas na placa utilitária. Tal não é visível na figura. A parte de turbulador da placa de turbulência 31 apresenta um padrão em forma de filas 33 correspondentes às filas planas da placa de canal. As filas planas da placa de canal não são mostradas na Figura 15. As filas 33 apresentam aletas 34 para aumentar a turbulência no fluxo de fluidos de permutador de calor e, deste modo, a transferência de calor. As aletas 34 foram desenhadas também para corresponder ao desenho da placa de canal, e as aletas 34 fornecem um apoio adicional às paredes 4 da placa de canal 5, assim como turbulência adicional no fluxo de permutador de calor. É importante que a placa de canal esteja apoiada para providenciar uma boa pressão de contacto nas juntas, especialmente quando o módulo de fluxo opera sob alta pressão. Um compartimento para uma placa de canal, a qual não é visível na figura, está formado por uma placa de barreira 20 que está montada numa estrutura 29 quando a placa utilitária está montada. A placa de barreira 35 é uma placa de barreira integrada apresentando canais de entrada 36 e canais de saída 37 de fluidos de permutador de calor. O canal de entrada 36 e o canal de saída 37 podem trocar de posição consoante a direcção de fluxo dos fluidos de permutador de calor. A entrada 38 comunica com o canal de entrada 36, a entrada 38 pode também ser uma saída quando o fluxo utilitário é alterado. Os orifícios 39 nas placas servem para transportar fluidos de permutador de calor entre as placas. Os tubos de comunicação 40 possuem uma vedação nos orifícios 39 para o transporte seguro dos fluidos. A Figura 16 mostra as secções de fluxo 41 montadas, num módulo de fluxo de acordo com a invenção. As secções de fluxo 41 estão dispostas numa estrutura de módulo 42. As secções de fluxo 41 estão montadas entre duas barras tensoras 43. Dependendo do tamanho, peso e pressão de operação, o módulo de fluxo pode ser montado de maneira diferente, por exemplo, um módulo de fluxo pequeno, não mostrado na figura, não necessita de uma estrutura de módulo 42, podendo-se em algumas aplicações utilizar apenas barras tensoras. Se a estrutura for redundante as barras tensoras têm de ser aparafusadas e será necessário utilizar mais barras tensoras do que as mostradas nesta figura. A Figura 17 mostra outra alternativa da invenção, na qual a estrutura de módulo 42 mantém as secções de fluxo 41 na devida posição, não mostrado detalhadamente nesta figura. Nesta figura as secções de fluxo 41 são mantidas na devida posição pela força de uma grelha de molas 44 e a placa de extremidade 45. De acordo com esta alternativa da invenção a placa de distribuição 46 e as placas de pressão 47 estão colocadas entre duas placas de extremidade. Dois blocos de distância 48 estão colocados entre, ou removidos de, a placa de extremidade 45 e a placa de distribuição 46 com o auxílio de cilindros hidráulicos 49. Os blocos de distância 48 encontram-se na posição fechada, ou seja, colocados entre placas nesta figura. Grelhas de molas 44 estão dispostas entre a placa de distribuição 46 e uma placa de extremidade 45 nesta figura, mas as grelhas de molas podem estar dispostas em ambos os lados das secções de fluxo 41. As forças dos cilindros hidráulicos 49 podem ser aliviadas de modo que as secções de fluxo 41 sejam mantidas na devida posição sem o auxílio dos cilindros hidráulicos 49. A força nas secções de fluxo 41 pode ser medida medindo a distância entre uma placa de extremidade 45 e o ponto alcançado pelos pistões 50 fora da placa de extremidade 45. As duas placas de extremidade 45 estão posicionadas de modo que o número pretendido de secções de fluxo 41 possa ser introduzido entre as mesmas quando na posição aberta. A distância entre as duas placas de extremidade pode ser ajustada escolhendo o número de mangas 51 e apertando as porcas 52 em cada barra tensora 43. A Figura 18 mostra um módulo de fluxo montado de acordo com outra alternativa da invenção, no qual cada uma das duas placas de extremidade 45 está disposta com grelhas de molas 44. Nesta figura as ferramentas hidráulicas, tais como cilindros hidráulicos ou DocumentDes hidráulicos, não são mostradas. Em algumas DocumentDe as ferramentas hidráulicas podem ser removidas. As barras tensoras 43 mantêm as secções de fluxo 41 na posição horizontal quando o módulo de fluxo está apertado. A Figura 18 mostra também como as placas de canal 5 estão dispostas nas secções de fluxo 41. Nesta vista são visíveis orifícios 7 nas placas de canal 5. As secções de fluxo 41 são também mantidas na devida posição por apoios 53 pendurados de uma viga da estrutura 42. A Figura 18 mostra a instrumentação de porta 54 com transdutores de pressão como exemplo. A Figura 19 mostra uma linha de secção B - B num módulo de fluxo montado com a estrutura 42 e uma secção de fluxo 41.
Esta figura mostra também duas placas de pressão 47. As Figuras 20 e 21 são duas vistas da secção B - B mostrando como a secção de fluxo 41 é posicionada na estrutura 42. A Figura 20 mostra como a secção de fluxo 41 está posicionada sobre a barra tensora 43 inferior. A figura mostra também que a parte superior dianteira da secção de fluxo 41 pode passar a barra tensora 43 superior e encaixar entre as duas barras tensoras 43. O meio 53 para montar a secção de fluxo 41 na posição suspensa está disposto da viga da estrutura 42. Nesta figura os meios de montagem 53 são na forma de ganchos, mas pode ser aplicado qualquer meio adequado sendo facilmente amovível pelo dispositivo de rolo 54. A Figura 21 mostra a secção de fluxo 41 na posição suspensa entre as duas barras tensoras 43 através do meio de suspensão 53. Deste modo é formada uma folga 55 entre a secção de fluxo 41 e a barra tensora 43 inferior. Com esta disposição a barra tensora 43 não fica carregada com uma carga pesada com o pacote de secções de fluxo 41 e apenas as forças criadas pelo aparafusamento do módulo serão exercidas sobre as barras tensoras 43, uma vez que o peso do pacote de secções de fluxo 41 etc, será exercido sobre a viga da estrutura 42. As barras tensoras 43 apoiam deste modo o pacote de secções de fluxo lateralmente. A Figura 22 mostra três exemplos de filas de unidades formando o canal de processo 6. As unidades apresentam superfícies planas 2 viradas para as placas de barreira 20 ou as placas utilitárias 21. Duas placas de canal podem ser separadas por uma membrana ou um filtro em vez das placas de barreira 20 ou as placas utilitárias 21, tal não é mostrado na figura, as superfícies planas 2 estão viradas para a membrana ou para o filtro em caso de uma membrana ou um filtro. Os exemplos da Figura 22 ilustram como as superfícies de formação de canal 3 formam o canal 6 entre as placas de barreira 20 ou as placas utilitárias 21. Nesta figura as superfícies de formação de canal 3 estão representadas por superfícies convexas curvas na alternativa A, superfícies DocumentDes na alternativa B e superfícies triangulares na alternativa C. De acordo com a invenção todas as superfícies de formação de canais estão incluídas desde que o canal de processo 6 tenha as propriedades necessárias.
Segue-se a ilustração da invenção utilizando os exemplos 1 a 3. 0 objectivo dos exemplos é ilustrar o desempenho do módulo de fluxo multifunções da invenção, e não se destina a limitar o âmbito da invenção.
Exemplo 1: Distribuções do tempo de permanência (RTDs)
As RTDs providenciam informações sobre as características axiais de macromistura de um reactor. A interpretação da RTD através da utilização de um modelo de dispersão permite a avaliação da aproximação ou do desvio de um fluxo em pistão. Neste exemplo as RTDs são medidas por uma técnica de resposta a estímulos. Sondas ópticas são posicionadas na entrada e na saída do lado de processo de uma placa de fluxo da invenção, e um pulso de corante é injectado a montante da sonda da entrada. A Figura 23 mostra que para cada taxa de fluxo DocumentDes na gama a estudar (10 - 100 1/hr) é medida a alteração da absorção com tempo, resultando normalmente na recolha de centenas ou milhares de pontos de dados em alguns segundos ou alguns minutos de cada sonda. Pode calcular-se a média em bloco destes dados. A RTD é seguidamente determinada a partir das respostas de entrada e saída através da deconvolução da equação seguinte: Resposta de saída = (Distribuição de idade de saída) x (Resposta de entrada). Aplicando um modelo de dispersão axial às RTDs medidas às taxas de fluxo DocumentDesD, é possível calcular o número de Peclet (Pe) para cada taxa de fluxo, que é definido por
em que u é a velocidade média de fluxo linear, Léo comprimento do canal de fluxo e Da é o coeficiente de dispersão axial. Para um fluxo em pistão ideal, Pe Λ <» e para um fluxo misturado por refluxo ideal Pe Λ 0. Isto significa que de um ponto de vista técnico prático Pe >> 1 para fluxo em pistão e Pe << 1 para fluxo misturado por refluxo total.
As condições para uma placa de fluxo da invenção foram:
As dimensões do canal de fluxo da placa do reactor foram: corte transversal 3,0 mm x 16 mm em média, comprimento do canal de fluxo aproximadamente 6 m.
Taxa de fluxo = 53 1/hr; Volume de corante injectado =1,0 ml; Concentração de corante injectado = 0,26 g de nigrosina/1.
Os resultados das medições estão resumidos na Figura 23, que mostra a RTD colhida para a placa de fluxo. Não existem atalhos nem regiões estagnadas, deste modo foi criado um fluxo em pistão no canal de fluxo testado. A Figura 23 mostra também que a forma da distribuição do corante é essencialmente igual na sonda de entrada e na sonda de saída, o que indica que o fluxo no canal de fluxo pode ser considerado um fluxo em pistão, o que também se confirma pelo número de Peclet. O número de Peclet calculado a partir destes dados = 800.
Exemplo 2: Bicos
Foram testados uma série de diferentes bicos de injecção ou dispersão numa placa de reactor. O bico operou sob diferentes pressões e taxas de fluxo e foi injectado iso-dodecano em água para formar a dispersão de "óleo em água". As pressões de injecção foram 2, 4, 6 e 8 Bar respectivamente, com a pressão a ser aumentada através do aumento da taxa de fluxo através do bico, pelo que a proporção dodecano/água é diferente em cada teste. Foram avaliadas as DocumentDesD Cde tamanho de gotícula, e os resultados DocumentDesD estão resumidos na Figura 24 para um bico com 10 orifícios de 140 microns.
Tabela 1: Condições de ensaio e fluxo principal d32 calculado _a 50 1/h ._
Quoc Quoc Press. Press. Med. d32 [kg/h] [1/h] [bar]_[bar]_[pm] 11,32 15,03 2,00 2,01 21,949 15,81 20,99 4,00 4,02 18,720 19,07 25,34 6,00 6,03 14,694 23,58 31,32 8,00 8,00 16,899
Uma maior queda da pressão diminui o tamanho das gotículas produzidas pelo bico. As velocidades de transferência de massa, numa reacção química, dependem fortemente da área de superfície de interface entre os dois meios e, consequentemente, um tamanho diminuído de gotícula suporta velocidades de reacção maiores.
Exemplo 3: troca de calor
Neste ensaio foi traçado o perfil térmico do fluido de processo a deslocar-se ao longo do canal de fluxo de uma única secção de fluxo. Por uma questão de simplicidade, foi utilizada água na placa de canal, nos fluidos de processo e, nas placas utilitárias, os fluidos utilitários. A taxa de fluxo dos fluidos de processo foi de 25 1/hora e a taxa de fluxo dos fluidos utilitários foi de 2000 1/hora. A temperatura foi medida em alturas diferentes e os resultados estão resumidos num gráfico mostrado na Figura 25. O módulo de fluxo da presente invenção é útil nas operações de processo seguintes: fabrico, reacções, mistura não homogénea, mistura homogénea, realizar operações criogénicas, lavagem, extracções e purificações, regulação do pH, trocas de solventes, produção de agentes químicos, produção de agentes químicos intermédios, produção de API (ingredientes farmacêuticos activos) ao trabalhar com operações de baixas temperaturas, produção de produtos farmacêuticos intermédios, desenvolvimentos de ampliação de escala e diminuição de escala, precipitação ou cristalizações, realizar injecções múltiplas ou adições múltiplas ou medições múltiplas ou amostragens múltiplas, trabalhar com reacções em várias etapas, operações de pré-refrigeração, operações de pré-aquecimento, operações de pós-aquecimento e pós-refrigeração, processos para converter processos de lote em processos contínuos e operações para dividir e recombinar fluxos.
Os tipos de reacção que podem ser realizados na presente invenção incluem reacções de adição, reacções de substituição, reacções de eliminação, reacções de troca, reacções de resfriamento, reduções, neutralizações, decomposições, reacções de substituição ou deslocamento, reacções de desproporcionação, reacções catalíticas, reacções de clivagem, oxidações, fechos e aberturas de anéis, reacções de aromatização e desaromatização, reacções de protecção e desprotecção, transferência de fase e catálise por transferência de fase, reacções fotoquímicas, reacções envolvendo fases gasosas, fases líquidas e fases sólidas, e que podem envolver radicais livres, electrófilos, nucleófilos, iões, moléculas neutras, etc. Sínteses como a síntese de aminoácidos, síntese assimétrica, síntese quiral, síntese de péptidos em fase líquida, metátese de olefinas, síntese de péptidos, etc. podem também ser realizadas com o módulo de fluxo. Outros tipos de síntese para os quais o módulo de fluxo pode ser utilizado são reacções no âmbito da química dos hidratos de carbono, química dos dissulfetos de carbono, química do cianeto, química do diborano, química da epicloridrina, química da hidrazina, química do nitrometano, etc, ou a síntese de compostos heterocíclicos, de compostos acetilénicos, de cloretos de ácidos, de catalisadores, de compostos citotóxicos, de intermédios DocumentDe, de líquidos iónicos, de produtos químicos da piridina, de polímeros, de monómeros, de hidratos de carbono, de nitronas, etc. 0 módulo de fluxo é adaptável a reacções que levam os nomes dos indivíduos que as desenvolveram, tais como condensações de Aldol, reduções de Birch, oxidações de Baeyer-Villiger, rearranjos de Curtius, condensações de Dieckmann, reacções de Diels-Alder, condensações de Doebner-Knoevenagel, reacções de Friedel-Crafts, rearranjos de Fries, síntese de Gabriel, reacções de Gomberg-Bachmann, reacções de Grignard, reacções de Heck, rearranjos de Hofmann, reacções de Japp-Klingemann, síntese de índoles de Leimgruber-Batcho, reacções de Mannich, adições de Michael, reacções de Michaelis-Arbuzov, reacções de Mitsunobu, reacções de Miyaura-Suzuki, reacções de Reformatsky, reacções de Ritter, reduções de Rosenmund, reacções de Sandmeyer, reduções de bases de Schiff, reacções de Schotten-Baumann, epoxidações de Sharpless, síntese de Skraup, acoplamentos de Sonogashira, síntese de aminoácidos de Strecker, oxidações de Swern, reacções de Ullmann, rearranjos de Willgerodt, reacções de Vilsmeier-Haack, síntese de éteres de Williamson, reacções de Wittig, etc.
Outras reacções para as quais o módulo de fluxo é adequado são reacções de condensação, reacções de acoplamento, saponificações, ozonólise, reacções de ciclização, reacções de ciclopolimerização, desalogenações, desidrociclizações, desidrogenações, desidroalogenações, diazotizações, reacções de sulfato de dimetila, trocas de haletos, reacções de cianeto de hidrogénio, reacções de fluoreto de hidrogénio, reacções de hidrogenação, reacções de iodinação, reacções de isocianatos, reacções de cetenos, reacções de amónia líquida, reacções de metilação, acoplamento, reacções organometálicas, metalação, reacções de oxidação, acoplamentos oxidativos, reacções oxo, policondensações, poliesterificações, reacções de polimerização, outras reacções como acetilações, arilações, acrilações, alcoxilações, amonólise, DocumentDes, brominações alílicas, amidações, aminações, azidações, benzoilações, brominações, butilações, carbonilações, carboxilações, clorinações, clorometilações, clorossulfonações, cianações, cianoetilações, cianometilações, cianurações, epoxidações, esterificações, eterificações, halogenações, hidroformilações, hidrosililações, hidroxilações, quetalizações, nitrações, nitrometilações, nitrosações, peroxidações, fosgenações, quaternizações, sililações, sulfoclorinações, sulfonações, sulfoxidações, tiocarbonilações, tiofosgenações, tosilações, transaminações, transesterificações, etc. A presente invenção é adicionalmente definida pelas reivindicações independentes e as reivindicações dependentes.
DOCUMENTOS REFERIDOS NA DESCRIÇÃO
Esta lista de documentos referidos pelo autor do presente pedido de patente foi elaborada apenas para informação do leitor. Não é parte integrante do Document de patente europeia. Não obstante o cuidado na sua elaboração, o IEP não assume qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.
Documentos de patente referidos na descrição • WO 2004045761 Ai [0003] • WO 2008076039 A [0033] • WO 2008066447 A [0034] • SE 08011819 [0034]
Lisboa, 23 de Dezembro de 2014

Claims (16)

  1. REIVINDICAÇÕES 1. Uma placa de canal compreendendo pelo menos duas filas de unidades (1) , pelo menos uma caixa rotativa (8) , pelo menos uma entrada (9) e pelo menos uma saída (13), na qual cada unidade apresenta uma superfície plana (2) oposta a uma superfície de formação de canal (3), as unidades alternando em cada fila, estando uma superfície plana (2) adjacente a uma superfície de formação de canal (3) na mesma fila, formando um canal quando a placa de canal está em utilização, na qual a caixa rotativa (8) está disposta entre duas filas de unidades adjacentes formando dois compartimentos num espaço entre duas filas de unidades adjacentes na placa de canal e um lado interior (8a) da placa de canal, os quais estão divididos por uma parede (8b) para criar um fluxo tridimensional resultando numa mistura melhorada, podendo os fluidos fluir de uma primeira fila de unidades para uma segunda fila de unidades na caixa rotativa (8), e na qual as superfícies planas das unidades estão dispostas em filas perpendiculares ao canal formado da placa de canal.
  2. 2. A placa de canal de acordo com a reivindicação 1, na qual a placa de canal constitui uma parte e as filas de unidades estão integradas na placa, ou a placa de canal está dividida no plano médio e constitui duas partes, correspondentes entre si e e que unidas formam o canal de processo da placa de canal, ou a placa de canal compreende uma estrutura e duas folhas formadas ou duas placas prensadas, formando essa estrutura e duas folhas formadas ou duas placas prensadas unidas o canal de processo da placa de canal.
  3. 3. A placa de canal de acordo com a reivindicação 1 ou 2, na qual a superfície de formação de canal (3) na fila é seleccionada entre uma superfície convexa curva, uma superfície trapezoidal, uma superfície rectangular, uma superfície quadrada, uma superfície triangular, e as filas de unidades apresentam todas superfícies de formação de canal seleccionadas entre o mesmo tipo de superfície de formação de canal ou são superfícies de formação de canal das filas de unidades ou uma ou mais combinações de superfícies convexas curvas, superfícies rectangulares, superfícies quadradas e superfícies triangulares, e preferencialmente as filas de superfícies planas (2) das unidades estão dispostas em filas paralelas perpendiculares ao canal formado da placa de canal.
  4. 4. A placa de canal de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, compreendendo a placa de canal uma série de orifícios (7) ligados ao canal ou às caixas rotativas, estando os orifícios (7) dispostos em pelo menos um lado da placa de canal, estando os orifícios (7) tapados ou equipados com diferentes equipamentos ou constituindo os orifícios combinações de orifícios tapados e equipados, sendo esses equipamentos introduzidos através dos orifícios (7) no canal ou no espaço vazio das caixas rotativas (8).
  5. 5. A placa de canal de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, na qual os orifícios equipados estão equipados com um ou mais equipamentos seleccionados do grupo constituído por entradas para reagentes, entradas para fluidos adicionais, saídas para fluidos de processo, saídas para produtos intermédios a alimentar no canal numa etapa posterior, saídas para amostras de teste, dispositivos de dispersão de entrada, dispositivos de segurança para a descarga instantânea ou controlada da pressão, unidades de sensor, termoacoplamentos, termómetros de resistência, ou bicos seleccionados entre bicos de injecção, bicos de dispersão, bicos de redispersão, bicos de remistura, bicos coaxiais, bicos de tubo ou combinações de equipamentos.
  6. 6. Uma placa de canal de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, na qual a placa de canal compreende uma entrada de fluxo de processo e uma entrada de fluxo adicional na parte de entrada da placa de canal, estando a entrada de fluxo de processo e a entrada de fluxo adicional combinadas numa parte recta ligando um orifício e o canal da placa de canal, ou a placa de canal compreendendo uma entrada de fluxo de processo e uma entrada de fluxo adicional que estão combinadas no exterior do canal da placa de canal.
  7. 7. Uma placa de canal de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, na qual um bico de dispersão está disposto pelo menos numa entrada ou pelo menos num orifício, apresentando esse bico de dispersão uma ou mais aberturas na saída do bico de dispersão e estando as aberturas dispostas em círculos concêntricos.
  8. 8. Uma secção de fluxo compreendendo a placa de canal de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, placas de barreira (20) ou placas utilitárias (21), ou combinações de placas de barreira (20) e placas utilitárias (21) , na qual pelo menos uma placa de canal (5) está disposta entre duas placas de barreira (20), vedando um canal formado por uma placa de canal e as duas placas de barreira, ou na qual a placa de canal (5) está disposta entre duas placas utilitárias (21), apresentando inserts de turbulador (23) ou placas de turbulência (31), vedando um canal formado por uma placa de canal e as duas placas utilitárias, ou na qual a placa de canal (5) está disposta entre uma placa de barreira (20) e uma placa utilitária (21) , vedando um canal formado por uma placa de canal e as placas de barreira e as placas utilitárias, ou a secção de fluxo compreende duas placas de canal e as duas placas de canal apresentam uma membrana ou um filtro aplicado entre as duas placas de canal e as duas placas de canal encontram-se entre duas placas de barreira, ou entre duas placas utilitárias apresentando inserts de turbulador (23) ou placas de turbulência (31), ou as duas placas de canal encontram-se entre uma placa de barreira e uma placa utilitária apresentando um turbulador insert (23) ou uma placa de turbulência (31).
  9. 9. A secção de fluxo de acordo com a reivindicação 8, na qual a secção de fluxo compreende também juntas apresentando um padrão correspondente às superfícies planas das unidades das filas de unidades ou na qual o insert de turbulador (23) ou a placa de turbulência (31) das placas utilitárias apresentam um padrão correspondente às superfícies planas das unidades das filas de unidades, ou as juntas e o turbulador das placas utilitárias apresentam um padrão correspondente às superfícies planas das unidades das filas de unidades.
  10. 10. A secção de fluxo de acordo com a reivindicação 9, na qual o fluxo de meios ou o fluxo de fluidos no canal formado não contactam com a face plana da junta e têm um contacto reduzido ou mínimo com os bordos da junta.
  11. 11. A secção de fluxo de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, na qual cada insert de turbulador (23) ou cada placa de turbulência (31) providenciam um apoio para os lados planos da fila de unidades da placa de canal.
  12. 12. A secção de fluxo de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, na qual uma ou duas placas de permutador de calor estão ligadas a uma placa de canal, sendo a placa de permutador de calor um elemento de transferência de calor não fluido ou um elemento de Peltier.
  13. 13. A secção de fluxo de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, na qual a placa utilitária compreende um compartimento (28) para a placa de canal e um compartimento para um insert de turbulador (23) ou uma placa de turbulência (31) .
  14. 14. Um módulo de fluxo compreendendo uma pilha de secções de fluxo de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 13, no qual o módulo de fluxo apresenta pelo menos uma entrada para fluidos de processo e pelo menos uma saída para produtos de processo, estando uma entrada ligada à primeira placa de canal e estando uma saída ligada à última placa de canal, estando o canal ligado em paralelo ou estando o canal ligado em série, ou ambos, estando o canal ligado externamente ou estando o canal ligado internamente, estando o canal preferencialmente ligado externamente, e no qual condutas internas e/ou externas ligam as placas utilitárias e as placas utilitárias estão ligadas entre si, em série ou em paralelo, ou ambos.
  15. 15. 0 módulo de fluxo de acordo com a reivindicação 14, no qual um dispositivo de aperto está ligado ao módulo de fluxo, compreendendo o dispositivo de aperto duas placas de extremidade (45), molas de disco, pistões e barras tensoras (43) , no qual pilhas de molas de disco estão roscadas nos pistões e estão dispostas como uma grelha de molas (44) , estando uma ou mais grelhas de molas compreendidas no módulo de fluxo, estando pelo menos uma grelha de molas apoiada em pelo menos uma das placas de extremidade para distribuir forças de aperto por uma ou mais secções de fluxo ou uma ou mais placas de canal, estando essas secções de fluxo colocadas entre as duas placas de extremidade, e no qual os pistões são guiados através de aberturas nas placas de extremidade apresentando a disposição da grelha de molas.
  16. 16. Utilização de um módulo de fluxo de acordo com a reivindicação 14 ou 15 como um reactor de placas contínuo. Lisboa, 23 de Dezembro de 2014
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