BR112012018088B1

BR112012018088B1 - sistema de misturação

Info

Publication number: BR112012018088B1
Application number: BR112012018088-6A
Authority: BR
Inventors: Maria Pollard; Steven Strand; David Eversdyk; Matthias Schaefer
Original assignee: Dow Global Technologies Llc
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2020-06-30
Also published as: US20110182134A1; BR112012018088A2; SG183107A1; EP2525902A1; CN102917779B; JP5798571B2; ES2445815T3; US20120287744A1; US8876365B2; JP2013517927A; CN102917779A; EP2525902B1; WO2011091123A1; KR101788893B1; KR20120121884A

Abstract

A invenção provê um sistema de misturação que compreende o seguinte: A) pelo menos um misturador de fluxo extensional compreendendo: um corpo geralmente aberto e oco tendo uma superfície externa perfilada e contendo: uma porta de entrada simples e uma porta de saída simples; um meio para comprimir uma corrente volumétrica que escoa pelo corpo geralmente aberto e oco numa direção de fluxo, e pelo menos uma corrente de aditivo injetada introduzida na porta de entrada simples na direção do fluxo; e um meio para ampliar a corrente volumétrica e a pelo menos uma corrente de aditivo injetada, de forma que uma área interfacial entre a corrente volumétrica e pelo menos uma corrente de aditivo injetada seja aumentada à medida que a corrente volumétrica e a pelo menos uma corrente de aditivo injetada escoam pelo corpo geralmente aberta e oco na direção de fluxo para promover a misturação da corrente volumétrica e da pelo menos uma corrente de aditivo injetada; B). um condutor de fluxo tendo um eixo geométrico e um corpo de misturador oco e geralmente aberto fixado ao condutor; e C). um injetor de corrente de aditivo primária posicionado na porta de entrada do corpo (...).

Description

SISTEMA DE MISTURAÇÃO

Histórico da invenção

[0001] A presente invenção refere-se geralmente a misturadores estáticos, e mais particularmente, a um misturador de fluxo extensional, preferivelmente também seguido de elementos misturadores estáticos de alto cisalhamento e queda de alta pressão, que mistura duas ou mais correntes de fluido que escoam num tubo.

[0002] É com freqüência desejável misturar fluidos com viscosidades variadas num tubo. Num fluxo turbulento, a misturação ocorre mais rapidamente devido à turbulência induzida. Num fluxo laminar, a misturação de correntes de fluido é mais difícil. Na polimerização em solução, por exemplo, é muitas vezes desejável misturar uma corrente volumétrica de viscosidade relativamente alta, tal como uma solução polimérica, com uma corrente de aditivo liquido com viscosidade relativamente baixa. Aditivos líquidos, catalisadores, monômeros líquidos e solventes são tipicamente adicionados à solução polimérica, para obter outros produtos poliméricos.

[0003] Porém, devido às forças de alto cisalhamento necessárias para promover a misturação, a corrente volumétrica de alta viscosidade e a corrente de aditivo de baixa viscosidade podem permanecer essencialmente segregadas, resultando em baixas taxas de incorporação de corrente de aditivo à corrente volumétrica. Num fluxo laminar, a misturação ocorre por difusão de uma corrente em outra, o que tipicamente é um processo lento. A difusão lenta é inaceitável quando é necessário um tempo de misturação mais rápido para dispersão. Frequentemente, quando a corrente de aditivo é injetada na corrente volumétrica, a corrente de aditivo permanece substancialmente intacta, sendo canalizada pela corrente volumétrica sem que haja misturação interfacial significativa das correntes. Essa baixa taxa de misturação deve-se, em parte, ao baixo contato da área superficial entre a corrente volumétrica e a corrente de aditivo. Para combater esse resultado, é vantajoso alterar a forma da corrente de aditivo do formato cilíndrico que a corrente de aditivo apresenta inicialmente, para um formato laminar relativamente plano com mais área superficial. Descobriu-se que ao se deformar a corrente de aditivo pelo aumento de sua relação de aspecto, a relação de sua largura para sua altura aumenta sua área superficial e, portanto, sua área de misturação interfacial potencial. O aumento da área superficial também facilita a estratégia de corte, dividindo e recombinando as correntes em misturadores estáticos tradicionais. A distribuição da corrente de aditivo na forma de uma fina lâmina também aumenta a eficiência de misturação dos elementos misturadores estáticos, se houver, após o misturador de fluxo extensional.

[0004] Vários tipos de estruturas são conhecidos por promoverem a misturação de uma corrente volumétrica com uma corrente de aditivo, inclusive estruturas de chicana e misturadores de cisalhamento. A patente americana No. 4.808.007, emitida a King, descreve um misturador de viscosidade dual que introduz uma corrente de aditivo a uma corrente volumétrica através de uma porta de entrada contida no misturador para criar uma plano horizontal alongado da corrente de aditivo.

[0005] Foram encontrados, porém, vários problemas na área com esta e outras estruturas de misturação. Por exemplo, em aplicações de polimerização, observou-se formação de polímero nos pontos de contato entre o injetor de corrente de aditivo e polímero de corrente volumétrica. Essa formação frequentemente ocorre quando a corrente de aditivo é injetada de dentro do misturador estático. O problema de formação de polímero pode eventualmente levar à obstrução ou fechamento completo do injetor de aditivo, causando má distribuição de fluido no misturador estático.

[0006] Adicionalmente, quando uma corrente de aditivo, tal como um catalisador, contata uma chicana ou outra superfície ou parede de contato sólido, ocorre a molhagem da superfície com o catalisador, reduzindo assim a eficiência global de misturação do catalisador com a corrente volumétrica.

[0007] Em misturadores nos quais existem regiões angulares severas ou características do tipo degrau, a corrente volumétrica e a corrente de aditivo, durante o escoamento, pode desenvolver zonas de recirculação e correntes em turbilhão, o que reduz a eficiência global de misturação do misturador.

[0008] Outro problema é a perda de pressão de fluido à medida que as correntes passam pelo misturador. Outros misturadores de viscosidade dual disponíveis apresentam uma queda de pressão relativamente alta, à medida que as correntes perdem pressão de fluido entre a entrada e a saída do misturador.

[0009] A publicação internacional No. WO 00/21650 descreve um misturador de fluxo extensional para misturar uma corrente volumétrica com uma corrente de aditivo. Dois misturadores extensionais podem ser dispostos em série tendo um espaço ("gap") com aproximadamente o mesmo diâmetro do condutor de fluxo para promover capacidades adicionais de misturação. O misturador extensional pode ser usado em condições de fluxo laminar, de transição ou turbulento.

[0010] Embora o estado da técnica descreva misturadores que misturam correntes volumétricas com correntes de aditivo, existe a necessidade de um sistema de misturação que melhore o grau de misturação da corrente volumétrica e da corrente de aditivo, aumentando a dispersão da corrente de aditivo na corrente volumétrica, e que também aumente a área interfacial entre as duas correntes.

Sumário da invenção

[0011] A invenção provê um sistema de misturação compreendendo o seguinte:

A) pelo menos um misturador de fluxo extensional compreendendo:

- um corpo geralmente aberto e oco tendo uma superfície externa perfilada e contendo:
- uma porta de entrada simples e uma porta de saída simples;
- um meio para compressão de uma corrente volumétrica que escoa pelo corpo geralmente aberto e oco numa direção de fluxo, e pelo menos uma corrente de aditivo injetada introduzida na porta de entrada simples na direção do fluxo; e
- um meio para ampliar a corrente volumétrica e a pelo menos uma corrente de aditivo injetada, de forma que uma área interfacial entre a corrente volumétrica e a pelo menos uma corrente de aditivo injetada seja aumentada à medida que a corrente volumétrica e a pelo menos uma corrente de aditivo injetada escoam pelo corpo geralmente aberto e oco na direção de fluxo para promover a misturação da corrente volumétrica e da pelo menos uma corrente de aditivo injetada;

B) um condutor de fluxo tendo um eixo geométrico e um corpo de misturador oco e geralmente aberto fixado ao condutor; e
C) um injetor de corrente de aditivo primária posicionado na porta de entrada do corpo de misturador de fluxo oco e geralmente aberto, sendo que o injetor de corrente de aditivo primária injeta uma corrente de aditivo no interior do misturador de fluxo na direção de fluxo, quando a corrente volumétrica está escoando pelo corpo de misturador de fluxo oco e geralmente aberto, para permitir a compressão e a ampliação, em conjunto, da corrente volumétrica e da corrente de aditivo, dentro do misturador de fluxo extensional, para facilitar a misturação da corrente volumétrica e da corrente de aditivo primária numa saída do misturador de fluxo extensional; e

sendo que o misturador de fluxo extensional é seguido por D) pelo menos um elemento misturador estático helicoidal que tem pelo menos a metade do "diâmetro (D₁) do condutor de fluxo" a jusante da saída do misturador de fluxo extensional. Breve descrição dos desenhos

[0012] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma concretização do misturador de fluxo extensional da presente invenção com um injetor de corrente de aditivo simples;

[0013] A Figura 2 é uma vista frontal do misturador de fluxo extensional, voltado para jusante e mostrando o misturador de fluxo extensional fixado dentro de uma porção do condutor de fluxo, tomado ao longo da linha 2-2 da Figura 1;

[0014] A Figura 3 é uma vista posterior do misturador de fluxo extensional da Figura 2 voltado para montante;

[0015] A Figura 4 é uma vista lateral do misturador de fluxo extensional de acordo com a presente invenção, fixado no interior do condutor de fluxo em corte;

[0016] A Figura 5 é uma vista em corte do misturador de fluxo extensional mostrando a região de compressão de acordo com a presente invenção, tomada ao longo da linha 5-5 da Figura 1;

[0017] A Figura 6 é uma vista em corte superior do misturador de fluxo extensional mostrando a região de ampliação de acordo com a presente invenção, tomada ao longo da linha 6-6 da Figura 1;

[0018] A Figura 7 é uma vista em perspectiva mostrando o injetor de corrente de aditivo primária, além de um local preferido de duas correntes de injeção de aditivo adicionais, direcionadas para a parte externa do misturador de fluxo extensional, de acordo com um aspecto da invenção;

[0019] A Figura 8 é uma vista frontal mostrando o injetor de corrente de aditivo primária, além de uma posição preferida dos dois injetores de corrente de aditivo adicionais, de acordo com um aspecto da invenção, tomada ao longo da linha 8-8 da Figura 7;

[0020] A Figura 9 é uma vista em perspectiva de uma concretização da presente invenção de três lóbulos por região com um injetor de corrente de aditivo primária;

[0021] A Figura 10 é uma vista frontal da concretização da presente invenção de três lóbulos por região voltada para jusante, tomada ao longo da linha 10-10 da Figura 9;

[0022] A Figura 11 é uma vista posterior da concretização de três lóbulos por região da Figura 9 voltada para montante;

[0023] A Figura 12 é uma vista lateral da concretização de três lóbulos da presente invenção, na Figura 9;

[0024] A Figura 13 é uma vista de cima mostrando a concretização da presente invenção de três lóbulos por região, tomada a 60 graus acima da Figura 12;

[0025] A Figura 14 é uma vista em perspectiva da concretização da presente invenção de três lóbulos por região, com o injetor de corrente de aditivo primária e dos locais preferidos dos injetores de corrente de aditivo adicionais;

[0026] A Figura 15 é uma vista frontal da concretização da presente invenção de três lóbulos por região, voltada para jusante, tomada ao longo da linha 15-15 da Figura 14;

[0027] A Figura 16 é uma vista em perspectiva de uma concretização da presente invenção de quatro lóbulos por região, com o injetor de corrente de aditivo primária;

[0028] A Figura 17 é uma vista frontal da concretização da presente invenção de quatro lóbulos por região, voltada para jusante, tomada ao longo da linha 17-17 da Figura 16;

[0029] A Figura 18 é uma vista da concretização de quatro lóbulos por região da Figura 16 voltada para montante;

[0030] A Figura 19 é uma vista lateral da concretização da presente invenção de quatro lóbulos por região na Figura 16;

[0031] A Figura 20 é uma vista de cima mostrando a concretização da presente invenção de quatro lóbulos por região, tomada a 45 graus acima da Figura 19;

[0032] A Figura 21 é uma vista em perspectiva da concretização da presente invenção de quatro lóbulos por região com o injetor de corrente de aditivo primária e dos locais preferidos dos injetores de corrente de aditivo adicionais;

[0033] A Figura 22 é uma vista frontal da concretização da presente invenção de quatro lóbulos por região, voltada para jusante, tomada ao longo da linha 22-22 da Figura 21;

[0034] A Figura 23 é de uma análise estatística de concentração de ácido no espaço de vapor de um recipiente em partes por milhão em volume para a invenção e uma comparação;

[0035] A Figura 24 é um coeficiente simulado de variância para a invenção e uma comparação;

[0036] A Figura 25 é um coeficiente simulado de variância para perfis ao longo da extensão do condutor para a invenção e uma comparação básica;

[0037] A Figura 26 (a), (b) e (c) são coeficientes simulados de variância para perfis ao longo da extensão do condutor para a invenção e uma comparação básica;

[0038] A Figura 27 (a) e (b) são coeficientes simulados de variância para perfis ao longo da extensão do condutor para a invenção;

[0039] A Figura 28 (a) , (b) e (c) são fotografias de misturas de resinas onde a corrente secundária é preta e a corrente primária é branca ao longo do eixo geométrico do condutor na extremidade do sistema de misturação para as invenções e uma comparação básica;

[0040] A Figura 29 ilustra três elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (por exemplo, elementos misturadores estáticos Kenics da Chemineer, Inc.) e define o diâmetro, d₂, e o comprimento, I₂, de um elemento;

[0041] A Figura 30 ilustra quatro elementos misturadores de alto cisalhamento e de queda de alta pressão de uma série de barras cruzadas dispostas num ângulo de 45° em relação ao eixo geométrico do tubo (por exemplo, elementos misturadores estáticos SMX Chemineer, Inc.) e define o diâmetro, d₂, e o comprimento, I₂, de um elemento;

[0042] A Figura 31 ilustra o sistema de misturação compreendendo uma injeção coaxial com a direção do fluxo volumétrico, um espaço, g₁, o misturador de fluxo extensional, um espaço, g₂, sendo que outro injetor perpendicular à direção do fluxo volumétrico encontra-se no centro do condutor de fluxo e com a ponta do injetor cortada num ângulo de 45°, e seis elementos misturadores do tipo helicoidal (por exemplo, elementos misturadores estáticos Kenics da Chemineer, Inc., de diâmetro, d₂, e comprimento, I₂) dentro de um condutor de fluxo de diâmetro interno D₁ e comprimento L₁; e

[0043] A Figura 32 ilustra os resultados de análise estatística utilizando software JMP para o teste de Tukey- Kramer para os meios de medições de ácido utilizando duas configurações diferentes do sistema de misturação.

Descrição detalhada da invenção

[0044] Conforme acima discutido, a invenção provê um sistema de misturação compreendendo o seguinte:

A) pelo menos um misturador de fluxo extensional compreendendo:

- um corpo geralmente aberto e oco tendo uma superfície externa perfilada e contendo:
- uma porta de entrada simples e uma porta de saída simples;
- um meio para compressão de uma corrente volumétrica que escoa pelo corpo geralmente aberto e oco numa direção de fluxo, e pelo menos uma corrente de aditivo injetada introduzida na porta de entrada simples na direção de fluxo; e
- um meio para ampliar a corrente volumétrica e a pelo menos uma corrente de aditivo injetada, de forma que uma área interfacial entre a corrente volumétrica e a pelo menos uma corrente de aditivo injetada seja aumentada à medida que a corrente volumétrica e a pelo menos uma corrente de aditivo injetada escoam pelo corpo geralmente aberto e oco na direção de fluxo para promover a misturação da corrente volumétrica e da pelo menos uma corrente de aditivo injetada;

sendo que o misturador de fluxo extensional é seguido por D) pelo menos um elemento misturador estático helicoidal que tem pelo menos a metade do "diâmetro (D1) do condutor de fluxo" a jusante da saída do misturador de fluxo extensional.

[0045] Preferivelmente, no sistema de misturação, o meio para compressão e o meio para ampliação incluem, cada um, uma pluralidade de lóbulos perfilados, cada lóbulo contendo uma superfície substancialmente perfilada, sendo que a pluralidade de lóbulos perfilados no meio para compressão tem seu tamanho reduzido na direção de fluxo, e a pluralidade de lóbulos perfilados no meio para ampliação tem seu tamanho aumentado na direção de fluxo.

[0046] Também preferivelmente, no sistema de misturação, o meio para compressão situa-se num plano de ampliação perpendicular ao plano de compressão.

[0047] Também preferivelmente, no sistema de misturação, o meio para compressão tem seu tamanho reduzido ao longo do plano de compressão na direção de fluxo, e o meio para ampliação simultaneamente tem seu tamanho aumentado ao longo do plano de ampliação na direção de fluxo.

[0048] Também preferivelmente, no sistema de misturação, o pelo menos um sistema de misturação estático helicoidal é um condutor de fluxo que não tem mais que quatro vezes o diâmetro do condutor de fluxo a jusante da saída do misturador de fluxo extensional.

[0049] Também preferivelmente, o sistema de misturação compreende também pelo menos um dos elementos misturadores estáticos de alto cisalhamento e queda de alta pressão, compreendendo uma série de barras cruzadas dispostas num ângulo de 45° em relação ao eixo geométrico e dispostas de forma tal que os elementos misturadores consecutivos são girados a 90° em torno do eixo geométrico, e colocados a jusante do pelo menos um elemento misturador estático helicoidal.

[0050] Também preferivelmente, no sistema de misturação, o injetor de corrente de aditivo primária é posicionado no centro da porta de entrada.

[0051] Também preferivelmente, no sistema de misturação, o injetor de corrente de aditivo primária é posicionado ao longo de um eixo geométrico longitudinal do corpo do misturador de fluxo geralmente oco, especialmente quando o injetor de corrente de aditivo está também posicionado no centro da porta de entrada simples.

[0052] Também preferivelmente, no sistema de misturação, a corrente volumétrica recebida pela porta de entrada simples compreende pelo menos um de um polímero e de uma solução polimérica.

[0053] Também preferivelmente, no sistema de misturação, a corrente de aditivo recebida pela porta de entrada simples compreende pelo menos um de um monômero e de uma solução de monômero, mais preferivelmente quando a solução de monômero é etileno dissolvido em solvente.

[0054] Também preferivelmente, no sistema de misturação, a corrente de aditivo recebida pela porta de entrada simples compreende pelo menos um de um aditivo ou aditivo em solução, especialmente quando a corrente de aditivo recebida pela porta de entrada simples é selecionada de um grupo consistindo de antioxidantes, varredores de ácido, agentes de veneno catalítico e suas soluções.

[0055] Também preferivelmente, no sistema de misturação, a região de compressão compreende dois lóbulos da região de compressão que se reúnem numa porção da entrada central constrita, e a região de ampliação compreende dois lóbulos da região de ampliação que se reúnem numa porção da saída central constrita.

[0056] Também preferivelmente, no sistema de misturação, o eixo geométrico principal da saída (porta de saída) do misturador de fluxo extensional é perpendicular a uma borda dianteira do pelo menos um elemento misturador estático helicoidal. A borda dianteira do pelo menos um elemento misturador estático helicoidal, numa série de tais elementos misturadores, é designada como a borda dianteira do primeiro elemento misturador na série. A "borda dianteira" é a borda do "elemento misturador estático helicoidal" que está mais próxima da porta de saída do misturador de fluxo extensional. Também, por exemplo, conforme mostra a Figura 1, o eixo geométrico principal da saída do misturador de fluxo extensional poderia incidir ao longo da linha 6-6.

[0057] Numa concretização preferida, o misturador de fluxo extensional e o pelo menos um elemento misturador estático helicoidal estão localizados dentro do condutor de fluxo.

[0058] Numa concretização preferida, todos os elementos misturadores estão localizados dentro do condutor de fluxo.

[0059] Numa concretização, o pelo menos um elemento misturador estático helicoidal está localizado a uma distância de "metade do diâmetro do condutor de fluxo (D₁ de 1/2) a "duas vezes o diâmetro do condutor de fluxo (D₁ de 2) " a jusante da saída (porta de saída) do misturador de fluxo extensional.

[0060] Numa concretização, o pelo menos um elemento misturador estático helicoidal está localizado a uma distância de "metade do diâmetro do condutor de fluxo (D₁ de 1/2) a "um diâmetro do condutor de fluxo (D₁ de 1) " a jusante da saída do misturador de fluxo extensional.

[0061] Numa concretização preferida, o condutor de fluxo é um cilindro.

[0062] Numa concretização, o condutor de fluxo é um cilindro que tem uma relação de comprimento/diâmetro (L₁/D₁) igual ou maior que 7.

[0063] Numa concretização, o condutor de fluxo é um cilindro que tem uma relação de comprimento/diâmetro de 7 a 40.

[0064] Numa concretização, o condutor de fluxo é um cilindro que tem uma relação de comprimento/diâmetro (L₁/D₁) de 10 a 38.

[0065] Numa concretização, o sistema de misturação compreende pelo menos um elemento misturador estático helicoidal seguido de pelo menos um elemento misturador estático de alto cisalhamento e de queda de alta pressão.

[0066] Numa concretização, o sistema de misturação compreende pelo menos oito elementos misturadores estáticos helicoidais seguidos de pelo menos um elemento misturador estático de alto cisalhamento e de queda de alta pressão.

[0067] Em uma concretização, o sistema de misturação compreende pelo menos dez elementos misturadores estáticos helicoidais seguidos de pelo menos um elemento misturador de alto cisalhamento e de queda de alta pressão.

[0068] Um sistema de misturação da invenção pode compreender uma combinação de duas ou mais concretizações, conforme aqui descrito.

[0069] Várias outras características, objetos e vantagens da presente invenção serão evidentes com base na descrição detalhada e nos desenhos a seguir descritos.

[0070] Os desenhos ilustram um modo preferido atualmente previsto para executar a invenção.

[0071] Com referência à Figura 1, um misturador de fluxo extensional, 10, é mostrado. Preferivelmente, este misturador é um misturador estático. O misturador estático 10 tem um corpo geralmente aberto (há uma abertura em cada extremidade do elemento misturador) e em formato oco, que termina numa extremidade de uma borda 12 que define o perímetro externo de uma porta de entrada 14. O misturador de fluxo 10 termina numa extremidade distal de uma borda 16, mostrada em linha tracejada, que define o perímetro da porta de saída 18 (saída do misturador de fluxo extensional). O misturador de fluxo 10 inclui uma região de compressão 20 e uma região de ampliação 22. Na concretização mostrada, a região de compressão é constituída por dois lóbulos de região de compressão 34a e 34b, e a região de ampliação é constituída por dois lóbulos da região de ampliação 36a e 36b. A região de compressão 20 situa-se num plano de compressão que inclui a linha 5-5 e um eixo geométrico longitudinal que se estende desde a porta de entrada 14 até a porta de saída 18. A região de ampliação 22 situa-se num plano de ampliação que inclui a linha 6-6, sendo coaxial com o plano de compressão da região de compressão 20, compartilhando o eixo geométrico longitudinal com o plano de compressão. Preferivelmente, o plano de compressão da região de compressão 20 é perpendicular ao plano de ampliação da região de ampliação 22. Como resultado, os lóbulos da região de compressão 34a e 34b estão preferivelmente posicionados a 90 graus da posição dos lóbulos da região de ampliação 36a e 36b. O misturador de fluxo 10 possui um formato geralmente perfilado que pode ser obtido, deformando-se, por exemplo, um cilindro através de constrição de uma de suas extremidades, girando então o cilindro a 90 graus, e então se constringindo a outra extremidade de forma semelhante.

[0072] Tipicamente, o misturador de fluxo 10 reside dentro do condutor de fluxo 24, por exemplo, um tubo, mostrado em linha tracejada. O condutor de fluxo 24 conduz uma corrente volumétrica, tipicamente de alta viscosidade, sob condições de fluxo laminar. O misturador de fluxo 10 é útil, porém, numa vasta gama de números de Reynolds em tubos. Em aplicações de polimerização, o condutor de fluxo 24 conduzirá uma solução polimérica como corrente volumétrica. Polímeros específicos podem incluir, embora não se restrinjam a qualquer um de um número de copolímeros de etileno e 1- octeno, 1-hexeno, 1-buteno, 4-metil-1-penteno, estireno, propileno, 1-penteno ou alfa-olefina. O condutor de fluxo 24 introduz a corrente volumétrica ao misturador de fluxo 10 numa direção de fluxo desde a porta de entrada 14 até a porta de saída 18.

[0073] É previsto que a utilização da presente invenção em aplicações de polimerização em solução pode ser afetada em reator de laço simples ou duplo (não mostrado) . Um reator apropriado é descrito no Pedido PCT, Publicação International Número WO 97/36942, intitulado "Olefin Solution Polymerization", depositado em 1 de abril de 1997; Pedidos Provisórios de patente americana 60/014.696 e 60/014.705, ambos depositados em 01 de abril de 1996.

[0074] Dentro do condutor de fluxo 24 também reside um injetor de corrente de aditivo primária 26. O injetor de corrente de aditivo primária 26 é responsável por canalizar uma corrente de aditivo que deve ser misturada com a corrente volumétrica canalizada pelo condutor de fluxo 24. Tipicamente, a corrente de aditivo é de baixa viscosidade, não sendo misturada com facilidade. É previsto que muitos tipos de aditivos podem ser usados. Particularmente, a corrente de aditivo pode incluir soluções catalisadoras, monômeros, gases dissolvidos em solvente, antioxidantes, estabilizantes de UV, estabilizantes térmicos, ceras, corantes e pigmentos.

[0075] Polímeros, catalisadores e aditivos apropriados, previstos na presente invenção, incluem os descritos nas patentes americanas Nos. 5.272.236; 5.278.272; e 5.665.800, todas emitidas para Lai et al., e intituladas "Elastic Substantially Linear Olefin Polymers"; e patente americana Número 5.677.383, emitida para Chum et al., intitulada "Fabricated Articles Made from Ethylene Polymer Blends."

[0076] No processo de polimerização, a corrente de aditivo pode ser uma solução catalisadora ou um monômero, tal como etileno dissolvido em solvente, que é injetado por uma saída 28 do injetor de corrente de aditivo primária 26, posicionado na porta de entrada 14. Na concretização mostrada, o injetor de corrente de aditivo simples 26 está posicionado de forma tal que sua saída de injetor de corrente de aditivo 28 esteja nivelada com o plano da porta de entrada 14, e direcionada para o centro da porta de entrada 14. O injetor de corrente de aditivo primária 26 injeta a corrente de aditivo na direção de fluxo, sem ter qualquer contato físico com o misturador de fluxo 10. O injetor de corrente de aditivo primária 26 pode ter muitos designs diferentes do tubo mostrado, contanto que seja capaz de liberar com precisão uma corrente de aditivo.

[0077] O diâmetro da saída do injetor de corrente de aditivo 28 deve ser suficientemente grande para evitar obstrução por impurezas, porém preferivelmente pequeno o suficiente para que a velocidade na saída da corrente do injetor de corrente de aditivo primária 26 (ou seja, a velocidade na saída de jato) seja igual ou superior à velocidade média de corrente volumétrica.

[0078] A região de compressão 20 tem seu tamanho reduzido ao longo do plano de compressão na direção de fluxo, à medida que a região de ampliação 22 aumenta simultaneamente de tamanho ao longo do plano de ampliação na direção de fluxo. É a compressão simultânea e a ampliação da corrente de aditivo que aumenta a área interfacial entre a corrente volumétrica e a corrente de aditivo, promovendo assim a misturação da corrente de aditivo e da corrente volumétrica à medida que são canalizadas pelo misturador de fluxo 10.

[0079] Com referência à Figura 2, o misturador de fluxo 10 é mostrado voltado para jusante na direção de fluxo. O misturador de fluxo 10 é suspenso e fixado dentro do condutor de fluxo 24, de forma simétrica nas proximidades do centro do condutor de fluxo 24, através de qualquer método prático. Na concretização mostrada, o misturador de fluxo 10 é fixado por apoios 32, de forma tal que o misturador de fluxo 10 fique suficientemente estável para poder suportar a pressão de fluido da corrente volumétrica contra o misturador de fluxo 10. Os apoios 32 não são necessários, porém, já que o misturador de fluxo 10 pode ser colado, soldado ou de outra forma fixado ao condutor de fluxo 24.

[0080] O injetor de corrente de aditivo primária 26 é preferivelmente orientado ao longo do eixo geométrico longitudinal do misturador de fluxo 10, e no centro da porta de entrada 14, no ponto médio de porções de entrada centrais constritas 30a e 30b. O posicionamento do injetor de corrente de aditivo primária 26 no centro da porta de entrada 14 minimiza as obstruções a jusante da corrente de aditivo. A minimização de obstruções também reduz as perdas de pressão das correntes, à medida que escoam pelo corpo geralmente aberto e oco do misturador de fluxo 10.

[0081] A região de compressão 20 e a região de ampliação 22 compreendem, cada uma, um par de estruturas em forma de lóbulo 34a, 34b e 36a, 36b, respectivamente. O tamanho dos lóbulos da região de compressão 34a e 34b é maior na porta de entrada 14, sendo geralmente reduzido ao longo da região de compressão 20 na direção de fluxo. Os lóbulos da região de ampliação 36a e 36b, pelo contrário, são mínimos na porta de entrada 14, aumentando geralmente ao longo da região de ampliação 22 na direção de fluxo.

[0082] O injetor de corrente de aditivo primária 26 está posicionado na porta de entrada 14, de forma a não formar obstáculo para a corrente de aditivo quando injetada. A corrente volumétrica que escoa no condutor de fluxo 24 e a corrente de aditivo injetada pelo injetor de corrente de aditivo 26 são canalizadas ao longo da superfície interna 38 dos lóbulos da região de compressão 34a e 34b, tornando-se mais estreitas na região de compressão 20. O tamanho dos lóbulos 34a e 34b da região de compressão 20 deve ser igual para promover compressão uniforme das correntes. Os lóbulos da região de compressão 34 reúnem-se nas porções de entrada constritas centrais 30a e 30b.

[0083] Com referência agora à Figura 3, o misturador de fluxo 10 é mostrado voltado para montante contra a direção de fluxo e direcionado para o injetor de corrente de aditivo primária 26. Os lóbulos da região de ampliação 36 rúnem-se nas porções de saída constritas centrais 40a e 40b da porta de saída 18. A corrente volumétrica e a corrente de aditivo são canalizadas a partir dos lóbulos da região de compressão 34a e 34b da região de compressão 20 ao longo da superfície interna 42 dos lóbulos da região de ampliação 36a e 36b, até que a corrente volumétrica e a corrente de aditivo atinjam sua deformação máxima na porta de saída 18. Os padrões de fluxo das correntes que fazem a transição súbita, porém contínua da região de compressão 20 até a região de ampliação 22, é suficiente para melhorar a misturação da corrente volumétrica e da corrente de aditivo deformando a corrente de aditivo e criando uma área superficial adicional.

[0084] O tamanho da porta de saída 18 é preferivelmente aquele da porta de entrada 14, não devendo a porta de saída 18 ser menor que a porta de entrada 14 para evitar inversão de fluxo dentro do misturador de fluxo 10. Adicionalmente, o tamanho e o formato dos lóbulos 36a e 36b da região de ampliação 22 devem ser iguais para promover a ampliação uniforme das correntes.

[0085] Com referência à Figura 4, uma vista lateral do misturador de fluxo 10. A região de compressão 20 e a região de ampliação 22 são integralmente formadas. O misturador de fluxo 10 é preferivelmente construído a partir de uma peça única de material. Qualquer material apropriado para a construção específica é previsto na presente invenção. Preferivelmente, é previsto um material que possa ser deformado na região de compressão 20 e na região de ampliação 22, tal como metal ou cloreto de polivinila (PVC). O comprimento do misturador de fluxo 10 é variável, embora preferivelmente se aproxime da largura do misturador de fluxo 10 no seu ponto mais largo.

[0086] O injetor de corrente de aditivo primária 26, mostrado em linha tracejada, está posicionado ao longo de um eixo geométrico longitudinal do misturador de fluxo 10. Para uma melhora máxima da misturação, o injetor de corrente de aditivo 26 é preferivelmente colocado no centro, direcionado ao longo do eixo geométrico longitudinal central. O injetor de corrente de aditivo 26 é também preferivelmente posicionado de forma que não exista contato direto entre o injetor de corrente de aditivo 26 e o misturador de fluxo 10. Embora o injetor de corrente de aditivo 26 seja preferivelmente posicionado de forma nivelada com o plano da porta de entrada 14, a saída do injetor de corrente de aditivo 28 pode também ser montada fora do plano da porta de entrada 14, preferivelmente a uma pequena distância, de forma que a corrente de aditivo ingresse no centro do misturador de fluxo 10.

[0087] Existe continuidade dos lóbulos 34a e 34b desde a região de compressão 20 até os lóbulos 36a (não mostrados) e 36b da região de ampliação 22, para reduzir a possibilidade de ângulos agudos e regiões de canto, que podem causar acúmulo da corrente volumétrica ou da corrente de aditivo ao longo do misturador de fluxo 10. O formato geralmente oco e a ausência de cantos internos agudos reduzem as perdas de pressão da corrente volumétrica e da corrente de aditivo, à medida que escoam pelo misturador de fluxo 10.

[0088] Com referência à Figura 5, a região de compressão 20 preferivelmente tem um formato geralmente triangular ao longo do plano de compressão. A região de compressão 20 é reduzida na direção de fluxo, para que qualquer fluido que ingressar no misturador de fluxo 10 seja estreitado na direção de fluxo e canalizado ao longo da superfície interna 38 dos lóbulos da região de compressão 34a e 34b em direção ao trajeto da corrente de aditivo injetada que procede do injetor de corrente de aditivo primária 26.

[0089] Com referência à Figura 6, a região de ampliação 22 é também preferivelmente geralmente de formato triangular ao longo do plano de ampliação. A região de ampliação 22 aumenta na direção do fluxo. O fluido no interior da região de ampliação 22 será canalizado ao longo da superfície interna 42 dos lóbulos da região de ampliação 36a e 36b. Isso resulta numa expansão do fluxo dentro da região de ampliação 22. Consequentemente, a área superficial da corrente de aditivo do injetor de aditivo de corrente primária 26 é aumentada, aumentando assim sua área de misturação interfacial potencial com a corrente volumétrica.

[0090] Com referência agora à Figura 7, outra concretização do sistema de misturação de fluxo é mostrada. Nesta concretização, a corrente volumétrica continua a escoar através e em torno do misturador de fluxo geralmente aberto e oco 10. Além do injetor de corrente de aditivo primária 26 posicionado na porta de entrada 14, um par de injetores de corrente de aditivo adicionais 50a e 50b são preferivelmente posicionados de forma nivelada com o plano da porta de entrada 14 e orientados para a parte externa do misturador de fluxo geralmente aberto e oco 10. Os injetores de corrente de aditivo adicionais 50a e 50b podem injetar correntes de aditivo diferentes daquelas injetadas pelo injetor de corrente de aditivo primária 26. Preferivelmente, os injetores de corrente de aditivo 50a e 50b são posicionados em qualquer lateral da corrente de aditivo primária 26. É também previsto que um ou ambos injetores de corrente de aditivo adicionais 50a e 50b podem ser usados separadamente, ou cada um em combinação com o injetor de corrente de aditivo primária 2 6, dependendo do número e do tipo de correntes de aditivo a serem incorporados à corrente volumétrica. Pode-se utilizar um injetor de corrente de aditivo adicional simples.

[0091] Com referência à Figura 8, os injetores de corrente de aditivo adicional 50a e 50b são preferivelmente colocados a meio caminho entre as porções de entrada central constritas 30a e 30b e o condutor de fluxo 24, de forma que os injetores de corrente de aditivo 126a e 126b sejam orientados para injetar suas respectivas correntes de aditivo para dentro da região exterior 37 da região de ampliação 22. Cada corrente de aditivo injetada dos injetores de corrente de aditivo 126a e 126b se deformarão então na região exterior 37 da região de ampliação 22, levando ao aumento da área interfacial entre a corrente de aditivo e a corrente volumétrica e promovendo a misturação da corrente volumétrica e das correntes de aditivo. Preferivelmente, os injetores de corrente de aditivo adicionais 50a e 50b injetam suas respectivas correntes de aditivo simultaneamente. Os injetores de corrente de aditivo 50a e 50b podem ser posicionados mais próximos ou mais distantes do misturador de fluxo 10. Os pontos de injeção adicionais podem, por exemplo, estar a um terço e dois terços de distância das porções de entrada central constritas 30a e 30b em relação ao condutor de fluxo 24 em qualquer um dos lados do injetor de corrente de aditivo primária 26 e direcionados ao longo do exterior 37 do misturador de fluxo 10.

[0092] Com referência agora à Figura 9, é mostrada outra concretização da presente invenção. Um misturador de fluxo extensional, mostrado geralmente pelo número de referência 110, inclui um corpo de misturador de fluxo geralmente aberto e oco 112. O corpo de misturador de fluxo geralmente aberto e oco 112 tem uma superfície externa perfilada 114 e uma superfície interna perfilada 116 que segue o formato da superfície externa perfilada 114.

[0093] O misturador de fluxo extensional 110 inclui uma porta de entrada simples 118 e uma porta de saída simples 120. Uma direção de fluxo é definida no movimento da a porta de entrada simples 118 para a porta de saída simples 120. Uma borda dianteira 126 forma o contorno da porta de entrada simples 118.

[0094] O corpo do misturador de fluxo geralmente aberto e oco 112 inclui uma região de compressão 122. A região de compressão 122 inclui lóbulos perfilados 124a, 124b e 124c. Os lóbulos perfilados 124a, 124b e 124c da região de compressão 122 tem seu tamanho reduzido na direção de fluxo desde a borda dianteira 126 da porta de entrada simples 118 até a porta de saída simples 120. O corpo do misturador de fluxo geralmente aberto e oco 112 também inclui uma região de ampliação 128. A região de ampliação 128 inclui, de forma similar, lóbulos perfilados 130a, 130b e 130c (não mostrados). Os lóbulos perfilados 130a, 130b e 130c na região de ampliação 128 têm seu tamanho aumentado na direção de fluxo quando se desloca da porta de entrada simples 118 até a porta de saída simples 120. Os lóbulos perfilados 124a, 124b e 124c da região de compressão 122 alternam-se com os lóbulos perfilados 130a, 130b e 130c da região de ampliação 128 em torno da superfície externa perfilada 114 do corpo do misturador de fluxo geralmente aberto e oco 112.

[0095] Um injetor de corrente de aditivo primária 132 é posicionado na porta de entrada simples 118 do injetor de corrente de aditivo primária 132 é posicionado no centro e está nivelado com a porta de entrada simples 118.

[0096] Com referência agora à Figura 10, o tamanho e o formato dos lóbulos perfilados 124a, 124b e 124c da região de compressão 122 são preferivelmente iguais ao tamanho e formato dos lóbulos perfilados 130a, 130b e 130c da região de ampliação 128.

[0097] O injetor de corrente de aditivo primária 132 é preferivelmente posicionado de forma a injetar uma corrente de aditivo primária pelo interior do corpo do misturador de fluxo geralmente aberto e oco 112 sem encontrar nenhum obstáculo.

[0098] Na operação, a corrente volumétrica que escoa pelo corpo do misturador de fluxo geralmente aberto e oco 112 é comprimida na região de compressão 122, comprimindo assim a corrente de aditivo primária e aumentando sua área de misturação interfacial.

[0099] A corrente volumétrica entra pela porta de entrada simples 118 e é comprimida pela superfície interna perfilada 116 de cada um dos lóbulos perfilados.

[0100] O misturador de fluxo extensional 110 é fixado a um condutor de fluxo 123, tipicamente um cilindro, preferivelmente por meio de apoios 125, embora seja aceitável qualquer método de fixação apropriado.

[0101] Com referência agora à Figura 11, a saída 134 do injetor de corrente de aditivo primária 132 é visível a partir da porta de saída simples 120. A porta de saída simples 120 é preferivelmente do mesmo tamanho, mas não menor do que a porta de entrada simples 118. Os lóbulos perfilados 130a, 130b e 130c da região de ampliação 128 estão no seu ponto máximo, e terminam numa borda traseira 136 que define o perímetro externo da porta de saída simples 120.

[0102] Com referência à Figura 12, uma vista lateral do misturador de fluxo extensional 110 mostra que o injetor de corrente de aditivo primária está posicionado ao longo do eixo geométrico longitudinal do misturador de fluxo extensional 110. Preferivelmente, o injetor de corrente de aditivo primária 132 está nivelado com o plano da porta de entrada simples 118.

[0103] A região de compressão 122 tem seu tamanho reduzido na direção de fluxo, ao passo que a região de ampliação 128 tem seu tamanho aumentado na direção de fluxo. A convergência simultânea da região de compressão 122 e a divergência da região de ampliação 128 é que causam o aumento da área interfacial entre a corrente volumétrica e quaisquer correntes de aditivo injetadas pelo injetor de corrente de aditivo primária 132.

[0104] Com referência agora à Figura 13, a região de compressão 122 é integralmente formada com a região de ampliação 128, para que a superfície externa perfilada 114 não contenha regiões angulares severas ou características tipo degrau que possam reduzir a eficiência global de misturação do misturador de fluxo extensional 110.

[0105] Com referência agora à Figura 14, os injetores de corrente de aditivo adicionais 138a, 138b e 138c podem ser orientados de forma a se direcionarem para a superfície externa perfilada 114 do corpo de misturador de fluxo geralmente aberto e oco 112.

[0106] Com referência agora à Figura 15, os locais preferidos dos injetores de corrente de aditivo adicionais 138a, 138b e 138c são mostrados. Preferivelmente, os injetores de corrente de aditivo adicionais 138a, 138b e 138c são direcionados para o exterior de cada um dos lóbulos perfilados 130a, 130b e 130c da região de ampliação 128. Fica entendido que menos correntes de aditivo adicionais podem ser utilizadas em conjunto com o injetor de corrente de aditivo primária 132. É importante observar que novamente, não existe contato direto entre o injetor de corrente de aditivo primária 132 e os injetores de corrente de aditivo adicionais 138a, 138b e 138c com o corpo de misturador de fluxo geralmente aberto e oco 112. A ausência de contato direto reduz a probabilidade de formação e incrustação de aditivo no corpo do misturador de fluxo 112 durante a operação.

[0107] Com referência agora à Figura 16, outra concretização da presente invenção é mostrada. Um misturador de fluxo extensional, mostrado geralmente pelo número de referência 210, inclui um corpo de misturador de fluxo geralmente aberto e oco 212. O corpo do misturador de fluxo geralmente aberto e oco 212 tem uma superfície externa perfilada 214 e uma superfície interna perfilada 216 que segue o formato da superfície externa perfilada 214.

[0108] O misturador de fluxo extensional 210 inclui uma porta de entrada simples 218 e uma porta de saída simples 220. Uma direção de fluxo é definida no movimento da porta de entrada simples 218 para a porta de saída simples 220.

[0109] O corpo do misturador de fluxo geralmente aberto e oco 212 inclui uma região de compressão 222. A região de compressão 222 inclui lóbulos perfilados 224a, 224b, 224c e 224d. Os lóbulos perfilados 224a, 224b, 224c e 224d da região de compressão 222 tem seu tamanho reduzido na direção de fluxo da borda dianteira 226 da porta de entrada simples 218 para a porta de saída simples 220. A borda dianteira 226 forma o contorno da porta de entrada simples 218. O corpo do misturador de fluxo geralmente aberto e oco 212 também inclui uma região de ampliação 228. A região de ampliação 228 similarmente inclui lóbulos perfilados 230a, 230b, 230c e 230d (não mostrados). Os lóbulos perfilados 230a, 230b, 230c, 230d na região de ampliação 228 tem seu tamanho aumentado na direção de fluxo quando se desloca da porta de entrada simples 218 para a porta de saída simples 220. Os lóbulos perfilados 224a, 224b, 224c e 224d da região de compressão 222 alternam-se com os lóbulos perfilados 230a, 230b, 230c e 230d da região de ampliação 22 8 em torno da superfície externa perfilada 214 do corpo do misturador de fluxo geralmente aberto e oco 212.

[0110] Um injetor de corrente de aditivo primária 232 é preferivelmente posicionado na porta de entrada simples 218, de forma que a saída 234 do injetor de corrente de aditivo primária 232 fique posicionado no centro e nivelado com a porta de entrada simples 218.

[0111] Com referência agora à Figura 17, o tamanho e o formato dos lóbulos perfilados 224a, 224b, 224c e 224d da região de compressão 222 são preferivelmente do mesmo tamanho e formado dos lóbulos perfilados 230a, 230b, 230c e 230d da região de ampliação 228.

[0112] O injetor de corrente de aditivo primária 232 é preferivelmente posicionado para injetar uma corrente de aditivo primária pelo interior do corpo do misturador de fluxo geralmente aberto e oco 212 sem encontrar quaisquer obstáculos.

[0113] Na operação, de forma similar a outras concretizações, a corrente volumétrica que escoa pelo corpo do misturador de fluxo geralmente aberto e oco 212 é comprimida na região de compressão 222, comprimindo assim a corrente de aditivo primária e aumentando sua área de misturação interfacial.

[0114] A corrente volumétrica entra pela porta de entrada simples 218 e é comprimida pela superfície interna perfilada 216 de cada um dos lóbulos perfilados.

[0115] O misturador de fluxo extensional 210 é fixado a um condutor de fluxo 223, tipicamente um cilindro, preferivelmente por meio de apoios 225, embora seja aceitável qualquer método de fixação apropriado.

[0116] Com referência agora à Figura 18, a saída 234 do injetor de corrente de aditivo primária 232 é visível a partir da porta de saída simples 220. A porta de saída simples 220 é preferivelmente do mesmo tamanho, mas não menor do que a porta de entrada simples 218. Os lóbulos perfilados 230a, 230b e 230c e 230d da região de ampliação 228 estão no seu ponto máximo, e terminam na borda traseira 236 que define o perímetro externo da porta de saída simples 220.

[0117] Com referência à Figura 19, uma vista lateral do misturador de fluxo extensional 210 mostra que o injetor de corrente de aditivo primária 232 está posicionado ao longo do eixo geométrico longitudinal do misturador de fluxo extensional 210. Preferivelmente, o injetor de corrente de aditivo primária 232 está nivelado com o plano da porta de entrada simples 218.

[0118] A região de compressão 222 tem seu tamanho reduzido na direção de fluxo, ao passo que a região de ampliação 228 tem seu tamanho aumentado na direção de fluxo. A convergência simultânea da região de compressão 222 e a divergência da região de ampliação 228 é que causam o aumento da área interfacial entre a corrente volumétrica e quaisquer correntes de aditivo injetadas pelo injetor de corrente de aditivo primária 232.

[0119] Com referência agora à Figura 20, a região de compressão 222 é integralmente formada com a região de ampliação 228, para que a superfície externa perfilada 214 não contenha regiões angulares severas ou características tipo degrau que possam reduzir a eficiência global de misturação do misturador de fluxo extensional 210.

[0120] Com referência agora à Figura 21, os injetores de corrente de aditivo adicionais 238a, 238b, 238c e 238d são orientados de forma a se direcionarem para a superfície externa perfilada 214 do corpo de misturador de fluxo geralmente aberto e oco 212.

[0121] Com referência agora à Figura 22, os locais preferidos dos injetores de corrente de aditivo adicionais 238a, 238b, 238c e 238d são mostrados. Preferivelmente, os injetores de corrente de aditivo adicionais 238a, 238b, 238c e 238d são direcionados para o exterior de cada um dos lóbulos perfilados 230a, 230b, 230c e 230d da região de ampliação 228. Fica entendido que menos correntes de aditivo adicionais podem ser utilizadas em conjunto com o injetor de corrente de aditivo primária 232. Não existe contato direto entre o injetor de corrente de aditivo primária 232 e os injetores de corrente de aditivo adicionais 238a, 238b, 238c e 238d com o corpo de misturador de fluxo geralmente aberto e oco 212. A ausência de contato direto reduz a probabilidade de formação e incrustação de aditivo no corpo do misturador de fluxo 112 durante a operação.

[0122] O método da presente invenção refere-se à misturação de uma corrente de aditivo com uma corrente volumétrica. É importante observar que o método previsto pela presente invenção é independente da sequência da corrente volumétrica especifica e das correntes de aditivo que ingressam no misturador de fluxo, e também independente das concentrações relativas da corrente volumétrica em relação às correntes de aditivo primárias e adicionais. Adicionalmente, muitos tipos de correntes volumétricas e de correntes de aditivo anteriormente mencionadas são previstas pelo método da presente invenção. Particularmente, aditivos tais como catalisadores, pigmentos, corantes, antioxidantes, estabilizantes, ceras e modificadores são adicionados às correntes volumétricas, incluindo vários fundidos poliméricos e copoliméricos, soluções e outros líquidos viscosos.

[0123] De acordo com o método, o misturador de fluxo geralmente aberto e oco é provido conforme anteriormente descrito. Uma corrente de aditivo é injetada na porta de entrada simples do corpo do misturador geralmente aberto e oco. A corrente de aditivo e a corrente volumétrica são comprimidas na região de compressão e ampliadas na região de ampliação para aumentar a área interfacial entre a corrente volumétrica e a corrente de aditivo e promover a misturação da corrente volumétrica e de aditivo. As etapas de compressão e ampliação preferivelmente devem ocorrer de forma simultânea.

[0124] Em outro aspecto do método, pelo menos um injetor de aditivo adicional é utilizado juntamente com pelo menos um injetor de corrente de aditivo primária, injetando pelo menos uma corrente de aditivo adicional na região externa do corpo do misturador de fluxo geralmente oco, resultando na deformação de cada uma das correntes de aditivo adicionais na região externa do corpo do misturador de fluxo geralmente oco. As correntes de aditivo adicionais são moldadas em lâminas curvas pelo campo de fluxo volumétrico criado pela parte externa do corpo de misturador de fluxo geralmente oco. Considera-se que existem muitas combinações de injetores de corrente primária e de aditivo que injetam suas correntes tanto internamente como externamente ao corpo do misturador de fluxo geralmente oco.

[0125] A presente invenção foi descrita em termos da concretização preferida, e seus equivalentes, alternativas, e modificações, além dos expressamente citados, são possíveis e estão incluídos no escopo das concretizações anexas.

[0126] É, por exemplo, previsto o uso de mais de quatro lóbulos por região. Uma estrutura de lóbulos múltiplos com lóbulos adicionais por região pode ser usada para misturar mais aditivos com a corrente volumétrica. Outras quantidades e combinações de injetores de corrente de aditivo, dispostos numa variedade de configurações, tanto dentro como fora do corpo de misturador de fluxo, são previstos. Adicionalmente, dois misturadores de fluxo extensionais podem ser dispostos em série tendo um espaço ("gap") com aproximadamente o mesmo diâmetro do condutor de fluxo 24 para promover capacidades adicionais de misturação. O misturador de fluxo extensional 10 pode ser usado para misturar, além de líquidos, um gás com um gás, um gás com um líquido, ou um líquido imiscível com um líquido. Finalmente, o misturador de fluxo extensional 10 pode ser usado em condições de fluxo laminar, de transição ou turbulento.

[0127] Em outra concretização, o misturador de fluxo extensional é seguido por um ou mais elementos misturadores do tipo helicoidal (por exemplo, vide Figura 29) . Conforme mostra a Figura 29, o misturador do tipo helicoidal representativo compreende três elementos misturadores, cada qual representado por uma placa retangular que é torcida ao longo do seu eixo geométrico longitudinal. O comprimento, I₂, representa o comprimento da placa torcida e o diâmetro, d₂, é a largura da placa torcida. O grau de torção é tipicamente de 120 a 210 graus, e preferivelmente de 160 a 180 graus. O grau de torção encontra-se ao longo do eixo geométrico longitudinal da placa retangular. A "borda dianteira do primeiro elemento misturador estático do tipo helicoidal, numa série de tais elementos misturadores, na direção do fluxo volumétrico," é designada como a borda dianteira do primeiro elemento misturador.

[0128] Numa concretização, os elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal são seguidos por elementos misturadores de alto cisalhamento e queda de alta pressão consistindo numa série de barras cruzadas dispostas num ângulo de 45° em relação ao eixo geométrico do tubo (por exemplo, vide figura 30) . A Figura 30 mostra quatro desses elementos misturadores com as mesmas dimensões, dispostos de tal forma que um dos elementos é girado a 90 graus quando comparado com o elemento misturador a ele adjacente, ao longo do eixo geométrico longitudinal. O comprimento, I₂, representa o comprimento da série de barras cruzadas e o diâmetro, d₂ é a largura da série de barras cruzadas.

[0129] Os elementos misturadores do tipo helicoidal, de alto cisalhamento e queda de alta pressão pode ser colocado entre uma bomba de engrenagem e um conjunto de filtros, preferivelmente também seguidos por um peletizador, onde uma extrusora de braço lateral pode alimentar um concentrado de aditivo entre a bomba de engrenagem e o misturador de fluxo extensional num processo de polimerização, especialmente um processo de polimerização de etileno, e a uma taxa relativa à corrente de processo principal de 0,1 a 30 por cento em peso.

[0130] Exemplos representativos de elementos misturadores do tipo helicoidal são os elementos misturadores estáticos tipo Kenics da Chemineer, Inc. Elementos misturadores do tipo helicoidal são também produzidos pela Ross Koflo Corporation e StaMixCo. Elementos misturadores estáticos helicoidais são também designados como "fitas helicoidais torcidas". Exemplos representativos de elementos misturadores de alto cisalhamento e de queda de alta pressão são os elementos misturadores estáticos do tipo SMX da Chemineer, Inc.

[0131] Elementos misturadores de alto cisalhamento e de queda de alta pressão são desenhados de tal forma para induzir uma taxa de cisalhamento que seja de duas a três vezes mais alta que a dos elementos misturadores do tipo helicoidal, e uma queda de pressão que seja pelo menos seis vezes mais alta que a dos elementos misturadores do tipo helicoidal.

[0132] Numa concretização, o pelo menos um elemento misturador estático helicoidal está localizado a uma distância de "metade do diâmetro do condutor de fluxo (D₁ de 1/2) a "duas vezes o diâmetro do condutor de fluxo (D₁ de 2) " a jusante da saída do misturador de fluxo extensional.

[0133] Numa concretização, o pelo menos um elemento misturador estático helicoidal está localizado a uma distância de "metade do diâmetro do condutor de fluxo (D₁ de 1/2) ao "diâmetro do condutor de fluxo (D₁ de 1)" a jusante da saída do misturador de fluxo extensional.

[0134] Numa concretização, o pelo menos um elemento misturador estático helicoidal está localizado de forma tal que o eixo geométrico principal da saída do misturador de fluxo extensional está a 90 graus em relação à borda dianteira do elemento misturador estático helicoidal.

[0135] Numa concretização, a corrente de aditivo é injetada coaxialmente com o fluxo principal e no centro do misturador de fluxo extensional.

[0136] Numa concretização, o injetor coaxial está localizado a uma distância de "pelo menos 0,1 diâmetro do condutor de fluxo (D₁ de 0,1) a "um diâmetro do condutor de fluxo (D₁ de 1)" da saída do misturador de fluxo extensional.

[0137] Numa concretização, o condutor de fluxo é um cilindro que possui uma relação comprimento/diâmetro (L₁/D₁) igual ou maior que 7.

[0138] Em uma concretização, o condutor de fluxo é um cilindro que possui uma relação comprimento/diâmetro (L₁/D₁) de 7 a 40.

[0139] Em uma concretização, o condutor de fluxo é um cilindro que possui uma relação comprimento/diâmetro (L₁/D₁) de 10 a 38.

[0140] Numa concretização, o sistema de misturação compreende pelo menos quatro elementos misturadores estáticos helicoidais colocados de forma tal que a borda dianteira do primeiro elemento misturador estático helicoidal fique situado perpendicularmente em relação ao eixo geométrico principal (eixo principal) da saída do condutor de fluxo extensional.

[0141] Numa concretização, o sistema compreende pelo menos um elemento misturador estático helicoidal seguido de pelo menos um elemento misturador estático de alto cisalhamento e queda de alta pressão.

[0142] Numa concretização, o sistema compreende pelo menos oito elementos misturadores estáticos helicoidais seguido de pelo menos um elemento misturador estático de alto cisalhamento e de queda de alta pressão.

[0143] Numa concretização, o sistema compreende pelo menos dez elementos misturadores estáticos helicoidais seguido de pelo menos um elemento misturador estático de alto cisalhamento e de queda de alta pressão.

[0144] Um sistema de misturação da invenção pode compreender uma combinação de duas ou mais concretizações, conforme aqui descritas.

[0145] Embora a presente invenção seja especialmente útil para misturação e combinação de polímeros e de soluções poliméricas, outras aplicações incluem, embora não se restrinjam a preparações de alimentos e misturas de tintas.

[0146] Por exemplo, o polímero e as soluções poliméricas podem ser combinados quando tiverem viscosidades e taxas de fluxo similares, embora esse sistema de misturação seja mais eficaz quando tanto as relações de viscosidade como as relações de taxa de fluxo não tenderem para a unidade. Por exemplo, numa aplicação, as relações de viscosidade variam de 300:1 a 6.100:1 para correntes principais (volumétricas):correntes de aditivo, e a relação de fluxo correspondente podem variar de 300:1 a 600:1 para as duas mesmas correntes. Em outra aplicação, a relação de viscosidade pode estar na faixa de 100:1 para as correntes volumétricas:correntes de aditivo a 1:100 para as duas correntes, ou seja, a corrente de aditivo pode ter viscosidade maior ou menor do que a corrente volumétrica. Além disso, as relações de taxa de fluxo típicas podem variar de 70:30 a 98:2 em peso para as correntes volumétricas:correntes de aditivo. Mesmo quando se utiliza o misturador de fluxo extensional, a melhor misturação é obtida quando as relações de taxa de viscosidade e fluxo tendem para a unidade.

[0147] Também descobrimos que podem ocorrer problemas se o misturador de fluxo extensional e o misturador a jusante não estiverem corretamente alinhados entre si. Por exemplo, se a corrente de aditivo for mais fria do que a corrente volumétrica, e a saída do misturador de fluxo extensional estiver alinhada diretamente com a borda dianteira do elemento misturador do tipo helicoidal, o impacto sobre o elemento pode causar resfriamento suficiente para possivelmente congelar, contaminar ou precipitar o polímero. Acreditamos agora que o misturador de fluxo extensional é mais eficaz se a "lâmina de fluxo" de saída de nossa invenção estiver em alinhamento perpendicular com a borda dianteira do primeiro elemento a jusante do elemento misturador do tipo helicoidal.

[0148] Também descobrimos que o misturador de fluxo extensional, juntamente com os elementos misturadores do tipo helicoidal, demonstram muito mais melhora nos sistemas de misturação por escoamento em tubo laminar, do que num reator de laço bem misturado, que tivesse misturação quase continua em reator de tanque agitado. Assim, a presente invenção é especialmente útil para a misturação de agentes ou aditivos de neutralização de catalisador por escoamento em tubo, após o reator, e para a misturação de duas correntes de fundido polimérico, tal como misturação em extrusora de braço lateral em processos de polietileno.

[0149] Também descobrimos que a posição e o formato da corrente injetada antes do misturador de fluxo extensional é importante para o desempenho do dispositivo. Estudos de Dinâmica de Fluido Computacional demonstraram que o desempenho melhora se o espaço entre o bico de injeção e o misturador de fluxo extensional for suficiente para permitir que o diâmetro de corrente de injeção se equilibre com o fluxo ao redor, o que pode ocorre entre uma a cinco polegadas.

[0150] O misturador de fluxo extensional utilizado isoladamente pode ser modificado para uma dada aplicação, aumentando-se o tamanho da abertura central no ponto de injeção, para que o diâmetro equilibrado da corrente de aditivo fique ligeiramente menor do que as paredes internas do dispositivo misturador de fluxo extensional. O diâmetro equilibrado da corrente de aditivo pode ser calculado com base na relação volumétrica da corrente principal para a da corrente de aditivo, baseada num balanço de massa simples.

[0151] Descobrimos que o misturador de fluxo extensional é eficaz para misturar fluidos, nos quais a viscosidade de corrente principal possa ser maior ou menor que a da corrente de aditivo.

[0152] Em outra aplicação, esse sistema de misturação pode ser aplicado à adição de agentes de neutralização de catalisador e antioxidantes no processo em solução de polietileno a jusante do reator, onde o objetivo consiste em hidrolisar o catalisador e neutralizar o ácido que se forma. Não é fácil medir a misturação em linha. Portanto, a misturação pode ser inferida medindo-se o ácido no espaço de vapor de um tanque a jusante do ponto de injeção: quanto maior for o ácido medido, pior será a misturação.

[0153] Um sistema de misturação da invenção pode compreender uma combinação de duas ou mais concretizações, conforme aqui descrito.

Experimental Informações Gerais

[0154] O misturador de fluxo extensional (EFM) em todos os estudos descritos abaixo consta no desenho mostrado na Figura 1, com dois lóbulos da região de compressão e dois lóbulos da região extensional. Vide também, o elemento EFM da Figura 31.

[0155] A Dinâmica de Fluido Computacional (CFD; sofware FLUENT da Fluent Inc., versão 6.3, 2006) é usada em alguns dos estudos abaixo para simular um caso típico de injeção de aditivos utilizando as seguintes condições: as duas correntes de liquido (fluxo volumétrico e fluxo de aditivo) são modeladas como duas espécies diferentes num sistema de fluido-fase simples. A viscosidade em cada nó é considerada como a média da lei de terceira potência: μ^1/3= x₁μ₁ ^1/3 + x₂μ₂ ^1/3, onde x₁ e x₂ referem-se às frações de massa das duas correntes, e μ₁ e μ₂ referem-se às viscosidades das duas correntes. As frações de massa e as viscosidades são inseridas no programa de software e baseiam-se em casos desejados. Uma condição limite de "saída de pressão" é selecionada para a saída do condutor de fluxo e ajustada à pressão atmosférica. Condições limite de "entrada de fluxo de massa" são selecionadas para os dois limites de entrada (correntes volumétricas e de aditivo). A corrente de aditivo é definida ajustando-se o valor de fração de massa para "um" na entrada de corrente lateral. Grades computacionais híbridas são construídas e consistem de uma malha não estruturada tanto para o misturador de fluxo extensional como para os elementos misturadores estáticos de alto cisalhamento e de queda de alta pressão, e de uma malha estruturada construída para os elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal. O tamanho aproximado da grade pra a geometria completa (um misturador de fluxo extensional e 23 elementos misturadores estáticos) é aproximadamente de até 10 milhões de nós.

[0156] O grau de misturação é calculado utilizando o coeficiente de variância em cada caso. O coeficiente de variância é determinado utilizando-se o desvio relativo da concentração local da concentração média num plano axial na extremidade de cada elemento misturador. Portanto, quanto menor for o valor do coeficiente de variância, melhor será o grau de misturação.

[0157] Definição de Coeficiente de Variação: o CoV é determinado utilizando-se o desvio relativo da concentração local a partir da concentração média, conforme expresso na Equação 1 abaixo.

[0158] Aqui, C é a concentração local da corrente de aditivo, e Cavg é a concentração média ao longo do plano axial na misturação. A concentração média é calculada supondo-se uma misturação perfeita das duas correntes. Uma vez calculado o CoV local em cada nó num plano axial, o CoV médio para o plano é calculado como a média ponderai de massa para aquele plano axial. Um valor baixo de CoV implica numa misturação altamente homogênea.

[0159] A queda de pressão (conforme discutido nesta seção) é a diferença de pressão desde a entrada da injeção, logo a montante do misturador de fluxo extensional, até a saída final do último elemento misturador em cada sistema de misturação, conforme abaixo descrito.

Estudo 1 - Medição de Ácido

[0160] O sistema de misturação consiste em um condutor de fluxo de 2 polegadas (tubo com diâmetro interno de 1,94") com um misturador de fluxo extensional com dois lóbulos (vide Figura 1) , e com o aditivo sendo injetado coaxialmente no centro do misturador de fluxo extensional (EFM) utilizando um tubo de meia polegada. A jusante do misturador encontra-se outro injetor (tubo) colocado perpendicularmente ao fluxo principal, com um tubo de um quarto a meia polegada de diâmetro instalado de forma que a ponta do tubo fique no centro do fluxo principal, e a ponta seja cortada a 45° e colocada a uma distância de uma polegada do misturador de fluxo extensional. A jusante desse injetor estão 12 elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (vide figura 31). A Figura 31 mostra o injetor coaxial; um espaço ("gap") de 2 polegadas; o EFM (I₂= 1,94 polegadas, d₂= 1,94 polegadas); o espaço, g₂, D₁ de 1,0 entre o EFM e o primeiro elemento misturador estático helicoidal; outro injetor perpendicular ao fluxo principal situado dentro desse espaço; e seis dos elementos misturadores helicoidais. Cada elemento misturador do tipo helicoidal tem as mesmas dimensões dos outros (I₂= 2,90 polegadas, d₂= 1,94 polegadas) . O condutor de fluxo tem um L₁/D₁= 21.

[0161] A injeção é executada de forma que o agente neutralizante de ácido ingresse no processo a montante (injeção coaxial) ou a jusante (derivação de porta de injeção), enquanto o sistema está operando em condições de estado constante. Um conjunto de leituras (vide sonda GASTEC abaixo) é tomado e a injeção comutada na posição alternada. Após um tempo suficiente para que o sistema atinja um novo estado constante, outro conjunto de leituras é tomado, e o processo repetido por aproximadamente um mês. As leituras são comparadas utilizando-se o software de análise estatística JMP, versão 8 (JMP é a versão 8 do pacote de software estatístico da SAS Corporation) para suas médias e desvios padrão. Os resultados são mostrados na Figura 23, e a comparação de pares Tukey-Kramer na Tabela 1. O método Tukey- Kramer compara os valores médios de tamanho de amostra desigual. Os valores médios das medições de ácido são aproximadamente de 9 e 4 partes por milhão em volume, respectivamente, para os casos em que a injeção é realizada a jusante e a montante do misturador de fluxo extensional.

[0162] Todos os métodos para medir o ácido envolvem o uso de tubos de detector GASTEC No.l4L com uma bomba de amostragem de gás manual GASTEC GV-1000. O procedimento de amostragem consiste no seguinte: gás da corrente de vapor do tanque a jusante é coletado em sacos para gás TEDLAR de 1 ou 3 litros, via conexão por tubulação, após a linha ser purgada. O tubo é enganchado no saco de amostra em uma das extremidades na bomba em outra extremidade. Uma amostra de gás de teste é arrastada para dentro do tubo utilizando-se uma ação do tipo seringa (bomba) , à medida que o saco é inflado, e outra amostra de gás de teste é arrastada no prazo de 10 a 15 minutos após obtenção da primeira amostra. A mudança de cor no detector indica o nível de "volume em partes por milhão" de ácido clorídrico (HCl) na corrente. A média das duas leituras, que são quase idênticas em todos os casos, é registrada.

[0163] Conforme consta na Tabela 1, foram observados níveis mais baixos de ácido quando o agente neutralizante de ácido ingressou no misturador de fluxo extensional via porta de injeção coaxial.

Estudo 2 - Grau de misturação

[0164] Uma simulação típica (usando o software e as técnicas descritas acima na Seção de Informações Gerais) compreende o seguinte: a) um sistema de misturação contendo um injetor perpendicular ao fluxo principal com um tubo de um quarto a meia polegada de diâmetro colocado de forma que a ponta do tubo esteja no centro do fluxo principal, e a ponta seja cortada a 45°; seguido de um espaço ("gap") de D₁ de 0,5 seguido de doze elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (cada um tendo I₂= 0, 6858 m, d₂= 0, 4572 m) ; e sem misturador de fluxo extensional; e b) um sistema de misturação contendo um injetor coaxial; seguido de um espaço de D₁ de 0,4, g₁; um misturador extensional (I₂₌ 0,4572 m, d₂= 0, 4572 m) ; seguido de um espaço de 1,0 D₁, g₂, seguido de doze elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (cada um tendo I₂= 0,6858m, d₂= 0,4572 m) . A densidade das duas correntes é de 741 kg/m³, e as duas configurações de misturação são encerradas num condutor de fluxo de D₁= 0,4572 m.

[0165] Os resultados da simulação estão resumidos na Figura 2, onde o coeficiente de variância é plotado contra o número de elementos misturadores do tipo helicoidal. As simulações predizem que o coeficiente de variância poderia se situar entre 0,80 a 0,15 com adição do misturador de fluxo extensional a montante dos misturadores estáticos helicoidais.

Estudo 3 - Grau de misturação/Energia Mínima

[0166] A Dinâmica de Fluxo Computacional (conforme discutido acima) é utilizada para simular vários casos na tentativa de obter misturação melhorada com exigência mínima de energia na forma de queda de pressão. Quatro casos, conforme mostrado como exemplos na Figura 25, comparam o coeficiente final de variância na saída de um sistema de misturação que inclui uma injeção coaxial num misturador de fluxo extensional seguido de uma série de vários misturadores estáticos. Cada configuração é selecionada de forma que a queda global de pressão seja aproximadamente a mesma em todos os casos. Em todos os casos, o diâmetro do condutor de fluxo, D₁, é de 9,75 polegadas e a corrente do injetor ingressa através de um tubo de 0,48 polegadas. O fluxo volumétrico é de 149.000 kg/h e o fluxo de aditivo é de 750 kg/h. A viscosidade da corrente volumétrica é de 6.000 cp e a viscosidade da corrente de aditivo é de 1 cp.

[0167] O caso base é descrito a seguir: um tubo de injetor coaxial de 0,48 polegadas de diâmetro, seguido de um espaço de 0,4 D₁ (g₁), seguido de um misturador de fluxo extensional (d₂= 9,75 polegadas, I₂= 9,75 polegadas), seguido de um espaço de 1,0 D₁ (g₂) , seguido de doze elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (d₂ de cada elemento= 9,75 polegadas, I₂= 14,625 polegadas).

[0168] O caso I é descrito a seguir: um tubo de injetor coaxial de 0,48 polegadas de diâmetro, seguido de um espaço de D₁ de 0,4 (g₁) , seguido de um misturador de fluxo extensional (d₂= 9,75 polegadas, I₂= 9,75 polegadas), seguido de um espaço de 1/2 D₁ (g₂) , seguido de um elemento misturador estático de alto cisalhamento e queda de alta pressão consistindo de uma série de barras cruzadas dispostas num ângulo de 45° em relação ao eixo geométrico do tubo (tal como SMX, d₂= 9,75 polegadas, I₂= 9,75 polegadas), seguido de um espaço de 0,5 D₁, seguido de seis elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (d₂ de cada elemento= 9,75 polegadas, I₂= 14,625 polegadas).

[0169] O caso II é descrito a seguir: um tubo de injetor coaxial de 0,48 polegadas de diâmetro, seguido de um espaço de 0,4 D₁ (g₁) , seguido de um misturador de fluxo extensional (d₂= 9,75 polegadas, I₂= 9,75 polegadas), seguido de um espaço de 1,0 D₁ (g₂), seguido de quatro elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (d₂ de cada elemento= 9,75 polegadas, I₂= 14,625 polegadas), seguido de um espaço de 1,0 D₁, seguido de um elemento miturador estático de alto cisalhamento e queda de alta pressão (tal como SMX, d₂= 9,75 polegadas, I₂= 9,75 polegadas), seguido de um espaço de 1,0 D₁, seguido de dois elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (cada elemento d₂= 9,75 polegadas, I₂= 14.625 polegadas).

[0170] O caso III é descrito a seguir: um tubo de injetor coaxial de 0,48 polegadas de diâmetro, seguido de um espaço de 0,4 D₁ (g₁) , seguido de um misturador de fluxo extensional (d₂= 9,75 polegadas, I₂= 9,75 polegadas), seguido de um espaço de 1,0 D₁ (g₂) , seguido de seis elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (d₂ de cada elemento= 9,75 polegadas, I₂= 14,625 polegadas), seguido de um espaço de 1,0 D₁, seguido de um elemento miturador estático de alto cisalhamento e queda de alta pressão (tal como SMX, d₂= 9,75 polegadas, I₂= 9,75 polegadas).

[0171] O caso base (vide Figura 25) tem um coeficiente de variância estimado (vide Equação 1) de 0,15. O Caso I tem um coeficiente de variância estimado de 0,24. O Caso II tem um coeficiente de variância estimado de 0,14. O Caso III tem um coeficiente de variância estimado de 0,085. Tendo em vista que todos os três casos têm quedas de pressão muito similares, a configuração mostrada no Caso III é a mais desejável para misturar essas correntes.

Estudo 4 - Grau de misturação/Simulações com Configurações de Sistema de Misturação Diferentes/Combinação de Duas Resinas

[0172] Outra aplicação do sistema de misturação consiste em combinar resinas de viscosidades diferentes. A resina que é adicionada na forma de uma corrente menor na resina do fluxo principal pode ser mais ou menos viscosa do que a resina de fluxo principal, ou ter a mesma viscosidade da resina de fluxo principal. As simulações da Dinâmica de Fluido Computacional (vide acima) indicam que o sistema de misturação compreendendo uma injeção coaxial através do misturador de fluxo extensional, seguido de elementos misturadores do tipo helicoidal, seguido de elementos misturadores adicionais de alto cisalhamento e de queda de alta pressão (consistindo de uma série de barras cruzadas dispostas num ângulo de 45° em relação ao eixo geométrico do tubo) é superior ao uso de uma injeção do tipo tangencial a montante de elementos misturadores do tipo helicoidal, quando os dois sistemas foram comparados em relação a requisitos de energia similares na forma de queda de pressão. O diâmetro interno do condutor de fluxo é de D₁= 9,75 polegadas e a injeção de aditivo tem um diâmetro de 0,48 polegadas. O misturador de fluxo extensional tem um diâmetro de 9,75 polegadas e 9,75 polegadas de comprimento. Cada elemento misturador estático do tipo helicoidal é similar, com d₂= 9.75 polegadas e I₂= 14,625 polegadas. Cada elemento misturador de alto cisalhamento e queda de alta pressão (consistindo de uma série de barras cruzadas dispostas num ângulo de 45° em relação ao eixo geométrico do tubo) tem d₂= 9.75 polegadas e I₂= 9,75 polegadas. Além disso, espera-se uma melhora na misturação caso o sistema de misturação compreenda uma injeção coaxial a montante do misturador de fluxo extensional, seguido de espaço no diâmetro de um tubo, seguido de elementos misturadores do tipo helicoidal, em comparação com um sistema compreendendo injeção coaxial a montante do misturador de fluxo extensional, seguido de espaço no diâmetro de um tubo, seguido de elementos misturadores de alto cisalhamento e queda de alta pressão (consistindo de uma série de barras cruzadas dispostas num ângulo de 45° em relação ao eixo geométrico do tubo) se os dois sistemas misturadores forem comparados considerando os mesmos requisitos de queda de pressão.

[0173] A Figura 26 apresenta o coeficiente de variância (definido na Equação 1) para a combinação de duas resinas, com a resina de fluxo principal tendo uma viscosidade de aproximadamente 30.500 poises, e a resina da corrente lateral tendo uma viscosidade de aproximadamente 20.000 poises. A relação de fluxo da corrente lateral para a corrente principal é de 8,3 em termos de massa. Três casos são comparados na Figura 26, todos mostrando o grau de misturação à mesma queda de pressão, sendo o coeficiente de variância mostrado na extremidade de cada sistema de misturação.

[0174] O Caso (a) , na Figura 26, compreende um sistema de misturação consistindo de uma injeção perpendicular ao fluxo volumétrico com um tubo que não se projeta para dentro do fluxo volumétrico, seguido de um espaço de 0,5 D₁, seguido de 14 elementos misturadores do tipo helicoidal e exibe um coeficiente de variância de 0,047. O Caso (b), na Figura 26, compreende uma injeção coaxial seguida de um espaço de 2 polegadas (g₁) a montante de um misturador de fluxo extensional (d₂= 9,75 polegadas e I₂= 9,75 polegadas) seguido de espaço no diâmetro de um tubo (1,0 D₁, g₂ ), seguido de treze elementos misturadores do tipo helicoidal (cada elemento tendo d₂= 9,75 polegadas e I₂= 14,625 polegadas). O Caso (b) tem um coeficiente de variância de 0,017. O Caso (c) , na Figura 26, compreende um sistema de misturação consistindo de uma injeção coaxial seguida de um espaço de 2 polegadas (g₁) , seguido de um espaço de 2 polegadas (g₁) a montante de um misturador de fluxo extensional (d₂= 9,75 polegadas e I₂= 9,75 polegadas), seguido de espaço no diâmetro de um tubo (1,0 D₁, g₂) , seguido de dois elementos misturadores de alto cisalhamento e de queda de alta pressão (consistindo de uma série de barras cruzadas, dispostas num ângulo de 45° em relação ao eixo geométrico do tubo (elementos misturadores do tipo SMX, cada elemento tendo um d₂= 9,75 polegadas e I₂= 9,75 polegadas, o segundo elemento girado num ângulo de 90 graus com respeito ao primeiro elemento). O Caso (c) tem um coeficiente de variância de 0,23.

[0175] Essas simulações mostram que uma injeção coaxial a montante do misturador de fluxo extensional melhora a misturação quando essa configuração é colocada a montante de elementos misturadores do tipo helicoidal, com o número de elementos misturadores do tipo helicoidal ajustado para que os dois sistemas misturadores exibam aproximadamente a mesma queda de pressão. Além disso, elementos misturadores de alto cisalhamento e queda de alta pressão, consistindo de uma série de barras cruzadas, dispostas num ângulo de 45° em relação ao eixo geométrico do tubo, não são tão eficientes na misturação de resinas de diferentes viscosidades como o são os elementos misturadores do tipo helicoidal, quando comparados a quedas de pressão similares.

Estudo 5 - Grau de Misturação/Resinas de Viscosidades Diferentes/Simulações

[0176] Outra série de simulações é executada comparando-se um caso de combinação de duas resinas com uma viscosidade de corrente volumétrica de 5.000 poises e uma viscosidade de 20.000 poises de pequena corrente, e a quantidade da pequena corrente que ingressa a 7,5 por cento em peso do fluxo total. Dois casos são comparados quanto ao grau de misturação, e as simulações mostradas na Figura 27.

[0177] O Caso (a) , na Figura 27, compreende um sistema de misturação que inclui uma injeção coaxial de um tubo de 0,25 polegadas para dentro de um condutor de fluxo de 2,3 polegadas de diâmetro interno D₁. A injeção coaxial é seguida por um espaço de 1 polegada (g₁) a montante do misturador de fluxo extensional (d₂= 2,3 polegadas, I₂= 2,3 polegadas), seguido de um espaço de 1,0 D₁, e então seguido por dezoito elementos misturadores do tipo helicoidal (d₂= 2,3 polegadas, I₂= 3,0 polegadas), todos num condutor de 2,3 polegadas de diâmetro interno, D₁.

[0178] O Caso (b) , na Figura 27, compreende um sistema de misturação que inclui uma injeção coaxial de um tubo de 0,25 polegadas para dentro de um condutor de fluxo de 2,3 polegadas de diâmetro interno D₁. A injeção coaxial é seguida por um espaço de 1 polegada (g₁) a montante do misturador de fluxo extensional (d₂= 2,3 polegadas, I₂= 2,3 polegadas), seguido de um espaço de 1,0 D₁, e então seguido por nove elementos misturadores do tipo helicoidal (d₂= 2,3 polegadas, I₂= 3,0 polegadas), todos num condutor de 2,3 polegadas de diâmetro interno, D₁; um adaptador de diâmetro para aumentar o diâmetro do condutor de 2,3 para 3,2 polegadas de diâmetro interno, seguido de três elementos misturadores de alto cisalhamento e de queda de alta pressão, consistindo de uma série de barras cruzadas, dispostas num ângulo de 45° em relação ao eixo geométrico do tubo (elemento do tipo SMX, cada qual com d₂=3,2 polegadas, I₂=3,2 polegadas, cada qual girado num ângulo de 90 graus com respeito ao elemento anterior e todos dentro de um condutor de 3,2 polegadas).

[0179] O Caso (a) na Figura 27 tem um coeficiente de variância (definido na Equação 1) de 0,0063 na extremidade do sistema de misturação e uma queda de pressão estimada de 91 libras força por polegada quadrada. O Caso (b) na Figura 27 tem um coeficiente de variância de 0,0019 na extremidade do sistema de misturação e uma queda de pressão estimada de 80 libras força por polegada quadrada.

Estudo 6 - Grau de Misturação/Resinas de Viscosidades Diferentes/Experimentos Laboratoriais

[0180] As simulações mostradas no Estudo 5 acima são também testadas com a mesma configuração descrita em ambiente laboratorial. O polímero é coletado por um peletizador submerso e as pelotas de polímero resultantes são testadas utilizando várias técnicas analíticas. Na extremidade da instalação de misturação existe uma válvula de desvio que se abre, permitindo que o polímero escoe para fora do sistema na forma de uma "corda/filamento" cilíndrico continuo. Para fins de visualização, aproximadamente vinte por cento em peso de pelotas na corrente de injeção de aditivo são substituídas por pelotas combinadas com um por cento em peso de negro de carbono. Portanto, à medida que as duas correntes são combinadas, pode-se observar os estriamentos e avaliar o grau de misturação. Uma forma de observar a misturação consiste em obter uma lasca da "corda/filamento" polimérico cilíndrico, através de um corte perpendicular à direção axial e um corte ao longo do eixo geométrico do tubo, e examinar a amostra sob a luz.

[0181] A Figura 28 compara três casos para as mesmas propriedades físicas e taxas de escoamento descritas no Estudo 5 acima, e três configurações. O Caso (a) compreende um sistema de misturação que inclui uma injeção de um tubo de 0,25 polegadas perpendicular na direção do fluxo, mas que não se projeta para dentro do condutor de fluxo volumétrico de 2,3 polegadas de diâmetro interno, D₁. A injeção perpendicular é seguida de um espaço de 1 polegada (g₁) a montante do misturador de fluxo extensional (d₂= 2,3 polegadas, I₂= 2,3 polegadas), seguida de um espaço de 1,0 D₁, então seguida por dezoito elementos misturadores do tipo helicoidal (d₂=2,3 polegadas, I₂=3,0 polegadas), todos dentro de um condutor de 2,3 polegadas de diâmetro interno.

[0182] O Caso (b) tem exatamente a mesma configuração de misturação do Caso (a) da Figura 27. O Caso (c) tem exatamente a mesma configuração de misturação do Caso (b) da Figura 27. A Figura 28 mostra os estriamentos axiais e longitudinais representando o grau de misturação para os três casos descritos acima. Na Figura 28, os domínios que contém o material preto (corrente secundária) ou o material branco (corrente primária) são menores para o Caso (b) se comparado ao Caso (a) Além disso, os domínios são distribuídos mais uniformemente ao longo de todo o diâmetro do condutor para o Caso (c) se comparado ao Caso (b) O Caso (c) na Figura 28 oferece melhora marginal em relação ao Caso (b) A queda de pressão estimada para o Caso (a) na Figura 28 é de 86,5 libras força por polegada quadrada, e para o Caso (b) na Figura 28, a queda de pressão é estimada em 91 libras força por polegada quadrada. A queda de pressão para o Caso (c) na Figura 28 é estimada em 80 libras força por polegada quadrada.

Estudo 7 - Simulação de Configurações de Misturação Diferentes

[0183] O estudo seguinte apresenta simulações de cinco configurações de misturação com as propriedades físicas e condições operacionais mostradas na Tabela 2 e utiliza o software e as técnicas descritas acima. A viscosidade do aditivo é simulada utilizando-se a seguinte equação:

com λ= 47,965 (s) ; n=0,5624; γ= taxa de cisalhamento (s^-1) , calculada no nó; η₀=38873, 4; η_∞=1.

[0184] A Configuração Comparativa A compreende um sistema de misturação que inclui uma injeção de um tubo de 2 polegadas perpendicular na direção do fluxo e colocado de forma tal que a ponta do tubo fique no centro do fluxo principal, e a ponta seja cortada a 45°, dentro de um condutor de fluxo de 23 polegadas de diâmetro interno, D₁; seguida de um espaço de 0,5 D₁; seguida de 18 elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (cada elemento tendo d₂=23 polegadas e I₂= 17,7 polegadas); todos dentro do condutor de fluxo de diâmetro interno D₁.

[0185] A Configuração Comparativa B compreende um sistema de misturação que inclui uma injeção de um tubo de 2 polegadas perpendicular na direção do fluxo e colocado de forma tal que a ponta do tubo fique no centro do fluxo principal, e a ponta seja cortada a 45°, dentro de um condutor de fluxo de 23 polegadas de diâmetro interno, D₁; seguida de um espaço de 0,5 D₁; seguida de 23 elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (cada elemento tendo d₂=23 polegadas e I₂= 17,7 polegadas); todos dentro do condutor de fluxo de diâmetro interno D₁.

[0186] A Configuração Inventiva (1) compreende um sistema de misturação que inclui uma injeção coaxial de um tubo de 2 polegadas com a direção do fluxo, tendo uma extensão de 4 polegadas para dentro do fluxo, e colocado dentro de um condutor de fluxo de 23 polegadas de diâmetro interno, D₁; seguido de um espaço de 0,5 D₁; seguido de um misturador de fluxo extensional (d₂=23 polegadas, I₂=23 polegadas); seguido de um espaço de 1,0 D₁; seguido de 19 elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (cada elemento tendo d₂=23 polegadas e I₂=17,7 polegadas); todos dentro do condutor de fluxo de diâmetro interno D₁.

[0187] A Configuração Comparativa C compreende um sistema de misturação que inclui uma injeção de um tubo de 1 polegada perpendicular na direção do fluxo e colocado de forma tal que a ponta do tubo fique no centro do fluxo principal, e a ponta seja cortada a 45°, dentro de um condutor de fluxo de 9 polegadas de diâmetro interno, D₁; seguida de um espaço de 0,5 D₁; seguida de 18 elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (cada elemento tendo d₂=9 polegadas e I₂= 13,5 polegadas); todos dentro do condutor de fluxo de diâmetro interno D₁.

[0188] A Configuração Comparativa D compreende um sistema de misturação que inclui uma injeção de um tubo de 1 polegada perpendicular na direção do fluxo e colocado de forma tal que a ponta do tubo fique no centro do fluxo principal, e a ponta seja cortada a 45°, dentro de um condutor de fluxo de 9 polegadas de diâmetro interno, D₁; seguida de um espaço de 0,5 D₁; seguida de 18 elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (cada elemento tendo d₂=9 polegadas e I₂= 6,9 polegadas); todos dentro do condutor de fluxo de diâmetro interno D₁.

[0189] O coeficiente de variância, CoV (conforme definido na Equação 1) na saída do sistema de misturação é usado para determinar o grau de misturação nas diferentes configurações. A Configuração Comparativa A tem o CoV mais alto, indicando uma misturação mais precária. As simulações mostram que a Configuração Inventiva 1 é superior às Configurações Comparativas A ou B, mesmo que a Configuração Comparativa B compreenda elementos misturadores mais estáticos do que a Configuração Inventiva 1. Além disso, obtém-se melhor misturação com uma queda de pressão ligeiramente mais alta do que a Configuração Comparativa A e muito menor que a Configuração Comparativa B. As Configurações Comparativas C e D indicam que o grau de misturação é melhor que o de uma configuração que possua as mesmas propriedades físicas e condições de fluxo, porém com um condutor de fluxo tendo um diâmetro maior ou elementos misturadores com I₂/d₂ menor. A Configuração Inventiva 1 mostra uma misturação melhor do que todos os casos comparativos, mesmo que a Configuração Inventiva 1 tenha um diâmetro de condutor de fluxo maior que a configuração comparativa D, e um I₂/D₂ menor que a Configuração Comparativa C.
Tabela 2: Comparação de quatro sistemas de misturação comparativos e um sistema de misturação inventivo para as mesmas taxas de escoamento e propriedades físicas, porém com configurações diferentes.

Estudo 8 - Medições de Ácido com Duas Configurações de Misturação Diferentes

[0190] As medições de ácido são realizadas utilizando a mesma técnica experimental, equipamentos e localização equivalente do Estudo 1 acima. O condutor de fluxo é um condutor de 10 polegadas (9,3 polegadas de diâmetro interno); o injetor de aditivo é um tubo de 1 polegada; o fluxo volumétrico é de aproximadamente 48 kg/s; o fluxo de aditivo é de aproximadamente 0,20 kg/s; a densidade das duas correntes é de aproximadamente 780 kg/m³; a viscosidade de fluxo volumétrico varia de menos de 1.000 a aproximadamente 6.000 cp; a viscosidade da corrente de aditivo é de menos de 1.000 a aproximadamente 6.000 cp; a viscosidade da corrente de aditivo é de aproximadamente 1 cp.

[0191] Configuração Comparativa E: o injetor de aditivo perpendicular ao fluxo volumétrico, e posicionado para que a ponta do tubo situe-se no centro do condutor de fluxo volumétrico e a ponta seja cortada a 45°; seguido de um espaço de 0,4 D₁; seguido de seis elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (todos com d₂ de 9,3 polegadas e I₂ de 14, 625 polegadas); seguido de um espaço de 1 D₁; seguido de seis elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (todos com d₂ de 9,3 polegadas e I₂ de 14,625 polegadas).

[0192] Configuração Inventiva 2: injetor de aditivo coaxial ao fluxo volumétrico com um comprimento de 4 polegadas em linha com o fluxo; seguido de um espaço de 0,2 D₁, g₁; seguido de um EFM (d₂= 9,3 polegadas e I₂=9,3 polegadas) ; seguido de espaço de 1 D₁, g₂; seguido de 13 elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (todos com d₂ de 9,3 polegadas e I₂ de 12,1 polegadas) com a borda dianteira do primeiro elemento helicoidal posicionada perpendicularmente ao eixo geométrico principal (eixo principal) da saída do EFM.

[0193] A Figura 32 mostra as medições de ácido para os dois casos (Comparativo E e Inventivo 2), conforme ilustrado utilizando software JMP (definido acima) e o teste Tukey- Kramer. O teste Tukey-Kramer mostra que os valores médios das medições de ácido nas configurações comparativas e inventivas são significativamente diferentes, com intervalo de confiança de 95%. A Tabela 3 abaixo mostra os detalhes nos valores médios e desvios padrão para essas configurações. Para a Configuração Inventiva 2, o valor médio é reduzido em aproximadamente 65%, se comparado com a Configuração Comparativa E, e o desvio padrão é reduzido em aproximadamente 50% na Configuração Inventiva 2, se comparado com a Configuração Comparativa E. Esses resultados indicam que a Configuração Inventiva 2 é superior na misturação das duas correntes se comparada com a Configuração Comparativa E.

Estudo 9 - Simulações de Configurações Diferentes de Misturação para Injeção de Aditivo

[0194] O estudo seguinte apresenta simulações de oito casos para seis configurações de misturação utilizando as propriedades físicas e condições operacionais mostradas na Tabela 4, utilizando o software e as técnicas descritas acima. Existem duas configurações comparativas e quatro configurações inventivas. Para todos os casos, o condutor de fluxo é um tubo de 10 polegadas (diâmetro interno de 9,3 polegadas) e o injetor é um tubo de 1 polegada. As taxas de fluxo volumétrico e de aditivo são mostradas na Tabela 4. A viscosidade da corrente volumétrica é mostrada na Tabela 4, e a viscosidade da corrente de aditivo é considerada como de 1 cp.

[0195] A Configuração Comparativa F é a seguinte: injetor de aditivo perpendicular ao fluxo volumétrico, posicionado de forma que a ponta do tubo fique no centro do condutor de fluxo volumétrico, e a ponta seja cortada a 45°; seguido de um espaço de 0,4 D₁; seguido de nove elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (todos com d₂=9,3 polegadas e I₂ de 14,625 polegadas); todos num condutor de fluxo com L₁/D₁ de 14,0.

[0196] A Configuração Comparativa G é a seguinte: injetor de aditivo perpendicular ao fluxo volumétrico, colocado de forma tal que a ponta do tubo situe-se no centro do condutor de fluxo volumétrico e a ponta seja cortada a 45°; seguido de um espaço de 0,4 D₁; seguido de 12 elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (todos com d₂ de 9,3 polegadas e I₂ de 14,625 polegadas); todos num condutor de fluxo com L₁/D₁ de 18,5.

[0197] Configuração Inventiva 3: injetor de aditivo coaxial ao fluxo volumétrico com 4 polegadas de comprimento em linha com o fluxo; seguido de espaço de 0,2 D₁, g₁; seguido de um EFM (d₂= 9,3 polegadas e I₂= 9,3 polegadas); seguido de espaço de 1 D₁, g₂; seguido de oito elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (todos com d₂ de 9.3 polegadas e I₂ de 11,2 polegadas), com a borda dianteira do primeiro elemento helicoidal posicionada perpendicularmente ao eixo geométrico principal (eixo principal) da porta de saída do EFM; todos num condutor de fluxo tendo L₁/D₁ de 11,0.

[0198] Configuração Inventiva 4: injetor de aditivo coaxial ao fluxo volumétrico com 4 polegadas de comprimento em linha com o fluxo; seguido de espaço de 0,2 D₁, g₁; seguido de um EFM (d₂= 9,3 polegadas e I₂= 9,3 polegadas); seguido de espaço de 1 D₁, g₂; seguido de 13 elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (todos com d₂ de 9.3 polegadas e I₂ de 11,2 polegadas), com a borda dianteira do primeiro elemento helicoidal posicionada perpendicularmente ao eixo geométrico principal (eixo principal) da porta de saída do EFM; todos num condutor de fluxo tendo L₁/D₁ de 17,0.

[0199] Configuração Inventiva 5: injetor de aditivo coaxial ao fluxo volumétrico com 4 polegadas de comprimento em linha com o fluxo; seguido de espaço de 0,2 D₁, g₁; seguido de um EFM (d₂= 9,3 polegadas e I₂= 9,3 polegadas); seguido de espaço de 1 D₁, g₂; seguido de dezoito elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (todos com d₂ de 9,3 polegadas e I₂ de 11,2 polegadas), com a borda dianteira do primeiro elemento helicoidal posicionada perpendicularmente ao eixo geométrico principal (eixo principal) da porta de saída do EFM; todos num condutor de fluxo tendo L₁/D₁ de 23,0.

[0200] Configuração Inventiva 6: injetor de aditivo coaxial ao fluxo volumétrico com 4 polegadas de comprimento em linha com o fluxo; seguido de espaço de 0,2 D₁, g₁; seguido de um EFM (d₂= 9,3 polegadas e I₂= 9,3 polegadas); seguido de espaço de 1 D₁, g₂; seguido de 11 elementos misturadores estáticos do tipo helicoidal (todos com d₂ de 9,3 polegadas e I₂ de 11,2 polegadas), com a borda dianteira do primeiro elemento helicoidal posicionada perpendicularmente ao eixo geométrico principal (eixo principal) da porta de saída do EFM; todos num condutor de fluxo tendo L₁/D₁ de 17,9.

[0201] Há oito casos apresentados na Tabela 4 para as cinco configurações descritas acima. Conforme mostra a Tabela 4, a Configuração Inventiva 3 mostra um CoV muito melhor do que a Configuração Comparativa F, para as mesmas condições e queda de pressão. As Configurações Inventivas 4 e 5 demonstram que o grau de misturação pode ser melhorado ainda mais com aumentos mínimos na queda de pressão, em comparação com a Configuração Comparativa F. A Configuração Inventiva 6 e a Configuração Inventiva 4 para os casos 6 e 7, respectivamente, demonstram ter um grau de misturação melhor do que a Configuração Comparativa G, para uma queda de pressão igual ou menor, e sob as mesmas condições de processamento. A Configuração Inventiva 5 no caso 8 demonstra um grau de misturação muito melhor do que a Configuração Comparativa G para as mesmas condições de processamento, com um aumento mínimo na queda de pressão.

[0202] Embora a presente invenção tenha sido descrita em consideráveis detalhes nos exemplos anteriormente citados, tais detalhes servem para ilustrar e não devem ser interpretados como limitação ao escopo da invenção, conforme descrito nas reivindicações a seguir.

Claims

Sistema de misturação, compreendendo:
- A) pelo menos um misturador de fluxo extensional (110, 210) compreendendo:
- um corpo de misturador de fluxo aberto e oco (112, 212) tendo uma superfície externa perfilada (114, 214) e contendo:
- uma porta de entrada simples (118, 218) e uma porta de saída simples (120, 220) ;
- um meio de compressão de uma corrente volumétrica que escoa pelo corpo de misturador numa direção de fluxo, e pelo menos uma corrente de aditivo injetada na porta de entrada simples (118, 218) na direção do fluxo; e
- um meio para ampliar a corrente volumétrica e a corrente de aditivo injetada, aumentando uma área interfacial entre a corrente volumétrica e a corrente de aditivo injetada a medida que a corrente volumétrica e a corrente de aditivo injetada escoam pelo corpo de misturador de fluxo (112, 212) na direção de fluxo, promovendo a misturação da corrente volumétrica e da corrente de aditivo injetada;
- B) um condutor de fluxo (123, 223) tendo um eixo geométrico longitudinal e um corpo de misturador de fluxo aberto e oco fixado ao mesmo; e
- C) um injetor de corrente de aditivo primária (132, 232) posicionado na porta de entrada do corpo de misturador de fluxo, sendo que o injetor de corrente de aditivo primária (132, 232) injeta uma corrente de aditivo no interior do misturador de fluxo na direção de fluxo, quando a corrente volumétrica está escoando pelo corpo de misturador de fluxo permitindo a compressão e a ampliação, em conjunto, da corrente volumétrica e da corrente de aditivo, dentro do misturador de fluxo extensional (110, 210), facilitando a misturação da corrente volumétrica e da corrente de aditivo primária numa saída do misturador de fluxo extensional (110, 210); sendo o sistema
caracterizado pelo fato de o misturador de fluxo extensional (110, 210) ser seguido por
- D) um primeiro elemento misturador estático helicoidal que tem pelo menos a metade do "diâmetro (D1) do condutor de fluxo" a jusante da saída do misturador de fluxo extensional (110, 210); e
sendo que o sistema de misturação compreende pelo menos quatro elementos misturadores estáticos helicoidais colocados com a borda dianteira (126, 226) do primeiro elemento misturador estático helicoidal situada perpendicularmente a um eixo geométrico principal (eixo principal) da porta de saída (120, 220) do misturador de fluxo extensional (110, 210) .
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o meio para compressão e o meio para ampliação incluir, cada um, uma pluralidade de lóbulos perfilados, cada lóbulo contendo um superfície substancialmente perfilada, e sendo que a pluralidade de lóbulos perfilados no meio para compressão tem seu tamanho reduzido na direção de fluxo, e a pluralidade de lóbulos perfilados no meio para ampliar tem sem tamanho aumentado na direção de fluxo.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o meio para compressão residir num plano de compressão, e o meio para ampliação residir num plano de ampliação perpendicular ao plano de compressão.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o meio para compressão ter seu tamanho reduzido ao longo do plano de compressão na direção de fluxo, e o meio para ampliação ter seu tamanho simultaneamente aumentado ao longo do plano de ampliação na direção de fluxo.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o primeiro elemento misturador helicoidal não ter mais que "quatro vezes o diâmetro do condutor de fluxo (4 D₁)" a jusante da saída do misturador de fluxo extensional.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda pelo menos um elemento misturador estático de alto cisalhamento e queda de alta pressão, compreendendo uma série de barras cruzadas, dispostas num ângulo de 45° em relação ao eixo geométrico, e dispostas de forma tal que os elementos misturadores consecutivos são girados a 90° em torno do eixo geométrico, e posicionados a jusante do primeiro elemento misturador estático helicoidal.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o injetor de corrente de aditivo primária (132, 232) ser posicionado no centro da porta de entrada.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o injetor de corrente de aditivo primária (132, 232) ser posicionado ao longo de um eixo geométrico longitudinal do corpo de misturador de fluxo (112, 212) geralmente oco.
Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de o injetor de corrente de aditivo ser também posicionado no centro da porta de entrada simples (118, 218).
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a corrente volumétrica recebida pela porta de entrada simples (118, 218) compreender pelo menos um de um polímero e de uma solução polimérica.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a corrente de aditivo recebida pela porta de entrada simples (118, 218) compreender pelo menos um de um monômero e de uma solução monomérica.
Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a corrente de aditivo compreender uma solução monomérica, e sendo que a solução monomérica é etileno dissolvido em solvente.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a corrente de aditivo recebida pela porta de entrada simples (118, 218) compreender pelo menos um de um aditivo ou aditivo em solução.
Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de a corrente de aditivo recebida pela porta de entrada simples (118, 218) ser selecionada de um grupo consistindo de antioxidantes, varredores de ácido, agentes de veneno catalítico e suas soluções.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o meio para compressão compreender uma região de compressão, que compreende dois lóbulos da região de compressão que se reúnem numa porção da entrada central constrita, e a região de ampliação compreende dois lóbulos da região de ampliação que se reúnem numa porção de saída central constrita.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o primeiro elemento misturador estático helicoidal estar localizado a uma distância de "metade do diâmetro do condutor de fluxo (1/2 D₁) a "duas vezes o diâmetro do condutor de fluxo (2 D₁)" a jusante da saída do misturador de fluxo extensional (110, 210).
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o condutor de fluxo ser um cilindro que tem uma relação de comprimento/diâmetro (L₁/D₁) igual ou maior que 7.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o sistema compreender pelo menos dez elementos misturadores estáticos helicoidais seguidos de pelo menos um elemento misturador estático de alto cisalhamento e queda de alta pressão.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o sistema compreender pelo menos oito elementos misturadores estáticos helicoidais seguidos de pelo menos um elemento misturador estático de alto cisalhamento e queda de alta pressão.