166693. lajstromszámú szabadalom • Transzportfolyamatok intenzifikálására szolgáló agitátorok és alkalmazásuk heterogén kémiai reakciók folyamatos kivitelezésére
166693 lehetőségei miatt az agitátor elemeket nem ábrázolhattuk méretarányosan, csak a megértést szolgáló szemléltetésre törekedtünk. Az 1. a) ábra mutatja általánosságba a P pontszerű, nulladimenziós elemeket, míg az 1. b) ábra a W vonalszerű, egydimenziós elemeket. 5 Ezen nulla dimenziós, P pontszerű elemekből és az egydimenziós, W vonalszerű elemekből álló agitátorok működhetnek passzív vagy aktív agitátorként, és/vagy mindkét módon együttesen. Passzívnak akkor nevezzük az agitátort, ha a pont- 10 szerű Pp vagy vonalszerű W p elemek nem szolgálnak külső energia bevitelére, a fázisokban szabadon elmozdulnak, forognak, rezegnek, az I ismert agitátor által keltett hullámoknak mintegy „ellenállva" (2. és 5. ábra). A Pp passzív pontagitátor elemek a fázisokra nézve 15 íners, szilárd, anizodimenziós, homogén vagy heterogén méreteloszlású részecskék, amely 1—2000 y.m méretűek lehetnek (2. ábra). Fő jellemzőik: a q úgynevezett legnagyobb átmérő, valamint az intenzifikálandó térben levő részecskék szá- 20 ma: az sz. és az agitátor elemek összes hossza a El, amely homogén elemek esetében az sz. számú, q méretű elemek képzeletbeli egymásutánja: 21 = sz. q. A Wp passzív vonalagítátor elemei (5. ábra) a fázisokra nézve ugyancsak inersek, szilárd, rugalmas anyag- 25 ból, előnyösen fémből vagy műanyagból kivitelezettek. Lehetnek egyenesek, hullámosak, görbültek vagy csavart alakúak. Fő jellemzőik a Wp elem „átmérője", vastagsága a q, az elem hossza: 1, amely lehet egyező vagy eltérő, valamint az elemek száma: sz. Kritériumuk, hogy 30 az elemek q vastagsága 10—5000 [Jim között van, s a vastagság-hossz arány, a q: 1 az 1: 5 és 1: 100 között lehet. Fontos jellemzőjük a Sl, a Wp elemek összes hosszúsága, amely egyező hosszúságú vonal elemek esetében nem más, mint az egyes elemek 1 hosszának és az 35 elemek számának: sz-nek a szorzata: Sl = sz • 1. A Pp , Wp passzív agitátorelemek száma: sz olyan lehet, hogy a fázisok össztérfogatának legalább 0,01% töltik ki, de legfeljebb olyan mennyiségben, hogy az I ismert vagy új aktív agitátorokkal még fluid állapotban lehessen tar- 40 tani azokat. Aktívnak akkor nevezzük az agitátorokat, ha azok révén valamely külső forrásból származó energiát juttatunk be az intenzifikálandó térbe (3., 4., 6., 7. ábra). Ilyén külső energia lehet pl. mágneses, elektromos, 45 elektromágneses energia, mechanikai energia stb. A Pa , Wa aktív agitátorelemek lehetnek rögzítve valamely agitátor-csonkra vagy csonkokra, vagy valamely J felületre, amely lehet álló, vagy a fázisok felett vagy a fázisokban egyenesvonalú, rotációs, változó irányú és görbületü 50 tovahaladó- vagy rezgőmozgást végző, s amelynek mozgását külső energiaforrás biztosítja. A Pa aktív pontszerű és W a vonalszerű elemekből alkotott agitátoroknak is fő jellemzőjük a q átmérő, az 1 elem hosszúság, az sz elem szám és az agitátor elemek 55 összes hosszúsága: a Sl. A Pa aktív pontagitátor esetén az elemeket, amelyek célszerűen mágnesezhető fémből kivitelezettek, a fázisokban a külső mágneses, vagy elektromos és/vagy elektromágneses energiával, erőtérrel mozgatjuk, amelyet az 60 E energiaforrás szolgáltat (3. ábra). A Wa aktív vonalagitátoroknál (6. ábra) amelyeknél az elemek q: 1 aránya 1: 10 és 1: 5000 között lehet, a Wa elemek egy vagy több pontjukon valamely J felületen rögzítettek, ugyanakkor szabadon elhajolhatnak, mo- 65 zoghatnak és rezeghetnek. A fázisokra nézve iners Wa elemek szilárd, rugalmas anyagokból, előnyösen fémből vagy műanyagból kivitelezettek, de alkothatja azokat gáz vagy folyadék is (7. ábra). Ezen új agitátorok közös jellemzői továbbá az agitátorfelület: F (a P, W agitátor elemek felületének summája), az agitátor térfogat: Q (a P, Q elemek térfogatainak summája). Az agitátor térfogat: a Q az ismert agitátor térfogatokhoz viszonyítva azokénak negyed-tized része, míg az agitátor felület: F, az ismert agitátorok felületével legalább azonos nagyságrendű, de többnyire azt meghaladja. Ennek következtében az agitátor térfogategységére eső felület, a fajlagos felület: F/Q lényegesen, nagyságrendileg nagyobb az ismert agitátorokénál; míg ezzel szemben az agitátor felületegységére jutó agitátortérfogat: Q/F lényegesen kisebb az ismert agitátorokénál. Ez egyben azt is jelenti, hogy az agitátor tömege, valamint a felületegységre jutó agitátortömeg nagyságrendileg kisebb. Még szembeszökőbbek az eltérések, ha az agitátor elemek összes hosszúságát Sl, a „nyíróélek" hosszát hasonlítjuk össze az ismert és ezen P, W új agitátoroknál. Az agitátor felületegységére, illetve térfogategységére vonatkoztatott összes hosszúság a hagyományos agitátorokénak mintegy tíz-százszorosa. Ha ugyanezt az összes hosszúságot a V intenzifikálandó tér egységére vizsgáljuk (összes hosszsűrűség), akkor a Sl/V az ismert agitátorok értékének tíz-, ezerszerese. A találmány szerinti új P pont- és W vonalagitátorokkal végzett nagyszámú kísérleteink során megállapítottuk, hogy intenzifikáló tulajdonságaik az agitátor nagy fajlagos felületének és a nagy agitátor hosszsürűségnek eredménye. Megállapítottuk, hogy a transzportfolyamatok sebességnövelése, a diszpergálás intenzifikálása annál eredményesebb, — minél kisebb a P, W elemek görbületi sugara, a q/2 (minél jobban közelít a szubmikroszkópos mérethez), — minél nagyobb a fajlagos agitátorfelület, az F/Q, — minél nagyobb az agitátor hosszsűrűség, a Sl/V, — minél nagyobb a P, W agitátor elemek által a fázisokban időegység alatt megtett úthossz: Z. Az intenzifikálandó térben időegység alatt megtett úthossz: a Z függ pl. a forgó, Wa aktív vonalagitátor esetében az agitátor d átmérőjétől (közvetve a Wa vonalelem 1 hosszától), a vonalelemek Sz számától és az agitátor n fordulatszámától: Z = d • TCSZ. n. Az elmondottak szerint a találmány tárgyát képező új, P pont és W vonalszerű elemekből álló agitátorok intenzifikáló hatása az impulzusáramsűrűség nagymérvű növekedésére vezethető vissza, amely köztudottan a komponens- és hőáramsűrűség növelésének előfeltétele. Azt jelenti ez általánosságban, hogy ezen agitátorok ugrásszerűen megnövelik az effektív tömegáramsűrűséget. A nulladimenziós pontagitátorok és az egydimenziós vonalagitátorok alkalmazásánál — növekszik a fázisok fajlagos felülete, — növekszik a turbulencia és — csökken a határréteg, az ún. lamináris alréteg vastagsága. A turbulencia növekedését a passzív agitátorok alkalmazásánál a fázisokban szabadon mozgó, forgó, rezgő, Pp, Wp agitátor elemek által keltett „másodlagos" turbulenciák okozzák, amikoris egy ismert agitátor pl. pro-3
