175399. lajstromszámú szabadalom • Üzemeljárás és berendezés szemcsés anyagok folyadékkal történő folyamatos ellenáramú érintkeztetéséhez, főleg folyamatos ellenáramú ioncseréhez
3 175399 4 — A viszonylag nagy ellenállású oszlopok miatt a folyadék áramoltatás jelentős energia felhasználást igényel. A felsorolt hátrányokat a műszaki szakemberek felismerték és kísérleteket tettek azok elhárítására. A 164 096 lajstromszámú magyar szabadalom például a hátrányokat úgy kívánja kiküszöbölni, hogy a nyugvóágyra a regeneráló oldatot a kimerítő oldat irányával ellentétes irányból vezeti rá és az ioncserélő töltet átrendeződését gumimembránokkal akadályozza meg. Ez a berendezés sem tudja kiküszöbölni azt a hátrányos jelenséget, hogy a folyadék áram hatására az alsó és felső szűrőelemek között áramlási csatornák alakuljanak ki, ezeken keresztül a vegyszer átszökik, ami a berendezés hatásfokának romlásához vezet, vagy aránytalanul magas vegyszerfelhasználást eredményez. A 162632 lajstromszámú magyar szabadalom az áramlási csatornák kialakulását a szűrőelemek keresztmetszetének változtatásával, az áramlási viszonyok függvényében a szürőelem szűkítésével vagy bővítésével kívánja megakadályozni. Ez a folyadék áramoltatáshoz szükséges többlet energia felhasználással jár. A 160 361 lajstromszámú magyar szabadalom a nyugvóágyas megoldásnál a töltetek szétlebegtetésére és összekeverésére ismertet berendezést. Az ismertetett megoldások szakaszos, nyugvóágyas megoldáson alapulnak és csak azt módosítják. A szakemberek a szakirodalomban például John H. Perry: Vegyészmérnökök kézikönyve II. kötet [Műszaki Könyvkiadó (1969) 1363. oldal] felsorolva a folyamatos ellenáramú szorpciós műveletekkel kapcsolatos legfontosabb problémákat kimondják. hogy: „A műszaki és gazdasági tényezők elemzése alapján megállapítható, hogy a folyamatos ellenáramú műveleteknek nincs olyan általánosan kiemelhető jellegzetes vonása, amely előnyösebbé tenné a nyugvóréteges műveleteknél.” Ez és az ehhez hasonló szakirodalmi megállapítások irányították a szakembereket a szakaszos ioncserélő folyamatok megtartása mellett a nyugvóágyas berendezések tökéletesítése felé. ezek azonban eléggé hatásos megoldást mindezideig nem eredményeztek. Találmányunk által megvalósítani kívánt feladat az, hogy viszonylag egyszerű berendezéssel, az ioncserélő töltet és a folyadékfázis egyidejű folyamatos ellenáramú mozgatásával, a vegyszer felhasználás csökkentésével, a töltet morzsolódásának kiküszöbölésével, uniform áramlási viszonyok kialakításával, az energia felhasználás csökkentésével, alacsony beruházási költségekkel, ellenáramú folyamatos ioncserélését valósítsunk meg, amely alkalmazható a technológiai eljárások különböző területein. Találmányunk lényegét a következő felismerések alapozták meg: — Legtöbb esetben az ioncserélő folyamatba bevezetett folyadékfázis, különösen nyomás alatt, gázrészecskéket és levegőt visz magával. A nyomás megszűnésével a gáz és a levegő felszabadul, meghatározatlan helyen összegyűlik és az ioncserélő töltetet deformálja, abban áramlási csatornákat hoz létre. Ez a jelenség a folyadékfázis légtelenítésével szüntethető meg. A légtelenítést úgy kell megoldanunk, hogy ezzel egyidőben a folyadék nyomás esetleges ingadozásait légpárnával, vagy más módon megszüntessük.- Felismerésünk az is, hogy az oszlop teljes keresztmetszetében az ioncserélő töltet szintjében a folyadék áramlással szemben az ellenállás nem egyenletes elosztású, ezért a keresztmetszetben egyenletes folyadékelosztás érdekében az oszlop falához közelebb eső részen nagyobb kezdeti folyadéksebességet kell létrehoznunk, amit a folyadék gyűrűs keresztmetszetén keresztül történő bevezetésével érünk el.- Felismerjük azt, hogy az ioncserélő töltet (például műgyanta) kopása és morzsolódása meglepő módon csökkenthető, ha viszonylag lassú működésű, levegőnyomással működtetett, elasztikus zárószervvel történik a töltet adagolása, az ioncserélő töltet kivételét pedig a folyadékfázis egy részével együtt aerolifttel oldjuk meg.- Felismerésünk az is, hogy a mindig azonos folyadékáramlási irány esetén a folyadékelosztó réteg ellenállása a hagyományosnál nagyságrenddel kisebb ellenállásúra választható, mivel a töltet szemcsenagyságánál jelentősen nagyobb résméretek is megengedhetők. A vázolt felismerések lehetővé tették, annak az elgondolásnak a megvalósítását, hogy az oszlopban az ioncserélő töltetet állandóan meghatározott sebességgel a folyadékfázissal szemben áramoltassuk és ez az elv alkalmazható az ioncserélő folyamatok minden fázisában, így a kimerítésnél, mosásnál, regenerálásnál azonos elvi felépítésű töltetmozgás szempontjából sorbakötött oszlopokkal is. A találmány üzemeljárás szemcsés anyagok folyadékkal történő folyamatos, ellenáramú érintkeztetéséhez, főleg folyamatos ellenáramú ioncseréhez, ahol szemcsés töltetet alkalmazunk és a folyadékfázist folyamatosan meghatározott sebességgel, a töltetet a folyadékfázis áramlási irányával szemben áramoltatjuk azzal jellemezve, hogy a folyadékfázist a folyadékelosztó szervben légtelenítjük és nyomásingadozdsait csillapítjuk, a töltetet a kimerítési, regerenálási és mosási folyamatokon, de legalább a kimerítési és regenerálási folyamatokon keresztül zárt körfolyamatban cirkuláltatjuk, ennek során a kimeritési és/vagy a regenerálási és/vagy a mosási folyamatból a töltetet a keverékszállító szervvel a folyadékfázis egy részével együtt vesszük el, a folyadékfázist és a töltetet folyadékleválasztóval szétválasztjuk, a szétválasztás után a töltetet a sorban következő folyamatba adagoljuk, a folyadékfázist az elvételi helyre visszavezetjük. A találmány tárgya az előzőekben ismertetett üzemeljárás megvalósítására szolgáló berendezés is, a töltetet befogadó oszloppal azzal jellemezve, hogy a folyadékelosztó szerve, folyadékleválasztója, töltetadagolója és keverékszállító szerve van. A berendezés jellemzője az is, hogy a folyadékelosztó szerve alul nyitott légtelenítő térből, abba becsatlakozó folyadék bevezetőből, a légtelenítő tér felső részéből kivezető és az oszlop folyadékszintjénél magasabbra nyúló légtelenítő csőből, önmagában ismert folyadékelosztó rétegből és azt határoló 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
