197853. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés szilárd szemcsés és/vagy darabos anyag és/vagy kolloid szemcsék által alkotott rétegben kis sebességgel áramló folyadékok egyenletes eloszlatására
197853 A találmány szilárd szemcsés és/vagy darabos anyag és/vagy kolloid részecskék által alkotott rétegben áramló folyadék egyenletes eloszlatására szolgáló eljárásra és berendezésre vonatkozik. Különféle szakterületeken, például a vegyiparban, a gyógyszeriparban, a biztonságtechnikában gyakran válik szükségessé szilárd anyagok és folyadékok érintkeztetése. Gyakran követelmény, hogy az egymást követő folyadékrétegek a szilárd anyag-rétegben ne keveredjenek egymással. A folyadék és a szilárd anyag érintkeztetésének a hatékonyságát kedvezően befolyásolja, ha a folyadék eloszlása az áramlási keresztmetszet mentén egyenletes, és egyidejűleg a dugószerű áramlást megközelítő áramlási viszonyok biztosíthatók. A dugószerű, egyenletes áramlás biztosítása azonban nehézségeket okoz. Ismeretes ugyanis, hogy a szilárd anyagokat tartalmazó, folyadékkal részben elárasztott rétegekben a teljes áramlási keresztmetszetre számítva lassú (10~2— 102 m/nap) áramlási sebességgel átvezetett folyadékok hajlamosak a réteg keresztmetszete mentén való egyenetlen eloszlásra. A rétegben gyakran csatornák alakulnak ki, és a folyadék fő tömege ezeken a csatornákon halad át, míg a csatornák közötti áramlási holttér legfeljebb diffúziós transzport útján tart fenn kapcsolatot az áramló folyadékkal. A folyadékeloszlatás problémái a berendezések méreteinek növelésével párhuzamosan hatványozottan jelentkeznek. Fokozza a nehézségeket, ha a szilárd anyag heterodiszperz és/vagy kolloid részecskéket tartalmaz, illetve ha a szilárd anyag és a folyadék kölcsönhatása során gáz szabadul fet, vagy gázt kell elnyeletni. Az utóbbi időben a lassú, szivárgó fluidumáramlást alkalmazó szilárd-folyadék és szilárd-gáz érintkeztetési eljárások fokozottabb alkalmazása tapasztalható. Az ún. perkolációs eljárások (RODRIGUES, A. E., TONDEUR, D.: Percolation Processes: Theory and Applications, Sijthoff et Noordhoff, The Netherlands, 1981) gyors fejlődése két területen figyelhető meg: egyrészt számos, korábban csupán analitikai jelentőségű kromatográfiás művelet ipari alkalmazást nyer, másrészt néhány alkalmazási területen nagytérfogatú berendezések használata kerül előtérbe. Különféle biotechnológiai eljárásokban például gyakran alkalmaznak nagy térfogatú, és a' vegyipari technológiákhoz képest kisebb fajlagos kapacitású berendezéseket, amelyekben kolloid és/vagy makroszkopikus méretű szilárd anyagokat kell folyadékfázissal érintkeztetni. Folyamatos üzemmód esetén a tápanyagokat vagy reagenseket tartalmazó oldatot folyamatosan adagolják be, és az előállított terméket gyakran oldat formájában folyamatosan vezetik el. A folyadék egyenletes eloszlatása mellett sokszor 2 1 lényeges szempont a keveredésmentes „dugószerű" áramlás biztosítása is, mivel így egyrészt az előállított termék töményebb oldatba kerül, másrészt a reakciós zóna fokozatosan halad előre, miáltal a gyakran előforduló konszekutív reakcióknál a hasznos terméket megelőző vagy követő melléktermékek és hulladékok élesebben elválaszthatók. Természetesen a szilárd anyag felkeverésének elmaradásával egyszerűbbé válik, szélső esetben el is hagyható a szilárd (folyadék elválasztási művelet) szűrés, centrifugélás is. A felsorolt követelmények tipikusan je’entkeznek például egyes anaerob biotechnológiai műveletet vagy hidrolízist megvalósító, nagy térfogatú reaktorok tervezésénél. Egy hidrolízisen alapuló biotechnológiai folyamat példáján jól áttekinthető a perkolációs eljárás problematikája D. R. CAHELA, Y. Y. LEE és R. P. CHAMBERS közleményében (Biotechnology and Bioengineering, 25, 3—17, 1983.). Az energiaárak növekedése, a gyengébb minőségű alternatív nyersanyagforrások kiaknázásának fokozottabb mértéke, valamint a hulladékok feldolgozásának, illetve ártalmatlanná tételének megoldására kialakított módszerek elterjedésének hatására — elsősorban gazdaságossági megfontolások miatt — szintén előtérbe került a nagy térfogatú berendezésekben végrehajtott hosszabb tartózkodási idejű technológiai folyamatok megvalósítása. E technológiáknál a kisebb hőenergia-felhasználás mellett lényeges az előkészítő (aprítás, őrlés) és a befejező (szűrés) műveletek lehetőség szerinti elhagyása, és természetesen a nagy térfogatú berendezések mechanikus keverésének kiiktatása is. Ugyanakkor a termék hozamának növelése és a hulladékok maradéktalan elbontása miatt egyaránt fontos az egyenletes folyadékeloszlatás is. Bizonyos technológiáknál emellett nagyon lényeges a keveredésmentes, lehetőség szerint dugószerű áramlás biztosítása is, mivel ilyen módon az egyes termékek a kromatográfia elvén egymástól élesen elkülöníthetők. Jellemző példa erre a 184 318. lajstromszámú HU szabadalmi leírás (Czeg‘édi B. és társai, 1984) szerinti eljárás, amely vas-, szilícium- és alumíniumtartalmú nyersanyagok vastartalmának csökkentésére alkalmazható. A perkolációs eljárások megvalósításánál tehát egy kolloid részecskéket és/vagy szemcsés szilárd anyagokat és/vagy szilárd tölteléket tartalmazó, folyadékkal (legalábbis részben) elárasztott berendezésben egy kitüntetett irányban (legtöbbször függőlegesen) áramló, és a szilárd anyaggal (vagy annak valamelyik komponensével) fizikai és/vagy kémiai kölcsönhatásba lépő folyadékot kell egyenletesen eloszlatni, és a rétegen lehetőség szerint a dugószerü áramlást megközelítő keveredésmentes áramlással átvezetni. 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
