189718. lajstromszámú szabadalom • Statikus keverős adagkeverő berendezés és eljárás szilárd diszperz rendszerek homogenizálására
1 A találmány tárgya szakaszos üzemű, statikus keverő elemeket tartalmazó adagkeverő berendezés és eljárás szilárd diszperz rendszerek homogenizálására. A szilárd diszpergált anyagok homogenizálására szolgáló keverési műveletek végzése során az anyagi részecskék mozgása két vagy több anyag partikuláris, véletlenszerű szétoszlását eredményezi. A részecskék rendezetlen mozgását külső energia bevitel által szokásosan a keverőnek a mozgatása és/ vagy a részecskék gravitációs térben történő mozgása hozza létre. A homogenizálás hatásosságát a választott keverő berendezés típusa, az eljárási és üzemelési paraméterek mellett döntően a keverendő komponensek olyan anyagi és fizikai tulajdonságai befolyásolják, mint a részecskeméreteloszlás, halmaz sűrűség, alak-, felületi és folyási jellemzők, apríthatóság, tapadási hajlam, agglomerációs állapot stb. A keverés jóságának definiálására (Fejes G.: Ipari keverő berendezések, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1970) elteijedten a véletlen (statisztikus) keverék fogalmát használják, ahol a halmaz bármely részecskéje azonos valószínűséggel foglalja el a halmaz által kitöltött térrész bármely helyét. A homogenizálás megfelelő voltának gyakorlati kritériuma végülis az, hogy a termék kielégítő-e a vele szemben támasztott követelményeket. A szilárd diszperz rendszerek homogenizálására nagyszámú, többnyire adott feladatra konstruált és gépészeti szempontból is különböző keverő berendezés szolgál. A keverők műveleti és konstrukciós szempontból lehetnek szakaszos és folyamatos üzemvitelűek, a keverőelem helyzete szerint: vízszintes, ferde és függőleges rotorral ellátottak, a keverőhatás szerint pedig gravitációs, mechanikus, pneumatikus vagy fluidizációs elvűek. (Turba, J. — Németh, J.: Vegyipari készülékek és gépek tervezése, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, (1973). Egyes gépekben a keverőedény, míg másokban a keverőszerkezet forog, vagy ezek kombinációjával pl. mindkettő ellentétes forgását valósítják meg. A mozgó keverő elemet alkalmazó gépek használatát sok esetben korlátozza, hogy a keverés során a szemcsék nem kívánt módon aprítódnak. A szakaszos üzemű keverő berendezések esetén különösen jelentős hátrányt jelenthet a szegregáció (különválás), ami a gyakorlatban szinte mindig jelentkező hibaforrása a homogenizálás jóságának, hiszen a szilárd diszperz rendszereket alkotó keverendő komponensek anyagi és fizikai tulajdonságai többnyire jelentősen eltérnek egymástól. A szakaszos üzemű keverés időben lejátszódó folyamat, amikoris nagyon sok esetben a keverendő diszperz rendszer az idő függvényében a kezdeti inhomogén állapotból homogén állapotba, majd ezt követően újból inhomogén állapotba megy át. A homogenilás időueni optimumának meghatározása esetenként lehetetlen a rendszert alkotó komponensek eltérő tulajdonságai miatt, például az egyik alkotórész előbb éri el a térbeli homogenitás állapotát, amikor a másik még az inhomogenitás tartományában van. Ezért a keverőberendezések kiválasztásához minél nagyobb számú, megbízható kísérlet végzése szükséges a keverni kívánt anyagokkal. A mindenkor legkedvezőbb konstrukciókat és üzemeltetési megoldást - aminek természetesen gazdasági kihatása is van - csak kompromisszumokkal lehet megtalálni, mivel a befolyásoló paraméterek közötti összefüggések 2 2 a legtöbbször nem ismertek kellően. (Strange K.: Chem. Eng. 12, 1733, 1967/11, Williams, J. C.: The Mixing of Dry Powders, Powder Technology, 20. 1968). Az utóbbi években az iparban egyre szélesebb körben alkalmazzák az áramló fázisok homogenizálására a keverő berendezések egy olyan típusát — a statikus keverő berendezéseket -, amelyekre jellemző az, hogy nem tartalmaznak mozgó alkatrészeket. Egyszerű konstrukció ás üzemvitel, a mozgó keverőkhöz képest általában kisebb nyíró- és aprítóhatás, szegregáció nélküli keverés jellemzi a folyamatos keverőberendezések e típusát. (Chen, S. J., Fan, L. T., Watson, C. A.: The mixing of solid particles in a motionless mixer- a stohastic approach. AIChE Journal 18,5, 1972). Működési alapelvük az úgynevezett osztásmechanizmus, ami szerint például ha egy statikus keverőelem az áramló halmazt két részáramra osztja, minden egymást követő elem csatlakozáson mindkét részáram egyrészt újból két részáramra oszlik, miközben a másik kettő egyesül, majd újra oszlik és így tovább. Ezek a részfolyamatok végülis hatványfüggvény szerinti sávosztódást eredményeznek, ahol a sávok száma egyenlő az elem által létrehozott osztásoknak az alkalmazott elemek számán vett hatványával. Egy ilyen keverő berendezést ismertet a 179.046 számú magyar, és a U. S. Patent No 3286992 számú amerikai szabadalom is. A folyamatos statikus keverő rendszer alkalmazásának méretnövelési korlátái vannak, sem a rendszer keresztmetszete, sem a rajta áthaladó anyagáram bizonyos határon túl nem növelhető, ugyanakkor az osztásmechanizmus érvényesítése egyre nagyobb számú keverő elemen való anyagáram átvezetést igényel. A statikus keverő elemes, de az egyéb konstrukciójú, folyamatos üzemű, szilárd anyag homogenizálóknak közös hátránya épp a folyamatos üzemmódból adódik. Különösen a szilárd diszperz rendszerek megbízható adagolása kritikus műszaki feladat. A folyamatos üzemű keverő berendezések hatásosságát döntően az adagolók egyenletessége, pontossága és aránytartása szabja meg, ugyanakkor az adagoló anyagtartályában például egy óhatatlanul bekövetkező részecskeméret vagy sűrűség szerinti fajtázódás a a termék homogenitásában még megbízható adagoló és hatásos keverő berendezés esetén is komoly inhomogenitást okoz. Az adagolási pontatlanságból eredő inhomogenitás megszüntetésére a keverék recirkuláltatása, vagy újabb folytonos statikus keverő rendszereken való átáramoltatása sem felel meg annak a célnak, hogy egy nagy halmazon belül, az idő függvényében fellépő adagolási pontatlanságokból eredő, egymástól eltérő összetételben keletkezett kis halmazokból, homogén nagy halmazt állítsunk elő. Ezért találmányunk céljául egy olyan keverési eljárás és berendezés kialakítását tűztük ki, amely az előzőleg ismertetett hátrányokat kiküszöböli és lehetővé teszi — a keverő berendezésbe beadagolt komponensek pontos arányának betartását, — az összekeverendő anyaghalmaz egytömegben és megismételhető módon való összekeverését, — a komponensek keverési műveletében az elérhető optimális homogén eloszláson való szegregáció nélküli homogenizálást — a minimális aprítással járó keveirést. 189 718 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5Q 55 60
