FI73146C - Saett att dispergera tvao faser vid vaetska-vaetska-extraktion samt pumpmixer foer genomfoerande av saettet. - Google Patents

Description

731 46

TAPA KAHDEN FAASIN DISPERGOIMISEKSI NESTE-NESTEUUTOSSA JA PUMPPUMIKSERI TAVAN SUORITTAMISEKSI

Keksintö kohdistuu tapaan dispergoida neste-nesteuuton kaksi faasia keskenään tehostetun pystykierron avulla sekä samanaikaisesti tapaan nostaa dispersio olennaisesti sekoitustilan nestepintaa korkeammalle tasolle uuttofaasien virtauksen hel-5 pottamiseksi uuttoaskeleesta toiseen. Keksintö kohdistuu myös laitteistoon tämän tavan suorittamiseksi.

Ennestään tunnetaan FI-hakemusjulkaisu 831657, jossa käytetään dispergoinnissa hyväksi pystysuuntaista kiertovirtausta, jolloin kiertovirtaus aikaansaadaan käyttämällä pumpputurbiinia.

10 Oleellista menetelmälle ja laitteistolle on, että pumpputurbiinin sijoitus kontaktorissa riippuu siitä, kumpi faasi halutaan jatkuvaksi faasiksi dispersiossa. Jos halutaan pitää kevyt faasi jatkuvana, pumpputurbiini sijoitetaan kontaktorin yläosaan. Turbiinin tasolla on kontaktorin kehälle sijoitettu jakorengas.

15 Kun turbiini on kontaktorin yläosassa, on jakorengas sijoitettu siten, että jakorengas kääntää turbiinisuihkun suurimmaksi osaksi alaspäin, jolloin virtaus kääntyy jälleen kontaktorin alaosassa ja nousee ylöspäin imusylinterin kautta. Dispersion suuntaamista alaspäin edistetään vielä pumpputurbiinin yläpuo-20 lelle sijoitetun sulkukiekon avulla. Kontaktorista poistuva dispersio nousee sulkukiekon yläpuolella olevalle baffelilevylle ja sieltä ylivuotona esisettleriin. Mikäli turbiini sijoitetaan kontaktorin alaosaan, joudutaan turbiinin kierrosnopeutta tuntuvasti nostamaan, että kevyt liuosfaasi virtaa kiertolieriöön.

25 Dispersion ylläpitämiseksi on sulkukiekon käyttö välttämätöntä. Turbiinin ja sulkukiekon ansiosta kontaktorin yläosa on sekoitetussa tilassa, mutta mitään erityistä virtauskuviota ei synny.

Tunnetaan myös US-patenttijulkaisu 4 235 602, jossa mikserin yläosaan sijoitettu kartiopumppu nostaa dispersiota ylös mikse-30 ristä. Kyseessä on tavanomaisesti sekoitettu mikseri, jossa turbiini pyörii lähellä pohjaa. Turbiinisuihkua ohjaavia rakenteita ei ole, vaan turbiini pyörii niin suurilla kierroksilla, 73146 että se aiheuttaa riittävää liikehdintää myös mikserin yläosassa. Mikseristä poistetaan dispersio mikserin keskelle sijoitetun kiinteän kartion kautta. Kartion sisällä on kolme siivekettä, jotka on kiinnitetty turbiinin akseliin. Dispersio nou-5 see kartioon siivekkeiden pyörittämänä ja painautuu vasten kiinteää kartiopintaa, jolloin tätä lähellä olevan dispersion liike hidastuu ja tämän seurauksena myös pintakerroksen nousu kartiossa hidastuu. Tällöin nostettavassa dispersiossa osalla nesteestä on eri kulmanopeus kuin toisella osalla, ja se aiheut-10 taa dispersion pisarakokoa pienentäviä leikkausvoimia. Julkaisussa esitetyn kartion nostokulma on jyrkkä, kuvion mukaan noin 80°, ja se epäilemättä vaikeuttaa dispersion nousua. Käytetyn turbiinin halkaisija on pieni suhteessa mikseriin, kuvien mukaan alle 1/3 mikserin halkaisijasta, ja tämän vuoksi on kierros-15 nopeuden oltava suuri pysyvän dispersion ja tarvittavan nosto-korkeuden aikaansaamiseksi.

\Nyt kehitetyssä uuttonesteiden dispergointitavassa ja sitä varten kehitetyssä laitteistossa on pystytty poistamaan edelläkuva-tut haitat. Tämän keksinnön mukainen dispergointitapa perustuu 20 tehostettuun, lähinnä kaksoissilmukan muotoiseen dispersion pystykierrätykseen. Lisäksi on oleellista, että turbiinisekoit-timen akseliin yhdistetyn dispersiopumpun avulla voidaan dispersio nostaa mikserin nestepintaa olennaisesti korkeammalle tasolle ja dispersio virtaa sieltä esisettleriin ja settleriin, 25 joissa nestepinta on myös mikserin nestepintaa korkeammalla.

Tämän ratkaisun ansiosta vältetään uuttofaasien erillispumppaus uuttokennojen välillä. Menetelmälle ja laitteistolle on myös olennaista kevyen ja raskaan faasin paluulinjat saman askeleen settleristä halutun dispersiotyypin hallitsemiseksi. Keksinnön 30 olennaiset tunnusmerkit käyvät esille hakemuksen itsenäisistä vaatimuksista.

Tämän keksinnön mukaisesti on sekoituselin sijoitettu sekoitus-tilan keskiosaan tai sen yläpuolelle ja sekoitustilaan kierto-lieriön kautta syötettyjen faasien dispersiotilaa on parannettu 35 suuntaamalla turbiinisuihku ylöspäin. Dispersio virtaa 3 73146 ylhäältä turbiinisuihkujen läpi alaspäin, kääntyy sekoitustilan alaosassa ja nousee sekoitustilan erillisen keskiosan kautta ylös sekoituselimen alle. Näin siis uuttoreaktioiden etenemismahdollisuuksia eli uuttoaskelhvötysuhdetta on parannettu piden-5 tämällä virtauskiertoa, joka nyt muodostuu lähinnä kahdeksikon muotoiseksi kaksoissilmukkakierroksi. Tavanomaisesti sekoitetuissa, kookkaissa miksereissä tapahtuu häiritsevässä määrin liuosfaasien luokittumista mikserin ylä- ja alaosissa. Aikaisemmin esitetyllä pystykierrolla pystytään dispersio hyvin 10 hoitamaan sekoitustilan alaosassa, mutta nyt on todettu, että sekoitustilan ylätilaan sijoitetusta sekoittimesta työntyvä dispersiosuihku, joka ohjataan pystykiertoon yläsilmukkakään-nöksen kautta, pitää parhaiten myös sekoitustilan yläosan dispersiotilassa. Näin syntyvä.n selväpiirteisen virtauskuvion 15 ansiosta voidaan sekoittimen pyörimisnopeutta entisestään alentaa, ja tämä pienentää emulgoitumisen mahdollisuutta. __

Liuosvirtausrajoitukset eri uuttoaskeleiden välillä on poistettu johtamalla uuttofaaseista kiertovirtauksen avulla muodostettu dispersio sekoituselimen yläpuolella, sekoitustilan keskiosasta 20 lähtien vähintään kahdeksi erilliseksi osavirraksi jaettuna sekoitustilassa olevan nesteen pintaa olennaisesti korkeammalle tasolle. Keksinnön mukaisella tavalla tehtynä ei dispersion nostaminen aiheuta emulgoitumista vaan päinvastoin on todettu, että tapahtuu osittaista faasien luokittumista. Samalla kun 25 osavirrat saatetaan nousemaan ylöspäin, ne saatetaan myös pyörimään samalla nopeudella kuin sekoituselin. Kun haluttu nostokorkeus on saavutettu, osavirtoina nouseva dispersio saatetaan kääntymään pyörimiseen nähden tangentiaaliseksi, jolloin osavirrat purkautuvat symmetrisenä renkaana, jossa keskipako-30 voima saa aikaan osittaista faasien luokittumista. Tällöin osa-virrat osittain törmäävät toisiinsa, ja samalla niiden virtausnopeus pienenee. Renkaanmuotoisesta virtauksesta dispersio saatetaan mahdollisimman juoheasti virtaamaan kehän ala- ja ulkopuolella sijaitsevaan tilaan, joka kuitenkin on kokonaisuudessaan 35 sekoitustilan nestepinnan yläpuolella, ja täältä dispersio johdetaan seuraavaan vaiheeseen.

4 731 46

Kuten edellä on jo todettu, on dispersion nostolle oleellista dispersion hellävarainen käsittely, jolloin ei ole emulsiovaaraa. Faasien dispergoimiseksi ei tässä menetelmässä tarvitse käyttää suurta sekoitusintensiteettiä, sillä hyvä dispersio saadaan 5 aikaan kaksoissilmukkakierron avulla, ja syntynyt dispersio voidaan nostaa halutulle tasolle ilman että dispersion pisarakoko oleellisesti pienenee.

Yleensä on uutossa edullista, että kevyt faasi pystytään tarvittaessa pitämään jatkuvana faasina ja raskas faasi on silloin 10 dispergoitunut tähän. Kuten suomalaisessa hakemusjulkaisussa 831657 on todettu, sekoituselimen sijoittaminen kevyen faasin tasolle tekee tämän mahdolliseksi. Asian varmistamiseksi on vielä edullista johtaa saman uuttoaskeleen laskeutusosasta sekä kevyen että etenkin raskaan faasin pieni paluuvirtaus sekoitus-15 osaan, jolloin käynnistystilanteessa faasien suhde sekoitus- _ tilassa on oikea ja haluttu faasi saadaan jatkuvaksi.

Keksintöä kuvataan tarkemmin oheisten piirustusten avulla, jossa kuvio 1 esittää poikkileikkauskuvantona keksinnön mukaista mikseriä ja sen ympärille sijoitettua esisettleriä ja settleriä, 20 kuvio 2 on osittain leikattu aksonometrinen kuvanto dispersio-pumpusta , ja kuvio 3 on poikkileikkauskuvanto mikserin yläosasta.

Kuvion 1 mukaisesti uuttokenno muodostuu mikseristä 1, esi-settleristä 2 ja settleristä 3. Dispergoitavat uuttonesteet 25 tuodaan mikseriin siten, että raskas uuttofaasi tuodaan putki-yhteen 4 kautta mikserin alaosassa sijaitsevaan kiertolieri-öön 5, edullisesti sen ylöspäin kapenevaan kartiomaiseen yläosaan 6, ja kevyt faasi tuodaan putkiyhteen 7 kautta mikserin yläosaan, nestepintaan 8. Faasien dispergointi tapahtuu kierto-30 lieriön yläpuolelle, ja koko mikserin suhteen sen keski- tai yläosaan sijoitetun pumpputurbiinin 9 avulla. Pumpputurbiini on edullisesti FI-hakemusjulkaisussa 831657 kuvatun kaltainen. Mikserin kehälle, sen sisäpuolelle on turbiinin korkeudelle 5 73146 sijoitettu jakorengas 10 siten, että se kääntää turbiinisuihkun suurimmaksi osaksi ylös, ja näin saadaan syntymään dispersion kaksoissilmukkakierto, jota kuviossa on kuvattu nuolilla.

Toimiakseen suurellakin liuosvirtauskapasiteetilla entistä 5 tasaisemmalla ja samalla keskimäärin alhaisemmalla sekoitus-intensiteetillä on pumpputurbiinin 9 lisäksi sijoitettu sen kanssa samalle akselille 11 mikserin yläosaan dispersiopumppu 12. Dispersiopumpun tarkoituksena on nostaa dispersio mikserin nestepintaa olennaisesti korkeammalle tasolle, sillä esisettle-10 rissa 2 ja settlerissä 3 on nesteen pinta myös selvästi mikserin nestepintaa ylempänä. Dispersiopumppu 12 pyörii samalla kierrosnopeudella kuin pumpputurbiinikin. Dispersiopumpun 12 imulieriön 13 imuaukko 14 sijaitsee melko lähellä turbiinia, tämän keskikohdan yläpuolella mutta nestepinnan alapuolella.

15 Dispersiopumppuun kuuluvat nostoputket 15 on alaosastaan istu- _ tettu imulieriöön, joka on yläosastaan tiiviisti suljettu. Nostoputket on sijoitettu muodostamaan ylöspäin laajeneva kartio, ja nostoputkien ympärillä on niiden alaosassa, erityisesti nestepinnan alapuolella, kartiolevyt 16 ja 17, jotka näkyvät 20 tarkemmin kuviosta 2. Kartiolevyt 16 ja 17 ulottuvat yläpääs- tään ainakin mikserin nestepinnan tasolle 8. Kartiolevyt pyörivät samalla kierrosnopeudella kuin nostoputketkin.

Nostoputkien nousukulma valitaan laitekoon ja kierrosluvun mukaan, edullisesti se on alueella 30-60°. Nostoputkien luku-25 määrä ei ole kriittinen, vaan se voidaan vapaasti valita esimerkiksi välillä 2-24. Nostoputkien halkaisija valitaan siten, että virtausnopeus putkissa jää suhteellisen pieneksi, 0,1-0,5 m/s. Tällä alueella virtauksesta aiheutuva turbulenssi on normaalisti siinä määrin vähäistä, että pumppaus ei pienennä keski-30 määräistä pisarakokoa. Tässä ratkaisussa nostoputket ovat suorat, mutta muukin muoto on mahdollinen, mikäli se ei anna pumpattavalle dispersiolle liian pientä tai liian suurta työntövoimaa.

Oikein mitoitettuna dispersiopumpun nostokorkeus on sellainen, että se pitää mikserin pintaa niin alhaalla (=nostaa dispersion 35 6 73146 niin ylös), että naapurikennon settlerin keräyskourusta kevyt uuttofaasi virtaa mikserin pintaan ilman erillispumppausta ja samoin raskas uuttofaasi virtaa kiertolieriöön turbiinin alle.

Nostoputket 15 johtavat dispersion suoraan niitä yhdistävään 5 ympyränmuotoiseen kehäputkeen 18. Kehäputki toimii liuosfaaseja erottavana linkona, ja kehäputkessa virtaus vaimenee, koska nostoputkista tulleet osavirrat osittain törmäävät toisiinsa. Kuvioista 2 ja 3 nähdään tarkemmin, että dispersio purkautuu kehäputkesta 18 vaakaraon 19 kautta, joka sijaitsee kehäputken 1 o sisäpuolella, 20-40° putken korkeimmasta kohdasta. Vaakaraon 19 ei välttämättä tarvitse olla yhtenäinen, vaan yhtenäisen raon tilalla voi olla useita aukkoja siten, että ne sijaitsevat nostoputkien välisellä putkiosuudella, kuten kuviossa 2 on esitetty.

15 Kehäputken yläpuolelle viistoon on sijoitettu rengaslevy 20, •joka kiertää kehäputkea ja pakottaa kehäputkesta purkautuvan dispersion virtaamaan tämän ja kehäputken välistä. Kehäputken 18 ulkoreunaan on vielä sovitettu alaspäin viisto kynnys 21, joka ulkopinnaltaan on rengaslevyn suuntainen. Kapean kynnyksen 20 21 tarkoituksena on irrottaa dispersiovirtaus kehäputkesta.

Rengaslevy ja kynnys on asetettu niin, että ne suuntaavat kehä-putkesta irtoavan dispersion noin 45° kulmassa alaspäin.

Kehäputkelta 18 dispersio virtaa mikserin ylätilaan, tämän kehälle sijoitettuun dispersion keräyskouruun 22. Keräyskourun 25 alapinta on selvästi mikserin nestepintaa 8 korkeammalla.

Keräyskourun ulkopinta 23 on samalla mikserin lieriöpinta. Kourun sisäpinta 24 voidaan muotoilla esimerkiksi siten, että alaosastaan se on ulkopinnan suuntainen ja yläosasta dispersio-pumpun nostoputkien 15 suuntainen. Eräs edullinen rakennerat-30 kaisu on lisäksi, että keräyskourun ulkopinnasta sisäänpäin- suuntautuvaksi on muodostettu dispersiota vastaanottava kalteva pinta 25, joka alaosastaan jatkuu sisäänpäin kaareutuvana jarrutuspintana 26. Kuten edellä on todettu, on dispersion juo-hea ja hellävarainen käsittely tärkeää emulsiovaaran estämiseksi, 35 7 73146 ja tämän vuoksi rakenteeseen kuuluu kalteva pinta 25, johon kehäputkelta irronnut dispersio osuu loivassa kulmassa. Jarru-tuspinnan 26 avulla jarrutetaan dispersiovirtauksen nopeutta, sillä tällä pinnalla dispersio joutuu kulkemaan vasten siihen 5 vielä vaikuttavaa keskipakovoimaa. Jos uuttoreaktio on hidas, voidaan jarrutuspinta jättää pois, ja tällöin keräyskouru toimii mikserin jatkeena, sillä dispersio on dispersiopumpun ansiosta vielä kourussakin pyörimisliikkeessä. Keräyskourusta dispersio virtaa esisettleriin ja settleriin, jotka ovat edullisesti GB-10 patenttijulkaisun 2 024 645 mukaisia.

Kuten kuviosta 1 nähdään, dispergointilaitteisto on myös varustettu saman uuttoaskeleen settleristä tulevilla paluuputkilla, raskaan faasin paluuputkella 27 venttiileineen 28 ja kevyen faasin paluuputkella 29 venttiileineen 30. Paluuvirtaukset oh-15 jataan kiertolieriön kartio-osaan 6. Raskaan liuosfaasin palau-tusputkea 27 käytetään aina käyntiinlähtötilanteissa. Raskaan faasin palautus yhdessä dispersiopumpun toiminnan kanssa varmistaa mikserin toiminnalle oleellisen kaksoissilmukkakierron käynnistymisen. Ominaispainoerot liuosten välillä saattavat aiheut-20 taa tilanteen, jossa kevyttä faasia esiintyy mikserin yläosassa ja raskasta faasia alaosassa, ja kyseiset vaillinaisesti sekoitetut vyöhykkeet voivat toimia tulppina, jotka estävät mikseri-kierron käynnistymisen. Tällöin dispersiopumppu nostaa suhteessa enemmän kevyttä faasia settleriin, josta paluuputkea pitkin pa-25 laa raskasta faasia mikseriin. Lyhyen käyttöjakson jälkeen mikserin turbiiniin nousee kiertolieriön kautta riittävästi raskasta liuosfaasia, jotta kaksoissilmukkakierto voi käynnistyä. Suositeltavinta on pitää jatkuvasti venttiilin 28 avulla pientä raskaan faasin palautusta päällä.

30 Kevyen faasin palautusputkea 29 voidaan tarvittaessa käyttää, kun raskas faasi halutaan dispergoida pisaroiksi. Kun dispersiopumpun 12 nostokorkeus ja pumppauskapasiteetti on riittävä, mikserin nestepinta vajoaa niin paljon, että myös kevyen faasin 8 73146 palautusvirtaus onnistuu. Tähän vaikuttava tekijä on myös kierto-lieriön kartiomaisen yläosan 6 aikaansaama kuristus, joka aiheuttaa alipainetta kiertolieriössä. Kaikki kiertolieriöön tehtävät liuossyötöt on edullista tehdä juuri lieriön yläosaan.

5 Kiertolieriön poikkipinta-ala on sopivasti noin 0,2-0,6 kertaa mikserin poikkipinta-ala.

Kun neutralointilisäyksiä tehdään suoraan mikseriin, on tarvittavat mittausanturit 32, kuten pH- ja muut elektrodit, edullista sijoittaa mikserin yläosaan, voimalla ylöspäin kääntyvään tur-10 biinisuihkuun. Näin primäärisuihkuun asennettuina elektrodit pysyvät paremmin puhtaina ja antavat varmemman mittaustuloksen.

Claims (12)

1. Tapa neste-nesteuuton kahden faasin dispergoimiseksi hyvin keskenään, halutun dispersiotyypin hallitsemiseksi ja syntyneen dispersion nostamiseksi olennaisesti sekoitustilan nestepintaa korkeammalle tasolle, tunnettu siitä, että uuttofaasien dispergoimiseksi sekoitustilan keski- tai yläosaan sijoitetulta sekoituselimeltä purkautuva dispersio-suihku saatetaan pääosin kääntymään ylöspäin, sekoituselimen alapuolella dispersio saatetaan virtaamaan alaspäin sekoitus-tilan ulkolaidalla ja kääntymään tilan alaosassa virtaamaan sekoitustilan erillisen keskiosan kautta ylöspäin, dispersiotyypin hallitsemiseksi johdetaan sekoitustilan kanssa samaan uuttoaskeleeseen kuuluvasta laskeutusosasta halutun faasin palautusvirtaus sekoitustilaan sekoituselimen alle, dispersio poistetaan sekoitustilasta saattamalla se nousemaan vähintää kahtena erillisenä pyörivänä osavirtana olennaisesti sekoitustilan nestepintaa korkeammalle tasolle ja dispersio saatetaan kääntymään pyörimiseen nähden tangen-tiaaliseksi jolloin keskipakovoima saa aikaan osittaista faasien luokittumista, ja dispersio johdetaan juoheasti ohuena kerroksena seuraavaan vaiheeseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että raskaan faasin palautusvirtausta käytetään käyntiinlähtötilanteessa kaksoissilmukkakierron aikaansaamiseksi .

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että sekoitustilaan tulee koko ajan raskaan faasin palautusvirtaus.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että dispersio jaetaan 2-24 osavirtaan. 10 731 4 6

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että dispersion virtausnopeus osavirroissa on 0,1-0,5 m/s.

6. Laitteisto neste-nesteuuton kahden faasin dispergoimisek-si, halutun dispersiotyypin hallitsemiseksi ja syntyneen dispersion johtamiseksi seuraavaan vaiheeseen, jolloin laitteisto muodostuu mikseristä (1), sen alaosaan sijoitetusta kiertolieriöstä (5), kiertolieriön yläpuolella sijaitsevasta pumpputurbiinista (9) sekä jakorenkaasta (10), mikseriä (1) ympäröivästä esisettleristä (2) ja settleristä (3), tunnettu siitä, että dispersiotyypin hallitsemiseksi ja kaksoissilmukkakierron aikaansaamiseksi on kierto-lieriön yläosaan (6) yhdistetty saman uuttoaskeleen settleristä (3) tulevat raskaan faasin palautusputki (27) ja kevyen faasin palautusputki (29), mikserin keski- tai yläosaan sijoitetun pumpputurbiinin (9) yläpuolella on turbiinin (9) kanssa sama-akselisena dispersiopumppu (12) , jonka imu-lieriön (13) imuaukko (14) on turbiinin (9) keskikohdan yläpuolella, yläosastaan suljettuun imulieriöön (13) on istutettu vähintään kaksi nostoputkea (15), jotka muodostavat ylöspäin laajenevan kartion, nostoputkien (15) ympärille on sijoitettu alapäästään nestepinnan (8) alapuolella ja yläpäästään ainakin mikserin nestepinnan tasolle (8) ulottuvat kartiolevyt (16,17), nostoputket (15) päättyvät niitä yhdistävään kehäputkeen (18) , josta dispersiovirtaus on tarkoitus johtaa mikserin nestepinnan (8) yläpuolelle sijoitetun keräyskourun (22) kautta seuraavaan vaiheeseen.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kehäputki (18) on varustettu ainakin yhdellä vaa-karaolla (19), joka sijaitsee kehäputken sisäpuolella 20-40° putken korkeimmasta kohdasta.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kehäputken (18) ulkoreunaan on sovitettu alaspäin viisto, kapea kynnys (21). 73146 11

9. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kehäputken (18) yläpuolelle viistoon on sijoitettu rengaslevy (20).

9 73146

10. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että keräyskourun (22) ulkopinnasta (23) on muodostettu sisäänpäinsuuntautuvaksi kalteva pinta (25).

11. Patenttivaatimusten 6 ja 10 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kaltevan pinnan (25) alaosa jatkuu sisäänpäin kaareutuvana jarrutuspintana (26).

12. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että nostoputkien (15) lukumäärä on 2-24. • 1 \ 12 731 4 6