BRPI0610688A2

BRPI0610688A2 - aparelho e processo para misturar pelo menos um primeiro e um segundo fluidos e processo para fabricar isocianatos

Info

Publication number: BRPI0610688A2
Application number: BRPI0610688-9A
Authority: BR
Inventors: Neal Anthony Grob; James Laverne Allbright
Original assignee: Huntsman Int Llc
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2012-10-30
Also published as: ATE412463T1; JP2008534273A; US20150273410A1; KR20070117648A; JP4933530B2; DE602006003419D1; ES2313619T3; MX2007012371A; EP1868712B1; AU2006233833B2; EP1868712A1; PT1868712E; US20100130772A1; AU2006233833A1; US9498757B2; CA2602921A1; RU2417828C2; RU2007141476A; WO2006108740A1; US8844574B2

Abstract

APARELHO E PROCESSO PARA MISTURAR PELO MENOS UM PRIMEIRO E UM SEGUNDO FLUIDOS E PROCESSO PARA FABRICAR ISOCIANATOS. Aparelho para misturar pelo menos um primeiro e um segundo fluidos, compreendendo: (a) um primeiro bocal compreendendo um primeiro duto de fluxo que define uma primeira câmara de fluxo, e possuindo uma primeira ponta de bocal que possui uma primeira abertura de descarga; e (b) um segundo bocal compreendendo um segundo duto de fluxo que define uma segunda câmara de fluxo, e possuindo uma segunda ponta de bocal que possui uma segunda abertura de descarga; onde o dito primeiro duto de fluxo e o dito segundo duto de fluxo são enrolados em espiral um sobre o outro. A invenção proporciona ainda um processo para misturar fluidos, especialmente adaptado para a produção de isocianatos, e que é levado a efeito, de forma notável, no aparelho da invenção.

Description

"APARELHO E PROCESSO PARA MISTURAR PELO MENOS UM PRIMEIRO E UM SEGUNDO FLUIDOS E PROCESSO PARA FABRICAR ISOCIANATOS" DESCRIÇÃO

Esta invenção está relacionada a um novo aparelho para mistura de fluidos, em especial amina e fosgênio, e a um processo para misturar amina e fosgênio com a finalidade de obter carbamoil cloreto e isocianato.

Muitos documentos divulgam bocais para mistura de fluidos, em especial fluidos reagentes. Um exemplo particular é encontrado na reação de fosgenação na qual uma mistura rápida é um parâmetro chave. Assim sendo, muitos desenhos tem sido propostos para esses bocais, a maior parte com jatos co-axiais, os quais podem se chocar ou não.

No entanto, existe ainda uma necessidade para melhorar ainda mais a eficiência de mistura desses bocais, em especial na reação de fosgenação.

Um objeto desta invenção é, portanto, proporcionar um aparelho para misturar pelo menos um primeiro e um segundo fluidos, compreendendo (a) um primeiro bocal que compreende um primeiro duto de fluxo que define uma primeira câmara de fluxo, e possuindo uma primeira ponta de bocal que possui uma primeira abertura de descarga; e (b) um segundo bocal que compreende um segundo duto de fluxo que define uma segunda câmara de fluxo, e possuindo uma segunda ponta de bocal que possui uma segunda abertura de descarga;

onde o dito primeiro duto de fluxo e o dito segundo duto de fluxo são enrolados em espiral um sobre o outro;

onde durante a operação do dito aparelho, o primeiro fluido que flui na primeira câmara de fluxo e que sai através da primeira abertura de descarga, forma um primeiro jato de fluido, e o segundo fluido que flui na segunda câmara de fluxo forma na segunda abertura um segundo jato de fluido, os ditos primeiro e segundo jatos de fluido se chocando um com o outro, misturando deste modo o primeiro e o segundo fluidos.

A invenção proporciona em especial um aparelho substancialmente redondo para misturar pelo menos um primeiro e um segundo fluidos, compreendendo: (a) um primeiro bocal que compreende um primeiro duto de fluxo que define uma primeira câmara de fluxo, e possuindo uma primeira ponta de bocal que possui uma primeira abertura de descarga; e (b) um segundo bocal que compreende um segundo duto de fluxo que define uma segunda câmara de fluxo, e possuindo uma segunda ponta de bocal que possui uma segunda abertura de descarga;

onde o dito primeiro duto de fluxo e o dito segundo duto de fluxo são enrolados em espiral um sobre o outro de acordo com uma espiral de Arquimedes possuindo entre 1 e 20 voltas, e onde os ditos primeiro e segundo bocais são afunilados;

Um outro objeto desta invenção é também proporcionar um processo para misturar pelo menos o primeiro e o segundo fluidos, compreendendo as etapas de: (a) formar um primeiro jato de fluido, consistindo do primeiro fluido, na primeira posição de descarga; (b) formar um segundo jato de fluido, consistindo do segundo fluido, na segunda posição de descarga; e (c) envolver, em forma de espiral, cada jato de fluido sobre o outro, de tal modo que os ditos primeiro e segundo jatos de fluido se chocam, um sobre o outro, misturando deste modo o primeiro e o segundo fluidos. A invenção proporciona em especial um processo para mistura de pelo menos um primeiro e um segundo fluidos, compreendendo as etapas de: (a) formar um primeiro jato de fluido, consistindo do primeiro fluido, na primeira posição de descarga; (b) formar um segundo jato de fluido, consistindo do segundo fluido, na segunda posição de descarga; e (c) envolver, em forma de espiral, cada jato de fluido sobre o outro, de acordo com uma espiral de Arquimedes possuindo entre 1 e 20 voltas, de tal modo que os ditos primeiro e segundo jatos de fluido se chocam, um sobre o outro, e, deste modo, misturando o primeiro e o segundo fluidos.

O processo da invenção é especialmente útil para a produção de isocianatos; a invenção proporciona, portanto, também um processo para fabricação de isocianatos, compreendendo o processo de mistura da invenção sendo aplicado a amina e fosgênio, seguido pela etapa de reagir a amina e o fosgênio misturados. Esses processos são levados a efeito, de forma notável, no aparelho da invenção.

Outros objetos, características e vantagens, tornar-se-ão mais evidentes após uma referência à especificação que se segue.

A invenção é baseada no uso de um bocal semelhante a uma espiral, referido daqui por diante como bocal em espiral. A geometria específica permite que fluxos finos venham a se chocar uns com os outros, enquanto, ao mesmo tempo, possuem uma alta energia de mistura.

Descrição resumida dos desenhos:

A FIG. 1 é uma vista de seção em corte, axial, de um conjunto de bocal de mistura de jatos, coaxial, simples, convencional;

A FIG. 2 é uma vista de seção em corte, axial, de um subconjunto de bocais da invenção;

A FIG. 3 é uma vista de fundo, aumentada, de um subconjunto de bocais da invenção;

A FIG. 4 é uma vista de topo, aumentada de um subconjunto de bocais da invenção;

A FIG. 5 é uma vista de seção em corte, axial, de um bocal da

invenção;

As FIGS. 6A, 6B, 6C e 6D são formas de realização adicionais

da invenção; e

A FIG. 7 é uma vista de seção em corte, axial, de uma forma de realização adicional de um subconjunto de bocais da invenção.

Tomando como referência agora a FIG. I9 está mostrado ali um conjunto simples de bocal de mistura pelo choque de jatos coaxiais, 100, para mistura de dois fluidos. O conjunto de bocal de mistura por choque de jatos coaxiais 100 compreende um duto de fluxo interno 102 e uma ponta de bocal do duto de fluxo interno 104 dispostos de forma coaxial por dentro do duto de fluxo externo 101 e da ponta de bocal do duto de fluxo externo 105. A câmara de fluxo 120 é definida como o espaço dentro do duto de fluxo 102 e da ponta de bocal do duto de fluxo interno 104. A câmara de fluxo 120 possui duas extremidades, a extremidade de suprimento 130 e a extremidade de descarga 110. A extremidade de descarga 110 da câmara de fluxo 120 é formada pela ponta de bocal do duto de fluxo interno 104 e possui uma abertura de descarga de um diâmetro determinado. A câmara de fluxo 121 tem início no espaço anular entre o duto de fluxo externo 101 e o duto de fluxo interno 102. A câmara de fluxo 121 continua como o espaço anular entre a ponta de bocal do duto de fluxo externo 105 e o duto de fluxo interno102. A câmara de fluxo 121 continua ainda como o espaço anular entre a ponta de bocal do duto de fluxo externo 105 e a ponta de bocal do duto de fluxo interno 104. A câmara de fluxo 121 possui duas extremidades, a extremidade de suprimento 131 e a extremidade de descarga 132. A extremidade de descarga 132 da câmara de fluxo 121 é formada pela extremidade de descarga da ponta de bocal do duto de fluxo externo 105. A extremidade de descarga 110 da câmara de fluxo 120 e a extremidade de descarga 132 da câmara de fluxo 121 ficam substancialmente próximas na dimensão axial. O primeiro fluido flui através da câmara de fluxo 120 e é descarregado pela extremidade de descarga 110, na forma do jato 103. O diâmetro inicial do jato 103 é substancialmente igual ao diâmetro da abertura de descarga da ponta de bocal 104. O segundo fluido flui através da câmara de fluxo 121 e é descarregado pela extremidade de descarga 132, na forma do jato anular 106. A espessura inicial do jato 106 é substancialmente igual à metade da diferença entre o diâmetro da abertura de descarga da ponta de bocal 105 menos o diâmetro da ponta de bocal 104. Os dois jatos coaxiais 103 e 106 se chocam e se misturam na medida em que eles deixam as extremidades de bocal 104 e 105, para formar o jato composto 107. A força de acionamento principal para essa mistura é a energia cinética e a razão de dissipação da energia da turbulência dos jatos 103 e 106. As velocidades dos fluidos são selecionadas pelos projetos em relação aos bocais 104 e 105. O ângulo pelo o qual as pontas de bocal 104 e 105 são afuniladas (i.e., o ângulo de choque) poderá variar, e.g., de 30° a 60°.

Este dispositivo, embora seja conhecido por muitos anos, ainda requer melhorias em termos de eficiência de mistura.

O conjunto de bocal da presente invenção proporciona portanto um aparelho para a mistura de pelo menos um primeiro e um segundo fluidos, o aparelho compreendendo um primeiro meio de conjunto de bocal para formar um primeiro jato de fluido em espiral 206, consistindo do primeiro fluido, e um segundo meio de conjunto de bocal para formar um segundo jato de fluido em espiral, coaxial com e envolvendo em torno do dito primeiro jato de fluido em espiral 206, o segundo jato de fluido em espiral consistindo do segundo fluido, de tal modo que o segundo jato de fluido em espiral 207 se choca sobre o primeiro jato de fluido em espiral 206, misturando desta forma o primeiro e o segundo fluidos. Esta peça será referida, opcionalmente, como o subconjunto de bocais 201. Poderá ser possível proporcionar outros dutos para outros fluidos, caso isto venha a se tornar necessário.

Com referência agora à FIG. 2, está mostrada ali uma vista de seção em corte longitudinal, ampliada, do conjunto de bocal da invenção. O subconjunto de bocais 210 fica colocado em um alojamento inferior 250. O conjunto enrolado em forma de espiral compreende um primeiro duto 2002 e um segundo duto 203 dispostos como se segue. A primeira câmara de fluxo .220 é definida como o espaço dentro do primeiro duto de fluxo 202 e a primeira ponta de bocal do duto de fluxo 204 (referenciada somente no lado esquerdo do desenho). A primeira câmara de fluxo 220 possui duas extremidades, a extremidade de suprimento (referenciada somente no lado direito do desenho) e a abertura de descarga 210 (referenciada somente no lado esquerdo do desenho). A abertura de descarga 210 da primeira câmara de fluxo 220 é formada pela extremidade de descarga da primeira ponta de bocal do duto de fluxo 204 e possui um vão de descarga de um determinado valor. A segunda câmara de fluxo 221 é definida como o espaço dentro do segundo duto de fluxo 201 e a ponta de bocal do segundo duto de fluxo 205 (referenciada somente no lado direito do desenho). A segunda câmara de fluxo 221 possui duas extremidades, a extremidade de suprimento 231 (referenciada somente no lado esquerdo do desenho) e a abertura de descarga .211 (referenciada somente no lado direito do desenho). A extremidade de suprimento 231 está mostrada, nesta forma de realização, como uma extremidade morta, uma vez que a placa 251 vai forçar o fluido a fluir a partir da entrada lateral (lúmen de introdução). Isto será divulgado ainda mais tendo como referência a FIG. 3, a FIG. 4 e a FIG. 5. A abertura de descarga 211 da câmara de fluxo 221 é formada pela extremidade de descarga da segunda ponta de bocal de duto de fluxo 205 e possui um vão de descarga de um valor determinado. Deve ser observado que, para a forma de realização que está retratada, os dutos 202 e 203 partilham as paredes comuns 241 e 242 (mostrado na FIG. 4), exceto para a volta mais externa onde o duto 203 é formado junto com o alojamento inferior 250, o qual, deste modo, participa para formar o conjunto enrolado em espiral. Este conjunto produz um primeiro e um segundo jatos, 206 e 207, respectivamente, que saem da primeira e segunda aberturas de descarga, respectivamente. Os jatos 206 e207 se chocam e se misturam na medida em que eles deixam as pontas de bocal 204 e 205 para formar o jato composto 208. O ângulo de afunilamento mais externo dos dutos de fluxo poderá variar, e.g., de 30 a 60°, sendo mais preferido de 40 a 50°C, e tipicamente cerca de 45°C. O ângulo de afunilamento de um determinado duto de fluxo, em um determinado ponto, deverá ser entendido como o ângulo entre o eixo do conjunto e a direção geral do fluxo na saída do duto determinado, no ponto determinado, previamente ao choque. Deve ser entendido que o duto de fluxo vai possuir um ângulo de afunilamento que vai variar ao longo do percurso do duto de fluxo. De modo especial, o ângulo de afunilamento poderá aumentar do centro para a parte externa do aparelho. Deve ser observado também que o ângulo de afunilamento interno do duto de fluxo poderá variar também de 0 a 45°, de preferência de 0 a 15o.

Na forma de realização conforme mostrada, deverá ser observado que a dita primeira câmara de fluxo 220 possui dimensões substancialmente decrescentes ao longo do primeiro duto de fluxo, no sentido da primeira abertura de descarga. A relação (vão da extremidade de suprimento 230) para (vão da abertura de descarga 210) poderá variar de 1 a10, sendo de preferência de 2 a 4.

Na forma de realização conforme mostrada, deve ser observado que a dita segunda camada de fluxo 221 possui também dimensões que decrescem substancialmente ao longo do segundo duto de fluxo, no sentido da segunda abertura de descarga.

Na forma de realização conforme mostrada (como será indicado também na FIG. 4), deve ser observado que a dita segunda câmara de fluxo 221 possui também dimensões que decrescem substancialmente da parte externa para a parte interna dos dutos enrolados em espiral. A relação (vão da extremidade externa) para (vão da extremidade interna) poderá variar também no nível de suprimento ou no nível de descarga, ou em ambos.

Aqui, as diversas dimensões das respectivas aberturas de descarga (i.e., a largura ou o vão) são selecionadas de modo a conferirem as velocidades requeridas. Tipicamente, a velocidade (superficial) do jato 206 deverá ser de 1,52 - 27,43 m/s, de preferência de 6,09 - 21,33 m/s. Tipicamente, a velocidade (superficial) do jato 207 deverá ser de 1,52 - 21,33 m/s, e de preferência de 3,04 - 12,19 m/s. O vão na ponta do bocal 204 é tipicamente de IjO - 5,0 mm, sendo de preferência de 1,2 - 2,5 mm. O vão na ponta do bocal 205 é de 1,0 - 5,0 mm, sendo de preferência de 1,2 — 2,5 mm. Esses vãos poderão ser constantes ou poderão variar ao longo da espiral. A espessura da parede, ou o vão de separação, é geralmente menor que cada um dos vãos das aberturas de descarga e serão tipicamente de 0,7 — 2,5 mm, sendo de preferência de 0,7 - 1,5 mm. Caso sejam consideradas cada uma das aberturas de descarga, poderá ser medido um comprimento aproximado para a descarga (considerada como uma linha desenvolvida). As aberturas de descarga possuem tipicamente um comprimento L tal que a relação L no vão é de 20 a 200, sendo de preferência de 60 a 150. O vão de descarga 210 pode ser menor, igual ou maior que o vão de descarga 211. O vão de descarga 211 pode variar também da parte externa para a parte interna, sendo, e.g., o 211 na parte externa é a metade do 211 na parte interna. O vão de descarga 210 pode variar também da mesma forma, caso seja necessário.

Tomando como referência agora a FIG. 3, está mostrada ali uma vista inferior ampliada do subconjunto de bocais da primeira forma de realização da invenção, sem o alojamento inferior. Podem ser observados os dutos 202 e 203 compartilhando paredes comuns, onde o duto 202 é aquele resultante da volta tipo alça enquanto o duto 203 resulta do enrolamento (e finalmente do envolvimento dentro do alojamento inferior). O espaço interno de introdução é identificado como 232 no desenho.

Tomando como referência agora a FIG. 4, está mostrada ali uma vista de topo ampliada do subconjunto de bocais da primeira forma de realização da invenção, sem o alojamento inferior. Na FIG. 4 podem ser vistas as paredes 241 e 242, bem como o espaço para introdução do segundo fluido232, onde a seta representa a direção geral de injeção do fluxo no segundo duto 203. Isto será ainda melhor divulgado tendo como referência a FIG. 5.

Tomando como referência agora a FIG. 5, está mostrada ali uma vista de seção em corte longitudinal, ampliada, do conjunto enrolado em espiral da invenção. O primeiro e o segundo dutos, 202 e 203, estão ainda representados, bem como o alojamento inferior 250. Pode ser observado na FIG. 5 uma segunda cobertura de fluido 251, para introdução do segundo fluido. Uma vez que a cobertura fica colocada no topo do segundo duto 203 o qual resulta do enrolamento (e finalmente do envolvimento dentro do alojamento inferior), a cobertura 251 irá também, na forma de realização mostrada, possuir uma forma que é enrolada em geral. Quando alimentado para dentro do segundo duto 203, a partir do espaço interno de introdução232, o segundo fluido irá então fluir de acordo com uma direção (identificada na FIG. 4 pela seta) que será substancialmente tangencial ao eixo do bocal. Pelo uso de uma alimentação tangencial para a segunda alimentação, há um benefício extra ao atingir um vetor de velocidade tangencial, resultando em um efeito de redemoinho e finalmente em uma mistura acentuada. 253a e253b são pontas de dentes.

Conforme pode ser derivado dos desenhos precedentes, o conjunto de bocal da invenção é enrolado ou envolvido em espiral sobre ele mesmo. O termo "dutos envolvidos em espiral um sobre o outro" é pretendido cobrir aqueles casos onde um duto vai envolver o outro por mais de uma volta. Deverá ser considerado, em geral, para a finalidade da presente invenção, que uma curva formará uma volta caso saia uma linha reta que venha a interceptar a dita curva em pelo menos 3 diferentes locais. Poderá ser contado o número de voltas pela contagem do número de interseções da dita linha reta com a curva. Uma maneira de expressar isto é contar o número de interseções como 2n+l, onde η é o número de voltas. Uma espiral é pretendida aqui cobrir qualquer curva substancialmente contínua desenhada com distâncias sempre crescentes a partir de um ponto fixo. Envolvido é usado aqui para designar que existe mais de uma volta, resultando em uma superposição de dutos. Uma "volta" não significa ser a mesma necessariamente redonda, embora isto venha a ser a forma de realização preferida, e isto cobre também os dutos envolvidos de forma quadrada, tipo espiral. A assimetria que resulta desse desenho acentua a mistura dos dois fluidos. O número de voltas não é crítico, e poderá variar entre amplos limites, tal como entre 1 e 20 voltas. Em uma forma de realização, esse número é bastante elevado, como por exemplo, para a primeira forma de realização mostrada, a qual poderá ser considerada como a forma de realização de "espiral compacta". O número de voltas poderá variar neste caso entre 3 e 10. Em outra forma de realização, este número é bastante baixo, e poderá ser considerada como uma forma de realização de "espiral aberta". O número de voltas poderá variar então entre 1,05 e 1,5. O caso no qual dutos duplos são envolvidos é previsto também. O primeiro e o segundo dutos de fluxo são, de preferência, envolvidos cada um sobre o outro de acordo com uma espiral Arquimediana, e mais preferivelmente de acordo com uma espiral de Arquimedes.

Uma espiral Arquimediana é uma espiral com uma equação polar r=aθ1/y onde r é a distância radial, θ é o ângulo polar, e y é uma constante que determina o quão compacta a espiral se acha "envolvida". Uma espiral de Arquimedes é a espiral para a qual y é um. A FIG. 6 mostra outras formas de realização da invenção. A FIG. 6A representa a forma de realização de "espiral aberta". A FIG. 6B representa a forma de realização de "espiral quadrada". A FIG. 6C representa a forma de realização de "espiral em coração". A FIG. 6D representa a forma de realização de "espiral sigmóide". A FIG. 5 mostra outra forma de realização da invenção, compreendendo um dispositivo de limpeza. Nesta forma de realização, um condutor 252, montado de forma coaxial ao longo do bocal, é provido de pontas de dentes 243a, 243b, 243c, etc. As pontas de dentes ficam localizadas em um dos dutos, neste caso no primeiro duto 202. Quando o condutor 252 é deslocado ao longo do eixo do bocal, com o uso de meios mecânicos apropriados (não mostrado), as pontas de dentes irão raspar sujeiras e depósitos alojados no primeiro duto 202. Um conjunto de bocal desentupido pode ser obtido, deste modo, sem ser necessário parar o processo para remover, do conjunto, o bocal entupido ou com restrição de fluxo.

A FIG. 7 mostra outra forma de realização da invenção, a qual corresponde àquela da FIG. 1, na qual a parte do fundo do subconjunto de bocais foi modificada para uma forma curvada. Isto pode ser representado como a supressão de uma parte que corresponde a uma porção de uma esfera (ou de qualquer outra forma arredondada).

As superfícies do conjunto de bocal da invenção podem ser também tratadas e/ou acabadas com tratamentos de superfície convencionais, incluindo revestimentos, polimento, adição de elevações ou chanfros, caso assim necessário.

A invenção proporciona várias vantagens em relação aos conjuntos de bocal da tecnologia precedente. Uma vantagem é um ganho substancial na eficiência da mistura, se comparado com os conjuntos de bocal precedentes. A geometria específica o bocal não requer o choque em outras superfícies, e isto evita erosão e um alinhamento oneroso. A presente invenção poderá proporcionar também um ajuste do subconjunto de bocais .201 (incluindo a placa de cobertura 251 e os condutores associados, caso existentes) em relação ao alojamento inferior 250. O movimento axial do subconjunto de bocais 201 em relação ao alojamento inferior 250 é obtido por meios mecânicos (não mostrado) para ajuste da posição axial do subconjunto 201. Esses meios mecânicos poderão compreender, tipicamente, um eixo no qual o subconjunto é montado, e meios para deslocamento desse eixo. Pelo ajuste do subconjunto em relação ao alojamento inferior, podem ser variadas as dimensões do duto mais externo 203 próximas do alojamento inferior 250 e portanto a vazão através deste duto. Isto vai proporcionar meios para ajuste da reação que vá ocorrer. Uma vantagem da forma de realização com subconjunto móvel é a possibilidade de ajuste em linha da área da seção em corte para o fluxo do jato mais externo. A possibilidade de ajuste em linha indica uma capacidade de produzir ajustes sem uma interferência indevida no processo em progresso. Em processos em escala comercial, a possibilidade de ajuste em linha permite um ajuste freqüente dos bocais para, e.g., máxima queda de pressão ou vazão no ponto de descarga mais externo do bocal. Outra vantagem é a capacidade melhorada de parada em processos comerciais. A possibilidade de ajuste poderá permitir uma faixa mais ampla de razões de operação para alguns processos. Uma outra vantagem é a capacidade de encostar o subconjunto em relação ao alojamento inferior 250 através do seu curso total com o conjunto de bocal instalado. Os conjuntos de mistura em escala comercial podem ficar entupidos com entulho ou depósitos sólidos. O fato de encostar o subconjunto 201 no alojamento inferior 250 poderá raspar fora e remover o entulho e os depósitos alojados no duto mais externo, no caso de qualquer ponta de dentes não estar presente nesse local do duto.

O conjunto de bocal é simples de fabricar e instalar, onde um processo para sua fabricação é usinagem por descarga elétrica de arame, a qual é uma tecnologia amplamente disponível. Um processo para fabricação do subconjunto de bocais do aparelho da invenção deverá compreender, tipicamente, as etapas de (a) proporcionar uma pré-forma; e (b) usinar por descarga elétrica de arame a dita pré-forma. O alojamento poderá ser fabricado com o uso de usinagem convencional. Uma vantagem adicional é que não existem partes que se movem ou giram continuamente, evitando assim qualquer desgaste mecânico do sistema.

A invenção é especialmente útil para reações químicas muito rápidas onde uma mistura rápida é crucial. Assim sendo, a invenção é útil como um reator de pré-fosgenação para a preparação de isocianatos. Nesta forma de realização, o fluido que flui através do percurso interno é uma amina primária, opcionalmente dissolvida em um solvente. Nesta forma de realização, o fluido que flui através do percurso externo é fosgênio, opcionalmente dissolvido em um solvente. Assim sendo, a invenção é útil para a fabricação de diversos isocianatos, e que poderão ser selecionados de, e.g., poliisocianatos aromáticos, alifáticos, cicloalifáticos e aralifáticos.

O conjunto de bocal permite minimizar o excesso de fosgênio usado na reação, ou possuir uma concentração da combinação mais elevada, ou uma maior produção. A concentração da combinação se refere à concentração da amina dentro do solvente e da mistura de amina que compreende a alimentação de amina ao bocal.

E possível, como em técnicas conhecidas, reciclar uma solução de solvente, fosgênio e isocianato, sozinha ou em combinação, de volta para o fluxo de fosgênio. Em uma forma de realização é preferido não reciclar essa solução.

Em particular são produzidos poliisocianatos aromáticos tais como metileno difenil diisocianato (MDI) (e.g., na forma de seus 2,4'-, 2,2'- e4,4'-isômeros, e misturas dos mesmos), e misturas de metileno difenil diisocianatos (MDI) e oligômeros do mesmo conhecidas nesta tecnologia como "crus" de MDI polimérico (polimetileno polifenileno poliisocianatos) possuindo uma funcionalidade isocianato maior que 2, tolueno diisocianato (TDI) (e.g., na forma de seus 2,4- e 2,6-isômeros e misturas dos mesmos),1,5-naftaleno diisocianato e 1,4-diisocianato benzeno (PPDI). Outros poliisocianatos orgânicos que podem ser obtidos incluem os diisocianatos alifáticos tais como isoforona diisocianato (IPDI)7 1,6-diisocianato hexano e 4,4'-diisocianato diciclo-hexilmetano (HMDI). Ainda outros isocianatos que podem ser produzidos são xileno diisocianatos e fenil isocianatos.

Caso necessário, a geometria do conjunto de bocal da invenção pode ser adaptada ao isocianato específico a ser fabricado. Os testes de rotina irão permitir, a uma pessoa especializada nesta tecnologia, definir os valores ótimos para os vãos e os comprimentos, bem como para as condições de operação.

O conjunto de bocal da invenção pode ser usado em um reator tipo tanque clássico agitado continuamente (com ou sem chicanas). O conjunto de bocal poderá ficar no espaço de vapor ou ficar submerso. O conjunto de bocal da invenção pode ser usado em todos os equipamentos existentes, com uma adaptação mínima, economizando custos, deste modo. Além disso, o conjunto de bocal da invenção pode ser usado em qualquer tipo de reator; por exemplo, o conjunto de bocal pode ser montado no fundo de um reator rotativo equipado com impelidores e chicanas, ou o conjunto de bocal pode ser usado na forma de um dispositivo de injeção em um reator do tipo rotor/estator.

As condições de processo são aquelas usadas tipicamente. A relação molar fosgênioramina é geralmente em excesso e varia de 1,1:1 a 10:1, sendo de preferência de 1,3:1 a 5:1. Um solvente é usado geralmente para a amina e o fosgênio. Os exemplos de solventes são alquil e alquilaril clorados tais como monoclorobenzeno (MCB), o- e p-diclorobenzeno, triclorobenzeno e os correspondentes de tolueno, xileno, metilbenzeno, naftaleno, e muitos outros conhecidos nesta tecnologia, tais como, tolueno, xilenos, nitrobenzeno, cetonas e ésteres. A concentração da combinação de amina pode ser de 40 a 100 % em peso. A temperatura do fluxo de amina fica compreendida, em geral, de 40 a 80°C, ao passo que a temperatura do fluxo de fosgênio fica compreendida, em geral, de -20 a 0°C. O processo é conduzido a uma pressão (na zona de mistura) geralmente de atmosférica a 690 kPa man.

E possível também o uso de um ou mais reatores adicionais (esp. CSTRs) para completar a reação. No processo para fabricar isocianatos, é possível também o uso de unidades típicas para reciclagem de solvente e/ou do excesso de fosgênio, para remoção de HCl e para reciclagem de HCl a cloro, etc.

As formas de realização preferidas da invenção, descritas e mostradas, são exemplos somente, e não são exaustivas do escopo da invenção.

Claims

1. Aparelho para misturar pelo menos um primeiro e um segundo fluidos, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) um primeiro bocal compreendendo um primeiro duto de fluxo que define uma primeira câmara de fluxo, e possuindo uma primeira ponta de bocal que possui uma primeira abertura de descarga; e (b) um segundo bocal compreendendo um segundo duto de fluxo que define uma segunda câmara de fluxo, e possuindo uma segunda ponta de bocal que possui uma segunda abertura de descarga; onde o dito primeiro duto de fluxo e o dito segundo duto de fluxo são enrolados em espiral um sobre o outro; onde durante a operação do dito aparelho, o primeiro fluido que flui na primeira câmara de fluxo e sai através da primeira abertura de descarga forma um primeiro jato de fluido, e o segundo fluido que flui na segunda câmara de fluxo forma na segunda abertura de descarga um segundo jato de fluido, o primeiro e o segundo jatos de fluido se chocando um com o outro, misturando deste modo o primeiro e o segundo fluidos.

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro duto de fluxo e o dito segundo duto de fluxo são enrolados em espiral um sobre o outro de acordo com uma espiral Arquimediana.

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro duto de fluxo e o dito segundo duto de fluxo são enrolados em espiral um sobre o outro de acordo com uma espiral de Arquimedes.

4. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo bocais definem um primeiro e um segundo dutos que são afunilados.

5. Aparelho de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o ângulo de afunilamento aumenta da parte interna para a parte externa do aparelho.

6. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro duto de fluxo e o dito segundo duto de fluxo são enrolados em espiral um sobre o outro, formando deste modo de 1 a 20 voltas.

7. Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que forma deste modo entre 1,05 e 1,5 volta.

8. Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que forma deste modo entre 3 e 10 voltas.

9. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita primeira câmara possui dimensões substancialmente decrescentes ao longo do primeiro duto de fluxo, no sentido da primeira abertura de descarga.

10. Aparelho de acordo com a reivindicação I5 caracterizado pelo fato de que a dita segunda câmara possui dimensões substancialmente decrescentes ao longo do segundo duto de fluxo, no sentido da segunda abertura de descarga.

11. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita segunda câmara possui dimensões substancialmente decrescentes da parte externa para a parte interna dos dutos enrolados em espiral.

12. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma cobertura de fluido ou na primeira ou na segunda câmara de fluxo, para alimentar tangencialmente os ditos primeiro ou segundo fluido, respectivamente.

13. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que é substancialmente redondo.

14. Aparelho para misturar pelo menos um primeiro e um segundo fluidos, o aparelho sendo substancialmente redondo e caracterizado pelo fato de que compreende: (a) um primeiro bocal compreendendo um primeiro duto de fluxo que define uma primeira câmara de fluxo, e possuindo uma primeira ponta de bocal que possui uma primeira abertura de descarga; e (b) um segundo bocal compreendendo um segundo duto de fluxo que define uma segunda câmara de fluxo, e possuindo uma segunda ponta de bocal que possui uma segunda abertura de descarga; onde o dito primeiro duto de fluxo e o dito segundo duto de fluxo são enrolados em espiral um sobre o outro de acordo com uma espiral Arquimediana possuindo entre 1 e 30 voltas, e onde os ditos primeiro e segundo bocais são afunilados; onde durante a operação do dito aparelho, o primeiro fluido que flui na primeira câmara de fluxo e sai através da primeira abertura de descarga forma um primeiro jato de fluido, e o segundo fluido que flui na segunda câmara de fluxo forma na segunda abertura de descarga um segundo jato de fluido, os ditos primeiro e o segundo jatos de fluido se chocando um com o outro, misturando deste modo o primeiro e o segundo fluidos.

15. Aparelho de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que os ditos primeiro e segundo bocais definem um primeiro e um segundo dutos de fluxo que são afunilados, com um ângulo de afiinilamento que aumenta da parte interna para a parte externa do aparelho.

16. Aparelho de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro duto de fluxo e o dito segundo duto de fluxo são enrolados em espiral cada um sobre o outro, formando deste modo entre1,05 e 1,5 volta.

17. Aparelho de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro duto de fluxo e o dito segundo duto de fluxo são enrolados em espiral cada um sobre o outro, pelo que formam entre 3 e 10 voltas.

18. Aparelho de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que as ditas primeira e segunda câmaras possuem dimensões substancialmente decrescentes ao longo do primeiro e segundo dutos de fluxo, no sentido da primeira e da segunda aberturas de descarga, respectivamente.

19. Aparelho de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a dita segunda câmara possui dimensões substancialmente decrescentes a partir da parte externa para a parte interna dos dutos enrolados em espiral.

20. Aparelho de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a dita primeira abertura de descarga e a dita segunda abertura de descarga são separadas por uma parede que possui uma espessura que não excede de forma substancial a dimensão de cada uma das ditas aberturas de descarga.

21. Aparelho de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma cobertura para o fluido ou na primeira ou na segunda câmara, para alimentar tangencialmente os ditos primeiro ou segundo fluido, respectivamente.

22. Processo para misturar pelo menos um primeiro e um segundo fluidos, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: (a) formar um primeiro jato de fluido, consistindo do primeiro fluido, em uma primeira posição de descarga; (b) formar um segundo jato de fluido, consistindo do segundo fluido, em uma segunda posição de descarga; e (c) enrolar em espiral cada jato de fluido sobre o outro de modo que os ditos primeiro e segundo jatos de fluido se chocam um com o outro, misturando deste modo o primeiro e o segundo fluidos.

23. Processo de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a etapa de enrolar em espiral cada jato de fluido é de acordo com uma espiral arquimediana.

24. Processo de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a etapa de enrolar em espiral cada jato de fluido é de acordo com uma espiral de Arquimedes.

25. Processo de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a etapa de enrolar em espiral cada jato de fluido compreende formar entre 1 e 20 voltas.

26. Processo de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro jato de fluido e o dito segundo jato de fluido são em redemoinho.

27. Processo de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o primeiro fluido compreende uma amina e o segundo fluido compreende fosgênio, ou o primeiro fluido compreende fosgênio e o segundo fluido compreende uma amina.

28. Processo para misturar pelo menos um primeiro e um segundo fluidos, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: (a) formar um primeiro jato de fluido, consistindo do primeiro fluido, em uma primeira posição de descarga; (b) formar um segundo jato de fluido, consistindo do segundo fluido, em uma segunda posição de descarga; e (c) enrolar em espiral cada jato de fluido sobre o outro de acordo com uma espiral arquimediana possuindo entre 1 e 20 voltas de tal modo que os ditos primeiro e segundo jatos de fluido se chocam um com o outro, misturando deste modo o primeiro e o segundo fluidos.

29. Processo de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que a dita espiral de Arquimedes possui entre 1,05 e 1,5 volta.

30. Processo de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que a dita espiral de Arquimedes possui entre 3 e 10 voltas.

31. Processo de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro jato de fluido e o dito segundo jato de fluido são em redemoinho.

32. Processo de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o primeiro fluido compreende uma amina e o segundo fluido compreende fosgênio, ou o primeiro fluido compreende fosgênio e o segundo fluido compreende uma amina.

33. Processo para fabricar isocianatos, caracterizado pelo fato de que compreende o processo de misturar de acordo com a reivindicação 27, seguido pela etapa de reagir a amina e o fosgênio misturados.

34. Processo para fabricar isocianatos, caracterizado pelo fato de que compreende o processo de misturar de acordo com a reivindicação 32, seguido pela etapa de reagir a amina e o fosgênio misturados.

35. Processo de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de que é para fabricar um isocianato selecionado do grupo que consiste de metileno difenil diisocianato e variantes poliméricas do mesmo, tolueno diisocianato, 1,5-naftaleno diisocianato, 1,4-diisocianato benzeno, xileno diisocianato, fenil isocianato, isoforona diisocianato, 1,6-diisocianato hexano, e 4,4'-diisocianato diciclo-hexilmetano.

36. Processo de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que é para fabricar um isocianato selecionado do grupo que consiste de metileno difenil diisocianato e variantes poliméricas do mesmo, tolueno diisocianato, 1,5-naftaleno diisocianato, 1,4-diisocianato benzeno, xileno diisocianato, fenil isocianato, isoforona diisocianato, 1,6-diisocianato hexano, e 4,4'-diisocianato diciclo-hexilmetano.

37. Aparelho de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que compreende ainda um dispositivo para limpeza que consiste de um condutor que pode se deslocar provido de pontas de dentes.

38. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte do corpo do subconjunto de bocais foi modificada para uma forma curva.