181612. lajstromszámú szabadalom • Fluidizációs berendezés, főleg háromfázisú rendszerekhez
álló szilárd fázis szerepe a gáz(ok) és a folyadék(ok) intenzív érintkezésének elősegítésére korlátozódik (pl. töltetes abszorberek). 2. A többségükben újabban kifejlesztett és napjainkban elterjedőben levő szuszpendált ágyas berendezésekben a szilárd részecskéket a folyadékfázis mozgási energiája tartja szuszpendált állapotban. Az egyes berendezéstípusokat aszerint különböztetjük meg, hogy honnan nyeri mozgási energiáját a folyadék. Az alkalmazható részecskék lineáris méretének felső határa (5—6) x 10 3 m. a) A háromfázisú buborék- vagy habkolonnákban a folyadék mozgási energiáját az áthaladó gázbuborékok biztosítják. Általában nagyon finoman porított szemcséket (1—5 x 10 35 m) alkalmaznak szilárd fázisként, 1—3 m/s maximális gázsebesség esetén sem haladhatja meg a szemcsék mérete az 5 x 10 4 m-t. A készülékeket többnyire a folyadékfázisra nézve szakaszosan, a gázfázisra nézve folyamatosan működtetik. Háromfázisú buborékkolonna-reaktorokat alkalmaznak pl. Fischer—Tropsch szintézis megvalósításánál is (KÖLBEL, H.: „Chemie-Technologie — szerk. Winnacker—Kühler — Vol. 3, p. 439, Hauser, München, 1959), vagy szulfidos szennyvizek oxidativ tisztításánál (Ueno, Y. J. Water Pol. Cont. Fed. 40, 2778, 1974). b) A mechanikusan kevert háromfázisú berendezésekben a folyadék részben a mechanikus keverés, részben az átáramló buborékok mozgása révén nyeri a szemcsék szuszpendálásához szükséges energiát. Az ugyancsak finom szemcséket igénylő berendezéseket pl. oldási reakciókban vagy zsiradé- 30 kok hidrogénezésénél használják (BAILEY, A. E.: „Encyclopedia of Chemical Technology” — Kirk—Othmer eds. — Vol. 6, p. 140, Wiley (Interscience) New York, 1951). c) A turbulens ágyas érintkeztető berendezésekben a felfelé áramló gáz müanyaggolyócskák között halad át, amelyek- 35 re felülről folyadékot porlasztanak. Az így képződő rétegben a golyócskák megfelelő gázsebesség esetén fluidizált állapotba kerülnek. A készülékeket elsősorban gázok tisztítására (abszorpció, portalanítás) alkalmazzák (DOUGLAS, W. J. M.: Chem. Eng. Progr. 60, 66, 1964). A háromfázisú fluidizációs berendezések többségében a buborékokra diszpergálódott gáz és a folytonos fázist képező folyadék együttes, felfelé haladó árama tartja fluidizált állapotban a szemcsés szilárd fázist. A szemcsék mérete 45 aránylag tág határok között — (0,1—6) x 10 3 m — változtatható, de egyenletes készülékátmérő esetén egyidejűleg aránylag szűk méretfrakciók fluidizálhatók, mivel a folyadékfázis üres keresztmetszetre számított lineáris sebességének alsó határát a szemcsék minimális fluidizációs sebessége, 50 felső határát pedig a kihordási sebesség határozza meg. A gázfázis lineáris sebessége rendszerint kisebb a folyadékénál, és csak ritkán haladja meg annak kétszeresét. Az ismert háromfázisú fluidizációs berendezések egyréte- 55 gesek. A háromfázisú réteg (szilárd szemcsék+folyadék+ gázbuborékok) függőlegesen elrendezett, általában párhuzamos falú csőben alakul ki. A rendszerint porózus vagy lyuggatott rétegtartó alátét szolgál (egyes esetekben az alatta elhelyezett töltelékréteggel együtt) a folyadéknak a készülék 60 keresztmetszete mentén való egyenletes eloszlatására. A megfelelő buborékméretet biztosító elemek kialakítása már sokkal nagyobb változatosságot mutat (1. táblázat). A szerzők csupán néhány esetben adják meg a bonyolultabb elosztók pontos leírását (MASSIMILLA, L., SOLIMAN 65 DO, A., SQUILLACE, E.: Br. Chem. Eng. 6, 232, 1961; PAGE, R. E., HARRISON, D.: Proc. Int. Symp. Fluidization and its Applications p. 393 Cepadues Editions, Toulouse, 1974; VISVANATHAN, S., KAKAR, A. S., MURTI, P. S.: 5 Chem. Eng. Sei. 20, 903, 1964). Az elosztók ismertetésének hiánya arra az általános tapasztalatra vezethető vissza, hogy kb. 0,6 m-nél magasabb rétegek esetén a gázelosztó minősége már nem befolyásolja a réteg felső részében felszálló buborékok méretét, ill. méret- 10 eloszlását, következésképpen a gáz- és a folyadékfázis érintkezési felületének nagyságát sem. A kémiai reaktorként üzemelő háromfázisú fluidizációs berendezéseknél a megfelelő tartózkodási idő biztosítása 15 érdekében kívánatos a hasznos készülékhossz, azaz a rétegmagasság növelése. A gázelosztó készülékelemek kialakításának ezért nem tulajdonítottak nagy jelentőséget, hanem az áramlási paramétereknek és a szilárd szemcsék méretének változtatásával próbálták befolyásolni a buborékméretet 20 (LEE, J. C„ SHERRARD, A. J., BUCKELEY, P. S.: Proc. Int. Symp. Fluidization and its Applications, p. 407, Cepadues Editions, Toulouse, 1974). Megállapították, hogy egy, a sűrűségtől függő kritikus szemcseméret’— (1,5— 2,5) x 10 4 — felett a szemcsék a buborékok aprózódását, ez 25 alatt azok agglomerációját okozzák (OSTERGAARD, K.: „Fluidization” — (Davidson, J. F., Harrison, D. eds.) Ch. 18. p. 751, Academie Press, London, 1971; KIM, S. D., BAKER, C. G. J., BERGOUGNOU, M. A.: Can. J. Chem. Eng. 50,695, 1972). A kritikus méret feletti szemcsék alkalmazása előnyös a gáz-folyadék határfelület növelése szempontjából, viszoíít sok esetben (pl. heterogén katalitikus reakciók, szilárd szemcsék oldása) kedvezőtlen a szilárd fázis kis fajlagos felülete, ill. a fluidizáltatáshoz szükséges nagy folyadéksebesség''tniáff (OSTERGAARD, K.: AIChE J. Symp. Ser. 69, 28, 1973). Az ismert készülékek előnyös és hátrányos tulajdonságai részletes vizsgálatok alapján az alábbiakban foglalhatók össze (SATTERFIELD, C. N.: AIChE J. 21, 210, 1975, 40 PAGE, R. E., HARRISON, D.: Powder Technoi. 6, 245, 1972; SHAH, Y. J.: „Gas-liquid-solid reactor design” Ch. 1. Mc Graw-Hill, New York 1979; 1. táblázat 4 Az ismert háromfázisú fluidizációs berendezésekben alkalmazott gázelosztók gyakoribb típusai Típusjel A gázelosztó rövid leírása Gázbevezetés a rétegtartó alátét szintje felett alatt a) egyedi nyílás (egyes esetek%ben fúvókaszerűen kiképezve) +b) egyedi nyílás fecskendővel vagy egyéb buboréktérfogatszabályozóval kombinálva + c) több nyílás, egyenletesen elosztva a készülékkeresztmetszet mentén (egyes esetekben fúvókaszerűen kiképezve) + 2
