FI90947B - Jatkuvatoiminen kaasujen reaktio nesteiden kanssa - Google Patents

Description

90947

Jatkuvatoiminen kaasujen reaktio nesteiden kanssa 5 Tämä keksintö liittyy taitoon jatkuvatoimisesti aikaansaada reaktioita kaasujen ja nesteiden välillä. Tarkemmin se käsittelee parannettuja systeemejä, laitteita ja menetelmiä nestemäisten tuotteiden jatkuvatoimiseksi valmistamiseksi tällaisista kaasu-nestereaktioista. Tämän keksinnön systee-10 mit ja laitteet ovat todella erityisen sopivia kaasu-neste-reaktioiden suorittamiseen vakiollisessa virtaussysteemissä tuottamaan haluttua tasalaatuista kaasumaista tai nestemäistä tuotetta säädetyllä nopeudella, so. antamaan kemikaali kuten halutaan käytettäväksi jatkuvassa prosessissa.

15 Edullisia systeemejä ovat ne, jotka tuottavat nestemäistä tuotetta, jossa ei ole merkittäviä määriä liukenematonta kiintoainetta. Esimerkit eräistä erityisen sopivista kaasu-nestereaktioista sisältävät seuraavat: 1. kloorikaasun reaktio lipeän vesiliuoksen kanssa alikloo-20 rihapokkeen ja/tai hypokloriittisuolojen liuosten saamiseksi; 2. orgaanisen nesteen reagoiminen kaasun, kuten hCl, CI2, SO3, O3 tai NO2, kanssa antamaan vastaava nestemäinen orgaaninen johdannainen; 25 3. kloriitin tai kloraatin vesiliuoksen ieagoiminen kaasu jen, kuten O3, NO2, CI2» HCl tai SO2, kanssa, jotta saadaan klooridioksidia kaasuna tai liuoksessa.

Systeemeissä ja laitteissa kaasu/nestereaktioid&n jatkuva-30 toimiseksi suorittamiseksi on perinteisesti suosittu kaasun ja nestemäisten lähtöainevirtojen johtamista vastavirtaan. Tämän hallitsevan suuntauksen merkittävät pitkäaikaiset esimerkit sisältävät vallitsevan käytännön suorituslaitteis-tot, kuten pakatut kolonnit, kellopohjakolonnit, pesuritor-35 nit ja vastaavat.

Harvinainen esimerkki nestemäisen kemikaalireagewssin jatkuvatoimisesta tuottamisesta reagoimalla kaasu nesteen kanssa vakiollisessa yhdensuuntaisessa virtaussysteemissä esitetään 2

Osbornen ja muiden US-patentissa 2 889 199 ja 2 965 443, joissa kloorikaasu reagoidaan kalsiumhydroksidin vesilietteen kanssa kalsiumhypokloriitti valkaisuliuoksen valmista-5 miseksi. Kuitenkin näissä patenteissa käytetty reaktori ei käsitä muuta kuin tavallisen putkiston pidennyksen tai silmukan (viite n:o 16 piirroksissa). Muut patentit, jotka kohdistuvat kaasu/nestesekoittamiseen tarkoituksella käsitellä mainittua nestettä, tekevät myös tunnetuksi yhdensuun-10 taisvirtauslaitteistot ja -systeemit, kuten Thorpin US-patentti 2 606 150 ja Matsuokan ja muiden US-patentti 3 997 631. Nämä patentit kuvaavat nestesuihkuimureita tai ejektoreita otsonikaasun sekoittamiseksi käsiteltävään nesteeseen, esim. veteen. Samanlaisia ejektoreita on myös 15 käytetty erilaisissa systeemeissä ja laitteistoissa aikaansaamaan kaasu/nestereaktioita, esim. US-patentissa 4 483 829 (Louthan); 1 808 956 (Ketterer); 2 020 850 (Myhren ja muut); ja 2 127 571 (Pardee, Jr). Kuitenkin US-patentit 4 483 826 ja 1 808 956 kohdistuvat vain panos- tai osapanos-20 operaatioihin, kun taas jatkuvatoimiset systeemit, jotka on esitetty US-patenteissa 2 202 850 ja 2 127 571, perustuvat pääosin vastavirtaiseen virtausperiaatteeseen kaasun ja nestemäisen lähtöaineen välillä paikallisista samansuuntaisista virtauksista huolimatta, jotka tapahtuvat maini-25 tuissa patenteissa esitetyissä ejektoriyksiköissä. Lisäksi jälkimmäisten kahden viitteen laitteistot ja systeemit ovat turhan monimutkaisia, kalliita ja hankalia käyttää, koska ne molemmat sisältävät kaikkien siinä käytettyjen eri laitteiston osien useampia toistoja, erityisesti ejektoreita, 30 pumppuja, venttiilejä, erottajia jne.

Keksinnön päätavoite on antaa yksinkertainen keino kemiallisen reaktion jatkuvatoimiseksi suorittamiseksi kaasumaisen ja nestemäisen lähtöaineen välillä säädetyissä olosuhteissa 35 tasalaatuisen kaasumaisen tai nestemäisen tuotteen tuottamiseksi. Tämän tavoitteen saavuttamisesta johtuvilla eduilla ja haitoilla on erityinen merkitys talouden ja tällaisen tuotteen toimittamisen helppouden suhteen käytetäväksi teollisessa valmistuksessa tai käsittelyssä, kun mainittu n 90947 3 tuote on vaikea tai kallis kuljettaa tai varastoida. Toinen tavoite on tehdä yksinkertainen, kompakti linjassa oleva samansuuntaisvirtauksinen laite, joka aikaansaa voimakkaan 5 sekoituksen ja pyörteisen kaasu/nestesekoittumisen siten nopeuttaen haluttua kaasu/nestereaktiota ja minimoiden vaadittavaa viipymisaikaa. Lisätavoitteena on antaa täydellinen systeemi tällaisten kaasu/nestereaktioiden tehokkaalle suorittamiselle jatkuvatoimisesti luotettavin ja tasaisin 10 tuloksin. Vielä muut tämän keksinnön tavoitteet ja edut tulevat ilmeisiksi sen yksityiskohtaisista kuvauksista ja ominaisista suoritusmuodoista, jotka esitetään tämän jälkeen.

15 Yllä olevat tavoitteet ja edut saavutetaan, kun suoritetaan haluttu kaasu/nestereaktio käyttämällä täysin samansuuntaista, linjassa olevaa virtaussysteemiä, joka käsittää kolme päälaitetta, jotka on kytketty sarjaan seuraavassa järjestyksessä : 20 1. nestepaineella toimiva, linjassa oleva virtaussekoitus- laite, joka on sovitettu muodostomaan perinpohjainen kaasu/ nesteseos; 2. umpinainen, regeneratiivinen, turbiinipumppauslaitteis-to, joka on varustettu yhdellä tai useammalla mekaanisesti 25 toimivalla monisiipisellä juoksupyörällä ja sen lähellä toimivalla staattorilla, jotka on sovitettu aiheuttamaan voimakas turlenssi ja vuorovaikutus kaasu/nesteseoksessa sen työntyessä lävitse ja samanaikaisesti nostaa mainitun seoksen painetta vähintään yhdellä ilmakehällä; ja 30 3. suljettu tuotteen vastaanottosäiliö ja kaasu/neste- erotussäiliö, joka on varustettu paineen säätimellä ja nestepinnan säätimellä, joka tehokkaasti ylläpitää siinä riittävän kaasutilan.

35 Mainittu säiliö 3 on edullisesti varustettu putkilla sen kaasutilasta ja alemmasta nestetilasta, jotka yhdistyvät kaasu- ja nestesyöttölinjoihin, jotka vastaavasti johtavat mainittuun virtaussekoituslaitteeseen 1 sallien näin osan siitä kaasusta ja/tai nesteestä, joka menee mainitun 4 laitteen läpi, koostuvan kierrätetystä aineesta. Myös omi-naistyyppinen linjassa oleva virtaussekoituslaite 1, joka on todettu kaikkein sopivimmaksi aloittamaan haluttu kaasu/ 5 nestereaktio, on venturisuihkusekoitin, kun taas regenera-tiivinen pumppulaite 2, joka on todettu kaikkein tehokkaimmaksi nopeuttamaan tällaisen reaktion loppuvaiheen täydentymistä, on monivaiheinen turbiinipumppu tai nesterengaskomp-ressori, turbiinipumpun ollessa yleensä edullinen, ellei 10 nestevirta ole vain pieni osa kaasuvirrasta tilavuudeltaan.

Yleisesti ottaen sitten, tämä keksintö aikaansaa nopeasti kemiallisen reaktion kaasu- ja nestemäisten lähtöaineiden välillä tuottaen jatkuvatoimisesti nestemäisen tuoteen 15 prosessilla, joka käsittää seuraavat vaiheet: (a) nestemäisen ja/tai kaasumaisen lähtöaineen jatkuvan syöttämisen paineella, joka on selvästi yli ilmakehänpaineen nesteellä toimivaan, linjassa olevaan samansuuntaisvirtauk-selliseen sekoitusvyöhykkeeseen muodostamaan perinpohjaisen 20 kaasu/nestereaktioseoksen ja poistamaan mainittu seos mainitusta vyöhykkeestä paineessa, joka ei ole selvästi alle ilmanpaineen, vaikka se on alempi kuin vähintään yhden mainittujen lähtöaineiden syöttöpaineista; (b) syötttämällä (a):sta poistettu kaasu/nestereaktioseos 25 mekaanisesti toimivan nestesysäysvyöhykkeen yläpäähän, jossa vähintään yksi monilapainen pyörivä juoksupyörä pyörii vähintään yhden sivukourustaattorin vieressä aiheuttamaan voimakkaan kaasu/nestevuorovaikutuksen ja voimakkaasti pyörteisen mainitun reaktioseoksen virtauksen mainitun 30 vyöhykkeen läpi, samanaikaisesti nostaen mainitun seoksen painetta vähintään yhden ilmakehän ja poistamalla mainittu seos siitä absoluuttisessa paineessa, joka on vähintään kaksi ilmakehää; ja (c) syöttämällä (b):stä poistettu seos suljettuun tuotteen 35 keräys- ja kaasu/neste-erotusvyöhykkeeseen, jota pidetään vähintään noin kahden ilmakehän absoluuttisessa paineessa ja jossa on tilava kaasutila sen yläosassa.

90947 5

Tietenkin monissa kaasu/nestereaktioissa voi osoittautua toivottavaksi kierrättää osa vaiheen (c) kaasu/neste-erotus-vyöhykkeestä erotetusta kaasusta ja/tai nesteestä takaisin 5 koko prosessin ensimmäiseen vaiheeseen, sellaiseen kuten vaiheen (a) linjassa olevaan samansuuntaisvirtaus-sekoitus-vyöhykkeeseen. Siten potentiaalisen tuotteen saannon paranemisen ja lähtöaineiden paremman hyödyntämisen lisäksi, tämän systeemin yksinkertaistettu kierrätysosa antaa hienon 10 prosessointijoustavuuden, so. kyvyn säätää tuotantonopeus ja samanaikaisesti säilyttää eritäin hyvä laadunvalvonta.

Läheinen yhteistyö ja kriittinen riippumattomauus, joka vallitsee kolmen laitteen pääosan välillä, jotka on liitetty 15 yllä määriteltyyn kaasu/nestereaktiosysteemiin, voidaan paremmin arvioida seuraavasta suppeasta tomintojen kukin osan erikseen suorittamsta analyysistä.

Näin: 20 (1) Nestepaineella toimiva sekoituslaite ei ainoastaan suorita perinpohjaista kaasu/nesteseoksen muodostumista, vaan myös syöttää sen regeneratiiviseen turbiinipumppuun tasaisesti vähintään noin ilmakehän paineessa ja edullisesti yli ilmakehän paineessa; 25 (2) Regeneratiivinen turbiinipumppu, joka on varustettu monilapsisella juoksupyörällä ja joka toimii yhdessä sivu-kourustaattorielementtien kanssa, ottaa pehmeästi vastaan sekoitetun ja nopeasti reagoivan kaasun ja nesteen tasaisen syötön ja työntää sen tehokkaasti siitä lävitsse, samalla 30 kun se samanaikaisesti lisää sen painetta vähintään yhdellä ilmakehällä niin, että se poistaa sen vähintään noin kahden ilmakehän paineessa keräys- ja kaasu/neste-erotussäiliöön; ja (3) Tuotteen keräys- ja erotussäiliö on varustettu neste-35 pinnan säädöillä ja paineen mittauksella, joka sallii kaa-su/neste-erotuksen tapahtuvan siinä vähintään kahden ilmakehän paineessa, näin yksinkertaistaen tuotteen syötön jatku-vatoimisestl, kuten myös osittaisen neste- ja/tai kaasukom-ponenttien kierrätyksen halutussa määrin.

6

Yllä selostetuista peruslaitteiston kuvauksista ja suppeista toiminta-analyyseistä voidaan myös nähdä, että sekoittaja 1 ja pumppausyksikkö 2 toimivat tehokkaasti reaktoreina 5 tässä systeemissä, so. ne todella antavat pääasialliset vyöhykkeet ja vaiheet haluttujen kaasu/nestereaktioiden suorittamiseksi. Näiden kahden laitteen kompaktista luonteesta ja niistä suurista läpivirtaustilavuuksista, jolla ne tehokkaasti toimivat, johtuen, kaasu/nestereaktioseoksen 10 kokonaisviipymä sen kulkiessa läpi on vain muutama sekunti, so. tyypillisesti noin 1-5 sekuntia.

Näistä lyhyistä viipymäajoista huolimatta on saatu erittäin hyviä tuloksia sekä lähtöaineiden konversioiden ja saantojen 15 että halutun tuotteen laadun suhteen, kun on suoritettu helppoja kaasu/nestereaktioita nykyisellä systeemillä ja laitteistolla. Esim. 90 % konversiot on usein saavutettavissa jopa ilman mitään kierrätystä, luultavasti koska voimakas kaasu/nestesekoittuminen ja erittäin pyörteinen, 20 mutta kuitenkin tasainen sekoitusfaasin nestevirtaus saavutetaan tehokkaissa reaktiovyöhykkeissä ja tämä systeemi laitteistossa. Samaten halutun tuotteen saanto muuntuneista lähtöaineista laskien on yleensä yli 90 %, joka osoittaa vähäistä tai, että ei muodostu ollenkaan ei-toivottuja 25 sivutuotteita (kuten kloriitteja tai kloraatteja hypokloriittien sijasta).

Tämä systeemi ja laitteisto ovat erittäin edullisia käytettäväksi erittäin reaktiivisten kaasu/nesteparien kanssa, 30 joiden termodynamiikka on edullinen jopa tavallisissa lämpötiloissa. Erityisen kiinnostavia ja sopivia tämän keksinnön soveltamisessa ovat yhdisteiden (so. suolat tai hydroksidit) vesiliuosten ja kaasujen, kuten kloorin, väliset reaktiot, jotka tuottavat hyödyllisiä nestemäisiä ja/tai kaasumaisia 35 reaktiotuotteita. Esimerkiksi kloorikaasun voidaan antaa reagoida natriumhydroksidiliuoksen kanssa muodostamaan natriumhypokloriittiliuoksia, jotka ovat hyödyllisiä erilaisissa desinfioimis- ja valkaisukäsittelyissä. Samoin voidaan tuottaa hypokloorihapoketta (H0C1) samalla tavalla säätä- 90947 7 mällä reagoivien lipeän ja kloorin suhdetta. HOC1-liuos voidaan vaihtoehtoisesti tuottaa reagoimalla kloorikaasu karbonaatin tai hypokloriittisuolojen liuosten kanssa.

5 Lisäksi voidaan saada kaasumaisia tuotevirtoja, jotka sisältävät aktiivista ainetta, kuten klooridioksidia, reagoimalla vesipitoinen hypokloriittisuolan liuos reaktiivisen kaasun kuten NO2 tai O3 kanssa.

10 Liitteenä oleva piirros on jatkuvatoimisen prosessin tyypillisen virtauskaavion yksinkertaistettu kaavamainen esitys keksinnön mukaisen kaasu/nestereaktion suorittamiseksi.

Tämä virtauskaavio osoittaa kaavamaisesti tiettyjä laitteiston pääkohtia ja osoittaa kuinka laitteistoa voidaan yhdis-15 teliä ja käyttää systeeminä nestemäisen reagenssin, kuten esim. laimean natriumhypokloriittivalkaisuaineen vesiliuoksen tasaisen virtauksen jatkuvaksi tuottamiseksi jatkuvalla kloorikaasun reaktiolla laimean lipeäliuoksen kanssa.

20 Viitaten nyt piirrokseen, laitteiston päälaitteet ovat siinä venturisuihkusekoittaja 14, monivaiheinen regeneratiivinen turbiinipumppu 16 ja tuotteen kokoomasäiliö 18, jotka on liitetty sarjaan nesteen käsittelyputkilla 15 ja 17. Pumpun 16 moottori on sähkömoottori 24, joka pystyy pyörittämään 25 akselia, johon pumpun 16 turbiinin siivekkeet on kiinnitetty, vähintään n. 1000 rpm. nopeudella. Säiliö 18 on varustettu paineen säätöventtiilillä 20 ja reiällä 21 ylläpitämään siellä haluttu ylipaine ja nestepinnan säätäjällä 22 varmistamaan riittävä kaasutila siellä. Reikä 21 johtaa 30 pesuriin tai muuhun tyydyttävään puhdistuslaitteeseen (ei esitetty) haitallisten kaasujen poistamiseksi.

Nestemäinen lähtöaine, so. laimea lipeäliuos, johdetaan sopivassa paineessa pituussuuntaisesti suihkusekoittajan 35 14 venturiosaan 13 injektorisuuttimen 12 läpi pitkin syöttö- linjaa 11, kun taas kaasumainen kloori syötetään alemmassa paineessa pitkin syöttölinjaa 10 suihkusekoittajän 14 pai-neentasauskammioon, joka ympäröi venturiosan sisääntuloa. Johtuen kloorin alhaisesta kiehumispisteestä, se voidaan 8 syöttää myös kylmänä nesteenä ja annetaan höyrystyä nopeasti juuri, kun se tulee sisään mainittuun paineentasauskammioon. Syöttölinjat 10 ja 11, jotka yhdistävät vastaavasti kloori-5 lähteen 5 ja lipeälähteen 6, ovat varustettu sopivilla säätöventtiileillä 7 ja 9 lähtöaineiden syöttönopeuksien ja paineiden säätämiseksi.

Mentyään venturisuihkusekoittajan 14 ja turbiinipumpun 16 10 lävitse suurin osa kloorista on reagoinut muodostaen hypokloriittia ja saatu reaktioseos johdetaan putkea 17 pitkin tuotteen kokoomasäiliöön 18, jossa reagoimaton kaasu (kloori) kerätään mainitun säiliön yläosaan, kun taas nestemäinen tuote kerääntyy sen alaosaan. Jos halutaan prosessin auto-15 maattista takaisinkytkentäsäätöä, jatkuvatoiminen mittari kuten pH-analysaattori 32, voidaan sijoittaa sivulinjaan tuotteen syöttölinjasta 17. Signaali tästä analysaattorista 32 johdetaan sitten jatkuvasti säätäjään 34, jolla on esivalittu pH-vertailupiste, johon mainittua signaalia verrataan, 20 jotta voidaan suorittaa korjaus kloorin syöttönopeuden säätöventtiilin suhteellisella säädöllä. Tällaiset takaisin-kytkentäsäätösysteemit sopivat ihanteellisesti käytettäväksi tässä systeemissä, koska tässä on poikkeuksellisen lyhyet viipymäajat.

25

Reagoimattoman kaasun kierrättämiseksi takaisin prosessin alkuun nesteen käsittelyputki 23, joka käsittää virtauksen säätöventtiilin 25, on asennettu säiliön 18 kaasutilan ja venturisuihkusekoittajaan 14 johtavan kaasun syöttölinjan 30 10 välille. Lisäksi maksimi joustavuuden vuoksi säiliön 18 osa, joka on sen kaasutilan alapuolella, voi olla varustettu valinnaisella nesteen kierrätyslinjalla 27, joka johtaa takaisin säätöventtiilin 29 läpi venturisuihkusekoittajan 14 nesteen syöttölinjaan 11. Lopuksi säiliö 18 on myös 35 varustettu (sen nesteen säilytysosa) poistolinjalla 28, joka johtaa nestemäisen tuotteen systeemistä säätöventtiilin 30 läpi, sen mukaan kun säätäjän 22 hallitsema nestepinnan säätäjä sallii.

Il 90947 9

Reaktioseoksen uudelleenpaineistamisen tuloksena, joka aikaansaadaan regeneratiivlsella turbiinipumpulla 16, on hyvin helppoa kierrättää jäännösmateriaalia tuotteen kokoo-5 ma- ja kaasu/neste-erotussäiliöstä 18 prosessin alkuun.

Joko kaasu- tai nestekiertovirtoja (tai molempia) voidaan käyttää optimitulosten saamiseksi maksimi käytön joustavuudella. Tietenkin etu, joka täytyy huomata, kun kierrätetään kaasumaista lähtöainetta suoraan kaasu/neste-erotussäiliös-10 tä, on yleensä suurempi, kun valmistetaan nestemäistä tuotetta, kun taas suora nesteen kierrätys yleensä hyötyy enemmän, kun pääasiallinen tuote on kaasu.

Siinä tapauksessa, kun kloori reagoi laimean natrlumhydrok-15 sidin vesiliuoksen kanssa natriumhypokloriitti valkaisuaineen tuottamiseksi, pääreaktio etenee seuraavasti: 2 NaOH(aq.) + Cl2 (g) ----> NaOCl (aq.) + NaCl (aq.)

Stökiömetrisesti tämä yhtälä vaatii 0,51 g NaOH:a kutakin reagoivaa 0,45 kg Cl2:a kohden, jolloin siitä on teoreetti-20 sesti saatavissa 0,477 kg NaOCl:a ja 0,377 kg NaCl:a. Käytännössä on parempi olla pieni ylimäärä NaOH:a stökiömetri-seen nähden, koska saadaan korkean pH:n natriumhypokloriit-tiliuos, jolla on hyvä stabiilisuus (so. yleensä saadaan pH välillä noin 11-13 käyttämällä noin 5-15 %:n ylimäärää 25 NaOH:a). Siis valmistettaessa natriumhypokloriittiliuosta tämän keksinnön mukaisesti suositellaan käytettäväksi noin 0,545-0,59 kg NaOH:a 0,454 kg kohti klooria, joka keino myös edistää kloorilähtöaineen parempaa hyödyntämistä.

30 On myös toivottavaa, että tuotteen nestemäistä valkaisuliu-osta, joka sisältää alle noin 10 paino-% NaOCl:a, jotta voidaan välttää suuret lämmönpoistotoimenpiteet ja -laitteet systeemissä. Näin vapautunut reaktiolämpö on riittävä nostamaan nestemäisen valkaisuainetuotteen, joka sisältää noin 35 10 paino-% NaOCl, lämpötilan maksimi toivottuun lämpötilaan (so. noin 40°C), jopa jos natriumhydroksidiliuos, josta lähdetään, jäähdytetään oleellisesti aina noin 0°C:een.

Siis valkaisuaineliuos, joka sisältää noin 1-6 paino-%

NaOCl:a, edustaa Ideaalisia tuotteita valmistettavaksi 5 10 tässä jatkuvatoimisessa tuotantosysteemissä ja ne ovat onneksi myös yleensä alueella, joka on erittäin tärkeä useimmissa teollisissa käsittelyprosesseissa.

Vaikka tämän systeemin edulliset reaktiolämpötilat ovat varsin kohtuulliset ja yleensä samanlaisia kuin tavalliset ulkolämpötilat, tässä tehdyt kaasu/nesteseokset pidetään suurimman osan yli ilmanpaineen paineessa. Siten alku liik-10 keellepaneva nestepaine, joka annettiin ensimmäisen vaiheen linjassa olevaan virtauksen sekoittajaan 14, on yleensä vähintään kaksi ilmakehää absoluuttista painetta ja se on riittävä poistamaan reaktioseos sieltä paineessa, joka ei ole paljon alle ilmanpaine, kun taas regeneratiivinen tur-15 biinipumppu 16 on lisätty lisäämään mainitun reaktioseoksen painetta vähintään yhdellä kokonaisella ilmakehällä. Mainittu turbiinipumppu pystyy edullisesti uudelleen paineistamaan reaktioseoksen, jota poistetaan tuotteen kokoomasäiliöön 18 paineessa, joka on vähintään lähes yhtä korkea kuin alku 20 liikkeellepaneva nestepaine, jonka sekoittaja 14 antoi.

Tämän tällaisen runsaasti yli ilmanpaineen paineiden käyttäminen näyttää olevan edullinen tekijä, joka edistää sekä tasaisuutta että halutun reaktion loppuunsaattamista tässä 25 systeemissä. Erityisesti kaasu/neste reaktioseoksen suihku sekoittajan 14 ja pumppausyksikön 16 läpi stabilisoituu ja säilyy varsin tasaisena ja vakaana näissä runsaasti yli ilmanpaineen olosuhteissa. Uskotaan myös, että aineensiirto ja ylipäänsä reaktionopeudet yleensä kasvavat paineistani! -30 sella, esim. lisääntyneen kaasun nesteeseen liukoisuuden ja muiden samanlaisten vaikutusten tuloksena. Sen mukaisesti edullinen paine alun liikkeelle lähtevälle nesteelle, kuten myös tuotteen kokoomasäiliön 18 sisällölle, on välillä noin 2,8-noin 5,6 bar, kun taas edullinen paine reaktioseoksessa, 35 joka poistuu sekoittajasta 14 ja syötetään pumppuun 16 on välillä noin 1,4-2,8 bar.

90947 11

Kuten on esitetty yllä olevassa kuvauksessa ja siihen liittyvässä käsittelyssä, liitteenä olevan piirroksen hahmoteltu virtauskaavio on esitetty tämän keksinnön toimintaperiaat-5 teiden konkreettiseksi kuvaamiseksi ja tiettyjen hyvien laitteiden suoritusmuotojen nimeämiseksi niiden onnistunutta käyttöä varten. Noiden jo erityisesti esitettyjen päävaihtoehtojen lisäksi alan asiantuntijoille on ilmeistä , että useat muut pienet variaatiot ja korvaavat vaihtoehdot ovat 10 yhtälailla mahdollisia.

Näin on kannattavaa, että toista tai molempia pääasiallisia reaktoriyksiköitä (so. suihkusekoittaja 14 ja pumppu 16) käytetään ei-vaakasuorassa asennossa. Esimerkiksi jos pumppu 15 16 on varustettu päällä olevalla sisääntuloaukolla, voi olla edulllisempaa käyttää suihkusekoittajaa pystysuorassa in-line kanavan yhdistäessä sen mainitun pumpun sisäänvien-tiin. Samoin voidaan käyttää muita mekanismeja pH analysaattorin 32 asemasta (ja sen kanssa yhdessä toimivan säätimen 20 34) automaattisen takaisinkytkentäsäädön soveltamiseksi systeemiin. Esimerkiksi samanlaista instrumentointia, joka perustuu tuotteen toisen ominaisuuden mittaukseen (kuten hapetus-pelkistyspotentiaali), voidaan käyttää sen sijasta monissa tapauksissa, esim. kun tuotetaan hypokloriittien, 25 hypokloorihapokkeen, jne. liuoksia.

Seuraava ominainen käyttöesimerkki on sisällytetty tähän, jotta voidaan kuvata työskentelyn lisäyksityiskohtia ja näkökohtia, jotka liittyvät tämän keksinnön menestyksen!-30 seen käyttöön, mutta mainitun esimerkin ei saa käsittää antavan mitään kriittisiä rajoituksia keksinnön käyttökelpoiseen suoja-alueeseen.

Esimerkki 35 Tämä esimerkki kuvaa systeemin, joka on perusteeltaan sama kuin se, joka on kuvattu liitteenä olevassa piirroksessa vesiperustaisen valkaisuliuoksen tuottamiseksi, joka sisältää noin 2 paino-% NaOClza.

12

Viitaten mainittuun piirrokseen, 379 litraa minuutissa 0,6 molaarista NaOH-liuosta (24 g NaOH litrassa) syötetään 2,8 bar paineessa 5,1 cm putkilinjassa suuttimelle 12 suih-5 kusekoittajassa 14, joka on muuten varustettu 7,6 cm putki-linjoilla, kun taas yhteensä 7,8 kg kloorikaasua minuutissa syötetään noin 0,7 bar paineessa täyttökammioon, joka ympäröi mainittua suutinta 12 pumpussa 14. Saatu kloori-lipeä reaktioseos poistetaan venturisekoittajasta ja se menee 10 putken 15 läpi noin 1,2 bar paineessa kolmivaiheisen, alhaisen NPSH turbiinipumpun 16 sisääntuloon, jossa pumpussa on turbiinijuoksupyörä kussakin vaiheessa ja jota käyttää 20 hp, 1800 rpm moottori. Kussakin juoksupyörässä on noin 20 lapaa ja ne ovat tiiviisti sovitettu kanavarengas staat-15 torielementtien väliin. (Tarvitaan vähintään kuusi lapaa juoksupyörää kohden ja moottorin läpimitasta riippuen lapoja on edullista olla noin 10 ja 30 välillä.)

Reaktioseos poistetaan pumpusta 16 noin 3,5 bar paineessa 20 ja syötetään säiliöön 18, jonka tilavuus on yli 758 litraa ja joka on varustettu nestepinnan säätäjällä, joka on asetettu pitämään neste/kaasurajapinta välillä noin 30 ja 70 % säiliön korkeudesta, ja paineensäätäjällä, joka on asetettu noin 3,2-3,5 bar:in paineelle.

25

Erilliset neste- ja kaasufaasit, jotka muodostuvat mainitussa säiliössä, tutkittiin ja todettiin, että saadun nestemäisen valkaisuliuoksen pH oli lähes 12 ja pitoisuus noin 1,97 paino-% NaOCl, kun taas reagoimaton kloorikaasu kerääntyi 30 siihen nopeudella noin 0,45 kg minuutissa. Nämä luvut ilmaisevat, että noin 94 % syötetystä kloorista oli reagoinut ja että NaOCl:n saanto reagoivaa klooria nähden oli yli 98 %.

35 Tämän jälkeen toiminta jatkui oleellisesti samalla systeemillä paitsi, että tuoreen kloorin syöttö sekoittajaan 14 vähennettiin 0,4 kg/min nopeuteen 7,4 kg/min, kun taas 0,4 kg/min reagoimatonta klooria kierrätettiin säiliöstä 16 putkea 13 pitkin ja syötettiin sekoittajaan 14 yhdessä

II

90947 13 mainitun tuoreen kloorin kanssa. Tämä toimintatapa ei vaikuttanut nestemäisen valkaisuaineen laatuun eikä reagoimattoman kloorin kerääntymisnopeuteen, joka osoitti reagi-5 mattoman kloorin kierrätyksen helppoutta ja sen tehokkaan hyväksikäytön saavuttamista tässä systeemissä.

Kun on kuvattu keksintöä mukaan lukien sen perusperiaatteet, kuvaavat suoritusmuodot ja erilaiset hyödylliset modifioin-10 nit ja muunnelmat, on tarkoitus, että liitteenä olevien patenttivaatimusten suojapiiriä rajoittaa vain niiden omat täsmälliset ja määritellyt ehdot eivätkä tiettyjen yksityiskohtien tai tässä kuvaamistarkoituksessa esitettyjen esi-merkkiolosuhteiden mielivaltainen määrittely tai mielival-15 täinen mukaanottaminen.

Claims (15)

14

1. Kiinteä laitekokonaisuus kemiallisen reaktion, joka tapahtuu kahden samaan suuntaan virtaavan kaasu- ja nestemäisen lähtöaineen välillä, jatkuvatoimiseksi suorittamisek- 5 si halutun nestemäisen tuotteen muodostamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää seuraavat laitteiston osat, jotka on tiiviisti liitetty sarjaan määrätyssä järjestyksessä: (a) paineistettu, nestekäyttöinen, linjassa oleva yhden-suuntaisvirtaan toimiva sekoituslaite, jossa on erilliset 10 sisääntulot kaasulle ja nesteelle lähellä sen sisääntulopää-tä ja lisäksi laitteet kaasun ja nesteen vastaavasti jatkuvatoimiseksi syöttämiseksi mainittuihin sisääntuloihin ja ulostulo saadun kaasu/nesteseoksen poistamiseksi; (b) koteloitu, regeneratiivinen turbiinipumppauslaite, jos-15 sa on vähintään yksi mekaanisesti pyöritetty monilapsinen juoksupyörä, joka on sovitettu työntämään kaasu/nesteseosta eteenpäin tasaisesti pumppauslaitteen läpi sen ulostuloon ja samanaikaisesti lisäämään kaasu/nesteseoksen painetta vähintään yhdellä ilmakehällä; 20 (c) nestettä kuljettava putki mainitun virtaussekoituslait- teen ulostulon ja mainitun koteloidun regeneratiivisen tur-biinipumppauslaitteen välillä; ja (d) koteloitu, ylipaineinen, painetiivis tuotteen kokoo-masäiliö, joka on varustettu paineen säätölaitteella ja nes-25 tepinnan korkeuden säätölaitteella ylläpitämään siinä haluttu ylipaine ja riittävä kaasutila, poistoaukolla, joka sijaitsee mainitun säiliön sivuseinässä, ja nestettä kuljettavalla putkella, joka yhdistää mainitun poistoaukon regeneratiivisen pumppauslaitteen (b) ulostulon kanssa, mainitun 30 säiliön ollessa myös varustettu nesteen kierrätysputkilla, jotka yhdistävät sen kaasutilan ja alemman nestetilan mainitun samansuuntaisen virtaussekoituslaitteen (a) kanssa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitekokonaisuus, tun-35 nettu siitä, että mainittu laite nesteen jatkuvatoimiseksi syöttämiseksi virtaussekoituslaitteen (a) nesteen sisääntuloon pystyy syöttämään nestettä vähintään noin 2,8 bar paineessa. 11 90947 15

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laitekokonaisuus, tunnettu siitä, että virtaussekoituslaite käsittää venturisuih-kusekoittajan.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitekokonaisuus, tun nettu siitä, että regeneratiivinen turbiinipumppauslaite (b) on monivaiheinen yksikkö, josta vähintään kaksi vaihetta on varustettu monilapsisella juoksupyorällä, ja jonka käyttölaite on sovitettu pyörittämään juoksupyöriä yli 1000 rpm 10 nopeudella.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laitekokonaisuus, tunnettu siitä, että jokaisessa juoksupyörässä on vähintään 10 lapaa. 15

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laitekokonaisuus, tunnettu siitä, että pumppauslaite on itsetäyttyvä regeneratiivinen turbiinipumppu.

7. Menetelmä jatkuvan laimean hypokloriittivalkaisuaineen vesiliuoksen virtauksen, jolla on tasainen laatu, jatkuvatoimiseksi tuottamiseksi reagoittamalla kloorikaasu lipeän laimean vesiliuoksen kanssa, tunnettu siitä, että se käsittää: 25 (a) kloorikaasun ja natriumlipeän laimean vesiliuoksen, jota on vähintään noin stökiometrinen määrä halutun kloori-kaasun kanssa tapahtuvan reaktion suhteen, jatkuvatoimisen syöttämisen ylipaineeseen paineistettuun nestekäyttöiseen, linjassa olevaan, samansuuntaiseen virtaussekoitusvyöhykkee-30 seen muodostamaan perinpohjainen kaasu-neste-reaktioseos ja mainitun seoksen poistamisen mainitun sekoitusvyöhykkeen jälkipäästä paineessa, joka ei ole oleellisesti alle ilmanpaineen; (b) vaiheessa (a) poistetun reaktioseoksen syöttämisen suo-35 raan mekaanisesti käytetyn regeneratiivisen nestettä siirtävän ja uudelleen paineistavan pumppausvyöhykkeen etuosaan, jossa vyöhykkeessä vähintään yhtä monilapaista juoksupyörää pyöritetään sivukanavan staattorin lähellä aikaansaamaan 16 voimakas kaasu/nestevuorovaikutus ja erittäin pyörteinen reaktioseoksen virtaus pumppausvyöhykkeen läpi ja samanaikaisesti nostamaan reaktioseoksen painetta vähintään yhdellä ilmakehällä ja poistamaan seos absoluuttisessa paineessa, 5 joka on vähintään kaksi ilmakehää; (c) vaiheessa (b) poistetun seoksen syöttämisen suljettuun tuotteen kokoamis- ja kaasu/neste-erotusvyöhykkeeseen, jota ylläpidetään vähintään noin kahden ilmakehän absoluuttisessa paineessa ja jossa sen yläosassa on varattu suuri kaasutila; 10 (d) saadun nestemäisen valkaisuliuoksen keräämisen tuottee na mainitun erotusvyöhykkeen alempaan osaan ja reagoimattoman kloorikaasun keräämisen kaasutilaan; ja (e) osan vähintään yhdestä mainitussa keräysvyöhykkeessä vaiheessa (d) kerätystä nesteestä kierrättämisen takaisin 15 vaiheen (a) samansuuntaisen virtaussekoitusvyöhykkeen etupäähän .

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laimean natriumhydroksidin vesiliuoksen pitoisuus 20 ja määrät, jossa se reagoitetaan kloorikaasun kanssa, säädetään tuottamaan nestemäinen valkaisuliuos, joka sisältää noin 1-6 paino-% natriumhypokloriittia.

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu sii-25 tä, että osa sekä erotusvyöhykkeessä (d) kerätystä reagoimattomasta kloorikaasusta että nestemäisestä valkaisuliuok-sesta kierrätetään mainitun samansuuntaisen vaiheen (a) virtaussekoitusvyöhykkeen etupäähän.

10. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu sii tä, että vaiheet (a) ja (b) suoritetaan vain muutamassa sekunnissa.

11. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu sii-35 tä, että paine, jota ylläpidetään vaiheen (c) erotusvyöhykkeessä, on välillä noin 2,8-5,6 bar ja se ei ole alle sen ylipaineisen paineistetun nesteen paineen, jota käytetään 90947 17 käyttövoimana samansuuntaisessa virtaussekoitusvyöhykkeessä vaiheessa (a).

12. Jatkuvatoiminen menetelmä, joka aikaansaa reaktion kaa-5 sumaisten ja nestemäisten lähtöaineiden välillä, tunnettu siitä, että se käsittää: (a) mainittujen lähtöaineiden jatkuvatoimisen syötön neste-paineella toimivan, linjassa olevan, samansuuntaisen vir-taussekoitusvyöhykkeen etupäähän, vähintään yhden mainituis- 10 ta lähtöaineista syötön tapahtuessa paineessa, joka on oleellisesti yli ilmanpaineen, siten muodostaen perinpohjaisen kaasu/nestereaktioseoksen; (b) kaasu/nestereaktioseoksen poistamisen mainitun sekoi-tusvyöhykkeen takapäästä paineessa, joka on alempi kuin se 15 paine, jossa vähintään yksi lähtöaineista syötetään vaiheessa (a), mutta joka ei ole oleellisesti alle ilmanpaineen; (c) vaiheessa (b) poistetun reaktioseoksen siirtämisen suoraan mekaanisesti toimivan, regeneratiivisen, nestettä eteenpäin syöttävän ja uudelleenpaineistavan pumppausvyöhyk- 20 keen etuosaan, jossa vähintään yksi monilapsinen pyörivä juoksurataa pyörii suurella nopeudella lähellä sivukanava-staattoria aikaansaamaan voimakkaan kaasu/nestevuorovaiku-tuksen ja erittäin pyörteisen reaktioseoksen virtauksen pumppausvyöhykkeen läpi ja samalla nostamaan reaktioseoksen 25 painetta vähintään yhdellä ilmakehällä ja poistamaan seos absoluuttisessa paineessa, joka on vähintään noin kaksi ilmakehää ; (d) vaiheessa (c) poistetun paineistetun seoksen johtamisen ylipaineiseen, paineenkestävään tuotteen kokoamis- ja kaa- 30 su/neste-erotusvyöhykkeeseen, jota ylläpidetään vähintään yhden ilmakehän säädetyssä ylipaineessa ja joka on varustettu nestepinnan säätölaitteella varaamaan siihen runsas kaa-sutila, samalla kun myös ylläpidetään runsas nestetilavuus sen alemmassa osassa; 35 (e) halutun nestemäisen tuotteen keräämisen mainitun kaa- su/neste-erotusvyöhykkeen alempaan osaan, samalla kun reagoimattomat kaasut kerääntyvät mainittuun kaasutilaan; ja 18 (f) kaasutilaan kerääntyneen kaasun ja/tai vaiheen (d) ero-tusvyöhykkeen alempaan osaan kerääntyneen nesteen osittaisen kierrättämisen takaisin vaiheen (a) samansuuntaisen virtaus-sekoitusvyöhykkeen etupäähän. 5

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu nestemäinen lähtöaine syötetään vaiheessa (a) ainakin noin 2,8 bar paineessa ja mainittu vyöhyke vaiheessa (d) ylläpidetään säädetyssä paineessa, joka on 10 korkeampi kuin se paine, jossa nestemäinen lähtöaine syötetään vaiheessa (a).

14. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasumainen lähtöaine valitaan ryhmästä, joka 15 käsittää Cl2:n, HCl:n, S03:n ja N02:n, ja nestemäinen lähtöaine on orgaaninen neste.

15. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasumainen lähtöaine on Cl2 ja nestemäinen läh- 20 töaine on aikaiimetalIin hydroksidin tai suolan vesiliuos.