188504. lajstromszámú szabadalom • Eljárás fizikai és kémiai folyamatok kivitelezésére heterogén rendszerekben
1 188 504 A találmány tárgya eljárás fizikai és kémiai folyamatok kivitelezésére heterogén rendszerekben, amely alkalmazásával e folyamatok intenzifikálhatók és folyamatossá tehetők. Az ipari és mezőgazdasági technológia folyamataiban leggyakrabban több kiindulási komponensből keletkező inhomogén vagy heterogén rendszerek szerepelnek. Így a leggyakoribb folyamatok pl. ezeknek az inhomogén vagy heterogén rendszereknek az előállítása (pl. diszpergálással szolok, szuszpenziók, emulziók gyártása), megszüntetése (pl. szilárd anyag oldása folyadék közegben) vagy egyes komponenseik közti, rendszerint határfelületi, heterogén kémiai reakciók lefolytatása. A bemutatott fizikai és kémiai folyamatok megvalósítására az ipari és a mezőgazdasági gyakorlatban a legáltalánosabban a keverés művelete terjedt el. Intenzív keveréssel, ill. a legkülönbözőbb keverő konstrukciókkal oszlatják el a folyadék közegben pl. a szuszpenziók vagy emulziók részecskéit, ill. csökkentik azok méretét, elősegítik a heterogén reakciók anyag- és energia-transzportját (lásd pl.: Fejes G.: ipari keverőberendezések, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1970.). Feladatunk volt vizes szuszpenzióban mono-ammónium-foszfát (MAP) neutralizálása cseppfolyós ammóniával. A hagyományos eljárás szerint, ahogy az 1. ábra mutatja, az 1 keverőtartálybau a 4 keverőt a 2 MAP-szuszpenzió beadagolása után beindították, majd az 5 pillán - gőszeicp nyitása után a 6 zagyszivattyúval cirkuláltatták a szuszpenziót, és ekkor saját nyomásának hatására a 3 cseppfolyós ammóniát a folyadékszint alá vezették. Az ammónia mennyisége, teliát nyomása, az időjárási viszonyok megváltozása, a bevezetés helyén kialakult lerakódások stb. hatására a folyamat általában lassú és rendszerint nehezen reprodukálható volt. Kézenfekvőnek látszott a 3 ammónia folyadckszivatytyűva! való bevezetése. Ez azonban továbbra is igenyelte a folyadékszint alá való bevezetést, nem tudta kiküszöbölni a lerakódások kiválását, mozgó alkatrészei miatt gyakran fellépő meghibásodása, ill. tömíteticnségc pedig újabb problémák forrása lett. Kutató munkánk során az a meglepő tapasztalatunk adódott, hogy a felmerült öszszes problémát kiküszöbölhetjük, ha injektort alkalmazunk az ammónia bejuttatására a 2. ábra szerinti módon. Az adott célra tehát sugárszivattyút alkalmaztunk, szívó üzemmódban, s ezt a 7 ejcktort (szívó sugárszivattyút) a 6 zagyszivattyú nyomóvezetékébe építettük be, oly módon, hogy-' a fűvókáján átjutó primer közeg a 6 zagyszivattyúvn! keringtetett MAP-szuszpenzió, a szekunder közeg pedig a 3 cseppfolyós ammónia volt. A 7 ejektor diffuzor vésze nem nyúlt be a szuszpenzió szintje alá. Az injektorok vagy ejektorok célja — rendszerint igen nagy nyomású — primer közeggel kisebb nyomású szekunder közeg szállítása. Ezért az általunk választott megoldás szakember számára egyáltalán nem kézenfekvő, mivel a sugárszivattyúk hatásfoka anyagszállításra meglehetősen rossz, és ezért csak ott tartják indokoltnak alkalmazásukat, ahol pl. vákuum előállítására, robbanásveszély vagy korrózió elkerülése a cél, vagy amikor a primer közeg. pl. gőz hőtartalmát is át kell adni a szekunder közegnek (további részleteket lásd pl.: Szekeres G.: Üzemi vegyészek kézikönyve. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1962., 139-142, 661. p., J. II. Perry: Vegyészmérnökök Kézikönyve I. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1968. 653 -656 p.). Eljárásunknak több nem várt és előnyös hatása jeAz ejektor diffuzorát nem kellett a folyadékszint alá vezetni, ammónia-gáz így sem lépett ki a rendszerből. Ez annál inkább meglepetés volt, mivel a 6 szivattyúval a 7 ejektoron keresztül a neutralizálandó MAP-szuszpenziónak viszonylag kis sebességgel csak mintegy 30 %-át nyomattuk át, amely magával vitte a teljes mennyiségű MAP-szuszpenzió neutralizálásához szükséges ammóniagázt. A MAP-szuszpenziónak ammóniával való neutralizálára megváltoztatja a szuszpenzió-részecskék diszperzitásfokát. Találmányunk meglepő hatásaként jelentkezett az is, hogy az 1. ábra szerinti, hagyományos technológia szerinti készülékhez viszonyítva, az eljárásunk szerinti, 2. ábrán lévő készülékkel lényegesen finomabb részecskeméretű szuszpenziót nyertünk. A bemutatott meglepő hatások egyike-másika elvben visszavezethető lehetne az injektorok ismert gyakorlatára, lia nem lenne olyan szembeötlő a primer közeg sebességének különbsége: az injektorok alkalmazásának elmélete általában a hangsebesség közeli tartományban kidolgozott, szuszpenziók esetén ettől több nagyságrenddel alacsonyabb sebességeket biztosítottunk. A fentiek alapján találmányunk elé azt a célt tűztük, hogy eljárásunk alkalmas legyen fizikai és kémiai folyamatok kivitelezésére heterogén rendszerekben a folyamatok intenzifikálására és folyamatossá tételére, A találmányunk szerint úgy járunk el, hogy azokat a rendszereket, amelyekben fizikai és/vagy kémiai folyamatokat kívánunk kivitelezni egy komponens esetén injektorok primer ágába, több komponens esetén injektorak primer ágába és/vagy primer ágába és egy vagy több szekunder ágálja nyomatjuk. E megoldással a hagyományos eljárásokhoz viszonyítva az így vezetett folyamatokat intenzifikálhatjuk és nagyhatásúvá és szakaszosból folyamatossá tehetjük. Eljárásunk további részleteit, széles körű alkalmazhatóságát az alábbi kiviteli példákkal kívánjuk bemutatni. lentkezett. Kiküszöböltük az ammónia-bevezetésnél a lerakódások kiválását. Reprodukálhatóvá és rendkívül gyorssá tettük az ammónia bejuttatását. 1. példa (összehasonlító példa) Kevcrős berendezésben 18 000 mg/1 KOI szennyezettségéi híg sertéstrágyához 5 g/m3 kationos poli-akril-amidot és 500 g/m3 vas-IIl-szulfátot adagoltunk lassú kevertelés mellett, majd a kevertetés leállítása után a rendszer tisztájából 12C00 mg/1 KOI szennyezettséget mértünk. 2. példa Mindenben az 1. példa szerint járunk el azzal az eltéréssel, hogy a híg trágyát injektor primer ágába nyomattuk és két szekunder ágon kiilön-külön adagoltuk az elektrolitot' és polielektrolitot, mely művelet a rendszer tiszt íjában 4500 mg/1 KOI értéket eredményezett. 3. példa Sr.uszpenziós műtrágya stabilizáláshoz 5 % töménységű bentonitszuszpenziót gélesítettünk a bentonitra számított 5 % nátriumkarbonáttal. A bentonit gélesítési ide-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
