CS203232B1

CS203232B1 - Method of limitation of the foam creation by the generattion of gas in fluid mixed by the rotary mixer

Info

Publication number: CS203232B1
Application number: CS231873A
Authority: CS
Inventors: Ondrej Wein; Pavel Mitschka; Vladimir Bazant; Pavel Hergner
Original assignee: Ondrej Wein; Pavel Mitschka; Vladimir Bazant; Pavel Hergner
Priority date: 1973-03-30
Filing date: 1973-03-30
Publication date: 1981-02-27

Description

Vynález se týká způsobu omezení tvorby pěny při vývinu plynu v kapalině, promíchávané rotačním míchadlem.The invention relates to a method for reducing the formation of foam during gas evolution in a liquid stirred by a rotary stirrer.

Tvorba pěny při uvolňování plynu z kapaliny bývá nežádoucím jevem. Je známa řada dílčích metod k likvidaci pěny, po psaných souhrnně např. pod heslem „foams” v Kirk-Othmerově „Encyclopedia of Chemical Technology”, J. Wiley, New York 1966. Dělí se obecně na chemické (použití specifických povrchových látek), fyzikálně-chemické (zkrápění, ohřev žhaveným drátem) a mechanické (vliv ultrazvuku, mechanické rozbíjení). Z hlediska použití ve velkokapacitních chemických výrobách lze za nejméně náročné pokládat mechanické rozbíjení pěny.Foam formation when gas is released from the liquid is an undesirable phenomenon. A number of partial methods for foam control are known, collectively written, for example, under the motto "foams" in Kirk-Othmer's "Encyclopedia of Chemical Technology", J. Wiley, New York, 1966. They are generally divided into chemical (specific surfactants), physicochemical (sprinkling, hot wire heating) and mechanical (ultrasonic effect, mechanical breaking). From the point of view of use in large-scale chemical production, mechanical breaking of the foam can be considered the least demanding.

Obtížnost odstraňování kontinuálně se tvořící pěny při velkokapacitním procesu se stupňuje s intenzitou její tvorby a s její konzistencí. Dosavadní metody mechanického rozbíjení jsou omezeny převážně na systémy, kde tvořící se pěna má nízkou konzistenci nebo na systémy s pomalým vývojem pěny. V případě nezbytnosti likvidace velkého množství vysoce konzistentní pěny jsou navrhována složitá jednoúčelová zařízení pro mechanické rozbíjení pěny v tenkém filmu, popsané např. v práci Lee G. L., Meline R. S., Young R. D. — Ind. Eng.The difficulty of removing continuously forming foam in a large-scale process increases with the intensity of its formation and its consistency. The prior art mechanical breakdown methods are mainly limited to systems where the formation of foam has a low consistency or to systems with slow foam development. In the case of the need to dispose of large quantities of highly consistent foam, sophisticated single-purpose devices for mechanically breaking the foam in a thin film are proposed, as described, for example, in Lee G.L., Meline R.S. Eng.

Chem. Process Des. Develop. 11 (1), 1 (1972).Chem. Process Des. Develop. 11 (1), 1 (1972).

Nově navrhované řešení vychází z experimentálního zjištění, že i velice intenzívní vývoj vysoce konzistentní pěny při míchání kapaliny standardními rychloběžnými míchadly lze mechanicky zamezit bez dalších přídavných zařízení, pouhým zvýšením viskozity kapalíny, z níž se plyn uvolňuje. Rychloběžné míchání kapalin je obvykle prováděno v oblasti vysokých hodnot Reynoldsova čísla, Re_M 1000. V táto oblasti hodnot Re_M je vzniklá pěna účinkem míchadla dále dispergována na jemnější, stabilnější formy, šlehačkovité konzitence. Jestliže však umělým zvýšením viskozity míchané kapaliny, při nezměněných ostatních podmínkách míchání, dosáhneme snížení Re_M pod hodnotu 300 při současném zvýšení střihového napětí na míchadle nad hodnotu 1000 Pa, ustaví se na míchadle koalescenční režim, při kterém je pěna rozbíjena na velké bubliny, které již z kapaliny samovolně odcházejí. Experimentálně bylo zjištěno, že koalescenčního režimu lze při standardním rychloběžném míchání dosáhnout v oblasti hodnot Re_M od 10 do 300 pro kapaliny o viskozitě od 0,5 do 20 Pa.s.The newly proposed solution is based on the experimental finding that even very intensive development of a highly consistent foam when mixing a liquid with standard high-speed stirrers can be mechanically avoided without additional devices, simply by increasing the viscosity of the gas from which the gas is released. The high-speed mixing of liquids is usually carried out in the high Reynolds number range, Re _M 1000. In this range of Re _M values, the resulting foam is further dispersed by the agitator into finer, more stable forms of whipped cream consistency. However, if by artificially increasing the viscosity of the mixed liquid, under unchanged other mixing conditions, a reduction of Re _M below 300 is achieved while the shear stress on the mixer is increased above 1000 Pa, a coalescence mode is established on the mixer in which the foam is broken into large bubbles. already spontaneously leave the liquid. It has been experimentally found that the coalescing regime can be achieved in the range of Re _M values from 10 to 300 for liquids having a viscosity of from 0.5 to 20 Pa.s at standard high speed mixing.

Podstata vynálezu nového způsobu omezení tvorby pěny pří vývinu plynu v me203232 chanicky promíchávané kapalině spočívá v tom, že viskozita kapaliny se upravuje na hodnotu od 0,5 do 20 Pa.s některým ze známých způsobů, např. snížením teploty, přidáním rozpustné látky zvyšující viskozitu nebo přidáním jemně dispergované tuhé látky. Omezení pěny je tedy dosaženo za cenu změny vlastností zpracovávané kapaliny. Takový zásah je rozumný především v případech, kdy žádoucí změny viskozity lze dosáhnout nepodstatnými modifikacemi stávající technologie.SUMMARY OF THE INVENTION A new method of reducing foam formation in gas evolution in me203232 chanically stirred liquid is to adjust the viscosity of the liquid to a value of from 0.5 to 20 Pa.s by any known method, e.g. by lowering the temperature by adding a soluble viscosity enhancer. or by adding a finely dispersed solid. Consequently, foam reduction is achieved at the cost of changing the properties of the liquid to be treated. Such intervention is reasonable, especially in cases where the desired viscosity changes can be achieved by minor modifications of the existing technology.

Typickým příkladem jsou technologie, kdy dochází k vývoji pěny při operacích se suspenzemi, neboť jejich konzistenci lze zvýšit prostým zvýšením podílu tuhé fáze, tedy bez zásadních změn technologie a strojního vybavení.A typical example is the technology where foam develops in suspension operations as their consistency can be increased simply by increasing the solid phase proportion, ie without major changes in technology and machinery.

Příklady provedeníExamples

Příklad 1Example 1

Fosfáty, používané jako surovina při výrobě kombinovaných hnojiv, obsahují mimo jiné jednak značné množství karbonátů — až 5 % hmot. CO2¹ a fluoridů — až 4 % hmot. F, jednak kolem 1 % organických látek přirozeného původu nebo přidávaných jako pěnidla při flotačnírn obohacování surových fosfátů. Při rozkladu fosfátů kyselinami za atmosférického tlaku se uvolňuje 50 až 100 litrů plynných zplodin na 1 kg fosfátu a tyto vytvářejí z rozkladného produktu kompaktní pěnu o hustotě 20 až 100 kg/m³. Při kontinuálních způsobech výroby NPK hnojiv má tvorba pěny při rozkladu řadu nepříznivých důsledků:The phosphates used as raw material in the production of combined fertilizers contain, inter alia, a considerable amount of carbonates - up to 5% by weight. CO2 ¹ and fluorides - up to 4 wt. F, on the one hand about 1% of organic substances of natural origin or added as foaming agents in the flotation enrichment of crude phosphates. The decomposition of phosphates with acids at atmospheric pressure releases 50 to 100 liters of gaseous fumes per kg of phosphate, and these form a compact foam with a density of 20 to 100 kg / m ³ from the decomposition product. In continuous processes for the production of NPK fertilizers, the formation of foam upon decomposition has a number of adverse consequences:

riziko přeplnění operačních nádob či reaktorů, neefektivní využití objemu reakčních nádob, konstruovaných převážně z drahých nerezavějících ocelí, závažné potíže při udržování konstantního průtoku mezi jednotlivými operačními nádobami, zvláště pak prakticky nemožnost přepravovat meziprodukty pěnovitého charakteru čerpáním potrubím a nedokonalý rozklad fosfátu v pěně a tím snížení podílu vodorozpustného, resp. citrátově rozpustného P2O5 v konečném produktu.risk of overfilling of operational vessels or reactors, inefficient utilization of reaction vessel volume, constructed predominantly of expensive stainless steels, serious difficulties in maintaining a constant flow rate between individual operational vessels, especially the inability to transport foam-like intermediates by piping and imperfectly the proportion of water-soluble resp. citrate soluble P2O5 in the final product.

K zamezení tvorby pěny, pokud tato měla zmíněné nepříznivé důsledky, bylo dosud používáno různých odpěňovadel v kombinaci s mechanickými rozbíječi pěny, umístěnými v parním prostoru rozkladného reaktoru. Při používání chemických odpěňovadel, která jsou poměrně drahá, je nutné instalovat v rozkladném reaktoru automatická zařízení pro dávkování odpěňovadel v závislosti na úrovní hladiny pěny v reaktoru. U té části automatického dávkovače odpěňovadla, která je umístěna přímo v rozkladném reaktoru, lze očekávat značnou poruchovost vzhledem k chemicky vysoce agresivnímu a navíc prašnému prostředí. Kromě toho mohou fosfáty různého původu obsahovat různé flotačni přísady, u nichž mají běžné odpěňovací přípravky sníženou účinnost nebo i zcela selhávají.Various antifoams have been used in combination with mechanical foam breakers located in the vapor space of the decomposition reactor to prevent the formation of foam, if this has the aforementioned adverse consequences. When using chemical defoamers, which are relatively expensive, it is necessary to install automatic defoamer dosing devices in the decomposition reactor depending on the level of foam in the reactor. The part of the automatic antifoam dispenser that is located directly in the decomposition reactor can be expected to have a high failure rate due to the chemically highly aggressive and, moreover, dusty environment. In addition, phosphates of different origins may contain different flotation additives in which conventional antifoams have reduced or even failed performance.

Tvorbě pěny při rozkladu fosfátů kyselinami je možno zabránit v některých případech podstatně jednodušším způsobem, podle nově navrhovaného způsobu, který nevyžaduje žádná přídavná zařízení. Pro rozklad daného množství fosfátu postačí dávkovat do rozkladného reaktoru nikoli celé množství kyseliny dle receptury, ale pouze takovou její část, aby se rozkladem vytvořila dostatečně konzistentní suspenze. Při rychloběžném míchání takové, dostatečně konzistentní, suspenze se při rozkladu vyvíjené plyny neuvolňují ve formě obtížně líkvídovatelné pěny, ale ve formě velkých bublin, které z rozkladné směsi volně odcházejí. Zbylou kyselinou, kterou je nutno do směsi podle příslušné receptury přidat, je možno míchat 3 produktem rozkladu v další operační nádobě nebo je možno s výhodou tuto část kyseliny před jejím smíšením s produktem rozkladu použít na další účely, např. k vypírání zbytkového čpavku z par odcházejících z reaktorů, v nichž je produkt rozkladu neutralizován plynným čpavkem.Foam formation by acid decomposition of phosphates can be avoided in some cases in a much simpler manner, according to the newly proposed process, which does not require any additional equipment. To decompose a given amount of phosphate, it is sufficient to feed into the decomposition reactor not the whole amount of the acid according to the recipe, but only a part of it to form a sufficiently consistent slurry. With high-speed mixing, such sufficiently consistent suspensions do not release the gases formed in the decomposition in the form of a hard-to-break foam, but in the form of large bubbles that leave the decomposition mixture freely. The remaining acid to be added to the mixture according to the respective recipe can be mixed with the decomposition product in a further operating vessel, or preferably this part of the acid can be used for other purposes before mixing with the decomposition product, e.g. from reactors in which the decomposition product is neutralized by ammonia gas.

Popsaná možnost rozbíjení pěny při rozkladu fosfátu byla ověřena následujícím experimentem.The described possibility of breaking the foam during phosphate decomposition was verified by the following experiment.

Byl proveden semíkontinuální rozklad fosfátu z naleziště Gafsa extrakční kyselinou fosforečnou s obsahem 35 % P2O5 a 48 % H2O, s vysokým obsahem organických příměsí. Pří teplotě rozkladu, tj. 85 °C, činil objem uvolněných plynů, obsahujících převážně CO2, 60 litrů na 1 kg fosfátu. Semíkontínuální rozklad fosfátu byl prováděn ve válcové nádobě o průměru 300 mm a výšce 600 mm, promíchané lopatkovým míchadlem o průměru 200 mm a šířce 50 mm, při rychlosti 200 otáček za minutu. Do původně prázdné nádoby byla přidávána kyselina předehřátá na 70 °C v kilogramových dávkách průměrnou rychlostí 40 kg za hodinu a fosfát v půlkilogramových dávkách průměrnou rychlostí 11 kg za hodinu, takže zdánlivá viskozita směsi se udržovala na hodnotách řádově 1 Pa.s. Za těchto podmínek se nádoba postupně zaplňovala tak, jakoby reakční směs měla hustotu cca 600 kgnr³. Plyn se při rozkladu uvolňoval ve velkých bublinách průměru až 80 mm, které odcházely především v okolí michadla.Semi-continuous decomposition of phosphate from Gafsa site with extraction with phosphoric acid containing 35% P2O5 and 48% H2O, with a high content of organic impurities was performed. At a decomposition temperature of 85 ° C, the volume of released gases, mainly CO2, was 60 liters per kg of phosphate. Semi-continuous phosphate decomposition was carried out in a cylindrical vessel with a diameter of 300 mm and a height of 600 mm, mixed with a paddle stirrer with a diameter of 200 mm and a width of 50 mm, at a speed of 200 rpm. Acid preheated to 70 ° C in kilograms at an average rate of 40 kg per hour and phosphate in half-kilograms at an average rate of 11 kg per hour were added to the initially empty vessel so that the apparent viscosity of the mixture was maintained at values of the order of 1 Pa.s. Under these conditions, the vessel was gradually filled as if the reaction mixture had a density of about 600 kgnr ³ . The gas was released during the decomposition in large bubbles up to 80 mm in diameter, leaving mainly around the stirrer.

Stejného režimu stejné zdánlivé viskozity a hustoty pěny se dosahovalo v případě, kdy do reakční směsi připravované výše uvedeným postupem byl fosfát dávkován náhle, zvýšenou rychlostí, cca 30 kg za hodinu.The same regime of the same apparent viscosity and foam density was achieved when phosphate was dosed abruptly at an increased rate of about 30 kg per hour into the reaction mixture prepared by the above process.

Při přidání dalšího podílu kyseliny, na celkový poměr 1 kg fosfátu na 10 kg kyseliny fosforečné, docházelo k dokončení rozkladu, provázeného rovněž mírným vývinem pěny, k jejíž likvidaci postačilo již zcela mírné míchání zaručující pomalé cirkulační proudění mezi dnem a hladinou.The addition of an additional amount of acid, to a total ratio of 1 kg of phosphate to 10 kg of phosphoric acid, completed the decomposition, also accompanied by a slight development of foam, which had been disposed of by mild agitation ensuring a slow circulation flow between the bottom and the surface.

Příklad 2Example 2

Se stejnými vstupními surovinami jako v předchozím příkladu byl proveden kontinuální rozklad fosfátu kyselinou fosforečnou. Rozklad byl prováděn ve dvou stupních. Do prvého stupně, vlastního rozkladného reaktoru o objemu 0,004 m³ promíchávaného míchadlem se šikmými lopaíkami o průměru 0,04 m o rychlosti 2000 otáček za minutu, byl dávkován veškerý fosfát v množství 5,2 kg za hodinu a třetina přiváděné kyseliny fosforečné v množství 15 kg za hodinu. Převážná část intenzívně se tvořící pěny byla rozbita v tomto rozkladném reaktoru, takže k promíchávání obsahu druhého stupně, válcové nádoby o objemu 0,040 m³, kam byl přidáván zbytek kyseliny v množství 25 kg za hodinu pro dokončení rozkladu, postačilo malé míchadlo. Rozkladný produkt z druhého stupně obsahoval tak malé množství pěny, že jej bylo možno dávkovat do další části poloprovozní línky na výrobu NPK hnojivá objemovým čerpadlem.With the same feedstocks as in the previous example, phosphate acid phosphate was continuously decomposed. The decomposition was carried out in two stages. To the first stage, a 0.004 m ³ self-disintegrating reactor, stirred with 0.04 m angled blade stirrer at 2000 rpm, all the phosphate was fed at 5.2 kg per hour and a third of the 15 kg phosphoric acid fed. per hour. The bulk of the intensely forming foam was broken in this decomposition reactor, so that a small stirrer was sufficient to mix the contents of the second stage, a 0.040 m ³ cylindrical vessel to which an acid residue of 25 kg per hour was added to complete the decomposition. The decomposition product of the second stage contained such a small amount of foam that it could be dosed into another part of the NPK pilot plant line with a positive displacement pump.

Claims

Method for reducing the formation of foam in gas evolution in a liquid agitated by a rotary stirrer, characterized in that the viscosity of the palladium is adjusted to a value of from 0.5 to 20 Pa.s.