166693. lajstromszámú szabadalom • Transzportfolyamatok intenzifikálására szolgáló agitátorok és alkalmazásuk heterogén kémiai reakciók folyamatos kivitelezésére
166693 pellerkeverő által keltett izobár áramlási felületeket a Pp pontszerű vagy Wp vonalszerű elemek mintegy to^ vább hullámosítják, ugyanakkor a keverő által keltett turbulens magok közötti határréteget (lamináris alréteg) az abban keltett „másodlagos" turbulenciával mechanikailag vékonyítják. Az aktív agitátorok alkalmazásánál azok relatív tömegcsökkenéséből eredően elérhető magasabb fordulatszáma miatti nagy Re szám következtében nő a turbulencia, ugyanakkor a nagy agitátor hosszsűrűség miatt a turbulens magok számának növekedése következtében az azok közötti lamináris alréteg vékonyodik, amelyet az agitátor elemek rezgése még tovább vékonyít. A találmány szerinti új agitátorok nagy fajlagos felületéhez az ismert agitátorokhoz viszonyítva nagyságrendileg kisebb tömeg tartozik, amely magas fordulatszám elérését teszi lehetővé (folyadékban 30 m/s-ot meghaladó kerületi sebesség!), ugyanakkor ez nem jár az agitátortengely berezgésével, az agitátor mintegy kiegyensúlyozza önmagát, a folyadék súrlódási viszonyainak megfelelően állnak be a P, W agitátor elemek. A találmány szerinti új agitátor egyik kiviteli alakjának: Wa vonal elemeket tartalmazó forgó agitátornak és egy ismert keverőnek: a turbinakeverőnek alkalmazásával történő összehasonlítás műszaki paramétereit vizsgáljuk olaj/víz emulzió előállítására. A végzett kilenc kísérletsorozatnál, amelyből három sorozat a turbinakeverő vei végzett kísérletek, hat pedig a vonalagitátorral végzett kísérletek eredményeit mutatják, a kísérletek jellemzőit állandónak választottuk meg. D = 130 mm átmérőjű főzőpohárban végeztük 100 ml olaj és 1000 ml víz emulgeálását. (V = 1100 ml). Mindkét keverő átmérője azonos volt hét kísérletsorozatnál: d = 43 mm, míg két kísérletsorozatnál (8,9 sz) a vonalagitátor átmérője d = 80 mm volt. Az agitátorok a főzőpohár aljától h = 30 mm helyezkedtek el. A kísérletsorozatoknál hsználat azonos elektromotor üresjárati fordulatszáma n = 4200 l/perc volt. A turbina lapátok magasságát 10 15 20 25 30 35 és a keverő tengelyen levő forgásfelületen a Wa vonal elemek elhelyezési magasságát azonosnak választottuk meg (M = 8 mm). Az emulgeálás hatékony keverési idejét: sec-ot az irodalomból ismert módszerrel [Burger J.: Magyar Kémikusok Lapja 10 468/1962] úgy mértük, hogy fényt bocsátottunk át a keverőedényen és a fényerősség időbeli változását mértük. Amikor a fényerősség változása megszűnt (állandó maradt az átbocsátott fény), tekintettük a hatékony keveréshez szükséges időnek. Az így kapott olaj/víz emulziót ezután mérőhengerbe öntve vizsgáltuk az emulzió teljes szétválásához szükséges időt, percben. A keverés során fordulatszámlálóval mértük a keverő terhelt fordulatszámát: nk -t is. Az összehasonlító kísérletek eredményeit a következő táblázat mutatja (az egyes mérési sorozatok tíz-tíz mérés átlagai). A táblázatban használt jelölések: d: az agitátor átmérője mm-ben, sz: az agitátor elemek száma: db, (lapát szám, vonal elemek száma), F: agitátor felület mm2 -ben, Q: agitátor térfogat mm3 -ben, nk : az agitátor terhelés alatti fordulatszáma percenként, F/Q: az agitátor fajlagos felülete mm2 /mm 3 , 1: az agitátorok összes hossza mm-ben, l/V: az agitátor összes hosszsűrűsége a kevert térfogat egységére mm/ml, T: a hatékony keveréshez szükséges idő másodpercben, t: az emulzió teljes szétválásához szükséges idő percben. Az 1: lapát hosszúság, illetve a Wa vonal elemek 1 hosszúsága az 1—7. kísérletsorozatnál 14 mm volt, míg a 8., 9. kísérletsorozatnál 32,5 mm volt. A Wa vonal elemek „vastagsága" q =0,5 mm, az átmérőhossz aránya: q: 1 a 4—7. kísérletsorozatoknál 1: 28, a 8., 9. kísérletsorozatoknál pedig 1: 65 volt. A kíséri. A keverő D F sorozat elem d nk sz F Q SÍ £1 T t. sorszáma típusa d • Q í turbina 43 3,02 3,300 2 252,0 176,4 1,428 28 0,0254 145 14 2 turbina 43 3,02 3,200 - 3 378,0 264,6 1,428 42 0,0508 141 14 3 turbina 43 3,02 3,100 4 504,0 352,8 1,428 56 0,0762 135 12 4 vonal Wa 43 3,02 3,700 8 87,4 22,1 3,950 112 0,1010 80 97 5 vonal Wa 43 3,02 3,700 16 174,8 44,2 3,950 224 0,2036 78 100 6 vonal Wa 43 3,02 3,600 24 262,2 66,3 3,950 336 0,3054 74 105 7 vonal Wa 43 3,02 3,600 40 437,0 110,5 3,950 560 0,5090 70 130 8 vonal Wa 80 1,62 2,950 24 616,2 153,0 4,000 780 0,7090 65 210 9 vonal Wa 80 1,62 2,900 40 1020,4 255,0 4,000 1300 1,1818 60 232 Az 1—3. kísérletsorozatnál leolvasható a táblázatból, hogy a fordulatszám csökkenés 22—26%. A lapátok számának növelésével kismértékben csökken a keverési idő: igen rövid, s gyakorlatilag alig változik az emulzió teljes szétválásához szükséges idő (12—14 perc). 60 A4—7. kísérletsorozatnál,amikor azonos 1 hosszúságú Wa vonal elemeket alkalmaztunk, amelyek a tengelyen levő J forgásfelületen egy pontjukon voltak rögzítve, míg a másik végük szabadon mozgott, változatlan D/d érték mellett a fordulatszám csak 13—14% csökkent, 65 míg a keveredéshez szükséges T idő a felére csökkent, ugyanakkor az elváláshoz szükséges t idő 8—10-szeresére nőtt. Tehát azonos kísérleti körülmények között az új Wa vonal elemek alkalmazásánál a teljesítmény-szükséglet mintegy 30—40% kevesebb; a hatékony keveréshez szükséges idő felére csökken, s az emulzió 8—10-szer annyi ideig stabilis. Ez úgyis kifejezhető, hogy kevesebb energiabevitellel hatékonyabban diszpergál, az új Wa agitátor, több munka fordítódik kevesebb idő alatt a 4
