FI121232B - Menetelmä ja laitteisto jatkuvatoimisen saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamisen nopeuttamiseksi - Google Patents
Menetelmä ja laitteisto jatkuvatoimisen saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamisen nopeuttamiseksi Download PDFInfo
- Publication number
- FI121232B FI121232B FI20070983A FI20070983A FI121232B FI 121232 B FI121232 B FI 121232B FI 20070983 A FI20070983 A FI 20070983A FI 20070983 A FI20070983 A FI 20070983A FI 121232 B FI121232 B FI 121232B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- calcium
- reaction chamber
- reactor
- magnesium hydroxide
- reaction
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
- C01F11/18—Carbonates
- C01F11/181—Preparation of calcium carbonate by carbonation of aqueous solutions and characterised by control of the carbonation conditions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J19/245—Stationary reactors without moving elements inside placed in series
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
- B01J8/20—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles with liquid as a fluidising medium
- B01J8/22—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles with liquid as a fluidising medium gas being introduced into the liquid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/50—Carbon dioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/60—Preparation of carbonates or bicarbonates in general
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
- C01F11/18—Carbonates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F5/00—Compounds of magnesium
- C01F5/24—Magnesium carbonates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
- B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
- B01F2215/0413—Numerical information
- B01F2215/0436—Operational information
- B01F2215/0468—Numerical pressure values
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
- B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
- B01F2215/0413—Numerical information
- B01F2215/0436—Operational information
- B01F2215/0472—Numerical temperature values
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
- B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
- B01F2215/0413—Numerical information
- B01F2215/0436—Operational information
- B01F2215/0481—Numerical speed values
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
- B01F27/27—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices
- B01F27/271—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed radially between the surfaces of the rotor and the stator
- B01F27/2711—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed radially between the surfaces of the rotor and the stator provided with intermeshing elements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Description
Menetelmä ja laitteisto jatkuvatoimisen saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamisen nopeuttamiseksi Tässä kuvattu keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 mukaista menetelmää 5 saostetun kalsiumkarbonaatin (PCC) valmistamiseksi.
Tässä menetelmässä karbonointi tapahtuu sekoittamalla kalsiumhydroksidia, hiilidioksidikaasua ja vettä keskenään, jolloin ensin mainitut molemmat liukenevat vesifaasiin, jossa kalsiumkarbonaattikiteet muodostuvat.
10
Keksintö kuvaa myös laitteiston ja sen periaatteen, jolla karbonointi suoritetaan.
Seostettua kalsiumkarbonaattia on käytetty mm. paperiteollisuudessa vuosikymmeniä, mutta sen osuus kaikista paperimineraaleista lähti selvään 15 kasvuun vasta 1990-luvulla. Tänään PCC:n käyttö paperiteollisuudessa maailmanlaajuisesti on noin 6 miljoonaa tonnia vuodessa.
Maailmanlaajuisesti paperiteollisuus käyttää mineraaleja, täyteaineina ja päällystyspigmentteinä, noin 30 miljoonaa tonnia vuodessa. Mineraalien käytöllä 20 parannetaan paperin rakennetta esimerkiksi painettavuuden ja optiikan suhteen.
Tunnetusti täyteaineet siroavat valoa paremmin kuin kuituja siten lisäävät paperin läpinäkymättömyyttä, opasiteettia, joka on tärkeä ominaisuus mm. paino- ja kopiopapereille. Päällystyspigmentit taas tasaavat paperin topografiaa, parantavat sileyttä ja niiden avulla voidaan säätää musteen asettumisnopeutta paperilla. On 25 myös lukuisia muita ominaisuuksia, joita paperimineraaleilla voidaan parantaa, joista vähäisin ei suinkaan ole tuotantokustannusten alentaminen, paperimineraalien/kuidun hintasuhde on noin 1/6.
Perinteiset paperiteollisuuden mineraalit valmistetaan joko jauhamalla ja/tai 30 lajittelemalla, jolloin partikkelien muotoon, kokoon ja kokojakaumaan voidaan vaikuttaa vain rajoitetusti. Esimerkiksi kaoliini tyypillisimmillään kaivetaan maasta, lietetään veteen ja erilaisilla lajittelutekniikoilla puhdistetaan sivukivistä ja muista epäpuhtauksista ja lopulta lajitellaan hienopää päällystyspigmenteiksi ja karkeapää täyteaineiksi. Joissakin tapauksissa karkeat kaoliinifraktiot voidaan 35 vielä hienontaa ns. delaminointijauhatuksella, jolloin sen lisäksi, että partikkelien keskikoko pienenee, niin myös ns. muototekijä kasvaa (= pisimmän dimension suhde lyhimpään dimensioon), eli laattamaisuus kasvaa, kaoliinille tyypillisen laattapakan laattoja irrotetaan toisistaan.
40 Jauhettu kalsiumkarbonaatti (GCC) on nimensä mukaisesti jauhettua kalkkikiveä.
Partikkelien muotoon ei tässä prosessissa voida vaikuttaa, mutta kokoon voidaan vaikuttaa jauhatusta lisäämällä. Toisaalta jauhatusenergian tarve kasvaa exponentiaalisesti partikkelikoon funktiona, ts. mitä pienempää partikkelikokoa tavoitellaan, sitä enemmän jauhatusenergiaa kuluu. Kokojakaumaan voidaan 2 jonkin verran vaikuttaa ylitettä kierrättämällä, eli ylisuuret partikkelit palautetaan jauhatukseen ja alite kerätään tuotteeksi. Käytännössä luokitukseen menevää lietettä täytyy laimentaa ja luokituksen jälkeen se joudutaan taas sakeuttamaan, joka väistämättä nostaa tuotantokustannuksia.
5
On johdonmukaista ajatella, että partikkelien muotoa, kokoaja kokojakaumaa tarkoituksellisesti säätämällä saadaan kuhunkin paperi- tai kartonkilajiin optimaaliset ominaisuudet. Kuten todettu, perinteisillä mineraaleilla säätömahdollisuudet ovat rajalliset, mutta saostusprosessissa valmistetuilla 10 pigmenteillä säätelyä voi harrastaa lähes rajattomasti. Saostetun kalsiumkarbonaatin valmistusfilosofia on perusteellisesti erilainen perinteisiin paperimineraaleihin nähden, joiden valmistus perustuu ’’ylhäältä alas”-ajatteluun, PCC:n valmistus ’’alhaalta ylös”-ajatteluun, eli kiteytys lähtee kidealkioista, jauhatus perustuu jo olemassa olevien kappaleiden hienontamiseen.
15 PCC:n kilpailuhaitta GCC:hen (jauhettu kalsiumkarbonaatti) nähden on sen väistämättä kalliimmat tuotantokustannukset. PCC:n keskeinen kustannustekijä on kalkin poltto, jossa kalsiumkarbonaatti hajotetaan kalsiumoksidiksi ja hiilidioksidiksi noin 1000 C:n lämpötilassa: 20
CaC03 + energia -> CaO + CO2
Ennen kabonointia kalsiumoksidi ’’sammutetaan” kalsiumhydroksidiksi: 25 CaO + H20 -> Ca(OH)2 + energia
Reaktio on voimakkaasti eksoterminen, eli energiaa vapauttava
Kalsiumkarbonaatin uudelleenkiteytys, karbonointi tapahtuu seuraavan 30 reaktioyhtälön mukaisesti:
Ca(OH)2 + C02 -> CaC03 + H20
Myös tämä reaktio on heikosti eksoterminen, joka on otettava huomioon 35 kiteytysolosuhteita suunniteltaessa.
Tunnetuissa karbonointimenetelmissä tarvittava hiilidioksidi otetaan esimerkiksi voimalaitoksen tai meesauunin savukaasuista, joten hiilidioksidipitoisuus voi vaihdella helposti välillä < 10 - 25 %. Reaktori-ja putkisto-/pumppukoot 40 määräytyvät käytetyn savukaasun hiilidioksidipitoisuuden perusteella, ts. mitä alempi pitoisuus, sitä suuremmat dimensiot. Luonnollisesti suuret laite- ja säiliökoot merkitsevät korkeita investointi- ja käyttökustannuksia. Lisäksi tyypillisesti kaupallisessa prosessissa karbonointi tapahtuu panoksittain, joka edelleen kasvattaa investointi- ja käyttökustannuksia lukuisten väli- ja 45 varastosäiliöiden takia.
3
Hiilidioksidin liukenemisnopeudella vesifaasiin on vaikutusta karbonointinopeuteen. Tiedetään, että hiilidioksidi liukenee vesifaasiin nopeammin, jos painetta voidaan korottaa ja/tai lämpötilaa laskea sekä jos hiilidioksidikaasu voidaan tehokkaasti pilkkoa pieniksi kaasukupliksi, eli neste* 5 kaasu rajapinta saadaan mahdollisimman suureksi. Suurissa panosreaktoreissa paineen korottaminen ei ole taloudellisesti mahdollista, ja niissä hiilidioksidikaasun tehokas sekoittaminen edellyttää tehokkaita sekoittimia ja siten suurta tehonsyöttöä, joka tarkoittaa korkeita käyttökustannuksia. Huomattakoon lisäksi, että jo hydrostaattisen vastapaineen voittaminen kaasun injektoinnissa 10 perinteisiin panosreaktoreihin vaatii noin 0,1 MPa:n paineen, eli vaatii tehokkaan kompressorin tai puhaltimen.
Yhteenvetona voidaan siis sanoa, että perinteinen PCC:n karbonointi edellyttää suuria investointeja ja tarkoittaa korkeita käyttökustannuksia.
15 jatkuvatoimisesti erittäin pienessä reaktiokammiossa ja erittäin nopeasti,« 5 sekuntia, normaalisti 1-10 tuntia. Pieni reaktori on helppo paineistaa haluttuun paineeseen joka yhdessä korkean leikkausnopeuden ja ultraäänen vaikutuksesta 20 nopeuttaa hiilidioksidin aineensiirtoa vesifaasiin. Samat tekijät nopeuttavat myös kalsiumhydroksidin aineensiirtoa kiinteästä faasista vesifaasiin. Suhteellisesti pieni reaktorikoko luonnollisesti pienentää laite-, putki-ja pumppukokoja, joka puolestaan pienentää merkittävästi investointi-ja käyttökustannuksia.
25 Keksintö perustuu siihen, että hiilidioksidikaasu hajotetaan suurilla leikkausnopeuksilla ja ultraäänellä erittäin pieniksi kupliksi, jolloin aineensiirto kaasufaasista (C02) nestefaasiin nopeutuu. Hiilidioksidin liukenemista nopeuttaa myös korotettu paine reaktiokammiossa, tyypillisesti 0,3 - 2,0 MPa. Tässä nimenomaisessa laitteessa roottorin kehänopeus ylittää 50 m/s, joka riittää siihen, 30 että suuri kehänopeus yhdessä roottorin/staattorin kehien aukkojen ja/tai rakojen (siitit) kanssa synnyttävät reaktiokammioon ultraääniaaltoja, jotka tehokkaasti dispergoivat kaasukuplia ja siten edesauttavat hiilidioksidin liukenemista vesifaasiin.
35 Kalsiumhydroksidin liukenemista vesifaasiin edesauttavat suuret leikkausnopeudet ja ultraääni.
Varisnainen kiteytyminen saostetuksi kalsiumkarbonaatiksi (PCC) tapahtuu siis nestefaasissa.
40
Periaatekuva karbonoinnista näkyy kuvasta 1. Sammutettu kalkki, kalsiumhydroksidi (1) syötetään Mohno-pumpulla (2) tai vastaavalla ’’Cavitron”, eli korkeiden leikkausvoimien- reaktiokammioon (3), karbonointipaine säädetään reaktiokammion poistopuolella olevalla venttiilillä (4) halutuksi, tyypillisesti 0,3 -45 2,0 MPa. Paineistettu hiilidioksidikaasu (5) johdetaan reaktiokammion syöttöpuolen kalsiumhydroksidivirtaan. Hilidioksidikaasun syöttöpaineen täytyy ylittää reaktiokammion paineen. Reaktiokammioon voidaan annostella myös 4 kemikaaleja (6) kalsiumkarbonaattikiteiden muodon ja partikkelikoon säätämiseksi.
Kalsiumhydroksidivirta (1) säädetään Mohno-pumpulla tai vastaavalla sellaiseksi, 5 että saavutetaan 100 %:n konversio yhdellä läpiajolla. Käytännössä kannattaa järjestää yksi tai useampia reaktoreita (’’Cavitron”) Saijaan tai jäljestää ns. jälkikarbonointi varastosäiliöön (7) siten, että varmistetaan 100 %:n konversio.
Hiilidioksidikaasua voidaan laimentaa ilmalla, typellä tai muulla vastaavalla 10 inertillä kaasulla (8), jolloin luonnollisesti reaktionopeus hidastuu ja lisäksi on otettava huomioon, että sanotun inertin kaasun paineen täytyy myös ylittää reaktiokammion paineen, eli joudutaan käyttämään kompressoria vastapaineen voittamiseksi, nesteytetyn hiilidioksidin paine riittää sellaisenaan. Hiilidioksidikaasun laimennus kuvastaa tapausta, jossa hiilidioksidilähteenä 15 halutaan käyttää esimerkiksi savukaasua.
Parhaiten menetelmä toimii silloin, kun käytettävissä on nesteytettyä hiilidioksidia. Onkin oletettavaa, että kun hiilidioksidia joudutaan ottamaan talteen esimerkiksi voimalaitoksissa hiilidioksidipäästökaupan takia, sen hinta merkittävästi laskee, 20 jolloin sitä voidaan edullisesti käyttää tässä menetelmässä sen ’’loppusijoituspaikkana”. Nesteytetty hiilidioksidi täytyy tässä menetelmässä saattaa ensin höyrystimellä kaasumaiseen muotoon ennen reaktiokammioon johtamista.
25 Kuvassa 2 on reakatiokammion roottorin ja staattorin havainnekuva. Toiminnassa roottorin pyörimisnopeus on 12 000 1/min, jolla päästään kehänopeuteen noin 50 m/s. Staattorin ja roottorin kehät, 9, ovat limittäin ja kehillä on joko ”slittejä” tai aukkoja, 10, joiden läpi suspensio virtaa. Virtaus on pulssista, koska kehillä olevat virtauskanavat ovat auki vain hetkittäin, kun kehien aukot osuvat kohdakkain.
30 Tästä ja suuresta kehänopeudesta syntyy ultraäänivaikutus. Reaktiokammion tilavuus on vain noin 50 ml. Sen tilavuutta kasvattamalla voidaan tuottoa kasvattaa. Reaktiokammion tilavuuden kasvattaminen tapahtuu käytännössä sen halkaisijaa kasvattamalla, eli samalla pyörimisnopeutta voidaan laskea, koska halkaisijan kasvattaminen lisää kehänopeutta.
35
Kuvassa 3 on esitetty laboratoriokoejärjestelyt. Tälläkin pienellä laitteella päästään jo noin 300 kg:n PCC:n päivätuotantoon. Noin 50 litran reaktiokammiolla päästään jo noin 100 000 tonnin vuosituotantoon. Tavanomaisessa tuotannossa tarvitaan 3-5 noin 60 m3:n panosreaktoria vastaavan tuotannon aikaansaamiseksi.
40 Tämän keksinnön tarkoituksena on alentaa PCC-tuotannon investointi- ja käyttökustannuksia.
Tämä tarkoitus saavutetaan käyttämällä perinteinen panosreaktorin saasta 45 jatkuvatoimista reaktoria ja nopeuttamalla karbonointia merkittävästi altistamalla kalsiumhydroksidi (kiinteä faasi), hiilidioksidi (kaasufaasi) ja vesi (nestefaasi) voimakkaan leikkausnopeuden, tyypillisesti > 20 000 1/s, paineen ja ultraäänen 5 vaikutusten alaiseksi. Tämä nopeuttaa aineensiirtoa kiinteästä faasista (Ca(OH)2) ja kaasufaasista (CO2) nestefaasiin, jossa PCC:n kiteytyminen tapahtuu. Jatkuvatoimisuus ja suuri reaktionopeus pienentävät varastosäiliöiden, putkien, pumppujen ja reaktoreiden kokoa sekä nestemäisen/paineistetun hiiKdtoksidin 5 käyttö eliminoi kompressoreiden tarpeen. Nämä kaikki yhdessä alentavat tehdasinvestointeja ja käyttökustannuksia.
Täsmällisemmin sanottuna tälle keksinnölle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksissa.
10
Patenttikiijallisuuden mukaan lähinnä tätä keksintöä on Pentti Virtasen 19.03.1997 hakema patentti FI105179 B. Tämä patentti on kuitenkin nyt esiteltyyn keksintöön nähden oleellisesti erilainen. Ensinnäkin ko. patentin reaktiot väitetään tapahtuvan kaasufaasissa. Tässä esitellyn keksinnön kiteytymisreaktiot taas 15 tapahtuvat takuuvarmasti vesifaasissa. Toisaalta tässä keksinnössä reaktionopeuteen oleellisesti vaikuttavat korotettu paine, ultraääniaallot ja suuret leikkausvoimat Patentin FI 105179 B mukaisilla jäijestelyillä ei ole näyttöä, että konversion on täydellinen käsittelyn jälkeen, sillä reaktio jatkuu varastosäiliössä 20 Patentin FI 105179 B mukaisella jäijestelyillä ei niin ikään ole näyttöä että siinä mainituilla tunnetuilla kemikaalilisäyksillä olisi haluttu vaikutus tuotettujen partikkelin mofologiaan ja partikkelikokoon sekä partikkelikokojakaumaan, joka aiemmin esitetysti on oleellista paperiteollisuuden mineraaleille optimaalisen tuloksen saavuttamiseksi.
25
Seuraavat esimerkit havainnollistavat keksintöä keksinnön suojapiiriä rajoittamatta. Esimerkit suoritettiin kuvan 3 mukaisella laboratoriolaitteella.
Esimerkki 1.
30 Edellä kuvatulla menetelmällä suoritettiin karbonointi seuraavissa olosuhteissa:
- Syöttölämpötila 40 C
- Reaktiokammion paine 0,7 MPa - Leikkausnopeus reaktiokammiossa n. 50 000 1/s - C02- virtaus 25 1/min (NTP) 35 - Konversio 77 %
Kuvassa 4 on tällä koejäijestelyllä valmistettuja PCC-kiteitä. Kiteet ovat suurehkoja romboedrisiä yksittäisiä tai aglomeroituja partikkeleita. Tällaisenaan ne eivät ehkä ole optimaalisia paperin täyteaine- tai päällystyspigmenttejä mutta 40 partikkelimuotoa ja kokoa voidaan merkittävästi säätää reaktio-olosuhteilla, kuten myöhemmistä esimerkeistä ilmenee.
45 6
Esimerkki 2.
Seuraava karbonointi suoritettiin seuraavissa olosuhteissa:
- Syöttölämpötila 15 C
- Reaktiokammion paine 0,7 MPa 5 - Leikkausnopeus reaktiokammiossa n. 50 0001/s - C02- virtaus 111/min
- Tunnettujen kemikaalien lisäys AjaB
- Konversio 83 % 10 Kuvassa 5 on tämän karbonoinnin PCC-kiteitä. Kuten esimerkissä 1, tässäkin konversio on epätäydellinen ja tarvitaan toinen laite sarjaan reaktion loppuunsaattamiseksi tai vaihtoehtoisesti reaktio saatetaan loppuun varastosäiliössä.
15 Esimerkki 3.
PCC-kiteiden muotoon voidaan muiden karbonointiolosuhteiden lisäksi vaikuttaa esimerkiksi ’’siemenkiteitä” käyttämällä, joilla annetaan kiteytymiselle alkusysäys = ’’siidaamalla”, kiteytykselle annetaan ikään kuin malli.
- Syöttölämpötila 27 C
20 - Reaktiokammion paine 0,7 MPa - Leikkausnopeus reaktiokammiossa n. 50 000 1/s - C02-virtaus 11,51/mm
- ’’Sliding” C
- Konversio 100 % 25
Kuvassa 6 on esimerkin 3. karbonoinnin PCC-kiteitä. Kuten kuvasta nähdään, voidaan PCC-kiteiden morfologiaa säätää tällä menetelmällä, joka on tärkeää varsinkin paperiteollisuuden sovellutuksissa. Täysi konversio saavutetaan tässä tapauksessa, eli karbonoinnin suhteen ei jälkikäsittelyjä tarvita.
30
Kiteytysolosuhteita, tunnettuja kemikaaleja lisäämällä ja ’’siementä, siidausta” muuntelemalla voidaan karbonointituotteen ominaisuuksia muunnella loputtomasti.
35 40 45
Claims (8)
1. Menetelmä saostetun kalsium- ja/tai magnesiumkarbonaatin valmistamiseksi erittäin nopealla, « 5 sekuntia, karbonoinnilla siten, että kalsium- ja/tai magnesiumkarbonaatti seostetaan hiilidioksidilla, tunnettu 5 siitä, että karbonointi suoritetaan yhdessä reaktiokammiossa jatkuvatoimisesti sen nestefaasissa, johon hiilidioksidikaasun ja kalsium-ja/tai magnesiumhydroksidin aineensiirrot nopeutetaan äärimmilleen. Nopea aineensiirto saadaan aikaan: - korottomalla reaktiokammion painetta, tyypillisesti 0,1 MPa - 2,0
10 MPa - aikaansaamalla korkea leikkausnopeus reaktiokammion suspensioon, tyypillisesti > 20 000 1/s - > 100 000 1/s - aikaansaamalla ultraääni reaktiokammion staattori-/roottorikehien suurella pyörimisnopeudella ja kehien aukkojen tai slittien avulla 15. aikaansaamalla pulssinen virtaus reaktiokammioon, joka syntyy staattori-/roottorikehien aukkojen teli slittien sulkeutumisesta ja avautumisesta
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalsium- 20 ja/tai magnesiumhydroksidin laadusta johtuvista syistä voidaan käyttää toista sarjaan kytkettyä reaktoria täydellisen konversion saavuttamiseksi.
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiteytysreaktion täydellinen konversio varmistetaan reaktorin tai sarjaan 25 kytkettyjen reaktorien jälkeisessä vastaanottosäiliössä (7).
4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktiokammioon tai kalkkimaitoon injektoidaan siemenkiteitä tai tunnettuja kemikaaleja kidemuodon ja/tai --koon hallitsemiseksi. 30
5. Laitteisto kalsium- ja/tai magnesiumkarbonaatin valmistamiseksi kalsium-ja/tai magnesiumhydroksidista, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää - yhden tai kaksi sarjaan kytkettyä vapaalta reaktiotilavuudeltaan 50 35 m!:n - 50 l:n (3) reaktoreita, joissa on staattori/roottori kehiä (9 ja 10. limittäin. Kehillä (9 ja 10) on aukkoja tai slittejä. Roottorin kehänopeus on > 50 m/s. Reaktorin suspensioon kohdistuu > 20 000 1/s leikkausnopeus. Reagoitava materiaali pakotetaan kulkemaan kehillä olevien aukkojen tai slittien läpi tai kehien 40 välistä, jolloin tähän reagoitavaan materiaaliin kohdistuvat suuret pulssiset leikkausnopeudet ja ultraääniaallot korotetussa paineessa, >0,1 MPa tyypillisesti 0,3 - 2,0 MPa. - Kalsium-ja/ tai magnesiumhydroksidi johdetaan esimerkiksi Mohno-pumpulla (2) tai vastaavalla korkean paineen 5 aikaansaamiseksi. Painetta säädetään reaktorin poistopuolen venttiilillä (4). - Paineinen COHcaasu (5) johdetaan joko suoraan ensimmäiseen reaktoriin tai kalsium-ja/tai magnesiumhydroksidivirtaan. - Ainakin ensimmäiseen reaktoriin (3) on syöttöyhde siemenkiteille 10 ja/tai tunnetuille kemikaaleille (6). • Vaihtoehtoisesti siemenkiteet ja/tai tunnetut kemikaalit voidaan syöttää kalsium- ja/tai magnesiumhydroksidin syöttösäiliöön (1). - Toisella sarjaan kytketyllä reaktorilla tai jälkikarbonoinnilla varmistetaan tarvittaessa täydellinen konversio. 15 20 25 30 35 40
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20070983A FI121232B (fi) | 2007-12-14 | 2007-12-14 | Menetelmä ja laitteisto jatkuvatoimisen saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamisen nopeuttamiseksi |
| EP08867273A EP2238077A4 (en) | 2007-12-14 | 2008-12-12 | Process and apparatus for the production of precipitated caclium carbonate |
| PCT/FI2008/000142 WO2009083633A1 (en) | 2007-12-14 | 2008-12-12 | A method and apparatus to produce precipitated calcium carbonate |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20070983A FI121232B (fi) | 2007-12-14 | 2007-12-14 | Menetelmä ja laitteisto jatkuvatoimisen saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamisen nopeuttamiseksi |
| FI20070983 | 2007-12-14 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20070983A0 FI20070983A0 (fi) | 2007-12-14 |
| FI20070983A FI20070983A (fi) | 2009-06-15 |
| FI121232B true FI121232B (fi) | 2010-08-31 |
Family
ID=38951514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20070983A FI121232B (fi) | 2007-12-14 | 2007-12-14 | Menetelmä ja laitteisto jatkuvatoimisen saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamisen nopeuttamiseksi |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2238077A4 (fi) |
| FI (1) | FI121232B (fi) |
| WO (1) | WO2009083633A1 (fi) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI124831B (fi) * | 2010-03-10 | 2015-02-13 | Upm Kymmene Oyj | Menetelmä ja reaktori kalsiumkarbonaatin in-line-valmistamiseksi paperimassavirtaukseen |
| FI124634B (fi) * | 2010-06-11 | 2014-11-14 | Upm Kymmene Oyj | Menetelmä ja laitteisto kalkkimaidon in-line valmistamiseksi kuiturainakoneen yhteyteen järjestettyyn PCC:n in-line valmistusprosessiin |
| FI125836B (fi) * | 2013-04-26 | 2016-03-15 | Wetend Tech Oy | Menetelmä täyteaineen järjestämiseksi paperi- tai kartonkimassaan ja paperi tai kartonki |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI106114B (fi) * | 1998-01-19 | 2000-11-30 | Fp Pigments Oy | Menetelmä synteettisen kalsiumkarbonaatin valmistamiseksi ja modifioimiseksi |
| US6413365B1 (en) * | 2001-07-11 | 2002-07-02 | Voith Paper Patent Gmbh | Method of loading a fiber suspension with calcium carbonate |
| CN1164495C (zh) * | 2002-07-29 | 2004-09-01 | 上海天福机电化工技术研究所 | 超声空化技术生产纳米碳酸钙的方法 |
| CN1238254C (zh) * | 2003-05-20 | 2006-01-25 | 上海威宇机电制造有限公司 | 纳米级轻质碳酸钙的生产方法和其设备 |
| CN2663396Y (zh) * | 2003-10-20 | 2004-12-15 | 河北科技大学 | 一种纳米碳酸钙合成反应器 |
| FI120032B (fi) * | 2004-07-13 | 2009-06-15 | Fp Pigments Oy | Menetelmä ja laite kalsiumkarbonaattituotteen valmistamiseksi, tuote ja sen käyttö |
| EP1790615A1 (en) * | 2005-11-29 | 2007-05-30 | Trading engineering technologies LLC | Device for the preparation of precipitated calcium carbonate |
-
2007
- 2007-12-14 FI FI20070983A patent/FI121232B/fi not_active IP Right Cessation
-
2008
- 2008-12-12 WO PCT/FI2008/000142 patent/WO2009083633A1/en active Application Filing
- 2008-12-12 EP EP08867273A patent/EP2238077A4/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI20070983A (fi) | 2009-06-15 |
| EP2238077A4 (en) | 2011-09-28 |
| FI20070983A0 (fi) | 2007-12-14 |
| EP2238077A1 (en) | 2010-10-13 |
| WO2009083633A1 (en) | 2009-07-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI122343B (fi) | Menetelmä ja laitteisto kiintoainesuspensioiden valmistamiseksi | |
| JP5603935B2 (ja) | 炭酸カルシウムの製造方法 | |
| FI105179B (fi) | Menetelmä ja laitteisto saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamiseksi | |
| CN1159225C (zh) | 制备沉淀碳酸钙的方法和设备 | |
| JP5426982B2 (ja) | 炭酸カルシウムの製造方法 | |
| KR20100007871A (ko) | Ｐｃｃ 제조 방법 | |
| CN106048709B (zh) | 一种自石灰石中提取的碳酸钙晶须的制备方法 | |
| CA2302768C (en) | Process for preparing calcium carbonate particles | |
| Altiner | Use of Taguchi approach for synthesis of calcite particles from calcium carbide slag for CO2 fixation by accelerated mineral carbonation | |
| WO2007130344A3 (en) | Carbonator and method for making calcium carbonate | |
| RU2006104614A (ru) | Способ предварительной обработки волокнистого материала, предназначенного для использования в производстве бумаги, картона и подобной продукции, и устройство для его осуществления | |
| FI121232B (fi) | Menetelmä ja laitteisto jatkuvatoimisen saostetun kalsiumkarbonaatin valmistamisen nopeuttamiseksi | |
| CN101914312B (zh) | 涂料用纳米级活性碳酸钙制备方法 | |
| CN109824076B (zh) | 气泡膜法制备碳酸钙工艺及其应用 | |
| US20230271845A1 (en) | Method for producing calcium carbonate and calcium carbonate | |
| CN108793217A (zh) | 一种球簇状形轻质碳酸钙的制备方法 | |
| CN101913640B (zh) | 微细活性碳酸钙制备方法 | |
| JP2011073892A (ja) | 炭酸カルシウムの製造方法 | |
| WO2005061386A1 (en) | Method and system for growing larger precipitated calcium carbonate crystals | |
| Nessi et al. | Experimental testing for calcium carbonate nanoparticles production in a rotating packed bed | |
| JP2023069225A (ja) | 炭酸カルシウムの製造方法 | |
| KR20230100228A (ko) | 응집체 탄산칼슘 제조방법 | |
| JP2002234726A (ja) | 炭酸カルシウムの連続製造方法 | |
| SE528693C2 (sv) | Förfarande och system för att tillverka utfällt kalciumkarbonat | |
| TWI678336B (zh) | 原位生成具有粒子包覆之缺陷型碳酸鈣晶鬚的合成系統暨其原位合成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Ref document number: 121232 Country of ref document: FI |
|
| MM | Patent lapsed |