CS199622B2 - Method of forming of turbulent layer in the heterogenous systems and equipment for execution of this method - Google Patents

Description

(54) Způsob . vytváření vířivé vrstvy v heterogenních systémech a zařízení k provádění tohoto způsobu

Vynález se týká způsobu vytváření vířivé vrstvy v heterogenních systémech tím způsobem, · že se heterogenní proud hmoty uvádí do kolony s překrývajícími se a navzájem vůči sobě skloněnými patry, mezi kterými se vytvářejí vířivé jednotky, a zařízení k provádění tohoto způsobu.

K provádění postupů, při nichž je třeba při stejnosměrném proudění dvou fází udržovat těžší fázi ve vznosu, se obvykle používají trubkové reaktory, nebo kotle s míchadlem, popřípadě kaskády kotlů s míchadlem. Vede-li se suspenze trubkovým reaktorem, je na jedné straně nutná k zamezení usazování částic pevných látek nebo z tepelně technických důvodů určitá nejmenší rychlost proudění. Aby však bylo dosaženo žádoucího efektu, například chemické reakce, je na druhé straně žádoucí určitá nejmenší doba prodlevy. Tyto skutečnosti nutně vedou k používání velkých stavebních délek a odpovídajícím velkým nákladům, zvláště tehdy, je-li nutný ohřev nebo chlazení reaktoru. K tomu přistupuje i to, že popřípadě nutná odplyňovací zařízení jsou velmi nákladná.

Použijí-li se kotle s míchadly nebo kaskády kotlů s míchadly, vyžadují tato zařízení, obzvláště při vysokých provozních tlacích a vysokých provozních teplotách, nákladná a málo odolná těsnění prostupů hřídele mí2 chadla. Kromě tcho mají spojovací prvky mezi jednotlivými kotli s míchadly sklon k ucpávání. Počet a velikost kotlů s míchadly je vzhledem k požadovaným zhotovovacím a provozním nákladům velmi omezen.

Úkolem tohoto vynálezu je uvést postup, který odstraní uvedené nevýhody a s co možná nejmenšími náklady na zhotovení, jakož i na provoz při co možná nejvyšší provozní spolehlivosti a pružnosti příslušného zařízení zajistí intenzívní víření a udržování disperzní fáze, popřípadě ve vznosu v kontinuální fázi.

U heterogenních systémů kapalina-pevná látka je znám následující jev: klesá-li soubor částic v klidné nebo pohybující se kapa. líně při dostatečně velkých rozměrech nádoby, neustaví se během procesu usazování žádné rovnoměrné rozdělení částic pevných látek v celém objemu nádoby. Vytvoří se větší množství shluků částic, v nichž je vyšší koncentrace částic než v jejich okolí. V souhlase s rozdílem střední hustoty shluku částic a okolní suspenze klesají tyto shluky rychlostí mnohem vyšší, než . je rychlost klesání souboru částic. Vytlačená suspenze nižší střední hustoty stoupá protiproudně vzhůru. Překročí-li shluk částic . určitou kritickou rychlost, rozpadne se, ale opět přispívá k vytvoření nových shluků.

Tyto nedostatky odstraňuje způsob podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se heterogenní proud hmoty s kapalinou jako kontinuální fází a pevnou látkou a/nebo plynem jako dispersní lází uvádí do kolony s nejméně dvěma patry, která překrývají průřez kolony a jsou vzájemně proti sobě vůči horizontále skloněna a vytvářejí vířivou jednotku, a kde je ve spodní části pater vytvořeno průtočné spojení mezi prostorem nad patry a rovněž v horní části pater je vytvořeno spojení mezi prostorem pod patry a prostorem nad patry a/nebo odvod, přičemž dispersní fáze je při hustotě vyšší, než je hustota kontinuální fáze, stejně jako tato kontinuální fáze vedena kolonou ve směru shora dolů, popřípadě při hustotě nižší, než je hustota kontinuální fáze, je stejně jako tato kontinuální fáze vedena kolonou ve směru zespoda nahoru, těžší fáze se nad patry, obzvláště v jejich spodní oblasti, obohacuje a odtud proudí do prostoru pod patry, lehčí fáze se pod patry, obzvláště v jejich horní oblasti, obohacuje a odtud proudí do oblasti nad patry a/nebo je odtud odváděna a na základě vzniklého poklesu tlaku na daném patře mezi oběma obohacovacími zónami proudí těžší fáze při vedení heterogenního proudu hmoty kolonou ve směru shora dolů ze své obohacovací zóny nad horním patrem do vířivé jednotky nacházející se pod tímto patrem rychlostí, při které je uvedena do vířivého pohybu, popřípadě při vedení heterogenního proudu hmoty kolonou zdola nahoru proudí lehčí fáze ze své obohacovací zóny pod spodním patrem do vířivé jednotky nacházející se nad tímto patrem rychlostí, při které je uváděna do vířivého pohybu.

Podstata zařízení к provádění způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že toto zařízení je tvořeno kolonou mající nejméně dvě patra v oblasti svého spodního konce, která tvoří vířivou jednotku a která jsou uspořádána nad sebou a jsou proti sobě vůči horizontále skloněna, přičemž tato patra jsou opatřena spojovacím zařízením v oblasti dolního konce patra, které spojuje prostor nad patrem s prostorem pod patrem, a spojovacím zařízením v oblasti horního konce patra, které spojuje prostor pod patrem s prostorem nadpatrem, a/nebo zařízení pro odběr fáze z prostoru pod patrem.

Výhody popsaného postupu prováděného na zařízení podle vynálezu spočívají v tom, že lze tímto způsobem v případě heterogenního proudu hmoty, v němž se zároveň vyskytují fáze kapalná a pevná, popřípadě kapalná a plynná nebo kapalná, plynná a pevná, stabilisovat a řídit uvedený náhodný jev, nezávislý na místě, takovým způsobem, že se v určitém pevně stanoveném místě, jmenovitě ve vířivé jednotce, výhodným způsobem vytvoří vířivá vrstva s intenzivním vířením, pod touto jednotkou obohacovací zóna pro těžší fázi a nad touto jednotkou obohacovací zóna pro lehčí fázi. Při tom představuje kapalina vždy kontinuální fázi a/nebo plyn dispersní fázi, rozdělenou v kapalině. Tato fáze může být buď chemicky jednotnou látkou, nebo může být směsí různých látek.

Víření proudu hmoty podle vynálezu, přičemž se její složky pohybují po více nebo méně uzavřených kruhovitých, eliptických a podobných drahách proudění, které se táhnou v podélném směru kolony, vede výhodným způsobem к intensivnímu promíchání a dlouhé době prodlevy fází. Přitom se mohou tyto vertikální vířivé pohyby podle daných okolností jednotlivých případů kombinovat i s určitým příčným prouděním, aniž se tím omezuje dosažený výhodný účinek vířivé vrstvy.

Energii к přípravě a udržování vířivé vrstvy zde poskytuje zemská přitažlivost na základě rozdílů středních hustot heterogenního systému v obou obohacovacích zónách pro těžší a lehčí fázi, které přísluší každému patru. V důsledku intenzivních vertikálních vířivých pohybů se zamezí předčasnému usazování těžší fáze a zaručí se intenzívní promísení přítomných fází. Přitom zde v protikladu ke všeobecně známé vířivé vrstvě systému kapalina-pevná látka jde o samofluidační vířivou jednotku, pro níž je charakteristické, že к fluidaci není nutný žádný zvnějšku uváděný protiproud, působící proti zemské přitažlivosti směrem vzhůru. O takovém protiproudu by bylo možno uvažovat například v případě nějaké určité chemické reakce.

Obsahuje-li heterogenní proud hmoty částice pevné látky s hustotou vyšší, než je hustota kapaliny, pak se v souhlase se způsobem podle vynálezu uvádí tento proud к hlavě kolony a odtahuje se z paty kolony. V případě částic pevné látky s hustotou nižší, než je hustota kapaliny, se proud uvádí к patě kolony a odtahuje se z hlavy. Vířivá vrstva se vytváří na základě vznosu lehčích částic.

Podobná pravidla platí i pro heterogenní systémy s fázemi ve skupenství kapalina-plyn, popřípadě kapalina-pevná látka-plyn.

Při výhodném provedení způsobu podle vynálezu se kontinuální fáze vede kolonou ve směru shora dolů, přičemž odpor proudění, který překonává lehčí fáze při přestupu do prostoru nad patrem vířivé jednotky, je vyšší než odpor proudění, který překonává těžší fáze při přechodu do prostoru pod stejným patrem vířivé jednotky. Přitom se všeobecně se zřetelem na co možná stabilní poměry při proudění ukazuje výhodným, jestliže odpor proudění, který musí překonat lehčí fáze, je značně, výhodně více jak třikrát, větší než odpor, který musí překonat těžší fáze. To má význam obzvláště tehdy, jestliže je například z reakčně technických důvodů třeba vést kolonu kontinuálně nebo jednu z dispersních fází se zanedbatelným zpětným míšením. Odpor proudění je možno pevně nastavit odpovídajícím dimenzováním zařízení spojovacího prostory na horní a na spodní straně patra, například obtokového potrubí ve stěně kolony. Optimální hodnoty pro to, stejně jako i pro vzdálenost obou pater mezi sebou závisí na řadě ovlivňujících faktorů, jako je průřez kolony, poměry při proudění jednotlivých složek, rozdíly hustoty atd., takže je účelné v konkrétních případech stanovit nejpříznivější hodnoty několika optimalizačními pokusy.

Jakmile jsou rozdíly hustot v heterogenním systému tak nepatrné, že pouze energie zemské přitažlivosti nazaručí dostatečně intenzívní víření, lze odbírat dostatečnou energii potřebnou к čerpací práci pro transport heterogenního proudu hmoty. Přitom odpor prostředí, který musí překonávat lehčí fáze při přechodu do prostoru nad patrem, je s výhodou značně vyšší, než odpor, který překonává těžší fáze při přechodu do prostoru pod patrem.

Při výhodném provedení způsobu podle vynálezu se předpokládá vytvoření několika vířivých jednotek nad sebou, takže se získá samofluidační kolona s vířivými jednotkami. Proud hmoty se meandrovitě pohybuje celou kolonou, čímž je umožněno výhodné využití výšky kolony. Přitom se v každé vířivé jednotce vytváří podle vynálezu vířivá vrstva a obě obohacovací zóny. Protože se vířivá vrstva i obohacovací zóny vytvářejí již při relativně malých proudech látek, je flexibilita kolony provozované postupem podle vynálezu poměrně veliká, takže lze lehce přizpůsobit kolonu rozdílným případům zatěžování.

V případě, že se způsob podle vynálezu provádí ve vířivé jednotce, popřípadě v koloně vířivých jednotek, mohou být ve vířivé jed* notce, popřípadě ve vířivých jednotkách uspořádána zařízení pro přívod a/nebo odvod plynu, páry, kapaliny a/nebo částic pevných látek. Jednu nebo více složek heterogenního proudu hmoty lze do vířivé jednotky uvádět odděleně od ostatních, například aby bylo možno při určité chemické reakci uvádět jednu z reakčních složek řízeně do jednotlivých vířivých jednotek v případě, kdy konverse stoupá od paty к hlavě kolony. Toto uvádění lze provádět tak, že se tím zesílí efekt víření.

Jestliže se alespoň část odbraného proudu hmoty znovu uvádí do kolony, může se tímto způsobem například realizovat princip reaktoru s křížovým proudem. To přináší výhodu tehdy, jestliže je třeba potlačit nežádoucí vedlejší nebo následné reakce. Také zde mohou být přívodní zařízení upravena přizpůsobením průtočného průřezu a směru, jímž je veden proud do kolony, tak, aby postup přivádění odporoval víření.

Kolona, ve které se pracuje způsobem podne vynálezu, může být s výhodou použita například místo kaskády kotlů s míchadly nebo trubkových reaktorů, zvláště tehdy, jestliže se z důvodů dobrého výtěžku produk6 tu musí pracovat technikou křížového proudu.

Při provádění způsobu podle vynálezu může být zařízení opatřeno minimálně dvěma skloněnými patry, překrývajícími světlý průřez válcové kolony, přičemž v obohacovací zóně je každé patro spojeno spojovacím zařízením s prostorem na druhé straně patra, aby bylo umožněno obohacené těžší, popřípadě lehčí fázi proudění na druhou stranu patra. Navíc se spojovacím zařízením pro lehčí fázi, obohacenou v horní oblasti patra, nebo také místo něho může být připojeno zařízení pro odběr, aby bylo možno lehčí fázi, například plyn částečně nebo také úplně z příslušné vířivé jednotky kolony odvádět.

Patra mohou být například vytvořena jako rovné plechy, které v případě kruhové válcové kolony mají eliptický obrys a jsou vzájemně přesazena, s výhodou asi o 180 ^C;, jsou skloněna do vnitřku kolony a umístěna v určité vzdálenosti od sebe. Spojovací zařízení v oblasti spodního a horního konce patra mohou být vytvořena na příklad jako obtokové potrubí, umístěno zvnějšku kolony. Zpravidla je však výhodnější spojovací zařízení provedené jako propust, minimálně pojedná v patře, například ve formě štěrbiny, mezery nebo otvoru na okraji patra, to znamená bezprostředně na vnitřní straně kolony, nebo také v určité vzdálenosti od stěny к vniřku patra. Průtokový průřez spojovacích zařízení a také popřípadě použitých odebíracích zařízení se volí tak, aby na základě poklesu tlaku vytvřeného na daném patře mezi oběma obohacovacími zónami při proudu hmoty uváděném do horní části kolony proudila těžší fáze dostatečně rychle do prostoru pod patrem; po případě aby při proudu hmoty dávkovaném do spodní části kolony proudila lehčí fáze na základě vztlaku dostatečně rychle do prostoru nad patrem, aby bylo v sousední vířivé jednotce dosaženo co možná intenzívní víření.

Aby bylo možno do jednotlivé vířivé jednotky uvádět jednu nebo více složek heterogenníhd systému, mohou zde být zvláštní dávkovači zařízení, která jsou s výhodou provedena tak, aby se přiváděním složek podporovalo víření.

Úhel sklonu pater se řídí druhem heterogenního systému pro každý jednotlivý případ. Tak například při proudu hmoty s těžšími částicemi pevné fáze se volí úhel sklonu s výhodou právě tak velký, aby se v spodní oblasti patra, tj. nad spodním spojovacím zařízením, vytvořila taková volná vrstva pevné látky, aby byl na příslušném patře zaručen optimální pokles tlaku, potřebný pro víření. Zvolí-li se úhel příliš velký, tj. patra jsou uspořádána příliš šikmo, vzniká nebezpečí, že ve spodní části patra dojde к tvorbě můstku ve vrstvě pevné látky mezi patrem a stěnou kolony a další proudění v prostoru pod patrem je rušeno nebo zcela zamezeno.

Také se tím zbytečně zvětšuje stavební výška kolony. V případě heterogenního systému kapalina-plyn jsou poměry jiné, neboť se zde s výhodou projevují velké obohacovací zóny a podle toho, velké úhly sklonu. Protože zde není přítomna pevná fáze ve formě částic, nevzniká nebezpečí tvorby nežádoucích můstků. S ohledem na co nejhospodárnější způsob provádění postupu je i zde možno doporučit stanovení nejpříznivějšího úhlu pro jednotlivý případ optimalizačními postupy. Zprašvidla bude mít tento úhel velikost mezi 30 a SO °, měřeno proti horizontále.

Nad minimálně jednou horní propustí může být umístěno dodatečné směrovací zařízení, které je s výhodou vytvořeno jako vratná přepážka, upevněná v určité vzdálenosti od patra pomocí distanční součásti. Tato přepážka brání lehčí fázi proudit za nepříznivých okolností okrajovou částí kolony přímo vzhůru do dalšího patra, neboť přepážka je ve své horní části těsně spojena s patrem, po případě s kolonou, takže tudy proud hmoty nemůže procházet a je tedy nucen procházet mezi spodní částí směrovacího zařízení a patrem skloněným směrem dolů. Přitom je lehčí fázi udělena rychlost ve směru dolů skloněného patra, jejíž velikost je možno ovlivnit tím, do jaké míry překrývá směrovací zařízení minimálně jednu horní propust.

Jako zvlášť výhodné se jeví uspořádání směrovacího zařízení, kdy je lehčí fáze nucena proudit v horní oblasti patra - podél něho směrem dolů a tím podporovat víření. Míru tohoto efektu lze řídit překrytím minimál ně jedné horní propusti a části patra nalézající se pod propustí. Směrovací zařízení tedy umožňuje výhodné zlepšení účinnosti patra a zvyšuje zatížitelnost nebo pružnost kolony. U systémů s fázemi kapalina-pevná látka se příznivě projevuje konstrukce patra charakterisovaná tím, že směrovací zařízení překrývá svojí spodní oblastí kanál proudění, navazující na nejméně ' jedno horní spojovací zařízení a tvořený směrovacím zařízením a částí patra. Toto se projevuje zvláště tehdy, když rozdíly mezi hustotou těžších částic pevné látky a kapaliny jsou menší než 0,4 g/cm³, ' výhodně menší než 0,2 g/cm3, a střední průměr částic pevné látky je menší než 200 mikrometrů, výhodně menší než 50 mikrometrů. Taková úseč nepatrného sklonu -vede k obohacování pevnou látkou ve spodní oblasti patra v důsledku změny směru proudu suspense při -dosažení úseče s nepatrným sklonem a v důsledku zvětšujícího se úhlu, pod nímž dochází ke styku proudu suspense se stěnou kolony. Zároveň se stabilisují poměry proudění v minimálně jedné spodní propusti. Tím se dosahuje dalšího zlepšení účinnosti patra. Potřebná vzdálenost mezi patry se může snížit, rovněž tak celková výška kolony, a tím se omezí i investiční a provozní náklady.

Uvedenou úseč lze opatřit průchodnými otvory, které mohou mít štěrbinovitý, kruhový nebo jiný tvar. Toto opatření je obzvláště výhodné tehdy, jestliže u systému s fázemi kapalina-pevná látka jsou předem uvedené rozdíly hustot větší než 0,2 g/cm3 a střední průměr částic větší než 100 μηι. Tím se dosáhne dalšího obohacení těžší fáze v oblasti úseče nepatrného sklonu, popřípadě v oblasti minimálně jedné spodní propustí, a zvýšení stabilizace klesajícího proudu suspenze, která prochází spodní propustí svrchu dolů, což se opět příznivě projeví na stupni účinnosti patra. Dále se zúží rozptyl hodnot časové prodlevy, neboť částice, která se pohybuje nad patrem, při vířivém pohybu podle vynálezu ' na vnější dráze proudění při průchodu k dalšímu níže položenému patru přednostně dospěje do vnitřní dráhy proudění a pohybuje se v této dráze.

Aby bylo možno ovlivňovat pokles tlaku v oblasti spojovacích zařízení patra, lze podle vynálezu zřídit regulační zařízení, které se může ovládat zvnějšku ručně nebo také automaticky. Toto regulační zařízení je s výhodou uspořádáno v oblasti nejméně jedné horní propusti tak, aby umožňovalo změnu volného průřezu - proudění mezi stranou kolony a horní oblastí patra. Toto zařízení může být vyrobeno jako otočná klapka nebo jako posuvné šoupátko. Tímto voleným řízením ztráty tlaku na patře je např. možné měnit koncentraci pevné látky v oblasti nejméně jedné spodní propusti, přizpůsobit kolonu rozdílným zpracovávaným látkám a nastavit stupeň účinnosti na co nejvyšší hodnotu.

Pokud v případě heterogenních systémů s pevnou fází vzniká nebezpečí, že se částice pevné látky budou usazovat - na patře a tím nepříznivě ovlivňovat poměry při proudění, přičemž se například nekontrolované znovu uvolňují - jako větší nebo menší kusy -sedliny a mohou tak blokovat spojovací zařízení, mohou být -ohrožené oblasti pater konstruovány s větším sklonem. Toto nebezpečí vzniká zvláště ve -spodní oblasti patra po obou stranách spojovacího zařízení. Patra mohou být buď sama tvarována se zkosením, nebo při jinak rovinném provedení opatřena přídavnými plechy, deskami, pruhy nebo -pod., směřujícími šikmo do středu patra. Velikost těchto přídavných zařízení závisí na ohrožené oblasti.

Vynález bude blíže osvětlen na připojených obrázcích. Ukazují ve schematickém zobrazení v - podélném a příčném řezu; -obr. la, lb kolonu -s -naznačenými vířivými vrstvami a obohacovacími zónami; obr. 2a, - 2b, 2c kolonu s nuceným čerpáním; obr. 3a, 3b kolonu s přívodními a odebíracími zařízeními;

obr. 4a, 4b výřez kolony se zvláštním provedením patra a obr. 5a, 5b další možné uspořádání.

Podle obr. la se na kolonu 1 přivádí svrchu heterogenní proud hmoty 10, jehož těžší fáze je naznačna dvojitou šipkou a lehčí fáze jednoduchou šipkou. Ve vnitřku kolony 1 jsou nad sebou uspořádána patra 2, vzájemně otočená o 180° a vytvořená jako rov199622 né desky, každá s .propustmi 3, 4 na spodním konci, popřípadě v oblasti horní části patra. Nad horní propustí 4 je v určité vzdáleností od ní upevněno směrovací zařízeni' 5.

±a, VtkoTT-ý s-AUlndo grr^'íÍtačních sil pohybuje kolonou 1 směrem dolů k patě kolony, kde opět vystupuje, se nad patry 2 uvádí do vertikálního vířivého - pohybu, jehož smysl otáčení se mění od patra k patru. Pod vířivou vrstvou 6 se v oblasti 7 obohacuje těžší fáze — naznačeno křížovým šrafováním — a nad vířivou vrstvou 6 a pod horní propustí 4 v oblasti 8 se obohacuje lehčí fáze. Vířivá vrstva 6, uzavřená mezi dvěma patry 2 a oběma obohacovacími oblastmi 7, 8, tvoří samofluidační vířivou jednotku a tyto jednotky dohromady tvoří samofluidační kolonu vířivých jednotek. Těžší fáze se přivádí spodní propustí 3 do další, níže položené vířivé jednotky. Přitom s sebou přirozeně strhává lehčí fázi a je zároveň opět odtahována u paty kolony 1. V každé vířivé jednotce tak dochází k dělení fází, přičemž se lehčí fáze obohacuje v oblasti 8, horní propustí 4 opět prostupuje do nejbližší výše položené vířivé jednotky, podílí se na vířivém pohybu a potom opět klesá propustí 3. Podíl lehčí fáze jakoby cirkuloval kolem patra 2.

Obr. lb ukazuje řez podle linie I—I v obr. la, z něhož je patrno uspořádání a tvar propustí 3, 4 a směrovacího zařízení.

Na kolonu 1, zobrazenou na obr. 2a, se pomocí čerpadla 11 přivádí shora heterogenní proud hmoty 10, nyní znázorněný pouze jednoduchou šipkou, který se nuceně přetlakem prohání kolonou 1. Horní propust 4 je přitom na rozdíl od obr. la, lb ještě podstatně menší než spodní propust 3, jak je vidět ze zvětšeného vyobrazení na obr. 2c kruhu X z obr. 2a. Podélným protažením horní propusti 4 v ní dochází k relativně velké ztrátě tlaku. Ve směru výstupu se potom vytváří podtlak, a proto proud vedený shora dolů prochází pouze spodní propustí 3, a nikoliv horní propustí 4. Tím dochází k tomu, že v souladu s tlakovým rozdílem na jeho· horní a spodní straně prochází směrem vzhůru pouze jeden proud z -obohacovací zóny 8 lehčí fáze.

Je-li kolona 1 kontinuálně protékána, musí být podle principu kontinuity ve spodní propusti 3 vyšší rychlost proudění, odpovídající plošným poměrům průřezu kolony. Výsledný výchozí impuls spodní propusti 3 zaručuje intenzívní víření v níže položené vířivé jednotce v důsledku dodatečného využití čerpací práce.

Obr. 2b zobrazuje příčný řez podle linie II— —II na obr. 2a s patrem 2, propustmi 3, 4 a směrovacím zařízením 5.

Na obr. 3a, 3b je zobrazena kolona 1 s dalšími zařízeními pro přívod 12 a zařízeními pro odběr 13.

Na tomto zařízení je např. možno pracovat na principu reaktoru s křížovým-· proudem. Zařízení pro přívod 12 jsou například pro plynnou složku reakce vytvořena jako trubice, jejichž výstupní -otvor je umístěn nad kruhovou horní propustí 4, takže lehčí fáze, proudící propustí 4 vzhůru, je navíc despergována pomocí uváděné reakční složky. Zařízení pro odběr 14 mohou být uspořádána podle poměrů panujících v oblasti -obohacovací zóny 8 a/nebo vířivé vrstvy 6.

Na obr. 4a je znázorněna v řezu kolona 1 s patry 2, která jsou zde zobrazena pouze dvě a jejichž sklon proti horizontále je vždy od jednoho patra k dalšímu opačný. Ve spodní oblasti pater 2 je spodní propust 3 a v horní oblasti horní propust 4. Patra 2 jsou v podstatě rovinné desky, - ale mohou být například také zakřivena nebo ohnuta, například podle jedné, popřípadě také více os, které -spojují horní propust se spodní . propustí, jakmile se to ukáže výhodné z pevnostních důvodů, k ovlivnění -poměrů při proudění, k zamezení usazování částic pevných látek na patře a podobně. Na horní části pater 2 je pomocí distanční součásti 14 upevněno směrovací zařízení 5 deskového tvaru, které Zde má podobu kruhového výřezu. Toto směrovací zařízení 5 zcela překrývá nejen horní propust 4, ale svou -spodní částí 5‘ překrývá ještě také - část 2‘ patra 2, navazují na ho-rní propust 4 ve směru dolů, takže mezi oběma díly vzniká kanál 15.

Ve -spodní oblasti, na úrovni spodní propusti 3, je v patře 2 úseč 16, která je podle obrázku vytvořena jako jeden celek s patrem 2, ale může být na patře- nasazena také jako samostatný -stavební prvek. Sklon této úseče 16 je oproti patru 2 -nepatrný a činí zde 0°. Tato úseč o nepatrném sklonu nemusí být jako celek rovinná. Může být- například zakřivena podle osy kolmé k nákresně nebo může být složena z více rovinných pásků, mezi nimiž — posuzováno podle nákresny — — jsou větší nebo menší mezery. Úseč 16 má navíc průchozí -otvory 17, které jsou zde vytvořeny jako pravoúhlé štěrbiny, uspořádané ve třech řadách vedle sebe a rovněž umožňující průchod těžší fáze.

Pod horní propustí 4 je umístěno regulační zařízení 18, které je zde vytvořeno jako klapka, zvenčí otočná kolem horizontální -osy 19 ve směru šipky, -a která je dimenzována tak, že jí lze popřípadě zcela uzavřít cestu proudění k horní propusti 4.

Na -obr. 4b zobrazený půdorys nejvyššího patra 2 z obr. 4a zřetelně znázorňuje tvar patra 2, -dvou propustí 3, 4, směrovacího září zení 6 a přídavných průchozích otvorů 17 v úseči 16.

V řezu kolony znázorněné na obr. 5a jsou patra 2 mezi propustmi 3, 4 opatřena bočními vodícími přípravky 20, které klesají od stěny kolony -směrem dovnitř a zabraňují nežádoucímu usazování částic pevných látek na patře 2. Vodicí přípravky 2θ jsou vytvořeny jako jeden -celek -s - patrem 2, ale mohou být také zhotoveny samostatně a potom přišroubovány, přivařeny nebo podobně. Obr. 5b ukazuje půdorys nejvyššího patra podle obr. 5a.

Příklad

Za pomoci kolony uspořádané stejné jako na obr. la, lb je možno například odstraňovat kyselinu křemičitou, která je krystalicky vázána v kysličníku zirkoničitém. Při tavení poskytuje zirkonový písek (ZrSiOá) kysličník zirkoničitý a kyselinu křemičitou. Přes nejjemnější mletí ochlazené taveniny a následující flotaci se daří oddělení kyseliny křemičité, krystalicky vázané na kysličníku zirkoničitém, jen neúplně. Vyšší čistoty kysličníku zirkoničitého se dosáhne rozpuštěním v hydroxidu sodném podle následující rovnice:

S1O2+2 NaOH--->Na2SiO34-(X H2O)

Tato reakce probíhá tím rychleji a úplněji, čím intenzivněji víří částečky v roztoku hydroxidu sodného při dodržení minimální doby prodlení a čím vyšší je teplota a tím nutně i tlak, za něhož reakce probíhá. К tomuto účelu je možno výhodně použít samofluidační kolonu vířivých jednotek, neboť jde o zařízení bez pohyblivých částí, a tedy bez problémů s těsněním. К pokrytí tepelných zrát je výhodné přivádět do jednotlivých vířivých jednotek vodní páru podle obr. 3a, 3b pomocí zvláštního zařízení. Suspense prochází kolonou shora dolů a čistota částic kysličníku zirkoničitého se zvyšuje od jedné vířivé jednotky ke druhé.

Systém kysličník zirkoničitý znečištěný kyselinou křemičitou — hydroxid sodný, cíl č‘štění kysličníku zirkoničitého rozpuštěním kyseliny křemičité v hydroxidu sodném, aparatura kolona s pravoúhlým průřezem 30X80 mm, výška 2 m;

vybavení šikmých pater, vzdálenost mezi stejnými body 200 mm, sklon proti horizontále 40°, světlý průřez spodní propusti 225 mm^{1 2}, světlý průřez horní propusti 6 mm²;

průtok

160 1/h suspense s 50 g kysličníku zirkoničitého na jeden litr hydroxidu sodného, velikost částeček kysličníku zirkoničitého 10 až 50 mikrometrů;

čistota výchozí produkt 2 až 3 % hmotnostní kyseliny křemičité v kysličníku zirkoničitém, konečný produkt 0,3 až 0,4 % hmotnostního kyseliny křemičité v kysličníku zirkoničitém.

Claims (16)

1. PŘEDMĚT VYNALEZU

   1. Způsob vytváření vířivé vrstvy v heterogenních systémech, vyznačený tím, že se heterogenní proud hmoty s kapalinou jako kontinuální fází a pevnou látkou a/nebo plynem jako dispersní fází uvádí do kolony s nejméně dvěma patry, která překrývají průřez kolony a jsou vzájemně proti sobě vůči horizontále skloněna a vytvářejí vířivou jednotku, a že je ve spodní části pater vytvoře_ч no průtočné spojení mezi prostorem nad patry a rovněž v horní části pater je vytvořeno spojení mezi prostorem pod patry a prostorem nad patry a/nebo odvod, přičemž dispersní fáze je při hustotě vyšší, než je hustota kontinuální fáze, stejně jako tato kontinuální fáze vedena kolonou ve směru shora dolů, popřípadě při hustotě nižší, než je hustota kontinuální fáze, je stejně jako tato kontinuální fáze vedena kolonou ve směru zespoda nahoru, těžší fáze se nad patry, obzvláště v jejich spodní oblasti obohacuje a odtud proudí do prostoru pod patry, lehčí fáze se pod patry, obzvláště v jejich horní oblasti, obohacuje a odtud proudí do oblasti nad patry a/nebo je odtud odváděna z kolony a na základě vzniklého poklesu tlaku na daném patře mezi oběma obohacovacími zónami proudí těžší fáze při vedení heterogenního proudu hmoty kolonou ve směru shora dolů ze své obohacovací zóny nad horním patrem do vířivé jednotky nacházející se pod tímto patrem rychlostí, při které je uvedena do vířivého pohybu, popřípadě při vedení heterogenního proudu hmoty kolonou zdola nahoru proudí lehčí fáze ze své obohacovací zóny pod spodním patrem do vířivé jednotky nacházející se nad tímto patrem rychlostí, při které je uvedena do vířivého pohybu.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že kontinuální fáze je vedena kolonou ve směru shora dolů, přičemž odpor proudění, který překonává lehčí fáze při přestupu do prostoru nad patrem vířivé jednotky, je vyšší než odpor proudění, který překonává těžší fáze při přechodu do prostoru pod stejným patrem vířivé jednotky.
3. 3. Způsob podle bodu 2, vyznačený tím, že se kontinuální fáze vede kolonou nucené přetlakem a/nebo odčerpáváním.
4. 4. Způsob podle bodů 1 až 3, vyznačený tím, že se heterogenní proud hmoty uvádí do následných vířivých pohybů vždy s opačným směrem víření, přičemž se vede třemi nebo více patry, která jsou střídavě skloněna proti sobě a uspořádána nad sebou.
5. 5. Způsob podle bodů 1 až 4, vyznačený tím, že se jedna nebo více složek iheterogen- ního proudu hmoty uvádí nejméně do jedné vířivé jednotky odděleně od druhé, popřípadě od ostatnfoh složek.

   ШМ Wle Mu í vyznačený tím že
6. 7. Způsob podle bodů 1 až 6, vyznačený tím, že se část proudu hmoty odvádí z nejméně jedné vířivé jednotky a popřípadě se alespoň částečně opět uvádí do 'této vířivé jednotky nebo současně do· další vířivé jednotky.
7. 8. Zařízení k provádění způsobu podle bodů 1 až 7, vyznačené tím, že je tvořeno kolonou [1], která sestává z nejméně dvou pater (2) v oblasti jejího spodního konce, která 'tvoří vířivou jednotku a která jsou uspořádána nad sebou a jsou proti sobě vůči horizontále skloněna, přičemž tato patra (2) jsou opatřena, spojovacím zařízením (3) v oblasti dolního konce patra (2), které spojuje prostor nad patrem (2) s prostorem pod patrem (2) a spojovacím zařízením (4) v oblasti horního konce patra (2), které spojuje prostor pod patrem (2) s prostorem nad patrem (2) a/nebo zařízením (13) pro· odběr fáze z prostoru pod patrem (2).
8. 9. Zařízení podle bodu 8, vyznačené tím, že spojovací zařízení (3, 4) jsou vytvořena jako nejméně jedna spodní a nejméně jedna horní propust v okrajové části pater (2).
9. 10. Zařízení podle bodů 8 a 9, vyznačené tím, že volný průřez spojovacího zařízení (3) v dolní oblasti patra (2) je větší než volný průřez spojovacího zařízení (4) v horní části patra (2).
10. 11. Zařízení podle bodů 8 až 10, vyznačené tím, že v horní části patra (2) jsou v, prostoru nad patrem (2) vytvořena zařízení pro přívod (12) fáze. ~
11. 12 Zařízení podle bodů 8 až 11, vyznačené nm. ze onsanuje nejméně jedno spojovat* zařízení (4) v horní části patra (2), a na horní straně patra (2) je umístěno směrovací zařízení (5) alespoň částečně překrývající nejméně jedno horní spojovací zařízení (4) . '
12. 13. Zařízení podle bodu 12, vyznačené tím, že směrovací zařízení (5) překrývá svou spodní oblastí (5‘) kanál proudění (15), -navazující na nejméně jedno horní spojovací zařízení (4) a tvořený směrovacím zařízením (5) a částí (2‘) patra (2).
13. 14. Zařízení podle bodů 8 až 13, vyznačené tím, že obsahuje nejméně jedno spojovací zařízení (3) ve spodní okrajové části patra (2) a skloněná patra (2) mají ve spodní oblasti úseč (16), která může být skloněna vůči horizontále, s výhodou úseč orientovanou horizontálně, na níž navazuje nejméně jedno spodní spojovací zařízení (3).
14. 15. Zařízení podle bodu 14, vyznačené tím, že úseč (16) je opatřena průchodnými otvory (17).
15. 16. Zařízení podle bodů 8 až 16, vyznačené tím, že ke spojovacímu zařízení (4) v horní oblasti patra (2) je přiřazeno regulační zařízení (18) odporu proudění.
16. 17. Zařízení podle bodů 8 až 16, vyznačené 'tím, že patra (2) jsou v oblastech, v nichž vzniká nebezpečí nahromadění částic pevné látky, -skloněna vůči horizontále.