190922. lajstromszámú szabadalom • Eljárás heterogén fázisú vegyipari folyamatok intenzív megvalósítására
1 190.922 2 A találmány tárgya folytonos eljárás legalább egy szilárd fázist tartalmazó heterogén fizikai és/vagy kémiai folyamatok intenzív megvalósítására. Különböző szilárd-, folyadék-, gáz-, ill. gőzfázisokat tartalmazó meghatározott összetételű rendszerek előállítása (pl. homogenizálás), valamint az egyes fázisok, vagy a fázisokon belül az egyes komponensek érintkeztetése hő- és anyagtranszport megvalósítása érdekében gyakori feladat az ipar és a mezőgazdaság különböző területein. A feladat megoldására számos eljárást dolgoztak ki, és igen széles a skálája az eljárások megvalósítását szolgáló berendezéseknek is. Az ipari gyakorlatban legáltalánosabban a különböző keverős készülékek terjedtek el. (Fejes Gábor: Ipari Keverőberendezések, Műszaki Könyvkiadó, Budapest 1970.) Nagy mennyiségű szilárd fázist tartalmazó rendszerek esetén a hő- és anyagátadási folyamatok azonban a hagyományos keverős készülékekben rossz hatásfokkal mennek végbe, és általában nem biztosítható a termék egyenletes minősége. Az egyes keverőszerkezetek abban különböznek egymástól, hogy más-más módon oldják meg a szilárd anyag mozgatását. A szabadáramlásos keverők típusába tartoznak a dobkeverők. Ilyen megoldást ismertet a 171.204 lajstromszámú magyar szabadalmi leírás, mely szerinti eljárást és berendezést főként növényvédőszerek formulázására ajánlják, de hasonló megoldások terjedtek el pl. a mosószeriparban is. A megoldás szerinti eljárásban a folyadékot porlasztással juttatják a dobba, a keverés intenzitását lapátok beépítésével és a lapátok szögállásának változtatásával fokozzák. A megoldás szerinti berendezés hátránya a nagy helyszükséglet, a dob nagy méreteihez képest kis kapacitás, az ebből adódó viszonylag magas teljesítményszükséglet, továbbá a bonyolult kivitelezhetőség. Nagyon elterjedtek a keverőlapátos keverők, melyek csoportjába tartoznak a különböző szalagos, csigás, tányéros, késes kis és nagy fordulatszámú lapátos típusok. Csigás típusra példa a 175.445 lajstromszámú magyar szabadalmi leírás szerinti eljárás és berendezés szilárd anyagok, főként takarmánykeverékek előállítására. Az eljárás lényege, hogy az egyes komponenseket kis mennyiségben, külön-külön adagolják a két-két csigamenet közötti zárt térbe, ahol a csiga forgó mozgásának következtében összekeverednek, s eközben a tengellyel párhuzamosan előre is haladnak. Hátránya, hogy a keverőelem - a csiga - nagy felülete következtében nagy a súrlódás, ezáltal magas a teljesítményszükséglet, a kis fordulatszám miatt pedig gyors kémiai reakciók, intenzív hőtranszport megvalósítására nem alkalmas. Fluidizáciős elven működő megoldásokat ismertetnek a 174.030 lajstromszámú magyar és a 2.786.280 lajstromszámú USA szabadalmi leírások gejzírrendszerű érintkeztetésre, valamint a 174.245 és a 173.973 lajstromszámú magyar szabadalmi leírások, melyek közül az utóbbi eljárásban a fluidizáló gáz egyben reakciókomponens is. A fluidizációs megoldások hátránya, hogy nagy energiabefektetés mellett is csak alacsony teljesítmény érhető el, és behatárolt szemcseméretű anyagokra alkalmazható, vagyis a fluidágy rendkívül érzékeny a szemcsék méret- és 2 súlyszórására, minek következtében a fluid állapot üzembiztos fenntartása csak bonyolult szabályozás mellett lehetséges. Fenti hátrányokból következik, hogy az ilyen berendezések gyártása, telepítése és üzemeltetése egyaránt nagyon költséges. Igen intenzív hő- és anyagtranszport érhető el az utóbbi években elterjedt, statikus keverőelemeket alkalmazó megoldásokkal. Ezen eljárásokra és berendezésekre példa a 2.847.649, a 3.286.992 és a 3.871.624 lajstromszámú USA szabadalmi leírás. Az ilyen statikus keverőberendezések és eljárások azonban nagyrészt szilárd komponenseket tartalmazó rendszerek esetén nem, vagy csak nagyon körülményesen alkalmazhatók. A találmány célja az ismert keverő-homogenizáló és a kémiai reakciók intenzívebbé tételét megvalósító eljárások hátrányait kiküszöbölő, tehát kis tartózkodási idő mellett is rendkívül intenzív hő- és anyagtranszportot lehetővé tevő, a külső körülményekre kevésbé érzékeny egyszerű eljárás kidolgozása volt, melynek különböző kiviteli formái az ipar és a mezőgazdaság számos területén nagy hatásfokkal, előnyösen alkalmazhatók. Eljárásunk kidolgozásának alapját a 172.334 1. számú „Adagolószerkezet, különösen szemcsés anyagok adagolására” című szabadalmunk megvalósítása során szerzett tapasztalatok képezték, nevezetesen az a felismerés, hogy ha egy falakkal határolt térben - előnyösen csőben - egy mindkét végén rögzített magnélküli csigát megfelelően nagy sebességgel forgatunk és a csőbe szabályozottan, a cső térfogatának 10-80%-át, előnyösen 20-40%-át kitevő mennyiségben szemcsés és/vagy porszerű szilárd anyagot juttatunk, az anyag szemcséi a csigával történő ütközés következtében olyan nagyságú és irányú impulzust kapnak, hogy spirális pályára kényszerülnek. Az így fellazított, a fluid állapothoz hasonló eloszlásban lévő halmaz szemcséi a csőben történő előrehaladás következtében egymással összekeverednek. Elősegíti a keveredést a mindkét végén rögzített, alapállapotban is feszes magnélküli csiga longitudinális hullámzása is, ui. ez bizonyos fokú visszakeveredést eredményez. Felismertük továbbá, hogy a csőben ilyen módon előrehaladó szilárd halmazhoz folyadék és/vagy gáz halmazállapotú komponens(eke)t legelőnyösebben a szilárd halmaz haladási irányára merőlegesen, tehát radiális irányban, a cső palástjának egy vagy több pontján vihetünk be a rendszerbe. Mind a folyadék, mind gázhalmazállapotú komponensek bevitele önmagában ismert módon történik, lényeges azonban, hogy a folyadékok ne folytonos fázisként, hanem diszkrét szemcsékre bontva kerüljenek a rendszerbe, mert ez hatékonyabb érintkezést tesz lehetővé a fázisok között. A csőben nagy fordulattal forgó magnélküli csiga a bejutó folvadékcseppeket tovább aprózza és intenzíven összekeveri a szilárd részecskékkel, igen előnyös feltételeket teremtve a hő- és anyagátadásnak. A csiga fordulatszámát egy adott folyamatban a résztvevő anyagok minősége, az érintkeztetés körülményei és a berendezés kapacitása határozza meg, s az a körülményektől függően 700-3000 ford./ min között változhat. A magnélküli csiga mechanikus hatása és forgási energiája által meggátolja a nedves szilárd anyag 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
