181612. lajstromszámú szabadalom • Fluidizációs berendezés, főleg háromfázisú rendszerekhez
5 181612 6 Az 1. táblázat folytatása Típusjel A gázelosztó rövid leírása Gázbevezetés a rétegtartó alátét szintje felett alatt d) lyuggatott vagy porózus lemezből vagy csőből készült elosztó a készülék hossztengelyére nézve szimmetrikusan kiképzett profillal + e) kis szabad felületű perforált lemez, szitaszövet vagy porózus lemez (folyadékelosztásra is szolgál) + 0 (Raschig-gyűrű) töltet, felette perforált lemez és szitaszövet (porózus lemez) — folyadékelosztásra is szolgál + Kedvező sajátosságok: — a nagy hőkapacitás miatt a készülékek hőmérséklete egyszerűen szabályozható; — az egységnyi reaktortérfogatra vonatkoztatott reakciósebesség nagy; — további berendezéselemekhez egyszerűen kapcsolhatók; — szilárd anyag könnyen beadagolható és eltávolítható. Hátrányos tulajdonságok: — az ismert készülékek keveredési viszonyai közel állnak a folyamatos, kevert tankreaktoréhoz (különösen nagy buborékméretek esetén erős az axiális keveredés), ezért egyszeri átáramlással csak kis konverzió valósítható meg; — szilárd anyag könnyen beadagolható és eltávolítható, dezéselemek jelentős költséghányadot képviselnek; — a folyadékfázisban a jó átadási viszonyok miatt a homogén mellékreakcíók lehetősége aránylag nagy. A felsorolt előnyök ellenére, elsősorban a nagy mértékű axiális keveredés miatt a háromfázisú fluidizációs reaktorok ipari méretekben kevésbé terjedtek el, mint a fix ágyas reaktorok. A fontosabb működő ipari technológiák a következők: — szénhidrogének katalitikus hidrogénezése és kéntelenítése, H—Oil és Hy—C krakk eljárások (HELLVIG, L. R„ VAN DRIESEN, R. P. et al.: Oil Gas J. 61, 227, 1963; VAN DRIESEN, R. P„ STEVART, N. C.: Oil Gas J. 62, 100, 1964); — polipropilén előállítása (SCHILDKNECHT, C. E„ SKEIST, I.: Polimerization Processes p. 376, John Wiley New York, 1977), Ezen kívül számos eredményes laboratóriumi kísérlet történt a további alkalmazás érdekében, pl.: — kalciumbiszulfit főzőlúg előállítása (VOLPICELLI, G., MASSIMILLA, L. Chem. Eng. Sei. 25, 1361, 1970); *s— folyamatos fermentáció megvalósítása (ATKINSON, B., DAVIES, I. J.: Trans. Inst. Chem. Engrs. 50, 208, 1972); — fenolos szennyvíz biológiai bontása (HOLLADAY, A. W„ MANCHER, C. W. et al.: AIChE J. Symp. Ser, 74 241, 1978). A találmány célja olyan fluidizációs berendezés létrehozása, főleg háromfázisú rendszerekhez, amely kiküszöböli az ismert berendezéseknek a nagy mértékű axiális keveredésből és a nagy méretű buborékok áthaladásából származó hátrányait, ezáltal a korábbiaknál nagyobb hatásfokkal és gazdaságosabban, folyamatos üzemben valósíthatók meg benne gáz(ok) és folyadék(ok) (szuszpenziók) közötti szilárd, szemcsés katalizátor (rögzített enzim) jelenlétében lejátszódó kémiai (biokémiai) reakciók, illetve gáz(ok) és folyadék(ok) egymásrahatása következményeként szilárd szemcsés anyagik) kémiai (fizikai) oldódását eredményező folyamatok, amellett adott esetben a fő műveleten kívül kiegészítő műveletek is elvégezhetők. A találmány alapja az a felismerés, hogy ha a fluidizációs teret függőleges irányban részekre osztjuk, az axiális keveredés nagy mértékben csökken, a buborékok mérete is kisebb lesz, ugyanakkor lehetővé válik rétegenként azonos vagy változó átlagméretű szilárd részecskék egyenletes fluidizációja. Felismertük, hogy ha az egyes rétegek között alkalmazott elválasztó elemekben Ventury-szűkülettel ellátott összekötő járatokat alakítunk ki, az ezekben létrejövő nagy sebesség turbulenciát okoz, amelynek hatására a buborékok szétválnak, illetve amely elősegíti a gáz- és folyadékfázis közötti keveredést, ill. a reakciót. Ezen felismerés nyomán a kitűzött célt olyan fluidizációs berendezéssel érjük el, amelynek függőleges irányban elválasztó elemekkel egymás fölött elhelyezkedő egységekre osztott tartálya van, és amelynél a találmány értelmében az elválasztó elemeknek legalább egy, az alattuk, illetve felettük levő egységek belső tereit összekötő járata — célszerűen furata — van, amely Ventury-szűkülettel van ellátva, és felülről célszerűen szeleppel van lezárva. A találmány szerinti berendezés egy előnyös kiviteli alakjánál a járatban — célszerűen furatban — fúvóka van elrendezve. Egy másik előnyös kiviteli alaknál az egységek keresztmetszete különböző és az elválasztó elemek járatainak — célszerűen furatainak — szétágazó vagy összetartó szakaszai vannak, amelyek célszerűen az elválasztó elemek alsó oldalához csatlakozó betételemekben vannak kialakítva. Egy további előnyös kiviteli alaknál az egységek kerülő szelepeken át össze vannak kötve egymással. Végül egy másik előnyös kiviteli alaknál az elválasztó elemek folyadék- és gázfázist szétválasztó elemmel vannak ellátva. A találmányt az alábbiakban a csatolt rajzokon vázolt kiviteli példák kapcsán ismertetjük. Az 1. ábra három azonos keresztmetszetű egységből álló fluidizációs berendezés hosszmetszete; a :r -2. ábra olyan, három egységből álló fluidizációs berendezés hosszmetszete, amelynél a felül levő egység keresztmetszete mindig nagyobb az alatta levőénél; a 3. ábra egy elválasztó elem felülnézete; és a 4. ábra ugyanezen elválasztó elemnek a. 3, ábrán jelölt IV- IV síkban vett metszete. Az 1 ábra szerinti fluidizációs berendezés laboratóriumi méretű, és atmoszferikushoz közeli nyomáson (max. 2 kPA) és 0—100 °C hőmérsékleten végrehajtható heterogén katalitikus folyamatok vagy rögzített enzimek jelenlétében lejátszódó biokémiai reakciók megvalósítására alkalmas. A katalizátort alkotó (hordozó), illetve az enzimek rögzítésére használt szemcsék minimális mérete 10 A m. A berendezés 1 készülékteste három egymás fölé elhelyezett, lényegében azonos felépítésű I, II és III egységből áll, amelyek között rétegtartó és fluidumelosztó elválasztó 2 elemek vannak. Ezeket a 3. és 4. ábra alapján később ismertetjük. Az egyes I, II és III egységekben helyet foglaló háromfázisú 3 rétegek a fluidizációs térnek mintegy 50—70%-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
