190785. lajstromszámú szabadalom • Eljárás folyadékok érintkeztetésére gázokkal
1 190 785 2 A találmány táfgya eljárás folyadékok érintkeztetésére gázokkal, koherens folyadéksugárnak fúvókával a gázrétegen keresztül nagy sebességgel a Folyadékba való bevezetése útján; Az elmúlt években - elsősorban a növekvő Szennyvíztisztítási feladatok és a biotechnológia fejlődésének hatására - rendkívül megnőtt az Igény Olyan éj gáz-folyadék éríntkeztető eljárások iránt, amelyek a korábban általánosan használt kevert reaktorokkal szemben gazdaságosan kielégítik a berendezés térfogatának növelésével, valamint a fajlagos beruházási és energiaköltségek, továbbá a reakcióidő, ill. a tartózkodási Idő csökkentésével kapcsolatos követelményeket. Èzeknek a követelményeknek a gyakorlatban egyetlen ismert eljárás sem tud eleget tenni. Az ismert megoldásokról jó áttekintést ad Schügerl K. (Chem.-Ing. Tech. 52, 951-965 [1980]). Szerinte az ismert gáz-folyadék érintkeztetők az energiaközlés módja szerint az alábbi csoportokba sorolhatók :- mechanikus rendszerek- kompresszoros rendszerek- szivattyús rendszerek és ezek kombinációi. A különböző gáz-folyadék érintkeztető rendszerek összehasonlítását a gyakorlatban az anyagátadási sebesség, az anyagátadás fajlagos energiaigénye és e két tényező viszkozitás-függése alapján végzik. Az ismert rendszerekről általánosságban elmondható, hogy nagy viszkozitású folyadékok esetén nem alkalmasak a nagy anyagátadási sebesség és a minimális energiaigény követelményének egyidejű kielégítésére. A gáz-folyadék érintkeztetésen alapuló rendszerek legtöbbjében a gáz és a folyadékfázis közti anyagátadás sebessége a leglassúbb folyamat, és ez határozza meg a többi reakció idejét is. Az anyagátadási sebesség növekedése lehetővé teszi a reakcióidő nagymértékű csökkentését, számos esetben az üzemi térfogat csökkentésével együtt. Azokban az esetekben, amikor az anyagátadási sebesség növekedése folytán lehetővé váló koncentráció-növelés viszkozitás-növekedéssel jár együtt, igen lényeges, hogy a rendszer működése csak kismértékben függjön a folyadékfázis viszkozitásától. Ezt a követelményt az ismert rendszerek általában nem tudják kielégíteni. Az eddig ismert összes gáz-folyadék érintkeztető eljárás alapvető hiányosságát az anyagátadás intenzitásának korlátozottsága jelenti. A találmány szerinti eljárás legnagyobb előnye abban rejlik, hogy az anyagátadás intenzitásának mintegy egy nagyságrendű növelését teszi lehetővé az anyagátadás fajlagos energiaigényének és viszkozitásfüggésének egyidejű jelentős csökkenése mellett. A gyakorlatban az anyagátadás intenzitásának jellemzésére a k® a h 1 fizikai abszorpcióra vonatkoztatott fajlagos anyagátadási együtthatót használják, amely a különböző érintkeztető eljárások anyagátadási intenzitásának egyértelmű összehasonlítására szolgál tetszőleges gázfolyadék rendszer esetén. A k® a együttható meghatározásának - intenzív anyagátadás esetén - a legmegbízhatóbb és szinte kizárólag használt módja a nátriumszulfit kobaltkatalizátor jelenlétében történő oxidációján alapuló mérési módszer. (Linek. V. és Vacek. V.: Chem. Eng. Sei. 36, 1747-68/1981.) A mérési módszerrel kapcsolatos korábbi bizonytalanságokat, különösen ami a kémiai reakciónak a fizikai abszorpcióra gyakorolt hatását illeti (Linek. V. : Chem. Eng. Sei. 27, 627-637/1972.), az elmúlt évek kutatásai megnyugtatóan tisztázták és meghatározták azokat a mérési körülményeket, amelyek mellett a fizikai abszorpcióra vonatkoztatott fajlagos anyagátadási együttható módszerrel nagy pontossággal mérhető, ahogy azt Linek, V. és Vacek, V. összefoglaló tanulmánya is részletesen ismerteti (Chem. Eng. Sei. 36, 1747-68/1981.). Ezen túlmenően a módszer lehetőséget biztosít a fizikai abszorpciót követő tetszőleges kémiai reakció által a tényleges anyagátadási sebességre gyakorolt hatása pontos számítására. Ennek jelentősége abban rejlik, hogy a gyakorlatban a fizikai abszorpciót rendszerint valamilyen kémiai vagy azzal analóg módon kezelhető egyéb reakció követi, mint például a mikroorganizmusok oxigénfogyasztása, amely a mikroorganizmusokra nézve elsőrendű reakciónak tekinthető. Az eddig ismert gáz-folyadék érintkeztető módszerekkel, az eljárástól függően maximálisan elérhető fizikai abszorpcióra vonatkoztatott fajlagos anyagátadási együttható értéke 140-1000, h ' (Sittig, W. és Heine, H.: Chem.-Ing.-Techn. 49., 595-605 [1977.]) A szivattyút alkalmazó ismert rendszereken belül egyre gyakrabban alkalmazzák a merülő vagy becsapódó folyadéksugarat („Tauchstrahl”, „plunging jet”.) Az ilyen megoldást alkalmazó rendszerek jellegzetessége, hogy a gázt a folyadékba felülről becsapódó folyadéksugár segítségével viszik be a folyadék keringetésével. Az ilyen rendszereknek két típusa ismert:- a gáz beszívását folyadéksugár-szivattyú segítségével végzik, itt a gáz a folyadéksugárban még a becsapódás előtt diszpergálódik (56 763 sz. NDK- beli szabadalmi leírás),- a gázt a folyadékba a gázrétegen keresztül csapódó szabad koherens folyadéksugár felületi érdességeinek hatására, mechanikus úton viszik be, itt a gáz elsődleges diszpergálása a becsapódás után következik be (Schügerl K., C'hem.-Ing.-Tech. 52, 956/1980.) Az utóbbi elvet alkalmazó ismert eljárások alapvető hiányossága, hogy a folyadéksugár sebességének növelésével meredeken csökken az egységnyi energiával beoldható gáz mennyisége (van de Sande E. és Smith J. M. Chem. Eng. J. 10, 225-233 (1975.), 6. ábra), az energetikailag kedvező alacsony folyadéksugár-sebesség tartományban (5 m/s alatt) a folyadéksugár behatolási mélysége viszont olyan kicsi, hogy ez nagymértékben korlátozza a gyakorlati - különösen a nagyipari - felhasználást (Chem. Eng. J. 10, 231 [1975.]) Smigelschi, O. és Suciu, G. D. szerint is (Chem. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
