166693. lajstromszámú szabadalom • Transzportfolyamatok intenzifikálására szolgáló agitátorok és alkalmazásuk heterogén kémiai reakciók folyamatos kivitelezésére
9 166693 10 felületi feszültséggel szemben; jelentősen javul az energia hasznosulása, nő a műszakilag hasznosítható energia, az energia aránya a bevitt energiához. A 8., 9. kísérletsorozatnál, amikor az 1 hosszat változtattuk, s az ilyen fordulatszámú keverőknél nem használt D/d = 1,62 viszony volt, tovább csökkent a T keveredési idő, s még jelentősen, nőtt az elváláshoz szükséges t idő. Megvizsgálva a táblázatban az agitátor elemekre, ill. az agitátorra vonatkozó jellemző paramétereket, szembetűnő hogy közel azonos F agitátorfelületnél (1. és 6. kísérletsorozat), a vonalagitátor Q térfogata alig több, mint egyharmada a hagyományos, a turbinakeverő térfogatának. Ezt jól mutatja, hogy míg a turbinakeverőnél a fajlagos agitátorfelület, az F/Q értéke 1,428, addig a vonalagitátornál több, mint két és félszerese: 3,95. Még szembeszökőbb, ha a kétféle agitátorelem hossz értékeit, a 21-1 vetjük össze. Az azonos agitátorfelület esetén (1 és 6 kísérletsorozat) a Sl a tizenkétszeresére nő a Wa vonal elemek esetén, míg azonos agitátortérfogatnál (1 és 8 kísérletsorozat) a huszonnyolcszorosára. Az új agitátor hatékonyságának magyarázata a 21/V viszonyból, az emulzió térfogategységére eső agitátor hosszsűrűségből érzékelhető; ez az ismert agitátorokénak tíz-ötvenszerese. Az itt bemutatott emulgeálási kísérletsorozat után sokirányú és nagyszámú kísérletsorozatot végeztünk ezen új agitátorok alkalmazási lehetőségeire a különböző transzportfolyamatok intenzifikálásánál. Megvizsgáltuk például, hogy egymással nem elegyedő folyadékok szolvens extrakciónál hogyan jelentkezik az új agitátor intenzifikáló hatása (3. sz. példa). Megállapítottuk, hogy pl. ha magasabb szénatomszámú alkoholban oldott ecetsavat azonos keverési idő, fordulatszám mellett vízzel extrahálunk, a vonalagitátor esetében a szerves fázisban ötvenedrésznyi ecetsav marad, mint propellerkeverő használatánál. Vizsgáltuk kísérleteink során a szilárd anyagok folyadékokban történő diszpergálására kifejtett intenzifikáló hatást (2. sz. példa). Nátriumbentonitot szuszpendáltunk vízben propellerkeverővel és az új agitátorral (azonos keverési idő, átmérő és fordulat mellett). Míg a propellerkeverővel történő szuszpendálás megszüntetése után két órával megkezdődött a kiülepedés, addig az új agitátorral készített szuszpenzióban két hét eltelte után kezdődött csak el a kiválás. Az új agitátorok keverőként történő alkalmazásánál nemcsak a kerületi sebesség növelhető meg jelentékenyen az ismert keverőkhöz képest, hanem a D/d viszony 1,2—3,5 közötti szabad megválasztása mellett a keverőnek a készülék aljától való h távolsága is viszonylag tág határok között változtatható. A táblázatban a 2. és a 8. kísérletsorozatnál alkalmazott keverőkkel 500 ml olajat emulgeáltunk 500 ml vízzel úgy, hogy a h magasság: 65 mm, a H = 87 mm teljes magasság közel 75%-a volt! Míg a turbinakeverő gyakorlatilag nem emuigeált, addig az új agitátorral 90 másodperces keveréssel olyan emulziót állítottunk elő, amelynek teljes elválásához 170 perc volt szükséges. Az ismert kéverőtípusok esetében — a fentieken túlmenően — ahhoz, hogy a keverés hatásos legyen, szükséges az agitátornak a keverő térbe, a két fázis határfelületére történő benyúlása. — Meglepő módon a találmány szerinti aktív agitátorok esetében azt találtuk, hogy olyan esetben, amikor a rotációs vonalagitátor a keverőtér (a fázisok együttes: H magassága) felett helyezkedik el, akkor is képes a diszpergálást elvégezni. Azt jelenti ez, hogy a fázisok felett elhelyezkedő „gázpárna" közvetítésével a külső energiaforrásból származó energiát képes a diszpergálandó közegeknek átadni. 5 Ez azt jelenti, hogy az agitátorra nézve korrozív folyadékfázis kiküszöbölhető, miután az energiaközvetítésre indifferens gáz használható, mint közeg. A találmány tárgyát képező új P nulladimenziós, pontszerű vagy W egydimenziós, vonalszerű agitátorok alio kalmazására igen sok kísérletet végeztünk szilárd anyagoknak folyadékban, folyadéknak folyadékban, gáznak folyadékokban, szilárd anyagnak gázban, folyadéknak gázban, szilárd anyagnak és folyadéknak gázban történő diszpergálására. A leírásban ezen kísérleteink mindegyi-15 két bemutatni nem tudjuk, azonban példáinkat az alkalmazás lehetőségeinek bemutatására választottuk ki. További, a találmány szerinti új agitátorok alkalmazására irányuló kísérleteink során vizsgáltuk a heterogén kémiai reakciók folyamatos kivitelezését. 20 Ismeretes, hogy a növényolajoknak alkálilúgokkal történő elszappanosítása időben elhúzódó endoterm folyamat. A szappanfőzést az ipari gyakorlatban 80— 100 C° hőmérsékleten, 5—6 óráig végzik. Kísérleteink során a növényolajat és a nátronlúgot a szappanfőzés-25 nél szokásos arányban szobahőmérsékleten emulgeáltuk Wa vonalagitátorral, s a reakcióelegy zsírsavtartalma 2 óra alatt 0,5 súly% alá esett vissza, tehát az elszappanosodás befejeződött (10. példa). Megismételve a kísérletet úgy, hogy a növényolajat és 30 a nátronlúgoldatot összekeverés előtt 60 C°-ra előmelegítettük, a zsírsavtartalom a reakcióelegyben félóra elteltével 0,5 súly% alá csökkent. Ismeretes [146,818 sz. magyar szabadalmi leírás, valamint Schwab, G. M.: Katalyse an flüssigen Metallen. 35 Dechema Monographien 38 205. (I960)], hogy heterogén gőzfázisú szerves kémiai reakciók előnyösen vitelezhetők ki a reaktánsok gőzeinek fémömledékben történő átbuborékoltatásával, (furfurol dekarbonilezése vagy oxidatív dekarboxilezése, pentán vízgőzzel történő hő-40 bontása, paraffin szénhidrogének előállítása, szénhidrogének krakkolása stb.). A fémömledékben, amelynek fajhője három nagyságrenddel nagyobb, mint a gázoké és gőzöké, az eljárás izoterm körülmények között vitelezhető ki, s a reakcióelegy gőzeinek buborékjai elemi 45 reaktorként viselkednek. Az eljárás kivitelezését nehezíti ugyanakkor az a tény, hogy a gőzök fajsúlya két nagyságrenddel kisebb, mint az ömledéké, ezért gyorsan szállnak fel, s ennek során a buborékok egyesülnek. A találmány tárgyat képező új agitátorok alkalmazá-50 sával a reaktánsok gőzeit olyan nagymértékben diszpergáljuk a fém vagy sójának ömledékében, hogy a buborék méret nagyságrendileg kisebb lesz, megakadályozzuk a buborékok egyesülését, s ezen túlmenően az ömledék a nagy turbulencia miatt intenzíven keveredik. 55 Az ömledék intenzív turbulenciája különösen előnyös a fém- fémoxid ömledékágy esetében, amikor a fémoxid hajlamos a felszínén hártya képződésére (pl. ólomoxid), amely a már átalakult gőzök eltávozását akadályozza. A vonalagitátor alkalmazásával az ömledékben kivite-60 lezett művelet ideje lerövidül, a berendezés teljesítőképessége jelentékenyen megnő. Két olyan, egymással összekapcsolt reaktorral, amelyek mindegyikében aktív vonalagitátort alkalmazunk, s amely agitátorok a reaktorok között is cirkuláltatják az 65 ömledéket, előnyösen valósíthatunk meg gőzfázisú oxi-5
