FI67037B - Reaktorbehaollare - Google Patents

Description

1 67037

Reaktorisäi1iö — Reaktorbehäl1 are

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdannossa lähemmin määriteltyyn reaktorisäi1iöön.

Reaktoreiden, joissa käsitellään 1-, 2- tai 3-faasi systeemejä (esim. neste, kaasu-neste tai kaasu-neste—kiinteä), sekoitukseen käytettyjä laitteita on kehitetty lukuisia, joita on esitetty kaikissa alan perusjulkaisuissa. Tämän keksinnön kohdetta lähinnä olevia tunnettuja laitteita on selostettu lähemmin seuraavassa.

Yleisesti käytetty reaktorimal1i on ns. keskiputkel1 a varustettu vertikaalinen lieriömäinen reaktori (esim. Laine, J.; Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev., 18 (1979) 3, 501), jossa keskiputken horisontaalinen pinta-ala on korkeintaan puolet reaktorin koko horisontaalisesta pinta-alasta ja keskiputki on vertikaalisuunnassa yhtenäinen. Keskiputken alapäässä on tavallisesti pumpun juoksupyörän tapainen sekoitin. Reaktorin toimiessa neste pumpataan nopeasti säiliön ulkokehää ylös ja palautetaan keskiputkea tai päinvastoin. Erityisesti moni-faa-sisysteemien sekoitustehokkuus on tällaisissa ratkaisuissa huono johtuen yhdensuuntaisista vert i kaal isi sta -f 1 ui di virtauksista. Reaktoreissa vertikaalinen konsentraatioprotii1i on vähäisempi kuin radiaalinen konsentraatiopro-f i i 1 i . Erityisesti viskooseilla moni-f aasisysteemei 11 ä radiaalinen konsentraat i o-pro-fiili on tavallisesti hyvin suuri, mitä ei pidetä toivottavana.

Tunnetaan myös konstruktio (Brauer, H.; Ger. Chem. Eng., 4 (1981) 3, 144), jossa horisontaaliseen säiliöön on sijoitettu kaksi erillistä potkurisekoitinta keskiputkien sisään. Keski-putkien halkaisijat ovat puolet reaktorin hai kaisijasta. Reaktori vaatii kaksi käyttölaitetta, eikä siihen voida muodostaa enempää kuin kaksi sekoitusvyöhykettä. Reaktorissa nesteen palautus tapahtuu samaan sekoitusvyöhykkeeseen, mistä se on lähtenyt .

Toinen yleisesti käytetty reaktorimal1i on korkea lieriömäinen pystysuora säiliö, jonka keskiviivalla on yksi sekoitinakseli, johon on kiinnitetty useita sekoitinelimiä. Tällaisessa systeemissä, joka yleensä on varustettu voimakkaan radiaalisen 2 67037 nesteliikkeen aikaansaavilla sekoittimi 11 a, erityisesti ns. levyturbiinisekoittimella, voidaan suorittaa näennäisesti tehokas homogenisoi nti. Toisaalta reaktoriin muodostuu helposti suuri vertikaalinen konsentraat i opro-f i i 1 i , koska sekoitusvyö-hykkeen (yhden sekoitinelimen aiheuttaman tehokkaan sekoitus-tilavuuden) sisäinen virtauskierto on jopa 50 kertainen vyöhykkeiden väliseen virtaukseen verrattuna. Haluttaessa täydellistä sekoitusta, tällainen säiliö on epäedullinen edellä mainitusta syystä.

Yleisesti tiedetään, että reaktoritekniikassa on sekoituksen hyvyydellä (reaktorin -konsentraatioprofii1i11 a) suuri merkitys tuotteen laadulle, reaktorihyötysuhteel1 e ja siten koko laitteiston toiminnan hyvyydelle. Yllättäen on havaittu, että pa-tentt i vaati muksen 1 johdannossa esitettyä laitetta kehittämällä voidaan konstruoida tämän keksinnön tunnusmerkkien mukainen reaktori, jossa ideaalista sekoitusta haluttaessa mainitut epäkohdat poistuvat. Tämä aikaansaadaan pääasiassa siten, että säiliön vaipan lähellä on ainakin yksi päistään avoin virtauksen ohjauselin tai vastaava, joka säiliön sisältä katsottuna peittää ainakin osan säiliön vaipasta, ja joka yksin ja / tai yhdessä säiliön vaipan kanssa muodostaa ainakin yhden virtaus-kanavan, jossa tapahtuu sekoittimien aiheuttamien virtaspai-neiden avulla nesteen tai lietteen vertikaalista siirtymistä sekoitusvyöhykkeiden välillä ainakin yhden eri sekoitusvyöhyk-keiden välillä olevan pasiivisen virtaustason ohi.

Reaktorilla voidaan suorittaa tehokas sekoitus sekä olennai-naisesti pienentää konsentraat i opro-f i i 1 ia siihen verrattuna, mitä tunnetun tekniikan laitteita käytettäessä muodostuu, ja vieläpä samanaikaisesti moottorin tehon tarvetta merkittävästi vähentämäl1ä.

Keksintöä on lähemmin havainnollistettu seuraavassa selityksessä, jossa viitataan oheisen piirustuksen esittämään suori— ritusmuotoon. Piirustuksessa kuva 1 esittää erästä keksinnön mukaisen reaktorisäi1iön suoritusmuotoa pystyieikkauksena ja kuva 2 esittää vaakaleikkausta kuvan 1 reaktorisäi1iöstä.

Reaktorisäi1iö 1 on lieriömäinen ja pystysuora, joka on olen- 3 67037 naisesti hai kai sijaansa korkeampi. Reaktorisai 1ion 1 keskiviivalla on sekoitinakseli 2, johon on kiinnitetty useita sekoi— tinelimiä 3a, 3b, 3c, esimerkiksi kolme kappaletta. Säiliön sisäpuolella on tässä tapauksessa kaksi keksinnön mukaisen toiminnan aikaansaavaa virtauksen ohjauselintä, erityisesti kaksi ala- ja yläpäistään avointa vertikaalista lieriötä 4a, 4b, jotka saattavat toimia myös lämmönsiirtopintoina, ja joiden halkaisijat ovat edullisesti 0,80 - 0,95 kertaa reaktori-säiliön 1 halkaisija. Nämä ovat siten asennetut, että lieriön 4a alareuna on reaktorisäi1iön 1 pohjan ja alimman sekoittimen 3c välimatkan puolivälin alapuolella, sekä lieriön 4b yläreuna on nestepinnan 5 ja ylimmän sekoittimen 3a välimatkan puolivälin yläpuolella. Lieriöiden välimatka keskimmäisen sekoittimen 3b kohdalla on likimain sekoittimen halkaisijaa vastaava. Periaatteena virtauksen ohjauspinnan sijoittamisessa esimerkkitapauksessa on se, että virtauksen ohjauselin 4a, 4b on sijoitettu kahden päällekkäisen sekoitusvyöhykkeen väliin siten, että virtauskanavan 11, 12 tuloaukko tai vastaava sijaitsee kohdassa, johon ylemmän / alemman vyöhykkeen sekoittimen aiheuttama virtaus kohdistaa radiaalisen paineen ja nesteen poistoaukko tai vastaava sijaitsee kohdassa, johon alemman / ylemmän vyöhykkeen sekoittimen aiheuttama virtaus kohdistaa radiaalisen imun. Levyturbiinisekoittimi 11 e nämä virtauskohdat voidaan helposti selvittää joko teoreettisesti tai käytännön kokein.

Lieriöt 4 voidaan kiinnittää reaktorisäi1iöon 1 esim. pystysuorilla lamelleilla 6, jotka samalla toimivat lieriöiden ulkopuolisina virtauksen ohjaimina. Myös lieriöiden sisäpuolella voi olla ns. virtaushaittoja 7.

Rektorin toimiessa sekoitin 3b pumppaa nestettä reunalieriön 4a yläosan ja reunalieriön 4b alaosan rengasmaisiin aukkoihin 9, 10, joista neste siirtyy virtauskanavia 11, 12 pitkin alempaan ja ylempään sekoitusvyöhykkeeseen. Lieriöiden rengasmaisten nesteenpurkausaukkojen 13, 14 kohdilla on sekoitus-vyöhykkeissä imuvaikutus. Konsentraatiopro-fii 1 i tasoittuu reaktorissa, kun neste pääsee sisäiieriöiden 4a, 4b ulkopuolella kulkemaan vapaasti sekoitusvyöhykkeiden välisten, vertikaali-suunnassa passiivisten virtaustasojen 8a, 8b ohi. Toisaalta sekoitus ja erikoisesti esim. dispergointi tapahtuu edelleen tehokkaasti, koska horisontaalinen nesteliike sekoituselinten 3 tasoilla ja niiden puolivälissä on säilytetty. Nesteen siirto sekoitusvyöhykkeestä toiseen voidaan toteuttaa myös muulla

Claims (8)

1. 4 67037 vastaavalla konstruktiolla kuin edellä kuvatulla sisalieri olla. Olennaista aina on, että neste lähtee sekoittimen tasolta sekoittimen aiheuttaman radiaalisen virtauspa!neen avulla ja saapuu johonkin toiseen, edullisesti seuraavan sekoitusvyöhyk-keen kohtaan, jossa on sekoittimen aiheuttama radiaalinen imu, ja kulkee tämän matkan vapaasti ainakin yhden passiivisen vir-taustason 8 ohi. Kuvien mukainen säiliö on suunniteltu kolmelle sekoitinelimelle, mutta vastaavalla periaatteella voidaan suorittaa konstruointi myös sellaisille reaktorisäi1ioi 1le, joissa sekoitinelimien lukumäärä on edullisimmin kolmella jaollinen (3, 6, 9, ...). Luonnollisesti sekoitinelimien lukumäärä voi keksinnön mukaisesti olla myös muu. Esi merkki: Konstruoimalla reaktorisäi1iö, jossa säiliön ja virtauselimenä toimivan sisälieriön välinen poikkipinta-ala oli 12 '/. koko säiliön poikkipinta-alasta, saatiin mittausten mukaan eri sekoi tusvyöhykkeiden välinen virtaus (tasoilla 8a ja 8b> kasvamaan noin 4,5-kertaiseksi verrattuna muutoin samaan säiliöön, jossa sisälieriötä ei ollut. Energiatalouden kannalta tällä on suuriarvoinen merkitys. Sisälieriön lisäyksellä voitiin mittausten mukaan saavuttaa sama sekoituksen kokoriaishyvyys (kon-sentraat i opro-fi i 1 i ) noin 1—2 7. teholla verrattuna tilanteeseen, jossa sisälieriötä ei ollut. Voidaan todeta, että keksinnön mukaisella laitteella päästään reaktorissa samaan sekoituksen hyvyyteen merkittävästi pienemmällä tehon tarpeella kuin sellaisilla tunnetuilla laitteilla, joissa on sinänsä tarpeellinen voimakas radiaalinen ja usein myös tangentiaalinen virtaus sekoitinelimien tasolla, mutta joita ei ole varustettu sekoitusvyöhykkeiden välisen pasiivi-sen tason ylittällä virtauksen ohjausjärjestelmällä. Patentti vaatimukset:
2. 1. Reaktorisäi1iö, erityisesti vertikaalinen, korkeudeltaan olennaisesti halkaisijaansa suurempi lieriömäinen reaktorisäi-liö (1), jossa säiliön keskiviivai1 a olevalla yhdellä sekoi-tinakselilla (2) on kaksi tai useampia nesteen tai lietteen, pääasiassa horisontaalisen virtauksen aiheuttavia sekoitineli- S 67037 miä (3), erityisesti levyturbi inisekoitt imia, tunnettu siitä, että säiliön vaipan lähellä on ainakin yksi päistään avoin virtauksen ohjauselin (4a, 4b) tai vastaava, joka säiliön sisältä katsottuna peittää ainakin osan säiliön (1) vaipasta, ja joka yksin ja / tai yhdessä säiliön (1) vaipan kanssa muodostaa ainakin yhden virtauskanavan (11, 12), jossa tapah tuu sekoittimien aiheuttamien virtauspaineiden avulla nesteen tai lietteen vertikaalista siirtymistä sekoitusvyöhykkeiden välillä ainakin yhden eri sekoitusvyöhykkeiden välillä olevan pasiivisen virtaustason <8a, 8b) ohi.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen reaktori sai 1iö, tunnettu siitä, että virtauksen ohjauselin (4a, 4b) on sijoitettu kahden päällekkäisen sekoitusvyöhykkeen väliin siten, että virtauskanavan (11, 12) tuloaukko tai vastaava sijaitsee kohdassa, johon ylemmän / alemman vyöhykkeen sekoittimen aiheuttama virtaus kohdistaa radiaalisen paineen ja nesteen poistoaukko tai vastaava sijaitsee kohdassa, johon alemman / ylemmän vyöhykkeen sekoittimen aiheuttama virtaus kohdistaa radiaalisen imun.
4. 3. Patenttivaatimusten 1-2 mukainen reaktorisäi1iö, tunnettu siitä, että ohjauselin on lieriö tai lieriön osa, katkaistu kartio tai sen osa, tai vastaava muotokappale, jolloin virtauskanava muodostuu muotokappaleen ulkopinnan ja säiliön seinämän väliin.
5. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen reaktorisäi1iö, tun nettu siitä, että ohjauselin on muodostettu lämmönvaihti-meksi.
6. 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen reaktorisäiliö, tun nettu siitä, että ohjauselimen ja säiliön vaipan välissä olevat kiinnityselimet on muodostettu virtauksien ohjaimiksi (6) .
7. 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen reaktorisäiliö, tun nettu siitä, että ohjauselimen halkaisija on 0,80 - 0,95 kertaa reaktorisäi1iön halkaisija.
8. 1. Reaktorbehäl1 are, särskilt en vertikal, cylindrisk reak-