175276. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alumíniumoxid előállítására
3 175276 4 reakciótechnikai okokból, például fázisátalakulás vagy a termék nagy tisztasági fokának elérésére a reaktor-rendszerben a képződött alumíniumoxid minimális tartózkodási idejének nagynak kell lenni. Bár a kemence magasságának növelésével az ismert 5 eljárásnál is mód van a minimális tartózkodási idő növelésére, de ekkor a fluidizációs reaktor nyomásvesztesége emelkedik és energiaszükséglete is növekedik. Az átlagos tartózkodási idő a fluidizációs reak- 10 tor állandó szuszpenzió-sűrűségénél a gyártási menynyiség csökkentésével (azonos nyomásveszteség), vagy állandó teljesítmény esetén a szuszpenzió-sűrűség növelésével növelhető. Ez utóbbi esetben a nyomásesés erősen megnő és a szilárd anyag recir- 15 kuláltatása jóval a műszakilag szükséges mérték fölé emelkedik. A találmány feladata olyan eljárás kidolgozása, amely a bevezetésben említett eljárás előnyeinek megtartása mellett kiküszöböli a minimális, illetve 20 átlagos tartózkodási idővel kapcsolatban említett hátrányokat, anélkül, hogy az eljárás egyidejűleg nagyobb ráfordítást igényelne. A találmány szerinti eljárással az említett íelada- 25 tot úgy oldjuk meg, hogy a fluidizációs reaktor felső részén kihordott, gáztól elválasztott szilárd anyagot egy kis gázsebességgel fenntartott fluidágyas, adott esetben hevített tartózkodási reaktorba tápláljuk, a fluidizációs kemence meghatározott 30 szuszpenzió-sűrűségét egy szabályozott szilárdanyag-részáram visszatáplálásával beállítjuk, és megfelelő hosszú tartózkodási idő után egy további részáramot a tartózkodási reaktorból a fluidágyas hűtőbe vezetünk, emellett a fluidizációs reaktorban a 35 gázelosztó és a szekunder-gáz betáplálása közötti zónában 20-300 kg/m3, a szekunder-gáz vezeték feletti zónában 1-20kg/m3, a tartózkodási reaktorban pedig 600 kg/m3 -nél nagyobb szuszpenzió-sűrűséget állítunk be, és a fluidizációs reaktorban 40 a szilárd anyag tartózkodási idejét 10-30 percre állítjuk be. A találmány szerinti eljárást tehát lényegében egy fluidizációs reaktorból és egy tartózkodási reaktorból álló rendszerben végezzük, oly módon, 45 hogy a teljes reakció egyes fázisait a két reaktor reakciótechnikai követelményeinek megfelelően hangoljuk össze. A hőbontási folyamat leginkább hőenergia-igényes reakció-lépését, a részecskék felmelegítését, a fluidizációs reaktorban hajtjuk végre 50 (főreakció). A termék végleges minőségének elérésére szolgáló, a főreakcióval szemben viszonylag hosszabb reakcióidőt igénylő, például fázisátalakitásokon vagy diffúziós folyamatokon alapuló kis hőenergiát igénylő mellékreakciót pedig a tartóz- 55 kodási reaktorban hajtjuk végre. A dp 50 um átlagos szemcsemérethez viszonyított 20—300 £im szemcseméretű részecskék igen gyorsan felmelegszenek, nagy fajlagos felületük miatt igen gyorsan reagálnak, úgy, hogy a főreak- 60 ció legtöbb esetben 90%-ban lezajlik, mielőtt az anyag fluidizációs reaktort először elhagyná. A reakció többi része a továbbiakban gazdaságosabban, valamint a terméket és a berendezést kímélő módon megy végbe a tartózkodási reaktorban. 65 A találmány szerinti eljárás egyesíti a fluidizációs reaktor intenziv hőközlési lehetőségét a két lépéses, együtt csaknem sztöchiometrikus arányban végzett égetés előnyeivel. A fentebb említett tartózkodási idő-követelmények okozta hátrányokat a találmány szerinti eljárás során azzal küszöböljük ki, hogy tartózkodási reaktorba vezetjük a gázokból leválasztott szilárd anyagot és ebből éppen annyit vezetünk vissza, amennyi a fluidizációs reaktor szuszpenzió-sűrűségének beállításához, és adott esetben a fluidizációs reaktor tartózkodási reaktor-rendszer hőmérséklet-különbségének kiegyenlítéséhez szükséges. Ha a gázelosztó és a szekunder-gáz betáplálása közötti zónában az átlagos szuszpenziósűrűség 20—300kg/m3, a szekunder vezeték feletti zónában pedig 1—20kg/m3, akkor a fluidizációs reaktorban 250—900 vízoszlop mm a nyomásesés. A fluidizációs reaktor fenti üzemi körülményei között a Froude és Archimedes-féle számok értéke: a e 0,1 < 3/4 • Fr2------------ < 10 ak - og Ül.: 0,1 <Ar < 100, ahol: Ar = dk3 • g (gk - gg) 0% • p2 Fenti képletekben: Fr jelentése Ar jelentése a g jelentése g jelentése 0 k jelentése dk jelentése p jelentése a Froude-féle száma, az Archimedes-féle szám, a gáz sűrűsége kg/m3 -ben, a gravitációs konstans m/sec2, a szilárd anyag-részecske sűrűsége kg/m3, a gömb alakú részecske átmérője m-ben, a kinematikus viszkozitás m2/sec/ban. Ezzel szemben a tartózkodási-reaktorban, a fluidizáló-gáz kis sebessége következtében — amelynek lényegében a szüárd anyag keverése a feladata — sokkal nagyobb a szuszpenzió-sűrűség. A tartózkodási reaktor teljes hasznosítása érdekében a szuszpenzió-sürűségnek 600 kg/m3-nél nagyobbnak kell lennie. Froude és Archimedes definíciója szerint ugyanaz az Archimedes-féle szám-tartomány adódik, mint a fluidizációs reaktor esetében, a Froude-féle szám értéke pedig: 3/4 • Fr2——---- <5 • 10’3 ak — ag A fluidizációs és a tartózkodási reaktor egymáshoz viszonyított méreteit lényegében az egy bizonyos minőségű termék eléréséhez szükséges át2
