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MX2008014170A - Aparato mezclador. - Google Patents

Aparato mezclador.

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Publication number
MX2008014170A
MX2008014170A MX2008014170A MX2008014170A MX2008014170A MX 2008014170 A MX2008014170 A MX 2008014170A MX 2008014170 A MX2008014170 A MX 2008014170A MX 2008014170 A MX2008014170 A MX 2008014170A MX 2008014170 A MX2008014170 A MX 2008014170A
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MX
Mexico
Prior art keywords
rotor
mixing apparatus
rotors
fluids
mixing
Prior art date
Application number
MX2008014170A
Other languages
English (en)
Inventor
Neil Tindale
Darren Gobby
John Colin Middleton
Original Assignee
Lucite Int Uk Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lucite Int Uk Ltd filed Critical Lucite Int Uk Ltd
Publication of MX2008014170A publication Critical patent/MX2008014170A/es

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Abstract

Un aparato mezclador (100) para mezclar al menos dos fluidos, comprendiendo el aparato mezclador (100) una flecha (120) giratoria en torno de su eje longitudinal (121), un primero (122) y un segundo (124) rotores que se extienden radialmente montados en la flecha (120) y respectivamente separados axialmente, caracterizado en que el primer rotor (122) comprende una pluralidad de aspas curveadas (125) operables para mover los fluidos en una dirección axial hacia el segundo rotor (124), y el segundo rotor (124) comprende una pluralidad de aspas curveadas (125) operables para mover los fluidos en una dirección axial hacia el primer rotor (122).

Description

APARATO MEZCLADOR La invención se refiere a un aparato mezclador. En particular, pero no exclusivamente, la invención se refiere a un aparato para dispersar gas en un líquido.
Muchos procedimientos industriales incorporan un sistema de mezclado accionado por un rotor, por ejemplo, procedimientos para fermentación, hidrogenación, cloración, oxidación y carbonilación .
Los sistemas de mezclado, impulsados por rotor generalmente incorporan un rotor montado en una flecha giratoria. Puede decirse que estos sistemas tienen un flujo axial longitudinal paralelo al eje de la flecha giratoria y/o un flujo radial paralelo a las aspas que se extienden radialmente montadas en la flecha. El rotor puede ser por lo tanto un rotor de flujo radial que proyecte el fluido en una dirección radial hacia una pared de una cámara en la cual se aloja el rotor, por ejemplo, una turbina Chemineer BT-6™, o alternativamente, el rotor puede ser un rotor de flujo axial que comprenda aspas que se extiendan radialmente, que estén montadas a un ángulo tal que se dirijan el flujo del fluido en una dirección axial. Los ejemplos de rotores de flujo axial incluyen los rotores marinos y los rotores de hidroplano. Se conocen sistemas de flujo mezclado en los cuales el rotor causa el flujo en ambas direcciones axial y radial. Un ejemplo de un rotor de flujo mezclado es la turbina de aspas montadas a 45°. Estos sistemas de mezclado pueden ser usados en reacciones de líquido- líquido, líquido-sólido o líquido gas.
Se conoce un sistema de rotor dual para dispersar un gas en un líquido, en un recipiente. Específicamente, en un documento de Kuboi, titulado "La potencia obtenida de los sistemas de rotor dual bajo condiciones de gasificación y desgasificación", Cuarta Conferencia Europea sobre Mezclado, Abril 27-29 de 1982, se describe la combinación de dos turbinas de aspas montadas a 45° separadas axialmente por medio de las cuales un primer rotor está montado por debajo de un segundo rotor en una flecha común. Las aspas del rotor están orientadas de tal manera que el primer rotor proyecta el líquido hacia arriba y hacia afuera y el segundo rotor proyecta el líquido hacia abajo y hacia afuera. Bajo condiciones de gasificación, cuando el gas es introducido al recipiente, el primer rotor causa que el flujo de gas entrante burbujee para dividirse, de manera que algo del flujo es conducido radialmente hacia afuera, hacia las paredes del recipiente, y otra parte es dirigida axialmente hacia arriba, hacia el segundo rotor.
La efectividad del sistema de dos rotores bajo condiciones de gasificación depende de la velocidad de rotación de los rotores. A velocidades menores es posible que las burbujas que han sido proyectadas hacia arriba por el primer rotor no sean afectadas por el segundo rotor. El segundo rotor es incapaz de vencer las fuerzas de flotabilidad y por lo tanto el segundo rotor no toma parte en la dispersión del gas en el líquido. Solamente cuando la velocidad rotacional del segundo rotor es aumentada, son superadas las fuerzas de flotabilidad. Desventajosamente, el resultado es una dispersión no uniforme del gas en el líquido. Esto se muestra en la Figura 1 de la solicitud. Para lograr la dispersión uniforme, también desventajosamente, la velocidad rotacional del segundo rotor debe ser fuertemente aumentada.
Es altamente deseable poder lograr la dispersión uniforme completa en un procedimiento industrial. El los procedimientos industriales en los cuales es un elemento esencial la transferencia de masa gas/líquido, esto ayuda al control y mejora el desempeño del reactor. En estos procedimientos, cuando el gas se dispersa bien, puede existir una disipación cinética turbulenta del torbellino razonablemente uniforme en el líquido, entre y alrededor de los rotores que controla la aglutinación y la ruptura de las burbujas. Si la dispersión del gas es altamente no uniforme, la aglutinación indeseable puede resultar en un aumento fuerte del tamaño de las burbujas y por lo tanto, se reduce el área de superficie para que ocurra la transferencia de masa de la interfaz . Ventajosamente, un campo de disipación controlada de la energía cinética turbulenta da como resultado una distribución estrecha del tamaño de burbuja sobre una gama de potencias específicas de rotor.
Un objetivo de la presente invención es proporcionar un aparato mezclador que permita el mezclado controlable de fluidos o sólidos mientras que simultáneamente proporciona un ambiente de mezclado efectivo .
De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención se proporciona un aparato mezclador para mezclar al menos dos fluidos, comprendiendo el aparato mezclador una flecha giratoria en torno de su eje longitudinal, un primero y un segundo rotores que se extienden radialmente montados sobre la flecha y respectivamente separados axialmente, caracterizado en que el primer rotor comprende una pluralidad de aspas curveadas que se operan para mover a los fluidos en una dirección axial hacia el segundo rotor, y el segundo rotor comprende una pluralidad de aspas curveadas que se operan para mover los fluidos en una dirección axial hacia el primer rotor.
Preferiblemente, las aspas en cada rotor están bombeando hacia adentro dentro del espacio entre los rotores. En el caso de una flecha sustancialmente vertical, el rotor inferior está, por lo tanto, bombeando hacia arriba, y el rotor superior está bombeando hacia abajo. Preferiblemente, las aspas de cada rotor son aspas de hidroplano. Un aspa de hidroplano adecuada es la Chemineer Maxflo™ W. Alternativamente, pueden usarse la Lightnin A315™, A320™ o la A340™.
Ventajosamente, debido a los flujos axiales opuestos creados por el primer rotor y el segundo rotor, se observa una región de alta turbulencia en una zona central de mezclado entre estos rotores. La alta turbulencia se mantiene en esta zona, y por lo tanto hay poca variación en la disipación de la energía de la turbulencia. En consecuencia, hay una variación mínima en el tamaño de burbuja que resulta en una distribución estrecha del tamaño de las burbujas en la zona central del mezclado. Ventajosamente, una distribución estrecha del tamaño de burbuja permite que el procedimiento o la reacción química sean más fácilmente controlados. Esta región proporciona una zona en la que al menos dos fluidos se unen para ser mezclados. Por lo tanto en la zona de mezclado central puede facilitarse una reacción química. Los fluidos pueden ser líquido sólido, líquido-líquido o líquido-gas. Preferiblemente, los al menos dos fluidos comprenden un líquido y un gas.
Es ventajoso proporcionar un ambiente de mezclado de gas/líquido en el cual el tamaño de burbuja sea grandemente independiente de la potencia específica del rotor. En un sistema tal, el tiempo de mezclado puede variar independientemente del tamaño de burbuja.
Preferiblemente, el primer rotor y el segundo rotor comprenden cada uno dos o más aspas curveadas, más preferiblemente, tres o más aspas curveadas. Lo más preferible, son los rotores con cuatro aspas curveadas. La provisión de un rotor con un gran número de aspas curveadas aumenta las fuerzas cortantes que actúan para romper las burbujas grandes. Las burbujas pequeñas que se producen tienen un menor diámetro promedio de burbuja que las producidas con un primer rotor y/o un segundo rotor con menos aspas curveadas y por lo tanto, aumenta el área de superficie disponible para que ocurra una reacción.
Preferiblemente, el diámetro del primer rotor es el mismo que el diámetro del segundo rotor. Preferiblemente, el diámetro del rotor o de cada rotor es sustancialmente de la mitad del diámetro del recipiente en el cual el rotor está montado.
Ventajosamente, mientras menor sea el diámetro del rotor, mayor es la fuerza cortante creada para una potencia dada y por lo tanto, se produce un gran número de burbujas pequeñas lo que conduce a un aumento en el área de superficie disponible para que ocurra una reacción.
Preferiblemente, la distancia axial entre el primer rotor y el segundo rotor es la distancia de al menos un diámetro de rotor. En esta configuración, la turbulencia creada por los rotores opuestos es un equilibrio en la zona de mezclado central que permite la predicción del tamaño de burbuja y por lo tanto el control de la reacción que esté ocurriendo .
Es preferible que la potencia total obtenida de la combinación de los rotores sea baja. Preferiblemente, los rotores operan a un número bajo de potencia, preferiblemente sustancialmente de entre 1 a 5, más preferiblemente, sustancialmente de entre 1 a 3, lo más preferible, sustancialmente de 1.75. Al hacer esto, el sistema consume menos energía que los sistemas convencionales que operan a un número de potencia típicamente de 3.2. La potencia puede medirse usando equipo convencional, por ejemplo, calibradores de torsión.
Preferiblemente, cuando operan a un número bajo dé potencia, se logra la distribución completa y uniforme de la fase dispersada. Esto es altamente deseable y se debe a la eficiencia de energía de las aspas, preferiblemente aspas de hidroplano.
Sin estar restringidos por la teoría, una posible explicación para la eficiencia de la invención es que el uso de aspas de hidroplano reduce los vórtices de las puntas y convierte más de la energía de la flecha en flujo en vez de en energía cinética turbulenta, ayudando a la dispersión completa.
Preferiblemente, la potencia específica usada cuando el primer rotor y el segundo rotor giran, está sustancialmente entre 50 W/m3 a 900 W/m3, más preferiblemente, sustancialmente entre 100 W/m3 a 800 W/m3.
Preferiblemente, cuando los rotores duales opuestos tipo Maxflo son usados en el sistema, la potencia específica preferida está sustancialmente entre 50 W/m3 a 900 W/m3. Preferiblemente, cuando se usan rotores tipo BT-6, la potencia específica preferida es sustancialmente de entre 400 W/m3 a 3200 W/m3. A tales potencias específicas, se mantiene una distribución estrecha del tamaño de partícula y la reacción es controlada.
Preferiblemente, cuando se usan rotores duales opuestos Maxflo, el tamaño de la media aritmética (dio) es sustancialmente de entre 250 µp? a 550 µ?? y el diámetro medio de volumen de superficie (d32) es sustancialmente de entre 400 µp? a 750 µ'p?. Preferiblemente, cuando se opera a sustancialmente 750 rpm, el di0 es sustancialmente de entre 250 µp? a 350 µt?, lo más preferible, sustancialmente 296 µp?, y preferiblemente, el d32 es sustancialmente de entre 400 µ?? a 500 µ??, lo más preferiblemente sustancialmente de 450 µt?. Preferiblemente, cuando se opera a sustancialmente 991 rpm, el dio es sustancialmente de entre 300 µp? a 400 µp?, lo más preferiblemente sustancialmente de 330 µp?, y preferiblemente, el d32 es sustancialmente de entre 460 µ?t? a 560 µp?, lo más preferiblemente sustancialmente de 510 µp?. Preferiblemente, cuando se opera a sustancialmente 1200 rpm, el dio es sustancialmente de entre 350 µp? a 450 µp?, lo más preferiblemente sustancialmente 394 µp?, y preferiblemente, el d32 es sustancialmente de entre 450 µp? a 550 µp?, lo más preferiblemente sustancialmente de 500 µp?.
Preferiblemente, cuando se usan rotores del tipo BT-6, el dio es sustancialmente de entre 250 µp? a 1500 µp?. Particularmente, cuando se opera a sustancialmente 251 rpm, preferiblemente el di0 es sustancialmente de entre 550 µp? a 650 µp?, lo más preferiblemente sustancialmente de 633 µp?, y el d32 es preferiblemente sustancialmente de entre 800 µ?? a 1000 µp?, lo más preferiblemente sustancialmente de 978 µ??. Preferiblemente, cuando se opera a sustancialmente 380 rpm, el dio es preferiblemente sustancialmente de entre 800 µ?t? a 900 µ??, lo más preferible sustancialmente de 841 µp?, y el d32 es preferiblemente sustancialmente de entre 1000 µp? a 1500 µp?, lo más preferible sustancialmente de 1345 µp?. A sustancialmente 500 rpm, el di0 es preferiblemente sustancialmente de entre 500 µp? a 600 µp?, lo más preferible sustancialmente de 597 µt?, y el d32 es preferiblemente sustancialmente de entre 700 µp? a 800 µ??, lo más preferible sustancialmente de 721 µp?. Preferiblemente, cuando se opera a sustancialmente 765 rpm, el dxo es preferiblemente sustancialmente de entre 300 µp? a 400 µp?, lo más preferible sustancialmente de 378 µ?a, y el d32 es preferiblemente sustancialmente de entre 400 µp? a 500 µp?, lo más preferible sustancialmente de 445 µp En un reactor en el cual el gas es asperjado en un medio líquido agitado, preferiblemente la velocidad del gas asperjado está sustancialmente entre 0.05 a 1.0 m3/s, preferiblemente sustancialmente entre 0.1 a 0.5 m3/s, lo más preferible, sustancialmente de 0.13 m3/s a una velocidad de rotor de preferiblemente entre 50 rpm a 1200 rpm, lo más preferible, sustancialmente de 50 rpm a 200 rpm.
Un parámetro clave usado en el diseño de sistemas mezcladores de gas-líquido es la velocidad crítica de dispersión. Esta es la velocidad mínima del rotor que se requiere para asegurar la dispersión uniforme de las burbujas de gas. La velocidad crítica de dispersión para lograr la dispersión en un sistema dual de flujo opuesto de hidroplano en un recipiente que tiene un diámetro de preferiblemente sustancialmente entre 1 a 10 m, más preferiblemente, sustancialmente entre 2 a 5 m, es preferiblemente sustancialmente de entre 1 a 100 rpm, preferiblemente sustancialmente de entre 5 a 50 rpm, más preferiblemente sustancialmente entre 10 a 20 rpm, lo más preferible sustancialmente de 14 rpm.
De acuerdo con lo anterior, en otro aspecto de la presente invención se proporciona un sistema de reacción química que comprende una fase líquida y un aparato mezclador de acuerdo con el primer aspecto de la invención, para mezclar un fluido dentro de la fase líquida. Preferiblemente, el fluido es un sólido o lo más preferible, el fluido es un gas.
Preferiblemente, la fase líquida comprende al menos un reactivo de fase líquida para que reaccione con un gas que se introduce en la fase líquida, así como al menos un producto de reacción de la fase líquida. Preferiblemente, la fase líquida incluye un gas introducido en la misma. Preferiblemente, dicho gas comprende uno o más reactivos capaces de reaccionar con los uno o más reactivos. Preferiblemente, la fase líquida comprende un sistema catalizador. Preferiblemente, el sistema de reacción es un sistema de reacción de carbonilación tal como el descrito en la solicitud de Patente conjuntamente pendiente del Reino Unido GB 0516556.8, o como se refiere en las Patentes y Solicitudes de Patentes Europeas EP-A-0055875, EP-A-04489472, EP-A-0106379 , EP-A-0235864 , EP-A-0274795 , EP-A- 0499329, EP-A- 0386833 , EP-A-0441447 , EP-A-0489472 , EP-A- 0282142, EP-A-0227160 , EP-A-0495547 , EP-A-0495548 , EP-A- 1651587 , EP-A- 1565425 , EP-A-1554039 , EP-A-1534427 , EP-A- 1527038 , EP-A-1204476 , WO2005118519 y WO2005079981.
Preferiblemente, el sistema de reacción es un procedimiento de carbonilación que comprende carbonilar un compuesto etilénicamente insaturado con monóxido de carbono en presencia de una fuente de grupos hidroxilo, preferiblemente, metanol, y un sistema catalizador que comprende: (a) un ligando bidentado de fosfina, arsina o estibina, y (b) un metal catalítico seleccionado de entre un grupo de metales 8, 9 ó 10 ó un compuesto de los mismos, preferiblemente paladio . Preferiblemente, el ligando de fosfina se selecciona de entre 1, 2-bis (di-tert-butilfosfinometil) benceno, 1, 2-bis (di-tert-pentilfosfinometil) benceno, 1 , 2-bis (di-tert-butilfosfinometil) -naftaleno, 1 , 2 -bis (diadamantilfosfinometil) benceno, 1,2-bis (di-3 , 5-dimetiladamantilfosfinometil) benceno, 1,2-bis (di-5- tert-butiladamantilfosfinometil) benceno, 1,2-bis (1-adamantil tert-butil-fosfinometil) benceno, 1-(diadamantil-fosfinometil) -2- (di-tert-butilfosfinometil) benceno, 1- (di-tert-butilfosfinometil) -2-(dicongressilfosfinometil) -benceno, 1- (di-tert-butilfosfinometil) -2- (fosfa-adamantil-P-metil) enceno, 1-(diadamantilfosfinometil) -2- (fosfa-adamantil-P-metil) benceno, 1- (tert-butiladamantilfosfino-metil) -2- (diadamantilfosfinometil) benceno y 1- [ (P- (2, 2, 6, 6, -tetrametilfosfinan-4-ona) fosfinometil) ] -2- (fosfa-adamantil-P-metil) benceno, donde el "fosfa-adamantil" se selecciona de entre 2-fosfa-l, 3, 5, 7-tetrametil-6, 9, 10-trioxadamantil, 2-fosfa-l, 3, 5-trimetil-6, 9, 10 triox-adamantil , 2-fosfa-l, 3, 5, 7-tetra ( trifluorometil) -6, 9, 10-trioxadamantil ó 2-fosfa-1, 3, 5-tri (trifluorometil) -6,9, 10-trioxadamantil; 1,2-bis (dimetilaminometil) ferroceno, 1, 2-bis (ditertbutil-fosfinometil) ferroceno, l-hidroximetil-2-dimetilamino-metilferroceno, 1, 2-bis (ditertbutilfosfino-metil) ferroceno, l-hidroximetil-2, 3-bis (dimetilaminometil) -ferroceno, 1,2,3-tris- (ditertbutilfosfinometil) ferroceno, 1, 2-bis (diciclo-hexilfosfinometil) ferroceno, 1, 2-bis (di-iso-butilfosfinometil) ferroceno, 1, 2-bis (diciclopentil-fosfinometil) -ferroceno, 1, 2-bis (dietilfosfinometil) -ferroceno, 1,2-bis (di-isopropilfosfinometil) ferroceno, 1, 2-bis (dimetil-fosfinometil) ferroceno, l,2-bis(di- (1,3,5, 7-tetrametil-6,9, 10-trioxa-2-fosfa-adama tilmetil) ) -ferroceno, bismetilyoduro de 1, 2-bis (dimetilamino-metil) ferroceno, 1, 2-bis (dihidroximetilfosfinometil) -ferroceno, 1,2-bis (difosfinometil) ferroceno, 1 , 2-bis-a, a- (P- (2 , 2 , 6 , 6 , -tetrametilfosfinan-4-ona) ) dimetilferroceno, y l, 2-bis (di-1,3,5, 7-tetrametil-6 , 9, 10-trioxa-2-fosfa-adamantilmetil) ) benceno; cis-1, 2-bis (di-t-butilfosfino-metil) -4 , 5-dimetil ciclohexano; cis-1, 2-bis (di-t butilfosfinometil) -5-metilciclopentano; cis-1, 2-bis (2 fosfinometil-1 , 3,5, 7-tetrametil-6, 9, 10- trioxa-adamantil) -4 , 5-dimetilciclohexano; cis-1, 2-bis (2-fosfinometil-1, 3,5,7 tetrametil-6 , 9, 10 -trioxa-adamantil) -5-metilciclo-pentano; cis-1 , 2 -bis (di-adamantilfosf nometil) -4,5-dimetilciclohexano; cis-1, 2 -bis (di-adamantilfosfinometil) 5-metilciclopentano; cis-1- (P, P-adamantil, t-butil fosfinometil) -2- (di- t-butilfosfinometil) -4 , 5 -dimetilciclo-hexano; cis-1- (P, P-adamantil , t-butil fosfinometil) -2- (di-t-butilfosfinometil) -5-metilciclopentano; cis-1- (2-fosfinometil-1 , 3,5, 7-tetrametil-6, 9, 10- trioxa-adamantil) -2- (di- t-butilfosfinometil) -4 , 5-dimetilciclohexano; cis-1- (2 fosfinometil-1 , 3,5, 7 -tetrametil-6 , 9 , 10 -trioxa-adamantil) -2 - (di- t-butilfosfinometil) -5-metil ciclopentano ; cis-1- (2-fosfinometil-1, 3,5, 7-tetrametil-6 , 9, 10-trioxa-adamantil) -2- (diadamantilfosfinometil) -5-metil ciclohexano; cis-1- (2-fosfinometil- 1 ,3,5, 7 -tetrametil-6 , 9 , 10-trioxa-adamantil) -2-(diadamantilfosfinometil) -5-metil ciclopentano; cis-1- (2-fosfinometil-1, 3,5, 7-tetrametil-6 , 9, 10-trioxa-adamantil) -2-(diadamantilfosfinometil) ciclobutano; cis-1- (di-t-butilfosfinometil) -2- (diadamantilfosfinometil) -4, 5-dimetil ciclohexano; cis-1- (di-t-butilfosfinometil) -2- (diadamantil-fosfinometil) -5-metil ciclopentano; cis-1, 2-bis (2-fosfa-1,3, 5-trimetil-6 , 9, 10 -trioxatriciclo- { 3.3.1.1[3.7] }decil) - 4 , 5-dimetil ciclohexano; cis-1 , 2-bis (2-fosfa-1 , 3 , 5-trimetil-6, 9, 10-trioxatriciclo- {3.3.1.1 [3.7] }decil) -5-metil ciclopentano; cis-1- (2-fosfa-1 , 3 , 5-trimetil-6 , 9 , 10-trioxatriciclo- {3.3.1.1 [3.7] }decil) -2- (di- t-butilfosfinometil) -4,5-dimetil ciclohexano; cis-1- (2-fosfa-l, 3 , 5-trimetil-6, 9, 10-trioxatriciclo-{3.3.1.1 [3.7] }decil) -2- (di-t-butil-fosfinometil) -5 -metil ciclopentano; cis-1- (2-fosfa-l, 3 , 5-trimetil-6, 9, 10-trioxatriciclo- {3.3.1.1 [3.7] }decil) -2- (diadamantilfosfinometil) -4 , 5-dimetil ciclohexano; cis-1- (2-fosfa-l, 3, 5- trimetil-6 , 9, 10 -trioxatriciclo- {3.3.1.1 [3.7] }decil) -2- (diadamantilfosfinometil ) -5-metil ciclopentano; cis-1, 2-bis-perfluoro (2-fosfa-l, 3,5,7-tetrametil-6 , 9, 10-trioxatriciclo{3.3.1.1 [3.7] }.-decil) -4,5-dimetil ciclohexano,- cis-1, 2-bis-perfluoro (2-fosfa-l, 3,5, 7-tetrametil-6 , 9, 10-trioxatriciclo{3.3.1.1 [3.7] }decil) -5-metil ciclopentano; cis-1 , 2 -bis (2 -fosfa-1 , 3 , 5 , 7-tetra-(trifluoro-metil) -6, 9 , 10-trioxatriciclo{ 3.3.1.1 [3.7] } decil) -4 , 5-dimetil ciclohexano; cis-1, 2-bis (2-fosfa-l, 3 , 5, 7-tetra- ( trifluoro-metil) -6, 9, 10- trioxatriciclo-{3.3.1.1 [3.7] }decil) -5-metil ciclopentano; cis-1, 2-bis (di-t-butilfosfinometil) ciclohexano; cis-1, 2-bis (di-t-butilfosfinometil) ciclopentano; cis-1, 2-bis (di-t-butilfosfinometil) ciclobutano; cis-1, 2-bis (2-fosfinometil-1,3,5, 7-tetrametil-6 , 9, 10-trioxa-adamantil) ciclohexano; cis-1, 2-bis (2-fosfinometil-1, 3,5, 7-tetrametil-6 , 9, 10- trioxa-adamantil) ciclopentano; cis-1, 2-bis (2-fosfinometil-1,3,5, 7-tetrametil-6, 9, 10-trioxa-adamantil) ciclobutano; cis-1, 2-bis (diadamantilfosfinometil) ciclohexano; cis-1,2-bis (diadamantilfosfinometil) ciclopentano; cis-1, 2-bis (diadamantilfosfinometil) ciclobutano; cis-1- (P,P-adamantil, t-butil-fosfinometil) -2- (di-t-butilfosfinometil) ciclohexano; cis-1- (P, P-adamantil, t-butil-fosfinometil) -2- (di-t-butilfosfinometil) ciclopentano; cis-1- (P,P-adamantil, t-butil-fosfinometil) -2- (di-t-butilfosfinometil) ciclobutano; cis-1- (2 -fosfinometil-1 , 3 , 5 , 7 -tetrametil-6 , 9 , 10-trioxa-adamantil) -2- (di-t-butilfosfinometil) ciclohexano; cis-1- (2-fosfinometil-1 , 3,5, 7 -tetrametil-6 , 9 , 10-trioxa-adamantil) -2- (di-t-butilfosfinometil) ciclopentano; cis-1- (2-fosfinometil-1 , 3,5, 7-tetrametil-6 , 9 , 10-trioxa-adamantil) -2- (di-t-butilfosfinometil) ciclobutano; cis-1- (2-fosfinometil-1, 3,5, 7-tetrametil-6 , 9 , 10-trioxa-adamantil) -2- (diadamantilfosfinometil) ciclohexano; cis-1- (2-fosfinometil-1, 3,5, 7-tetrametil-6, 9, 10-trioxa-adamantil) -2- (diadamantilfosfinometil) ciclopentano; cis-1- (2-fosfinometil-1, 3, 5, 7-tetrametil-6, 9 , 10-trioxa-adamantil) -2- (diadamantilfosfinometil) ciclobutano; cis-1- (di-t-butilfosfinometil) -2- (diadamantilfosfinometil) ciclohexano; cis-1- (di-t-butilfosfinometil) -2- (diadamantilfosfinometil) ciclopentano; cis-1- (di-t-butilfosfinometil) -2- (diadamantilfosfinometil) ciclobutano; cis-1, 2-bis (2-fosfa 1,3, 5-trimetil-6, 9, 10 -trioxatriciclo- { 3.3.1.1 [3.7] decil) ciclohexano; cis-1, 2 -bis (2-fosfa-1 , 3 , 5- trimetil-6 , 9,10 trioxatriciclo- {3.3.1.1 [3.7] }decil) ciclopen ano ; cis-1,2 bis (2-fosfa-l, 3 , 5-trimetil-6, 9, 10-trioxatriciclo- {3.3.1.1 [3.7] }decil) ciclobutano; cis-1- (2-fosfa-1, 3 , 5 trimetil-6, 9, 10 -trioxatriciclo- {3.3.1.1 [3.7] }decil) -2- (di-t-butilfosfinometil) ciclohexano; cis-1- (2-fosfa-l, 3, 5 trimetil-6, 9, 10-trioxatriciclo- {3.3.1.1 [3.7] }decil) -2- (di-t-butilfosfinometil) ciclopentano; cis-1- (2-fosfa-l, 3 , 5 trimetil-6 , 9 , 10 -trioxatriciclo- { 3.3.1.1 [3.7] } decil) -2- (di-t-butilfosfinometil) ciclobutano; cis-1- (2-fosfa-l, 3 , 5 trimetil-6, 9 , 10- trioxatriciclo- { 3. .1.1 [3.7] } decil) -2- (diadamantilfosfinometil) ciclohexano; cis-1- (2-fosfa 1,3, 5-trimetil-6, 9, 10-trioxatriciclo- {3.3.1.1[3.7] }decil) -2- (diadamantilfosfinometil) ciclopentano; cis-1- (2-fosfa 1,3, 5 -trimetil-6, 9, 10-trioxatriciclo- { 3.3.1.1 [3.7] }decil) -2- (diadamantilfosfinometil) ciclobutano; cis-1, 2-bis perfluoro- (2-fosfa-l, 3,5, 7-tetrametil-6 , 9, 10-trioxatriciclo{ 3.3.1.1 [3.7] } -decil) ciclohexano; cis-1,2 bis-perfluoro- (2-fosfa-l, 3,5, 7 -tetrametil- 6 , 9, 10-trioxatriciclo{ 3.3.1.1 [3.7] }decil) ciclopentano; cis-1,2 bis-perfluoro- (2-fosfa-l, 3, 5, 7-tetrametil-6 , 9, 10-trioxatriciclo{3.3.1.1 [3.7] }decil) ciclobutano; cis-1,2 bis (2-fosfa-l, 3,5, 7-tetra- (trifluoro-metil) -6, 9, 10-trioxatriciclo{3.3.1.1 [3.7] Jdecil) ciclo exano; cis-1,2-bis (2-fosfa-l, 3,5, 7-tetra- (trifluoro-metil) -6, 9, 10-trioxatriciclo{ 3.3.1.1 [3.7] }decil) ciclopentano; y cis-1,2-bis (2-fosfa-l, 3,5, 7-tetra (trifluoro-metil) -6,9, 10-trioxatriciclo{ 3.3.1.1 [3.7] }decil) ciclobutano ; (2-exo,3-exo) -biciclo [2.2.1] heptano-2 , 3-bis (di-tert-butilfosfino-metilo) y (2-endo, 3-endo) -biciclo [2.2.1] heptano-2 , 3 -bis (di-tert-butilfosfinometilo) .
El tamaño de burbuja producido por la invención puede ser pequeño y por lo tanto se proporciona una gran área de superficie para que se realice la transferencia de masa de la interfaz . Adicionalmente , debido a que la distribución del tamaño de burbuja es estrecha con desviación pequeña, puede controlarse la reacción de carbonilación .
Todas las representaciones aquí descritas pueden combinarse con cualquiera de los aspectos anteriores, en cualquier combinación, a menos que tales combinaciones sean mutuamente exclusivas.
Ahora se describirá una modalidad de la invención, solamente a manera de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales: la Figura 1 es una vista lateral en sección esquemática de un aparato de mezclado de la técnica anterior; la Figura 2 es una vista lateral en sección esquemática de un aparato mezclador de acuerdo con la invención; la Figura 3 es una vista lateral en sección esquemática de un aparato mezclador de acuerdo con la invención, en uso; y la Figura 4 es otra vista lateral en sección esquemática de un aparato mezclador de acuerdo con la invención, en uso.
La Figura 1 muestra un aparato mezclador (10) de la técnica anterior, en uso, en un recipiente (12) que contiene un liquido (14). El recipiente (12) tiene una entrada (16) a través de la cual un gas (18) es asperjado dentro del liquido 814). El aparato mezclador 810) comprende una flecha (20) vertical alargada giratoria en torno de un eje (21) longitudinal sobre el cual están fijamente montador un primer rotor (22) y un segundo rotor (24) en relación de separación. El primer rotor (22) está montado por arriba del segundo rotor (24). Ambos del primero y del segundo rotores (22, 24) son turbinas de aspas montadas a 45°.
En uso, estos rotores deben girar a la misma velocidad. El primer rotor (22) causa que las burbujas (26) del gas entrante fluyan tanto en una dirección axial como en una radial. El componente axial del flujo crea un momentum, que junto con la flotabilidad, evita que el segundo rotor (24) opere de manera efectiva. El momentum y la flotabilidad solamente se superan aumentando la velocidad de los rotores (22, 24) . Este aumento de la velocidad causa la completa dispersión del gas (18) en el líquido (14) como se muestra en la Figura 1, con las líneas (A) . La dispersión no uniforme del líquido (14) en el gas (18) es indeseable, porque el procedimiento de mezclado no puede ser controlado.
La Figura 2 muestra un aparato mezclador (100) de acuerdo con la presente invención. El aparato mezclador (100) comprende una flecha (120) alargada vertical giratoria en torno de un eje longitudinal (121) sobre el cual están fijamente montados un primer rotor (122) y un segundo rotor (124) en un arreglo separado. Ambos del primero y del segundo rotores (122, 124) comprenden un número de aspas (125) de hidroplano. Cada rotor (122, 124) comprende cuatro aspas (125) que se extienden radialmente montadas fijamente en la flecha (120) para la rotación en cooperación en torno del eje longitudinal de la flecha, en uso. Cada aspa (125) en cada rotor (122, 124) es un aspa de hidroplano arreglada de manera que impulse el fluido circundante axialmente en la dirección del otro rotor. El primer rotor o rotor inferior (122) es entonces un rotor de bombeo hacia arriba y el segundo rotor o rotor superior (124) es un rotor de bombeo hacia abajo. Aunque en la Figura sólo pueden verse dos aspas (125) , la persona experimentada entenderá que puede usarse cualquier número de aspas en cada uno de los rotores, por ejemplo, 3, 4 ó incluso 6 aspas . Los rotores comercialmente disponibles particularmente adecuados son aquellos que se conocen como rotores Maxflo™ , A315, A320 ó A 340.
El primer rotor (122) está montado en la flecha (120) de manera que la cara cóncava de las aspas (125) mira en una dirección hacia arriba. El segundo rotor (124) está separado a lo largo de la flecha (120) y está montado de manera que la cara cóncava de las aspas (125) mira en una dirección hacia abajo. La distancia entre el primer rotor (122) y el segundo rotor (124) es aproximadamente del diámetro de cualquiera de los rotores (122, 124) .
La Figura 3 muestra el aparato mezclador (100) en un recipiente cilindrico (112) . Una entrada (116) de gas está localizada en la pared del fondo (132) del recipiente (112) adyacente a la base (132) . Se apreciará que el recipiente (112) puede tener cualquier configuración alternativa, por ejemplo, puede ser una tolva. El aparato mezclador (100) está suspendido centralmente en el recipiente (112) .
Aunque n la Figura 3 se muestra solamente un aparato mezclador (100) , se apreciará que en la cámara (112) podría usarse cualquier número de aparatos mezcladores (100) . Por ejemplo, en la cámara (112) pueden montarse dos, tres o cuatro aparatos mezcladores (100) .
También se entenderá que en la flecha 812) puede montarse cualquier número de primer o segundo rotores (122, 124) , y conservarse dentro del objetivo de la invención. Por ejemplo, el arreglo (200) que se muestra en la Figura 4, en el cual una serie de primeros rotores (222) y una serie de segundos rotores (224) están montados en la flecha (220) . En la flecha (220) puede proporcionarse cualquier número de rotores (222, 224).
Una configuración alternativa comprendería pares de rotores montados en la flecha. Cada par comprendería un primer rotor y un segundo rotor. Puede haber un número de ! pares de rotores en cualquier flecha dada, por ejemplo, i dos, tres, o cuatro pares. En un arreglo tal, el fluido, por ejemplo, el gas, puede ser introducido a la cámara a través de la base o de la pared lateral de la misma, siendo 5 dirigido por debajo y hacia el primer rotor. j i El primero o el segundo rotor puede ser impulsado I por un medio de transmisión separado, de manera que la I 1 velocidad de rotación de, por ejemplo, el primer rotor, j 10 pueda ser diferente de la velocidad de rotación del otro ! rotor mencionado. I I ! El diámetro del primero y del segundo rotores puede no ser necesariamente el mismo en cualquiera de las 15 representaciones que se muestran. Además, la distancia óptima entre dos rotores depende de la geometría del I recipiente y del diámetro de los rotores.
En uso, como en la reacción de carbonilación que 20 se ilustra, el recipiente (112, 212) se llena con el fluido ¡ (114, 214). Un gas (118, 218) es entonces dirigido al i interior del recipiente (112, 212) vía la entrada (116, ¡ 216) del gas. La flecha (120, 220) es girada mediante un j medio de transmisión adecuado (no se muestra) , de manera : 25 que cause que el primer rotor (122, 222) y el segundo rotor (124, 224) giren en torno del eje longitudinal (121, 221) de la flecha (120, 220) en un líquido (114) .
El gas (118, 218) entra al recipiente (112, 212) como burbujas grandes (150, 215) . La rotación del primer rotor (122, 222) causa que las burbujas grandes (150, 215) se muevan en una dirección axial hacia las aspas (125, 225) . Las burbujas grandes (150, 250) impactan en las aspas (125, 225) y se descomponen en numerosas burbujas pequeñas (152, 252) en la región de disipación de energía de turbulencia alta. Las burbujas pequeñas siguen la vía de flujo del líquido, que es inicialmente axial y luego radial .
El segundo rotor (124, 224) causa el flujo axial en una dirección hacia abajo, hacia el primer rotor (122, 222) . Debido a las vías opuestas de flujo axial creadas por los rotores, se establece una zona central (160, 260) o de disipación de energía de turbulencia alta. La zona central (160, 260) comprende un área de disipación de energía de alta turbulencia comparativamente uniforme con el área interfacial alta, para permitir la reacción entre los reactivos en el líquido (114, 214) y los reactivos en el gas (118, 218) . Además, debido a que la disipación de la energía turbulenta en la zona central (160, 260) se mantiene sin mucha variación, se produce una distribución estrecha de tamaño de burbujas pequeñas. Esta distribución estrecha de tamaño permite que el desempeño del reactor sea predicho y controlado.
El aparato mezclador (100, 200) es particularmente adecuado para procedimientos de carbonilación .
La Tabla 1 da un ejemplo del tamaño de burbuja resultante para un sistema dual opuesto de reactor Maxflo que opera a varias velocidades, y a 4.2 mm/seg. El tamaño de la burbuja se determinó usando una cámara típica de captura de imagen.
TABLA 1 Es una ventaja distinta poder controlar la reacción que ocurre entre dos fluidos, particularmente un líquido y un gas . También es especialmente favorable ser capaz de promover el mezclado efectivo y eficiente y transferir la masa de la interfaz entre al menos dos fluidos, Cuando se aplican a procedimientos industriales, estas ventajas son de alto valor comercial.
Se dirige la atención del lector a todos los papeles y documentos que se presentan de manera concurrente con o anterior a esta especificación, en conexión con esta solicitud y que están abiertos a la inspección pública con esta especificación, y los contenidos de todos esos papeles y documentos se incorporan aquí como referencia.
Todas las representaciones descritas en esta especificación (incluyendo cualesquiera reivindicaciones, resumen y dibujos adjuntos) y/o todos los pasos de cualquier método o procedimiento así descritos, pueden ser combinados en cualquier combinación, excepto en las combinaciones en las que al menos algunos de tales representaciones y/o pasos sean mutuamente exclusivos.
Cada representación descrita en esta especificación (incluyendo cualesquiera reivindicaciones, resumen y dibujos) , puede ser reemplazada por representaciones alternativas que sirvan a un propósito igual, equivalente o similar, a menos que expresamente se establezca de otra manera. Por lo tanto, a menos que se establezca expresamente de otra manera, cada representación descrita es un ejemplo solamente de una serie genérica de representaciones equivalentes o similares.
La invención no se restringe a los detalles de la o las representaciones anteriores. La invención se extiende a cualquiera nueva, o cualquiera combinación nueva, de las representaciones descritas en esta especificación (incluyendo cualesquiera reivindicaciones, resumen y dibujos adjuntos) , o a cualquier nuevo, o cualquier combinación nueva, de los pasos de cualquier método o procedimiento así descrito.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES 1. Aparato mezclador para mezclar al menos dos fluidos, comprendiendo el aparato mezclador una flecha giratoria en torno de su eje longitudinal, un primero y un segundo rotores que se extienden radialmente montados en la flecha y respectivamente separados axialmente, comprendiendo el primer rotor una pluralidad de aspas curveadas operables para mover los fluidos en una dirección axial hacia el segundo rotor, y comprendiendo el segundo rotor una pluralidad de aspas curveadas operables para mover los fluidos en una dirección axial hacia el primer rotor, en donde los al menos dos fluidos comprenden un líquido y un gas. 2. Aparato mezclador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que las aspas de cada rotor están bombeando hacia adentro al interior del espacio entre los rotores . 3. Aparato mezclador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que el primer rotor y el segundo rotor comprenden cada uno dos o más aspas curveadas . . Aparato mezclador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que el diámetro del primer rotor es el mismo que el diámetro del segundo rotor. 5. Aparato mezclador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que la distancia axial entre el primer rotor y el segundo rotor es una separación de al menos el diámetro de un rotor. 6. Aparato mezclador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que los rotores operan a un número de potencia sustancialmente de 1.75. 7. Aparato mezclador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que la potencia específica usada cuando el primer rotor y el segundo rotor giran, es sustancialmente de entre 100 W/m3 a 800 W/m3. 8. Aparato mezclador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que cuando se usan rotores Maxflo duales opuestos, el tamaño de la media aritmética (d10) es sustancialmente de entre 250 a 550 µp? y el diámetro medio del volumen de superficie (d32) es sustancialmente de entre 400 µp? a 750 µp?. 9. Aparato mezclador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que cuando se usan rotores tipo BT-6, el dio es sustancialmente de entre 250 µ?t? a 1500 µp 10. Aparato mezclador de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado en que, cuando se opera a sustancialmente 765 rpm, el d10 es sustancialmente de 378 µp?, y el d32 es sustancialmente de 445 µt?. 11. Aparato mezclador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que la velocidad del gas asperjado es sustancialmente de entre 0.05 a 1.0 m3/s. 12. Aparato mezclador de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado en que la velocidad del gas asperjado es sustancialmente de 0.13 m3/s a una velocidad de rotor de sustancialmente 50 rpm a 200 rpm. 13. Aparato mezclador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que una velocidad crítica de dispersión, en un recipiente que tenga un diámetro de sustancialmente entre 2 a 5 m, es sustancialmente de entre 10 a 20 rpm. 14. Sistema de reacción química que comprende una fase líquida y un aparato mezclador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para mezclar un fluido dentro de la fase líquida. 15. Sistema de reacción química de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado en que la fase líquida comprende al menos un reactivo de la fase líquida para reaccionar con un gas introducido en la fase líquida, así como al menos un producto de reacción de la fase líquida. 16. Sistema de reacción química de acuerdo con las reivindicaciones 14 ó 15, caracterizado en que la fase líquida comprende un sistema catalizador. 17. Sistema de reacción química de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, caracterizado en que el sistema de reacción es un procedimiento de carbonilación que comprende carbonilar un compuesto etilénicamente insaturado con monóxido de carbono en presencia de una fuente de grupos hidroxilo, y un sistema catalizador que comprende: (a) un ligando bidentado de fosfina, arsina o estibina, y (b) un metal catalítico seleccionado de entre un grupo de metal 8, 9 ó 10, o un compuesto del mismo. 18. Aparato mezclador sustancialmente como se describió anteriormente, con referencia a cualquiera de los dibuj os adjuntos . RESUME Un aparato mezclador (100) para mezclar al menos dos fluidos, comprendiendo el aparato mezclador (100) una flecha (120) giratoria en torno de su eje longitudinal (121) , un primero (122) y un segundo (124) rotores que se extienden radialmente montados en la flecha (120) y respectivamente separados axialmente, caracterizado en que el primer rotor (122) comprende una pluralidad de aspas curveadas (125) operables para mover los fluidos en una dirección axial hacia el segundo rotor (124) , y el segundo rotor (124) comprende una pluralidad de aspas curveadas (125) operables para mover los fluidos en una dirección axial hacia el primer rotor (122) .
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