181467. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés legalább két komponensű heterogén és/vagy potenciálisan heterogén kiindulási állapotú rendszerekkel végzendő műveletek folyamatos megvalósítására
3 181467 4 a gyógyszer- és növényvédőszer-, az élelmiszer- és papíripar bonyolult műveleteinek megvalósulása ma már el sem képzelhető az egyes konkrét feladatokra kifejlesztett speciális gépek és berendezések nélkül. A nap mint nap felmerülő új igények kielégítése a klasszikus gépészmérnöki módszerektől sok tekintetben eltérő feladatot jelent, s még a gépészmérnöki tudományok speciális szakágában, a vegyipari gépészetben sincsenek kész megoldások, nincs kész recept az egyes gyakorlati feladatok megoldására, így főként a legkülönbözőbb tulajdonságú partnerekkel végrehajtott, folyadék közegben nem és/vagy lassan és/vagy rosszul oldódó gáz és/vagy folyadék és/vagy szilárd anyag egy vagy több egymást követő lépésben, folyamatos üzemmódban való diszpergálására és/vagy oldására és/vagy kémiai reakcióba vitelére sincs általánosan alkalmazható ismert megoldás. A különböző ismert eljárások lényege a paraffin-emulzió készítésében mutatható ki, melynél a szakaszosan vagy folyamatosan előkészített komponenseket külön-külön kimérik és megfelelő sorrendben beadagolják a primer diszpergálóba. A kapott diszperziót a homogenizátorba továbbítják, ennek termékét pedig adott esetben egy közbenső hűtőn keresztül vezetik a tárolóba. A homogenizátor általában kolloidmalom vagy nagynyomású homogenizátor. Elvileg azonos technológiával állítják elő a többi között a papíripar Bewoid-diszperzióját, a papír felületkezelésére szolgáló mázanyagokat, továbbá a nyomdafesték- valamint a lakk- és festékipar, de a konzervipar különböző termékeit is, primer diszpergálóként célszerűen szuperkeverőt vagy lyuktárcsás malmot, homogenizátorként pedig gyöngymalmot vagy korundtárcsás malmot alkalmazva. E hagyományos megoldás technológiai jellegű problémáit négy csoportba sorolhatjuk: így elsőként nehézséget jelent az egyes komponensek, különösen a magas hőmérsékletű ömledékek, továbbá a porok vagy iszapok pontos bemérése. Másodszor a primer diszpergáló szakaszos üzemű, a homogenizátor tehát csak akkor üzemeltethető folyamatosan, ha legalább két primer diszpergáló áll rendelkezésre, amelyek egymást váltva táplálják a homogenizátort. Harmadszor sok esetben rendkívül fontos a részfolyamatok sorrendje is, ezt pedig csak a primer diszpergálóban lehet meghatározni, mivel a homogenizátorba a már teljes rendszert táplálják be, s így voltaképpen a lényeges minőségi változáshoz nem biztosítható az optimális sorrend. Végül negyedszer a komponensek optimális arányával kapcsolatban két nehézség is felmerül, egyrészt a komponensek folyamatközbeni optimális részaránya rendszerint nem egyezik meg a folyamat végén beálló és általában sztöchiometriaílag meghatározható részaránnyal. A folyamat egyes stádiumaiban szükséges optimális részarányt csak a primer diszpergálóban és ott is csak akkor lehet biztosítani, ha a komponensek adagolásánál folyamatosan figyelembe veszszük a folyamat előrehaladtát. Ilyen jellegű sok diszpergálási, emulgeálási, neutralizálási, elszappanosítási folyamat. Ekkor azonban elsikkad a homogenizátor folyamat-intenzifikáló hatása és csupán kiegyenlítő szerepet tölt be. Másrészről ugyanebbe a csoportba sorolható az a jelenség is, hogy az egyes komponensek optimális részaránya az adott technológiában egymást követő műveletekben is eltérő, az első művelethez beállított viszonyokat viszont később az esetek többségében már nem lehet módosítani. A paraffin-emulzió készítésére hivatkozva mutathatjuk ki a hagyományos eljárások egy hátrányos gazdaságosságihatékonysági jellemzőjét is. A papíriparban ugyanis az egy műszak által igényelt paraffin-emulzió mennyiségét két ciklusban, 3—3 óra előkészítés mellett 1—1 óra tényleges műveleti idővel állítják elő. Ez azt jelenti, hogy csak erre az egyetlen egy feladatra egy mindössze 25%-ban kihasznált kapacitású, más célra nem hasznosítható berendezés van lekötve. Az adott szakterület ugyancsak bőséges szabadalmi irodalmából a feladatkitűzésében legközelebbinek tartott két megoldást vizsgáljuk. A 153 189 sz. magyar szabadalmi leírásból egy olyan eljárás és berendezés vált ismertté, mely diszperz fázisban végbemenő heterogén fázisú ill. heterogén katalitikus reakciók végrehajtására dolgoztak ki. Az ismert eljárásnak az a lényege, hogy egymással nem elegyedő, illetve legalább két fázist alkotó folyékony anyagok közül egyet, többet vagy valamennyit porlasztóberendezésben elporlasztva juttatnak a zárt térbe, amelyben a reakció végbemegy. Az elporlasztott, rendkívül nagy fajlagos felületű fázisok igen nagy határfelületen érintkeznek egymással, illetve a zárt térbe más úton bevitt anyaggal, ennélfogva a reakció olyan nagy sebességgel folyik le, amilyet eddig heterogén fázisú reakciók esetében más módon sohasem sikerült elérni. A reakció rendkívüli meggyorsulása lehetővé teszi eddig csak szakaszosan, viszonylag kis adagokban, hosszabb idő alatt végrehajtott reakciók folytonos üzemű végrehajtását, sőt a reakciósebességnek köszönhető lehetősége miatt olyan reakciók véghezvitelét is, amelyek a magasabb hőmérsékleten végbemenő mellékreakciók, illetve bomlás miatt eddig csak rossz hatásfokkal, nehézségek közben voltak elvégezhetők. Az ismert berendezés két lényeges részből áll: egyszerű vagy összetett porlasztókészülékből mindazokkal az önmagukban ismert segédberendezésekkel, amelyekben a porlasztásra kerülő anyagok alkalmas fizikai állapotba hozhatók halmazállapot, viszkozitás, hőmérséklet, nyomás stb. tekintetében és a kívánt mennyiségben, arányban, ill. ütemben adagolhatok, és egy edényből vagy edényrendszerből, amelyben a porlasztóban létrehozott diszperz rendszer, illetve annak egy vagy több fázisa adott esetben magában vagy az edénybe nem a porlasztókészüléken át bevitt más anyagokkal reagál, vagy heterogén katalizátorként működik. Az edénynek vagy edényrendszemek egyenként önmagukban ismert tartozékai a nem a porlasztó útján bevitt anyagokat előkészítő és adagoló berendezések és az edényben vagy edényrendszerben létrejött anyagok kezelésére, azaz elkülönítésére, elvezetésére, kiürítésére stb. szolgáló berendezések. A porlasztó lehet az önmagukban ismert folyadékporlasztók bármelyik fajtája, akár olyan, amelyben a szűk fúvókanyíláson nagy nyomás alatt kilépő anyag önmagában elporlad, akár olyan, amelyben a porlasztani kívánt anyagot nagy sebességgel kilövelő gáz ragadja magával, s eközben elporlasztja. De a porlasztó előnyösen az ismert kömyílású porlasztók nyílásának képzeletbeli oldalirányú megnyújtásával létrejött résporlasztó, amikor is a rés lehet egyenes vagy körgyűrű alakú. A berendezés további kiviteli alakja az olyan több fúvókából álló porlasztórendszer, amelyben a nagy sebességgel kilépő porlasztóit anyagáramok egymáshoz ütődve a reakció további meggyorsulását okozzák. Jóllehet az ismert megoldás különösen alkalmas folyadékok, oldatok vagy olvadékok szulfonálására, továbbá katalizátorként kéntrioxidot vagy füstölgő kénsavat alkalmazó folyamatokra, főként észter- és éterképzésre, a leírásunk bevezető részében vizsgált gyakorlati nehézségek felszámolását mégsem biztosíthatja, mivel a komponensek lépcsőzetes jellegű betáplálására egyrészt a rendkívüli reakciósebesség kö5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
