PT857080E - Micromisturador estatico - Google Patents

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PT857080E
PT857080E PT96926361T PT96926361T PT857080E PT 857080 E PT857080 E PT 857080E PT 96926361 T PT96926361 T PT 96926361T PT 96926361 T PT96926361 T PT 96926361T PT 857080 E PT857080 E PT 857080E
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Klaus Schubert
Wilhelm Bier
Thomas Menzel
Erhard Herrmann
Gerd Linder
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Bayer Ag
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Description

f
R? DESCRIÇÃO "MICROHISTURADOR ESTÁTICO" A invenção refere-se a um micromisturador estático, com uma câmara de mistura e uma peça construtiva de guiamento anteposta, para a alimentação separada de fluidos a misturar ou dispersar para a câmara de mistura, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.
Do documento W091/16 970 Al, é conhecido um dispositivo de misturadores, num conjunto com elementos de mistura, catalização, bem como com elementos canalizados, os quais podem estar dispostos em camadas ou estratos. Os elementos contíguos, no interior de um estrato ou camada, estão inclinados entre si para a direcção principal do fluxo; Para isso, os elementos podem ter a forma de um prisma inclinado, sulcado por canais com secção quadrada, que se estendem em linha recta e paralelamente uns aos outros, e que pode ser fabricado por união de placas estruturadas. Num dispositivo assim realizado, consegue-se uma resistência constante ao fluxo, relativamente aos fluidos a misturar, mas apesar disso a eficácia da misturação diminui fortemente, do centro do espaço do conjunto que serve de câmara de mistura para as zonas dos bordos do mesmo, na extremidade dos elementos por onde sai o fluxo.
Do documento DE 31 14 195 C2, é conhecido um dispositivo de misturação do género exposto, para a misturação de meios que fluem, com pelo menos dois canais de entrada, com um corpo de canais que se liga aos anteriores, bem como com um canal de 1 f
saída ligado ao lado comum de saída do corpo de canais. 0 corpo de canais, sulcado por canais individuais e que serve para a alimentação separada dos meios a misturar para o canal de saída, é constituído por unidades com uma só ondulação, sobrepostas em camadas, formadas respectivamente por uma parede de separação e um arco ondulado. Os canais individuais de cada unidade são formados pelas ondulações do arco ondulado e a correspondente parede de separação. As unidades estão sobrepostas em camadas, de modo tal que os canais individuais das unidades contíguas formam entre si ângulos pré-determinados. Num exemplo de execução foi adoptada uma disposição tal que o corpo de canais tem canais unitários paralelo, com comprimentos iguais, estando os canais unitários das unidades respectivas ligados alternadamente a um de dois canais de entrada, mas sobrepondo-se, com as suas desembocaduras, no lado da saída do corpo de canais. Dado que o meio respectivo apenas pode fluir em canais individuais alternados, a entrada para a respectiva unidade situada intermediariamente tem de estar fechada (ver coluna 6, linhas 26 a 33, em combinação com as fig. 7a e 7b) , de modo que se produzem volumes mortos. Mas, também neste tipo de construção, apenas no centro do lado da saída do corpo de canais obtém uma misturação óptima; a eficácia da misturação vai diminuindo para as zonas dos bordos. A conformação ou colocação dos fechos das entradas necessárias é também muito complicada e, com as secções dos canais cada vez menores, esbarramos com dificuldades técnicas de fabricação. 0 documento EP-B-0 046 035 descreve um micromisturador estático na forma de uma disposição de conjuntos de fios, formada por fios feitos de vários polímeros. O misturador apresenta "placas" alternadas, com uma espessura no intervalo de 2
0,05mm a 2mm. Não existem canais que se estendem contiguamente, nem agrupamentos de ranhuras adjacentes.
Partindo do estado da técnica atrás mencionado, a invenção tem como objectivo configurar, num misturador estático com a forma de construção do género exposto, a forma da peça construtiva de guiamento para a alimentação separada dos fluidos a misturar para a câmara de modo tal que se obtenha uma eficácia local e temporal maior da misturação na câmara de mistura. Além disso, o misturador tem de possibilitar, relativamente aos canais na peça construtiva de guiamento, uma realização estanque no vácuo e resistente à pressão, de modo que possa ser utilizado especialmente na tecnologia química.
Este objectivo é atingido com as características descritivas da reivindicação 1. As reivindicações secundárias referidas dependentes da anterior contêm configurações vantajosas adicionais desta solução.
Por meio dos canais em forma de arco dos elementos (A) e (B) da peça construtiva de guiamento, que se estendem paralelos entre si e à direcção principal do fluxo e desembocam na câmara de mistura, obtém-se na peça construtiva de guiamento uma misturação altamente uniforme no conjunto da secção de salda do fluxo, com a eliminação de espaços mortos. Devido à estrutura microscópica das linhas de canais, os fluidos a misturar ou a dispersar subdividem-se num certo número de fios ou lâminas de fluxo adjacentes, sumamente finas, que podem misturar-se entre si na entrada na câmara de mistura, pelo trajecto mais rápido e curto, ou então serem divididos numa fase de dispersão que forma gotas ou bolhas, e numa fase envolvente que constitui a fase contínua. A densidade das desembocaduras dos canais, e portanto 3
dos fios de fluxo, na entrada da câmara de mistura é de alguns milhares de desembocaduras ou fios de fluxo por cm2.
As folhas referidas na caracteristica a) da Segunda reivindicação podem ser fabricadas da seguinte maneira: a) fixa-se, por depressão, uma folha em bruto (13), numa placa giratória rectificada de metal (12) siterizado; b) na folha (13) em bruto que está em rotação, talha-se, por meio de um diamante de forma, numa zona central da placa em bruto (13), entre o seu ponto central de rotação (M) e a sua periferia, um conjunto de ranhuras (14) concêntricas; c) a folha em bruto (13) subdivide-se em quatro folhas individuais (ΙΑ, 1B) , de modo a originar quatro segmentos, por meio de dois cortes sobrepostos, situados perpendicularmente entre si e que se cruzam no ponto central de rotação (M) e que, por meio de cortes adicionais se formam em cada segmentos quatro pentágonos com a mesma superfície, de acordo com a reivindicação 2.
Descreve-se a seguir, de acordo com os desenhos, um exemplo de realização do micromisturador de acordo com a invenção, bem como um processo para a sua fabricação. As figuras dos desenhos representam: A fig. 1, em perspectiva e muito ampliadas, duas folhas ranhuradas e uma placa de cobertura, que devem sobrepor-se em camadas; A fig. 2, o micromisturador, esquematicamente, numa vista em planta; e A fig. 3, o processo de fabricação das folhas ranhuradas. 4
De acordo com a fig. 1, os elementos em forma de placa, que devem ser sobrepostos em camadas, formam-se alternadamente como folhas finas (IA) e (1B), com uma espessura de 30 a 1 000 μπι, de preferência inferior a 250 μπι, com uma extensão lateral da ordem do milímetro. Nas folhas (1A,1B) maquinaram-se respectivamente ranhuras (4A,4B), estreitamente encostadas e curvas, em forma de arco, de modo que, quando se sobrepuserem as folhas (ΙΑ,1B) em camadas, se formam linhas alternadas de canais (3A,3B), respectivamente (ver a fig.2).
As ranhuras têm profundidades inferiores a 1000 μπι, de preferência inferiores a 250 μπι, larguras desde 10 μπι até a uma ordem do milímetro, no entanto de preferência inferior a 500 μπι, còm espessura das paredes das nervuras intermédias (4A, 4B) e fundos de renhura (5A, 5B) inferiores a 1 000 μπι, de preferência inferiores a 250 μπι. O conjunto de ranhuras (2B) estende-se em forma de arco desde a superfície frontal posterior esquerda (6B) até à zona central (6C) da superfície frontal dianteira (8B) da folha (1B), e o conjunto de ranhuras (2A) estende-se em forma de arco desde a superfície frontal posterior direita (6A) até à zona central (6C) da superfície frontal dianteira (8A) da folha (IA), tendo os dois tipos de folha (IA) e (1B) o mesmo perímetro na base. Este perímetro da base tem a forma geométrica de um pentágono, formado por um rectângulo com um triângulo isósceles ligado ao mesmo, sendo a base do triângulo isósceles um dos lados do triângulo.
Se se sobrepuserem uma certa quantidade destas folhas (IA) e (1B), alternadamente em camadas, com as folhas coincidentes umas com as outras, cria-se uma peça construtiva de guiamento (6), como se vê esquematicamente na vista em planta da fig. 2. Às duas superfícies (6A, 6B) formadas pelos lados do triângulo 5
estão ligadas as câmaras de alimentação (7A, 7B) dos fluidos (A', B') . Na zona central (6C) da superfície oposta (8), na qual desembocam os canais (3A, 3B) , orientados paralelamente entre si, está ligada a câmara de mistura (9C), através da qual se extraem os fluidos (A', B') a misturar ou dispersar entre si, ou então os produtos (C') da sua reacção.
As superfícies (6A, 6B) dos lados são inclinadas relativamente à superfície (8) ou relativamente às superfícies laterais (10, 11) da peça construtiva de guiamento (6), de modo tal que os conjuntos de canais (3A) ou (3B) em forma de arco, que partem da zona central (6C) da superfície (8), à qual está ligada a câmara de mistura (9C) e que conduzem alternadamente da folha (Ia) e da folha (1B) até à câmara de alimentação (7A) e à câmara de alimentação (7B), apresentam aproximadamente o mesmo comprimento.
No caso de ranhuras ou canais em forma de arco de circunferência, isso significa que o comprimento do arco tem de ser 27tr ' α
L constante 360
Sendo r o raio de curvatura respectivo e α o correspondente ângulo do arco das ranhuras ou canais correspondentes. Isso conduziria a superfícies encurvadas nos lados (6A, 6B) . Não obstante, na prática é suficiente normalmente "aplanar" estas superfícies encurvadas por meio da aproximação e uma recta, por exemplo de acordo com a norma. 6
α2 π αι Χ2
Sendo ri ο raio maior e r2 o raio menor, e (Xi e <x2 os ângulos de arco correspondentes à ranhura mais exterior e à ranhura mais interior.
Depois da sobreposição em camadas, as folhas (ΙΑ, 1B) são providas de placas de cobertura e unidas entre si, de maneira estanque ao vácuo e resistentes à pressão, por exemplo por soldadura por difusão, de modo que a peça construtiva (6) de guiamento assim criada tome a figura de um corpo com microestrutura homogénea, ligado às câmaras (7A), (7B), e (9C).
Para a fabricação das folhas (ΙΑ, 1B), pode utilizar-se uma placa giratória (12) de metal sinterizado, com a superfície rectificada, na qual se fixa, por depressão, uma folha em bruto (13), metálica, por exemplo de cobre ou de prata (fig.3). Na folha em bruto (13), em rotação, talha-se, por meio de um diamante de forma (não representado), numa zona central da placa em bruto (13), entre o seu ponto central de rotação (M) e a sua periferia, um conjunto de ranhuras (14) concêntricas. Subdivide-se depois a folha em bruto (13) em quatro folhas individuais (ΙΑ, 1B) , de modo que, de quatro lados longitudinais (8) que coincidem com o diâmetro central do conjunto de ranhuras concêntricas, e a partir de cujas zonas centrais parte o conjunto de ranhuras (14) em forma de arco de circunferência, se formam respectivamente dois, isto é, em conjunto oito, lados estreitos (10, 11), bem como dois pares de lados (6A, 6B) , desembocando o conjunto de ranhuras (14) respectivamente num dos lados (6A) ou (6B). Formam-se portanto os referidos quatro 7 pentágonos com o mesmo perímetro, a partir de quatro segmentos. As ranhuras têm de preferência secções rectangulares e cortadas conjuntamente na forma de pentágonos.
Lista de números de referência IA Folha 1B Folha A' Fluidos 2A Ranhuras B' Fluidos 2B Ranhuras C Produto da reacção 3A Canais ri Raio de curvatura 3B Canais r2 Raio de curvatura 4A Nervuras intermédias ai Ângulo de arco 4B Nervuras intermédias <X2 Ângulo de arco 5A Fundos das ranhuras M Ponto médio de rotação 5B Fundos das ranhuras 6 Peça construtiva de guiamento 6A Superfície frontal posterior 6B superfície frontal posterior 6C Zona central 7A Câmara de alimentação 7B câmara de alimentação 8 Superfície frontal dianteira 9C Câmara de mistura 10 Superfícies laterais 11 Superfícies laterais 12 Placa de metal sinterizado 13 Folha em bruto 14 Ranhuras 15 Placa de cobertura
Lisboa, 23 de Junho de 2000
O AGENTE OFICIALíBA PROPRIEDADE ÍNDtf^TRfAL

Claims (4)

  1. REIVINDICAÇÕES 1. Micromisturador estático, com uma câmara de mistura (9c) e uma peça construtiva (6) de guiamento, anteposta, para a alimentação separada de fluidos a misturar ou a dispersar para a câmara (9C) de mistura, sendo a peça construtiva (6) constituída por vários elementos em forma de placa, sobrepostos em camadas, os quais são atravessados respectivamente por uma linha de canais alongados (3A, 3B) , que se estendem adjacentes uns aos outros; previram-se pelo menos dois tipos de elementos (A) e (B) , sobrepostos em camadas alternadamente, e cujas linhas de canais (3A, 3B) estão sobrepostas entre si, com as suas desembocaduras adjacentes à câmara de mistura (9C) e formam aí uma secção comum, conduzindo alternadamente as linhas de canais (3A, 3B) do tipo de elemento (A) a uma câmara de mistura de fluído (A7 ) e as linhas de canias do tipo de elemento (B) a uma câmara de mistura de um fluido (B7), caracterizado pelas características seguintes: a) os elementos (A) e(B) em forma de placa para a peça construtiva de guiamento são formados respectivamente por folhas finas (ΙΑ, 1B) , com uma espessura de 30 a 1 000 |im, de preferência inferior a 250 μπι, com uma extensão lateral de ordem do milímetro, nas quais se maquinou respectivamente um conjunto de ranhuras (2A,2B) encostadas, de modo que, ao sobrepor as folhas (ΙΑ,1B) em camadas, se criam respectivamente uma linha de canais (3A,3B), para o guiamento dos líquidos (A7) e (B7) a misturar; 1
    b) as ranhuras (2A,2B) têm profundidades inferiores a 1 000 μπι, de preferência inferiores a 250 μπι, largura de 10 μπι até cerca de 1 mm, mas de preferência menores que 500 μπι, com espessuras de parede das nervuras intermédias (4A,4B) e fundos de ranhura (5A,5B) inferiores a 1 000 μπι, de preferência menores que 250 μπι; c) os respectivos conjuntos de ranhuras (2A,2B) nas folhas - (1A,1B), sobrepostas em camadas, estendem-se, respectivamente dobrados em forma de arco e alternadamente, da câmara de mistrua (9C) para uma das câmaras (7A,7B) de alimentação dos respectivos fluidos (A' ) ou (B' ) , de modo que todos os grupos de ranhuras (2A,2B) das folhas (1A,1B) desembocam na câmara de mistura (9C), orientadas paralelamente uma às outras. %
  2. 2. Misturador estático de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas caracteristicas seguintes: a) as folhas (ΙΑ,1B), sobrepostas em camadas, têm, vistas em planta, a forma geométrica de um pentágono formado por um rectângulo com um triângulo isósceles ligado ao mesmo, formando a base do triângulo isósceles um dos lados do rectângulo; b) às duas superfícies (6A,6B), formadas pelos lados do trângulo, estão ligadas as câmaras de alimentação (7A,7B) dos fluídos (A') e (B' ) , e a superfície 88) formada pelo lado longitudinal oposto do rectângulo, está ligada a câmara de mistura (9C); 2 7
    c) os lados (6A, 6B) do triângulo são inclinados em relação à sua base, de modo que as ranhuras (2A,2B) em forma de arco que partem da câmara (9C) da mistura e alternam, desde a folha (IA) até à folha (1B), conduzindo até à câmara de alimentação (7A) ou até à câmara de alimentação (7B), apresentam aproximadamente os mesmos comprimentos respectivos.
  3. 3. Micromisturador estático de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as folhas (ΙΑ,1B) , sobrepostas em camadas, serem unidas uma à outra, por exemplo por soldadura por difusão, na forma de um corpo (6) com microestrutura estanque ao vazio e resistente à pressão, o qual está ligado à câmara de alimentação (7A) ou (7B) e à camâra de mistura (9C).
  4. 4. Processo para a fabricação das folhas de acordo com a reivindicação (2), caracterizado pelos passos seguintes: a) uma folha em bruto (13) é fixada, por depressão, numa placa giratória (12), rectificada, de um metal sinterizado; b) talham-se na folha em bruto (13), em rotação, por meio de um diamante de forma, numa zona central da placa (13) em bruto, entre o seu ponto central de rotação (M) e a sua periferia, um conjunto de ranhuras concêntricas (14) ; c) subdivide-se a folha em bruto (13) em quatro folhas individuais (1A,1B), de modo que se criam quatro segmentos por meio de dois cortes sobrepostos situados 3 perpendicularmente entre si e que se cruzam no ponto central de rotação (M) e que, por meio de cortes adicionais, se configuram em cada segmento quatro pentágonos com a mesma superfície, de acordo com a reivindicação 2. Lisboa, 23 de Junho de 2000 O AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL
    4
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