FI86601C - Saett att aostadkomma dubbelcirkulationsfloede och apparatur daertill. - Google Patents

Description

1 86601

TAPA KAKSOISKIERTOVIRTAUKSEN AIKAANSAAMISEKSI JA LAITTEISTO TÄTÄ VARTEN

Tämä keksintö kohdistuu tapaan sekoittaa nesteitä keskenään tai sekoit-5 taa eri faaseja nesteeseen käyttäen reaktorin pintavyöhykkeen alapuolella aikaansaatua kaksoisrengaskiertoa intensiivisen sekoituksen ylläpitämiseksi. Tunnusomaista tälle "Bottom Toroidal Roll" eli BTR-peri-aatteelle on, että käytetään voimakasta alaimua omaavaa, viistoon alaspäin painavaa sekoitinta, joka on asennettu tämän sekoitusmenetelmän 10 edellyttämällä tavalla ja jonka virtauskuvio on ohjattu tarkoin määrätyllä tavalla. Menetelmämme mukaan sekoitinsuihku osuu reaktorin lieriöpin-taan, ja tällöin suihku jaetaan lähes kahteen yhtä suureen osaan säätäen tätä jakoa keksinnön mukaisella imukuvio-ohjaimella, joka sijaitsee sekoittimen yläpuolella. Reaktorissa tapahtuvaa pyörimisliikettä ohjataan 15 erityisillä virtaussuuntaajilla.

Yleensä reaktoria sekoitetaan "backmixedM-periaatteella, mikä tarkoittaa, että kaikkia eri faaseja sekoitetaan jatkuvasti toisiinsa. Nyt tämän keksinnön mukaiselle sekoitusratkaisulle on ominaista, että sekoitustila 20 jakaantuu kahteen vyöhykkeeseen. Imukuvio-ohjaimen alapuolinen vyöhyke on intensiivisesti sekoitettu, kun taas imukuvio-ohjaimen yläpuolinen vyöhyke on hallitusti rauhoitettu. Yläpuolisen vyöhykkeen virtaus-kuvio säädetään alapuolisen vyöhykkeen vastaavan virtauskuvion kautta, kuten jäljempänä tarkemmin selitetään. Kun sekoitustila ei ole 25 täysin yhtenäisesti sekoitettu, vaan koostuu imukuvio-ohjaimen alapuolella olevasta kahdesta toroidivyöhykkeestä ja imukuvio-ohjaimen yläpuolisesta rauhoitetusta vyöhykkeestä, on mahdollisuus vaikuttaa sekoi-tustilaan syötetyn aineen viipymäaikajakautumaan. Reaktorin pohjalle syötettävä aine tempautuu mukaan pohjatoroidiin, josta se vasta vähi-30 telien vastoin toroidin vangitsemaa pyörimisliikettä siirtyy ylätoroidiin ja vastaavasti tästä irrottautuneena reaktorin ylätilaan. Jatkuvassa ajossa olevasta BTR-reaktorista ulosotto tapahtuu ylätilasta ylivuotona tai pinnan alapuolelta. Jälkimmäisessä tapauksessa reaktorisisällön määrää hallitaan käyttäen erillistä pinnan säätöä. Keksinnön olennaiset 35 tunnusmerkit käyvät esille keksinnön itsenäisistä vaatimuksista.

2 86601 BTR-periaate on käyttökelpoinen monella prosessiteollisuuden alalla, missä tarvitaan normaalia backmixed-sekoitusta tehokkaampaa sekoitusta jonkin sekoitusasteen tai kemiallisen reaktion saattamiseksi lähemmäksi lopputilaa tai tasapainoa. Keksinnön mukaista periaatetta käyttäen on 5 mahdollista rakentaa joukko reaktoreja eri tekniikan aloille.

Eräänä käytännön eduista, joita BTR-periaatteella saavutetaan, voidaan mainita, että sekoituselimen paikkaa voidaan nostaa standardiasennusta selvästi korkeammalle. Yleensähän suositellaan, että sekoitinelimen 10 halkaisija on 0,33 x reaktorin halkaisija ja että sekoitin sijaitsee oman halkaisijansa etäisyydellä pohjasta. BTR-periaatetta käytettäessä voidaan poiketa näistä säännöistä ja käyttää suurempia sekoitinelimiä, jotka voivat olla halkaisijaltaan 0,33 - 0,50 x reaktorin halkaisija ja sijaita pohjasta etäisyydellä, joka on 0,5 - 1,5 x sekoittimen halkaisija. 15 Tämän uuden mitoitustavan perusteella sekoittimen vetoakseli lyhenee, mistä on huomattava lujuusopillinen etu, kun rakennetaan suurikokoisia reaktoreita.

Eräs oleellinen etu on myös se, että suurin osa akselitehosta jakaantuu 20 imukuvio-ohjaimen alla olevaan reaktori tilavuuteen. Täten akseliteho tilavuutta kohden nousee reaktorin sekoitusvyöhykkeessä ilman, että tarvitsee nostaa vastaavasti reaktorin kokonaistehontarvetta. Mikäli reaktorissa on nesteen lisäksi kiintoainetta, paranee kiintoaineen leiju-tus reaktorin pohjaosassa ja samalla reaktorin pohja pysyy paremmin 25 puhtaana. Keksinnön mukaista menetelmää käytettäessä kiintoaine on pohjaosassa paremmassa liikkeessä kuin backmixed-sekoitetuissa reaktoreissa. Lisäksi saadaan vielä aikaan jonkinasteista jauhautumista, kun kiintoainehiukkaset törmäävät vastakkain toisiaan vasten pyörivissä toroideissa ja kun ne ovat intensiivisesti sekoitettuna sekoittimen 30 välittömässä läheisyydessä.

Imukuvio-ohjaimen mitoituksella sekä imukuvio-ohjaimen ja reaktorin ylivuodon välisellä etäisyydellä voidaan säätää sekoitustilassa tapahtuvaa luokittumista. Jatkuvassa ajossa olevaa BTR-reaktoria voidaan käyttää 35 reaktorin luokitusvaikutuksen ansiosta esim. pidentämään kiintoaineen käsittelyä, kun kiintoaine on saatu hallitusti kertymään reaktoriin.

i 3 8 6 6 01 BTR-reaktoria käytettäessä on mahdollista pitää reaktorin kiintoaine-pitoisuus korkeana siten, että neste kulkeutuu reaktorin läpi kiintoainetta lyhyemmällä viiveellä, mutta kaikki tapahtuu kuitenkin pohjasyöt-tönä toroidikiertojen kautta ilman oikaisumahdollisuutta. Tätä seikkaa 5 voidaan käyttää hyväksi rakennettaessa esimerkiksi liuotus-, saostus-tai sementointireaktoreita.

Ylipäänsä on edullista käyttää BTR-reaktoria tapauksissa, joissa tähdätään tehokkaaseen nestesekoitukseen ja on tärkeätä käsitellä kaikki 10 reaktoriin syötetty aine yhteinäisesti ja välttyä jonkin aineen vaillinaiselta käsittelyltä. Eräs tällainen esimerkki on metallurgisen teollisuuden käyttämät vaimentimet, joissa malmilietteesccn sekoitetaan seuraavnn prosessivaiheen, yleensä vaahdotuksen tarvitsemia kemikaaleja. Erityisesti isoissa valmentimissa, joissa on vaikeata sekoittaa yhtenäisesti 15 koko valmenninsisältö backmixed-periaatteen mukaisesti, on edullista käyttää BTR-periaatteen mukaan toimivaa valmenninta.

Keksintöä kuvataan tarkemmin oheisten kuvien avulla, joissa kuvio 1 esittää pystyleikkauksena BTR-reaktorin periaatetta, 20 kuvio 2 esittää BTR-periaatteella toimivaa vaahdotuskennoa osittain leikattuna vinoaksonometrisenä kuvantona, kuvio 3 esittää BTR-reaktoria ja siinä erästä, edullista imukuvio-ohjainta osittain leikattuna vinoaksonometrisenä kuvantona, kuvio 4 on pystyleikkaus kaasurektorina käytettävästä BTR-raktorista 25 ja kuvio 5 on pystyleikkaus BTR-reaktorista, joka toimii fermentorina.

Kuviosta 1 nähdään, että keksinnön mukainen BTR-reaktori muodostuu reaktorista 1, joka on edullisesti ylöspäin nousevan lieriön muotoinen. 30 Sekoitettava materiaali syötetään reaktorin pohjatilaan syöttöputken 2 kautta. BTR-reaktorissa on edullista käyttää painavaa, voimakasta alaimua omaavaa sekoitinelintä 3, joka on asennettu poikkeuksellisen etäälle pohjasta ja jonka halkaisija on suuri.

35 BTR-rakenteeseen kuuluvat, säteensuuntaiset virtaussuuntaajat 4 ovat normaaleja virtaushaittoja leveämmät. Niiden leveys on 0,10 - 0,15 x 4 * 86601 reaktorinhalkaisija, kun normaalihaittojen leveys on standardiratkaisuissa yleensä noin 0,08 x reaktorin halkaisija ja vaihtelee välillä 0,05 -0,10 x reaktorin halkaisija. Vastaava virtaushaittojen etäisyys lieriö-pinnasta on standardiasetusten mukaan vain 0,017 x reaktorin halkaisi-5 ja. Tämän keksinnön mukaisesti virtaussuuntaajien tarkoituksena on suoristaa reaktorissa sekoitettavan materiaalin pyörimisliike, mutta säilyttää mahdollisimman paljon tämän liike-energiasta, jonka vuoksi virtaukselle on varattu tilaa vielä noin 1/3 reaktorin poikkipinta-alasta virtaussuuntaajien ja seinän lieriöpinnan välissä. Näin virtaus voi edetä 10 voimakkaana yli koko virtauspoikkipinnan aivan reaktorin lieriöpintaan asti. BTR-reaktorissa on virtaussuuntaajien lukumäärä yleensä 2-8, edullisimmin 4.

Vaakasuora, rengasmainen imukuvio-ohjain 5 on asennettu korkeus-15 suunnassa sekoittimen 3 yläpuolelle, mutta virtaussuuntaajien 4 ulko-puolle. Katvealueiden välttämiseksi jätetään imukuvio-ohjaimen ulkopinnan ja reaktorin lieriöpinnan väliin rako, joka on on vähintään saman levyinen kuin standardivirtaushaittojen rako, mutta on edullisesti tätä vähän leveämpi ollen 0,10 - 0,30 x reaktorin halkaisija. Imukuvio-ohjai-20 men sisäreuna ulottuu korkeintaan virtaussuuntaajien ulkoreunaan, joskin on suositeltavaa jättää rako imukuvio-ohjaimen ja virtaussuuntaajien välille. Tämä rako on puolestaan korkeintaan 0,04 x reaktorin halkaisija.

25 BTR-periaatteen etuna on imukuvio-ohjaimen sijainti lähellä sekoitinta, jolloin saadaan kaksoistoroidikierto voimistumaan sekoitusenergian jakautuessa huomattavilta osin rajoittuneeseen reaktoritilavuuteen. Imukuvio-ohjaimen asemaa sekoittimeen nähden voidaan säätää, yleensä se sijaitsee etäisyydellä 0,05 - 0,20 x reaktorin halkaisija sekoittimen 30 yläpuolella, edullisesti 0,09 x reaktorin halkaisija sekoittimen yläpuolella ja tällöin samalla säädetään materiaalien pyörimisnopeutta toroideissa.

Kuten edellä on käynyt ilmi, on edullista käyttää BTR-rakenteessa painavaa, voimakasta alaimua omaavaa sekoitinelintä, joka asennetaan 35 poikkeuksellisen etäälle pohjasta ja jonka halkaisija on suuri. Esimerkkinä tällaisesta edullisesta sekoitintyypistä voidaan mainita US-patent-tijulkaisun 4 548 765 mukainen gls-sekoitin. Kuvion 2 mukaisessa 4 s 86601 gls-sekoittimessa on kaksitoista siipeä. Sekoittimen suorat sisälavat 6 synnyttävät tarvittavan pohjaimun ja ulommat viisolavat 7 painavan sekoitusvirtauksen. Sekoitin soveltuu sekä kiintoaineen leijuttamiseen keksinnön periaatteen mukaisesti että kaasun dispergoimiseen mahdolli-5 sesti kiintoainetta sisältävään nesteeseen. On selvää, että sekoitinta voidaan jossain määrin muunnella edellä kuvatusta gls-tyypistä.

Imukuvio-ohjelman ja gls-sekoittimen yhteisvaikutuksen ansiosta saadaan reaktorissa aikaan imukuvio-ohjaimen alapuolella kaksoistoroidi, 10 joka kuviossa 1 on havainnollistettu nuolilla. Syötteputkesta 2 tuleva neste, tai nesteen ja kiintoaineen seos pyörii ensin alemmassa pohjato-roidissa I ja siityy siitä vähitellen ylätoroidiin II. Tästä hyvin sekoittunut suspensio nousee imukuvio-ohjaimen yläpuolella sijaitsevaan rauhallisen ja hallitun virtauksen vyöhykkeeseen ja suspensio poistuu 15 sieltä ylivuotona aukon 8 kautta. Jos suspensiosta poistuu kaasua, kaasun poistoputki 9 on reaktorin kannessa. Kaksoistoroidien ja rauhallisen vyöhykkeen syntyminen on kokeellisesti todettu.

Isot muunnokset, kuten siirtyminen pelkillä viistolapaisilla elimillä 20 varustettuun sekoittimeen, eivät toimi BTR-reaktorissa, koska sillä ei saada aikaan pohjnimukiertoa, joka mallikokcittcmmc mukaan on välttämätön. Ei myöskään pelkkien suorien siipien varassa toimivaa Rushton-tyyppistä turbiinia voida käyttää, koska tämä synnyttää vaakasuoraan etenevän sekoitussuihkun, joka törmätessään reaktorin lieriöpintaan 25 heikkenee liiaksi. Tätä sekoitinta käytettäessä ei ylöspäin kääntyvää suihkuosuutta voida ohjata sekoittimen välittömään läheisyyteen sijoitetulla imukuvio-ohjaimella, vaan sekoitintehon on annettava jakautua lähes yli koko reaktorin. Tämän seurauksesta ei saada aikaan voimakkaita, vastakkain pyöriviä pohjatoroideja, kuten gls-sekoitinta käytet-30 täessä. Dispergointia varten rakennettu Rushton-tyyppinen sekoitin ei myöskään sovellu kiintoaineen leijuttamiseen, koska se vaatisi akseli-tehon huomattavaa nostamista, gls-sekoitin on dispergoiva sekoitin, joka tarvitsee akselitehoa vähemmän kuin Rushton-tyyppinen sekoitin, ja toimii BTR-sekoituksessa tehokkaasti leijuttavana saaden aikaan 35 voimakkaan kaksoistoroidikierron. Oleellista on että osa primäärisuih- kusta etenee pitkin pohjaa kohti keskustaa, jossa voidaan käyttää esim. kuviossa 4 esitettyä pohjamuotoilua 10 kierron voimistamiseksi.

i 6 86601

Edellä on selostettu, miten BTR-periaate sovelttuu käytettäväksi neste-tai lietesekoitustehtävissä, joissa on tärkeää varmistua siitä, että kaikki reaktoriin syötetty aine saa osakseen yhtenäisen sekoituksen ilman oikai-sumahdollisuutta reaktorin läpi. Esimerkkinä on mainittu malmilietteen 5 käsittelyyn käytettävät vaimentimet, joissa annostellaan lietteeseen sekoitettavia kemikaaleja.

Koska BTR-rakenteen mukaiseen reaktoriin kuuluu dispergoiva gls-sekoitin, BTR-periaatetta voidaan soveltaa kaasupitoisten nesteiden tai 10 lietteiden käsittelemiseen. BTR-tyyppisiä reaktoreita voidaan käyttää milloin tarvitaan hyvä kontakti nesteen ja kaasun välillä ja halutaan pidentää kaasukuplien viivettä reaktiossa. Kaasu nimittäin jää pyörimään toroideissa ja vapautuu vasta vähitellen, kun uutta kaasua syötetään reaktoriin. Kiivas kontakti ja pidentynyt viipymäaika nostaa 15 kaasun käyttöastetta eli hyötysuhdetta kaasun osallistuessa kemialliseen reaktioon tai imeytyessä nesteeseen.

Hyvä esimerkki BTR-periaatteen käyttökelpoisuudesta on kuvan 2 mukainen vaahdotuskcnno. Tämä on osoittautunut tehokkaaksi crotta-20 maan rikasteita malmilietteistä erityisesti tapauksissa, joissa redox-potentiaalin nouseminen tehokkaan ilma/lietekontaktin ansiosta edistää vaahdottumista.

Kuviosta 2 nähdään, että keksinnön mukainen vaahdotuskenno muodos-25 tuu reaktorista 1. Malmiliete syötetään reaktorin pohjatilaan syöttöput-ken kautta (ei kuvassa). Syöttöputki ulottuu virtaussuuntaajan 4 ulkoreunan tasolle, jossa syötettävä malmiliete tempautuu mukaan pohjato-roidiin, koska virtaus on tässä samansuutainen syöttöputken tulon kanssa. Pohjatoroidi saadaan aikaan voimakkaan alaimun omaavalla 30 sekoittimella 3, joka on asennettu sellaiselle etäisyydelle pohjasta 11, että viistoon alaspäin suunnattu sekoitinsuihku osuu vaahdotuskennon lieriöpinnalle korkeudelle, joka on välillä pohja - se korkeus, joka vastaa puolta sekoittimen halkaisijasta.

35 Reaktorin pohja on vaakatasossa edullisesti suora tai kupera, jolloin on edullista rajoittua ns. matalaan pallopohjaan, mikä muoto ei vielä levitä 4 7 86601 pohjatoroidia yli niin suuren pohjatilavuuden, että toroidin liike liikaa heikkenisi.

Oleellinen osa vaahdotuskennoa on kennon keskustassa pystysuoraan 5 sekoittimen alle, tämän välittömään läheisyyteen nouseva ilmaputki 12. Sekoittimen vaakasuora pyörivä sekoitinlevy levittää syöttöilman ja pohjatoroidin mukana pyörivän muun ilman joka suuntaan sekoittimen suorien sisälapojen 6 ja ulompien viistolapojen 7 dispergoitaviksi. Ilma etenee kuplina sekoittimen aiheuttaman lietesuihkun mukana jakautuen 10 lähellä kennon pohjaa lieriöpinnan läheisyydessä pohjatoroidiin ja ylä-toroidiin. Kuplien kokoa voidaan säätää akselitehoa muuttamalla.

Ylätoroidin vaikutusaluetta ylöspäin rajoittaa rengasmainen imukuvio-ohjain 5, joka on asennettu sekoittimen yläpuolelle ja virtaussuuntaajien 15 ulkopuolelle. Imukuvio-ohjaimen tehtävänä on säätää ylätoroidin pyörimisen voimakkuutta. Tällä voidaan vaikuttaa ilman levittäytymiseen yli kennon poikkipinta-alan ja ilman nousemiseen kennon ylätilaan. Samalla imukuvio-ohjain vaimentaa sekoittimen aiheuttamaa liikehdintää reaktorin ylätilassa parantaen vaahdotuserotusta. Esitetyllä imukuvio-ohjaimella 20 kehärakoineen voidaan kääntää vaahdotuskennon virtauskuviota keskustasta hitaasti ylöspäin virtaavaksi ja pinnalta keskustasta ulopäin virtaavaksi. Tällä tavoin voidaan rikastevaahto ohjata tasaisena virtauksena yli koko kennon kehän ulottuvaan rikastekouruun 13 ja poistaa sieltä poistoputken 14 kautta. Jäte poistetaan putken 15 kautta.

25

Kuviossa 2 on myös esitetty toinen imukuvio-ohjain, jolla vaahdotuskennon ylätilan virtauskuviota voidaan ohjata. Mitä lähemmäksi ohjaimen ylärengas 16 tuodaan ohjaimen perusrengasta 5, sitä enemmän virtaus ohjautuu kohti keskustaa ja sitä pienemmällä ilmamäärällä kennon pinta-30 virtaus lisääntyy keskustasta ulospäin. Samalla voidaan säätää nousevan keskustavirtauksen voimakkuutta ja tällä tavoin on mahdollista vaikuttaa vaahdotuserotukseen. Myös kaasun viipymää reaktorissa voidaan säätää ohjaimen perusrenkaan 5 ja ylärenkaan 16 avulla. Mitä leveämmäksi perusrengas 5 mitoitetaan tai mitä lähemmäksi ylärengas 16 35 tuodaan perusrengasta, sitä pitempään kaasu jää pyörimään toroidikier-roissa. Samalla reaktorin kaasusisältö tietyllä kaasusyötöllä nousee.

i 8 86601

Kuviossa 3 on esitetty muunnos imukuvio-ohjaimen perusrenkaasta, johon on lisätty sisäreunasta lähtien laajennus 17 10° - 30° sektorissa virtaussuuntaajien 4 kohdalle sille puolelle, johon sekoittimen pyörimisestä aiheutuva kiertovirtaus törmää ja nousuvirtaukseksi muuttunee-5 na lisää imukuvio-ohjaimen kuormitusta.

BTR-reaktorille on ominaista voimakkaat kiertovirtaukset kaksoistoroi-deissa. Vaahdotuskennosovellutuksessa voimakkaat toroidit hyödynnetään ilman dispergoimiseksi ja levittämiseksi lietteeseen. Tällä tavoin 10 tarkoituksellisesti vältetään sekoitusintensiteetin heikentämistä, jota kennon pohjaosaan, sekoittimen ympärille sijoitetut staattorirakenteet usein aiheuttavat, gls-sekoittimen avulla saadaan aikaan riittävä ilman dispergointi BTR-rakenteessa, etenkin kun toisiaan vastaan pyörivät toroidit edesauttavat dispergointia. Normaalirakenteisissa kennoissa 15 käytettävät virtaushaitat pysäyttävät liiaksi virtauksen sekoittumista kehällä, mutta keksintömme mukaiset virtaussuuntaajat sijaitsevat etäämmällä kehästä kuin virtaushaitat. Käyttämämme suuntaajat on säteensuuntaiset ja standardivirtaushaittoja leveämmät.

20 Edellä kuvatulla rakenteella on se etu, että ilman dispergointi ja levittäminen tapahtuu yli koko pohjatilan kaksoiskiertovirtauksen avulla, 3 joka mahdollistaa sen, että myös suuria 50 - 100 m vaahdotusyksiköitä voidaan mitoittaa BTR-periaatteen mukaisesti. Ko. periaate ei ole riippuvainen ilman paikallisesta dispergoinnista tietyssä sekoitin/staattori-25 rakenteessa, joten se soveltuu juuri erityisen hyvin suuriin vaahdotus-yksikköihin. Edullista on, ettei lietekerroksen paksuutta imukuvio-ohjaimen päällä tarvitse lisätä samassa suhteessa kuin muita mittoja, mikä vähentää vaahdotusilman painevaatimuksia.

30 Samaa BTR-rakennetta kuin vaahdotuskennossa voidaan käyttää muissa kaasua ja nestettä tai kaasua ja suspensiota käsittelevissä reaktoreissa sellaisissa tapauksissa, joissa hyvä kontakti kaasun ja muun reaktorisi-sällön kanssa on tärkeätä ja samalla halutaan nostaa kaasun käytön hyötysuhdetta tietyn kemiallisen reaktion tai kaasun liukenemisen edis-35 tämiseksi. Kuviossa 4 on esitetty tällaisen kaasureaktorin periaatekuva. Nesteen tai suspension ja vastaavasti kaasun syöttötapa on sama kuin mitä aikaisemmin on vaahdotuskennon yhteydessä selostettu. Myös 9 86601 sekoittimen rakenne ja asennus sekä imukuvio-ohjain ja virtaussuuntaa-jat ovat edelläkuvatun mukaiset. Pohjan muoto voi olla suora tai kuten kuviossa 4 on esitetty, kupera. Tässä tapauksessa on edullista käyttää pohjatoroidia ohjaavaa pohjamuotoilua 10.

5

Reaktorin yläosa voi olla varustettu edelläkuvattuja korkeammalla laidalla kuohumistilan suurentamiseksi. Kouruja ei yleensä käytetä reaktorin kehällä. Jatkuvassa ajotilanteessa tapahtuu reaktorin ulosotto esimerkiksi ylivuotona 8. Ulosotto voi myös tapahtua pinnan alapuolelta reak-10 torin ylätilaan kuuluvaan lieriöpintaan sijoitettua poistoputkea käyttäen. Reaktoria voidaan myös käyttää panosprosesseissa, jolloin sekä täyttö että tyhjennys voivat tapahtua pohjatilan kautta.

Edellä kuvattua reaktoria voidaan käyttää esimerkiksi hapetusreaktorina 15 edullisesti silloin kun hapettava kaasu on happi, otsoni tai kloori.

Reaktori sopii hyvin tapauksiin, joissa halutaan imeyttää tai liuottaa kaasua nesteeseen tai suspensioon. Tällöin kaasu voi olla hiilihappo, kloori, rikkivety tai jokin muu kyseiseen nesteeseen liukeneva kaasu. Kaasu voi olla myös saostava kemiallinen reagenssi kuten rikkivety tai 20 vety. Vastaavasti ilma, happi tai kloori voi olla kemialliseen liuotusta-pahtumaan osallistuva kaasu. Liuotus tai pelkistys voi myös tapahtua paineenalaisena, jolloin BTR-periaate toteutetaan autoklaaviperiaatteen mukaisesti.

25 Kuvio 5 esittää useasta päällekkäisestä BTR-yksiköstä koostuvaa reaktoria, jossa kaasun viivettä on saatu huomattavasti pidennettyä. Erityisen hyvin reaktori soveltuu fermentoriksi biotekniikan ilmaa tai happea käyttävissä, biomassaa valmistavissa prosesseissa. Näissä halutaan ilmalle tai vastaavasti hapelle hyvä ja hallittu käyttöaste, koska kysei- 30 nen sterilisoitu käyttökaasu on merkittävä kustannustekijä. Hyvä kaasun dispergointi ja säädettävissä oleva muodostuneen hiilidioksidin poisto reaktorista nostavat biomassan valmistuskapasiteettia Sekoitus-intensiteettiä voidaan säätää tuotetun biosolukon sekoituskeston mukaan.

t 10 86601

Moniyksikköisessä kaasureaktorissa kuten fermentorissa kaasu syötetään putkesta 12 alimpaan BTR-lohkoon, jonka rakenne pohjasta imukuvio-ohjaimeen saakka on sama kuin kuviossa 4 esitetyssä kaasureaktorissa tai kuvion 2 mukaisessa vaahdotuskennossa. Alimman BTR-lohkon ylä-5 puolella on vielä ainakin yksi BTR-lohko. Kukin lisälohko on varustettu samalle akselille asennetulla gls-sekoituselimellä, jonka etäisyys alemman lohkon imukuvio-ohjaimesta on sama kuin pohjalohkon sekoituselimen etäisyys reaktorin pohjasta. Samat virtaussuuntaajat nousevat reaktorin pohjasta ylös läpi kaikkien lohkojen. Kullakin lohkolla on oma imukuvio-10 ohjaimensa, jonka etäisyys alemman lohkon ohjaimesta on sama kuin pohjalohkon ohjaimen etäisyys pohjasta. Sekoittimen aikaansaama sekoi-tinsuihku osuu ylemmissä lohkoissa lieriöpinnalle sellaisella korkeudella, joka on välillä alemman vyöhykkeen imukuvio-ohjain - se korkeus, joka vastaa puolta sekoittimen halkaisijasta. Täten muodostuu kussakin 15 BTR-vyöhykkeessä samankaltainen kaksoiskiertokuvio kuten kuviossa 5 on nuolilla esitetty. Kuviosta nähdään, että naapurilohkojen toroidikier-rot ovat samansuuntaiset ja voimistavat siten toisiaan.

Esitetty reaktoriratkaisu on varsin tehokas nostamaan pohjalohkoon 20 syötetyn kaasun sekä nesteen, kiintoaineen tai suspension viivettä ja estämään suoraa läpimenoa reaktorissa, sillä päällekkäiset toroidikierrot ovat sarjakytkennässä ja muodostavat erillisiä reaktiovyöhykkeitä ja sekoittuminen reaktiovyöhykkeestä toiseen on hitaampaa kuin toroidi-kierrossa itsessään.

25

Kuvattua reaktoria voidaan käyttää jatkuvassa ajossa, jolloin kaikki reaktorisyötöt on edullista tehdä pohjalohkoon ja poistot erillisestä ylä-lohkosta, jonka rakenne taas voi olla sama kuin kuvion 4 kaasureakto-rin yläosa. Fermentorina toimiessaan reaktori on kyllä yleensä panos-30 ajossa, jolloin täyttö voidaan tehdä alimpaan lohkoon ja tyhjennys yhteen 19 kautta. Kaasu poistuu yhteen 18 kautta reaktorin yläosasta.

Kuviossa 2 kuvattua perusimukuvio-ohjainta 5 voidaan käyttää kaikissa reaktoreissa yksinään, mutta joissakin tapauksissa on perusteltua 35 käyttää sen lisäksi apuohjainta 16.

Claims (20)

1. Tapa kahden tai useanman nesteen sekoittamiseksi keskenään tai eri faasien sekoittamiseksi nesteeseen, tunnettu siitä, että voimakkaan alainun omaavan sekoitinelimen avulla sekoitettavista nesteistä tai nesteestä ja muista faaseista muodostuva sekoitinsuihku saatetaan osumaan sekoitustilan lieriöpinnalle, jolloin materiaalit pyörivät ensin kaksoistoroidin pohjatoroidissa, nousevat sieltä vähitellen ylätoroidiin ja viimein inukuvio-ohjaimen yläpuoleiseen, hallitun virtauksen vyöhykkeeseen, josta keskenään hyvin sekoittuneet nesteet tai nesteen ja muiden faasien seokset poistetaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, t u >. n e t t u siitä, että materiaalien pyörimisnopeutta toroideissa säädetään säätämällä imukuvio-ohjaimen asemaa sekoitinelimen suhteen.

3. Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen tapa, tunnettu siitä, että nesteiden tai nesteen ja muiden faasien seoksen virtaussuuntaa imukuvio-ohjaimen yläpuolisessa, hallitun virtauksen vyöhykkeessä säädetään säätämällä imukuvio-ohjaimen ja sen ylärenkaan asemaa sekoi-tinelimeen nähden.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että sekoitinsuihku osuu sekoitustilan lieriöpinnalle korkeudelle, joka on välillä pohja - se korkeus, joka vastaa puolta sekoitinelimen halkaisijasta.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että kakr.oistoroidivyöhykkeitä on sijoitettu useampi päällekkäin.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen tapa, tunnettu siitä, että imukuvio-ohjaimet erottavat kaksoistoroidivyöhykkeot toisistaan.

7. patenttivaatimusten r> ja 6 mukainen tapa, l u n n o 1 f u siitä', että pohjavyöhykkeen yläpuoleisissa kaksoistoroidivyöhykkeissä sekoitinsuihku osuu lieriöpinnalle korkeudella, joka on välillä alemman i2 86601 vyöhykkeen imukuvio-ohjain - se korkeus, joka vasta? puolta sekoitti-nen halkaisijasta.

8. Laitteisto kahden tai useamman nesteen sekoittamiseksi keskenään, tai eri faasien sekoittamiseksi nesteeseen, jolloin reaktorissa (1) käytetään ainakin yhtä painavaa, voimakasta ai a imua aikaansaavaa sekoitinta (3), ja reaktoriin on sijoitettu reaktorin säteensuuntaisia virtaussuun-taajia (4), tunnettu siitä, että virtaussuuntaajien (4) ulkoreunan ja reaktorin lieriöpinnan väliin jäävä reaktorin poikkipinta-ala on noin 1/3 reaktorin koko poikkipinta-alasta, ja että reaktorissa on jokaista sekoitinta (3) kohti ainakin yksi imukuvio-ohjain (5), joka on korkeussuunnassa sekoittimen (3) yläpuolella ja vaakatasossa reaktorin lieriöpinnan ja virtaussuuntaajien (4) välissä.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että sekoittimen (3) halkaisija on 0,33 - 0.5 kertaa reaktorin (1) halkaisija.

10. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että sekoittimen (3) etäisyys reaktorin pohjasta on 0.7 - 1,5 kertaa sekoittimen halkaisija.

11. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, t u n n e t t u siitä, että sekoitin (1) on gls-sckoitin.

12. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että virtaussuuntaajien (4) leveys on 0,10 - 0,15 kertaa reaktorin (1) halkaisija.

13. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että imukuvio-ohjaimen perusrenkaan (5) yläpuolelle on sijoitettu pystysuunnassa liikuteltavissa oleva ohjaimen ylärenrjas (16).

14. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että virtaussuuntaajien (4) ja irmikuivo-ohjaimien (5,16) välinen rako on korkeintaan 0,04 kertaa reaktorin halkaisija. U 86601

15. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että imukuvio-ohjaimien (5,16) ulkopinnan ja reaktorin lieriöpinnan välinen rako on 0,17 - 0,30 kertaa reaktorin halkaisija.

16. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että imukuvio-ohjaimen perusrengas (5) sijaitsee sekoittimen yläpuolella etäisyydellä, joka on 0,05 - 0,20 kertaa reaktorin (1) halkaisija.

17. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että imukuvio-ohjaimen perusrengas (5) on varustettu 10° - 30° sektorissa olevilla laajennuksilla (17) virtaussuuntaajien (4) kohdalla.

18. Patentivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että reaktori muodostuu ainakin kahdesta, päällekkäin sijoitetusta lohkosta, joista jokainen on varustettu omalla sekoittimella (3) ja imukuvio-ohjaimella (5).

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että pohjalohkon yläpuolisissa lohkoissa sekoittimen etäisyys alemman lohkon imukuvio-ohjaimesta (5) on sama kuin pohjalohkon sekoittimen etäisyys pohjasta (11).

20. Patenttivaatimuksen 18 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kunkin lohkon sekoittimet on asennettu samalle akselille. 86601