FI93536B - Menetelmä natriumditioniitin valmistamiseksi suurella saannolla sekä menetelmässä käyttökelpoinen laite - Google Patents

Description

93536

Menetelmä natriumditioniitin valmistamiseksi suurella saannolla sekä menetelmässä käyttökelpoinen laite Tämä keksintö koskee uutta, parannettua menetelmää 5 natriumditioniitin valmistamiseksi. Keksintö koskee myös uudessa menetelmässä käyttökelpoista laitetta. Uudella menetelmällä saadaan parantuneet natriumditioniittisaan-not verrattuna tekniikan tasoon.

Natriumditioniittia, Na2s204, joka tunnetaan myös 10 nimellä natriumhydrosulfiitti, käytetään laajalti valkaisuaineena paperi- ja tekstiiliteollisuudessa, ja sillä on lukuisia muitakin käyttötarkoituksia. Koska se on suhteellisen epästabiili, se valmistetaan yleensä in situ käyttöpaikassa, esimerkiksi sellutehtaassa.

15 Aikaisemmin käytettyjä menetelmiä natriumditionii tin valmistamiseksi ovat esimerkiksi sinkin liuottaminen natriumvetysulfiittiliuokseen ja sinkki-natriumsulfiitin saostaminen kalkkimaidolla, jolloin siis ditioniitti jää liuokseen, sekä natriumformiaatin reaktio natriumhydrok-20 sidin ja rikkidioksidin kanssa.

Uudemmat menetelmät käsittävät natriumhydroksidin ja rikkidioksidin sekoittamisen natriumboorihydridin kanssa vesiväliaineessa, jolloin saadaan natriumditioniitin vesiliuos. Natriumboorihydridi viedään yleensä pro-25 sessiin seoksena natriumhydroksidin vesiliuoksen kanssa.

« Tällä seoksella, jota on saatavissa Morton International, Inc.:n Ventron Divisionilta rekisteröidyllä tavaramerkillä "BOROL", on hyvä stabiilisuus, koska natriumboorihydridin happohydrolyysi estyy. Tämä seos sisältää 10 - 15 30 paino-% natriumboorihydridiä, 35 - 45 paino-% natrium-hydroksidia ja 40 - 55 paino-% vettä. Tyypillinen seos sisältää 12 paino-% natriumboorihydridiä, 40 paino-% nat-riumhydroksidia ja 48 paino-% vettä. Näitä menetelmiä kutsutaan seuraavassa BOROL-menetelmiksi.

35 BOROL-menetelmät perustuvat seuraavaan reaktio- 2 93536 yhtälöön (olettaen, että olosuhteet ovat Ideaalit ja saanto 100 %):

NaBH4 + 8NaOH + 8S02 -* 4Na2S204 + NaB02 + 6H20 Kuitenkin tapahtuu sivureaktio, jossa natrium-5 boorihydridi hydrolysoituu ja joka siten alentaa pääreak-tion saantoa: H*

NaBH4 + 2HzO —> NaB02 + 4H2t 10 Sivureaktio on pH:sta riippuvainen, ja se voimis tuu pH:n aletessa. Ongelmaa ei voida kuitenkaan ratkaista yksinkertaisesti nostamalla pH:ta, koska tämä vaikuttaisi haitallisesti pääreaktioon. Menetelmä suoritetaan edullisesti kahdessa vaiheessa seuraavasti: 15 (a) reaktio rikkidioksidin ja natriumhydroksidin välillä, jolloin saadaan natriumvetysulfiittia (I), ja (b) reaktio natriumvetysulfiitin ja natriumboori-hydridin välillä, jolloin saadaan natriumditioniittia (II): 20 8NaOH + 8S02 -► 8NaHS03 (I) 8NaHS03 + NaBH4 -► 4Na2S204 + NaB02 + 6H20 (II) 25

Natriumvetysulfiitin ja natriumsulfiitin välillä vallitsee tasapaino (lila), joka on riippuvainen pH:sta (Illb): 30 .«2*2.

H20 + HSO3 —> H30 + S03 (Ula) 35 K, H30+ + HS03‘-> 2H2o + SOz(ag) (Illb) K2 on 1,02 X 10'7 (18 °C) , ja ^ on 1,54 X 10‘2 (18 eC) .

40 pH:n ollessa yli 7 vetysulfiittipitoisuus on kään-

II

3 93536 täen verrannollinen pH-arvoon. pH-arvon ollessa alle 2 vetysulfiittipitoisuus on suoraan verrannollinen pH-ar-voon. pH-alueella 5-7, jolla yleensä toimitaan tämän tyyppisessä menetelmässä, pH:n alentaminen suosii vety-5 sulfiitin muodostumista.

Näinollen optimi-pH-arvon löytäminen on ongelmal lista. Tähän asti käytetyssä menetelmässä pH-arvon 6,5 on havaittu antavan parhaimman saannon. Kuitenkin on osoittautunut vaikeaksi saavuttaa saantoa, joka olisi suurempi 10 kuin noin 85 %.

Tähän asti käytetyssä natriumditioniitin valmistusmenetelmässä reaktantit eli rikkidioksidi, vesi ja natriumhydroksidi sekä natriumboorihydridi/natriumhyd-roksidi/vesi-seos (BOROL-liuos) on syötetty mainitussa 15 järjestyksessä prosessiin; seos on johdettu staattiseen sekoittimeen ja sieltä kaasunpoistosäiliöön, jossa mukana kulkeutuneet kaasut päästetään ulos ilmakehään. Osa saadusta natriumditioniitin vesiliuoksesta pumpataan varastosäiliöön käytettäväksi tarvittaessa, ja loppuosa kier-20 rätetään prosessiin kohdassa, joka on rikkidioksidin, veden ja natriumhydroksidin syötön jälkeen, mutta ennen BOROL-liuoksen syöttökohtaa. Kunkin lähtöaineen syöttö-nopeutta voidaan säätää automaattisesti vasteena kaasun-poistosäiliön tai varastosäiliön nouseville tai laskevil-25 le pinnankorkeuksille tai paineenmuutoksille, virtausnopeuksille ja/tai pH:lie.

US-patenttijulkaisu 4 788 041 (FI-patenttijulkaisu 79 514) kuvaa parannuksen yllä selitettyyn menetelmään: saavutetaan suuremmat natriumditioniittisaannot kemikaa-30 lien suhteiden muuttamisella, pH:n mittauksella ja säädöllä, lämpötilan mittauksella ja säädöllä, ja erityisillä muutoksilla kierrätysjärjestelmässä.

Uusikin keksintö saa aikaan suuremmat natriumditioniittisaannot, mutta se käyttää raaka-aineiden lisäyk-35 sen käänteistä järjestystä parannuksen aikaan saamiseksi.

« 4 93536 Tämä tekee mahdolliseksi jo olemassa olevien järjestelmien käytön, pienen modifioinnin jälkeen.

Uudella keksinnöllä saadaan myös korkeampia nat-riumditioniittisaantoja käyttämällä kaksiosaista sekoi-5 tinta, joka on kuvioissa 5 ja 9 esitettyä tyyppiä, yleisessä järjestelmässä, jossa on tavanomainen raaka-aineiden lisäysjärjestys, kuten on esitetty kuviossa 2 (ks. myös esimerkki 3). Keksinnön mukaisesti voidaan vielä parantaa saantoa käyttämällä päinvastaista, kuviossa 5 esi-10 tettyä raaka-aineiden lisäysjärjestystä (ks. myös esimerkki 4) .

Siten keksintö käsittää ensinnäkin parannetun menetelmän natriumditioniitin valmistamiseksi antamalla natriumboorihydridin, rikkidioksidin ja natriumvetysul-15 fiitin reagoida vesiliuoksessa muodostamalla prosessivir-ta, joka sisältää vähintään natriumditioniitin ja nat-riumvetysulfiitin vesipitoista seosta, ja lisäämällä erikseen prosessivirtaan (a) ensimmäistä reaktioseosta, joka sisältää nat-20 riumboorihydridiä, natriumhydroksidia ja vettä, ja haluttaessa natriumhydroksidiliuosta, sitten (b) virtaussuunnassa myöhemmässä kohdassa mainitun ensimmäisen reaktioseoksen syöttökohdasta katsottuna toista reaktioseosta, joka sisältää joko rikkidioksidia . 25 ja vettä, tai natriumvetysulfaattia ja rikkidioksidia, • % jolloin mainitut ensimmäinen ja toinen reaktioseos reagoivat muodostaen natriumditioniitin vesiliuoksen ympäristössä, jossa vallitsee kohonnut pH (verrattuna siihen, mikä vallitsisi, jos lisättäisiin ensimmäistä reaktio-30 seosta virtaussuunnassa alempana).

Tämän lisäksi keksintö käsittää parannetun mene-telmän natriumditioniitin valmistamiseksi, tarkalleen edellä esitetyn mukaisesti, paitsi (1) että ensimmäisen reaktioseoksen sisääntulokoh-35 dat ovat päinvastaiset, eli siis tapahtuma (a) on vir- il • 5 93536 taussuunnassa myöhempänä tapahtumasta (b), ja (2) että se lisäksi käsittää järjestelmän mainitun ensimmäisen ja toisen reaktioseoksen sekoittamiseksi nopeasti ja tarkasti mainittuun prosessivirtaan, eli reak-5 tioseokset johdetaan ensimmäiseen ja vastaavasti toiseen vierekkäiseen tilaan, jotka kumpikin käsittävät staatti-tisia sekoituselementtejä, jotka sijaitsevat sylinterin muotoisessa liikkumattomassa sekoittimessa, ja kumpikin reaktioseos vastaavasti johdetaan kumpaankin tilaan näh-10 den virtaussuunnassa ylöspäin olevaan kohtaan, etäisyyden ollessa suunnilleen sama kuin sekoittimen halkaisija, jolloin saavutetaan eri lisättyjen reaktioseosten täydellinen sekoittuminen lyhyessä ajassa ja alhaiset pH-gradi-entit minimoituvat, jolloin saadaan natriumditioniittia 15 korkealla saannolla.

Ensin esitetty suoritusmuoto saattaa myöskin edullisesti sisältää järjestelmän reaktioseosten ja prosessi-virtauksen sekoittamiseksi nopeasti ja tarkasti, jolloin sekoittaminen mieluiten suoritetaan johtamalla reaktio-20 seos erikseen kaksiosaiseen sekoittimeen, kuten edellä on esitetty.

Kuvio 1 on graafinen kuvaus prosessivirran pH:sta prosessin virtausprofiilin funktiona.

Kuvio 2 on virtauskaavio, joka kuvaa yllä selitet-., 25 tyä tekniikan tason menetelmää.

Kuvio 3 on virtauskaavio, joka kuvaa US-patentti-julkaisussa 4 788 041 (FI-patenttijulkaisussa 79 514) esitettyä tekniikan tason menetelmää.

Kuvio 4 on virtauskaavio, joka kuvaa toista US-pa-30 tenttijulkaisussa 4 788 041 (FI-patenttijulkaisussa 79 514) selitettyä menetelmää.

: Kuvio 5 on virtauskaavio, joka esittää kuviossa 2 esitettyyn menetelmään tehtyjä, tämän hakemuksen keksinnön mukaisia muutoksia.

35 Kuvio 6 on virtauskaavio, joka esittää kuviossa 3 6 93536 esitettyyn menetelmään tehtyjä, tämän hakemuksen keksinnön mukaisia muutoksia.

Kuvio 7 on virtauskaavio, joka esittää kuviossa 4 esitettyyn menetelmään tehtyjä, tämän hakemuksen mukaisia 5 muutoksia.

Kuvio 8 esittää isokineettistä sekoituslaitetta, jota voidaan käyttää keksinnön soveltamisessa.

Kuvio 9 esittää kaksikammioista liikkumatonta (eli staattista) sekoituslaitetta, jota voidaan käyttää kek-10 sinnön soveltamisessa.

Kuten alla olevista tiedoista ja esimerkeistä ilmenee, keksinnön mukainen menetelmä on käyttökelpoinen kaikkiin tekniikan tason menetelmiin natriumditioniitin tuottamiseksi natriumboorihydridin, natriumhydroksidin, 15 rikkidioksidin ja natriumvetysulfiitin välisen reaktion kautta. Keksinnön avulla saatava parannus on natriumdi-tioniittisaannon paraneminen massataseella mitattuna. Kuten edellä on mainittu, keksinnön mukaisesti ensimmäinen reaktioseos, joka siis sisältää natriumboorihydridiä, 20 natriumhydroksidia ja vettä, lisätään ennen kuin lisätään toinen reaktioseos, joka siis sisältää vettä ja rikkidioksidia. Edellä mainittujen tekniikan tason järjestelmien mukaan yllä mainitut seokset aina lisätään vastakkaisessa järjestyksessä.

. 25 Kuvio 1 esittää tyypillistä pH:n virtausprofiilia prosessivirran sekoitus- ja reaktiovyöhykkeiden läpi. Tekniikan tasossa, kuten on esitetty kuvioissa 2 ja 3, (sekä esimerkeissä 1 ja 2) veden ja rikkidioksidin seos ja natriumhydroksidiliuos lisätään prosessivirtaan ennen 30 BOROL-liuosta (NaBH4/Na0H/H20), jolloin siis ensin muodostuu hapan liuos, eli pH on noin 2,5, johon liuokseen • i * sitten BOROL-liuos lisätään. Samalla tavalla, kuten ku viossa 4 on esitetty, natriumvetysulfiittiliuos ja rikkidioksidi muodostavat prosessivirtaan lisättäessä happa-35 man liuoksen (pH 2,5), johon BOROL-liuos lisätään. Vasta

II

4 7 93536 sen jälkeen, kun BOROL-liuos on lisätty prosessivirtaan, prosessivirran pH nousee haluttuun pH-arvoon. Tämä pH:n virtausprofiili on esitetty kuviossa 1 käyränä, joka on merkitty "tekniikan taso".

5 Sen sijaan keksinnön mukaisesti, kuten kuviossa 5 on esitetty, BOROL-liuos ja NaOH-liuos lisätään prosessi-virtaan ennen veden ja rikkidioksidin seosta, joten tuloksena on emäksinen liuos (pH = 13,0); tähän emäksiseen liuokseen lisätään veden ja rikkidioksidin seos. Veden ja 10 rikkidioksidin seoksen lisäyksen jälkeen prosessivirran pH laskee haluttuun pH-arvoon. Tämä pH:n virtausprofiili on esitetty kuviossa 1 käyränä, joka on merkitty "keksintö" .

pH:n virtausprofiili tulee tärkeäksi silloin, kun 15 se liittyy NaBH4:n hydrolyysinopeuteen. Kuten tätä kappaletta seuraavasta taulukosta ilmenee, NaBH4:n puoliintumisaika on 3000 kertaa pitempi pH:ssa 6,0 kuin pH:ssa 2,5. Näinollen, jos BOROL-liuos lisätään prosessivirtaan, jonka pH on 2,5, NaBH4:n hydrolyysi on voimakkaampaa kuin 20 jos BOROL-liuos ja NaOH lisätään ensin prosessivirtaan, jonka pH on 6,2; viimeksi mainitussa tapauksessa prosessivirran pH nousee arvoon 13,0, jossa NaBH4:n hydrolyysi-nopeus on hyvin hidas (puoliintumisaika 42,6 päivää).

* f f -« i e « 8 93536

Taulukko

NaBH4:n hydrolyysi

Puoliintumisaika vs pH

pH Puoliintumisaika 5 2,5 0,00012 sekuntia 4.0 0,0037 sekuntia 5.0 0,037 sekuntia 5,5 0,12 sekuntia 6.0 0,37 sekuntia 10 6,5 1,2 sekuntia 7.0 3,7 sekuntia 8.0 36,8 sekuntia 9.0 6,1 minuuttia 10.0 61 minuuttia 15 12,0 4,3 päivää 13.0 42,6 päivää Lämpötila = 25 eC (77 eF) LOG10(t^) = pH - (0,034 T - 1,92) 20 jossa t = puoliintumisaika (minuutteja) T = lämpötila (°K)

Voidaan selvästi nähdä, että lisäämällä BOROL-liuosta prosessivirtaan ennen rikkidioksidin vesiliuosta saadaan aikaan NaBH4:lie stabiilimpi väliaine, eli pro--r 25 sessivirran pH nousee lähelle arvoa 13,0. Konversio nat-riumditioniitiksi tapahtuu silloin, kun rikkidioksidin vesiliuos lisätään prosessivirtaan, joka sisältää nat-riumditioniittia, NaBH4:ää, NaOH:ta ja H20:ta, jolloin pH laskee haluttuun pH-arvoon 5,5 - 6,5.

30 NaOH-liuos sekoitetaan tyypillisesti BOROL-liuok- sen kanssa ennen prosessivirtaan lisäämistä. NaOH-liuos voidaan myös lisätä prosessivirtaan BOROL-liuoksen jälkeen, mikä saa aikaan alkalisen ympäristön (pH = 13,0) NaBH4:lle. NaOH voidaan myös lisätä prosessivirtaan joko 35 BOROL-liuoksen jälkeen ja ennen rikkidioksidin vesiliuos- • tl.

9 93536 ta tai sekoitettuna rikkidioksidin vesiliuoksen kanssa niin, että muodostuu natriumvetysulfiitin ja rikkidioksidin vesipitoinen seos, joka sen jälkeen lisätään pro-sessivirtaan BOROL-liuoksen jälkeen. Kahdelle jälkimmäi-5 selle tapaukselle prosessivirran pH BOROL-liuoksen lisäämisen jälkeen on lähellä arvoa 12,0. pH:ssa 12,0 NaBH4:n puoliintumisaika on 4,3 päivää. Tämä puoliintumisaika on monta kertalukua suurempi kuin puoliintumisaika pH:ssa 2,5, ja se on merkitsevästi suurempi kuin aika, joka kulo luu natriumditioniitin muodostuksessa.

Alhainen pH-gradienttien (pH alle 5,5) esiintymisen minimoiminen on tärkeää NaBH4:n hydrolysoitumisen minimoimiseksi. Tämä voidaan saada aikaan reaktanttilisäys-suuttimien ja staattisten sekoittimien avulla ja myös mi-15 nimoimalla etäisyys (ja aika) reaktanttien lisäyskohtien välillä.

Lisäetu BOROL-liuoksen lisäämisestä prosessivir-taan ennen veden ja rikkidioksidin liuosta on natriumtio-sulfaatin (Na2S203), natriumditioniitin syövyttävän hajoa-20 mistuotteen muodostumisen väheneminen. Na2S203:n muodos- tumisnopeus kasvaa lämpötilan noustessa, ditioniittikon-sentraation kasvaessa ja pH:n laskiessa. Minimoimalla alhaiset pH-gradientit Na2S2o3:n muodostuminen on vähentynyt jopa melko korkeissa lämpötiloissa, kuten 38 °C:ssa .· 25 (100 eF) .

Tyypillinen tekniikan tason prosessi on esitetty kuviossa 2, jossa virtauslinjaan 12 syötetään nestemäistä rikkidioksidia säiliöstä 10, vettä syöttölinjasta 14, natriumhydroksidia varastosäiliöstä 15 ja natriumboori-30 hydridi natriumhydroksidi/vesi-seosta eli (BOROL-liuos) varastosäiliöstä 16. Kun natriumhydroksidi syötetään vir-tauslinjaan 12, tapahtuu reaktio (I), johon on viitattu yllä, jolloin muodostuu natriumvetysulfiittia. Kun BOROL-liuos syötetään järjestelmään myöhemmin alavirtaan mentä-35 essä, reaktio (II) alkaa tapahtua, jolloin muodostuu nat-riumditioniittia. Reaktioseos syötetään staattiseen se- 10 93536 koittimeen 18 ja sitten kaasunpoistosäiliöön 19, josta kaasumaiset tuotteet kuten vety päästetään järjestelmästä ilmakehään poistoputken 20 kautta. Virtauslinja 22 johtaa kaasunpoistosäiliön 19 pohjalta, ja natriumditioniitti-5 liuos johdetaan prosessiin pumpulla 24. Pumpun jälkeen virtauslinja jakautuu ensimmäiseksi virtauslinjaksi 26, joka johtaa ditioniitin varastosäiliöön 28, ja toiseksi virtauslinjaksi 32, joka palauttaa osan ditioniittiliuok-sesta virtauslinjaan 12 kohtaan, joka on natriumhydroksi-10 disyötön jälkeen, mutta ennen BOROL-liuoksen syöttökoh-taa. Pieni osa virtauslinjan 32 liuoksesta poistetaan virtauslinjän 30 kautta ja palautetaan suoraan kaasunpoistosäiliöön 19.

Käyttökohteeseen, esimerkiksi sellutehtaaseen, 15 natriumditioniitti syötetään suoraan varastosäiliöstä 28. Kun ditioniittiliuosta poistetaan tästä säiliöstä, pinnan aleneminen havaitaan pinnankorkeusanturilla (LT) 34, joka lähettää sähköisen signaalin pinnankorkeusnäytölle/-säätäjälle (LIC) 36, joka puolestaan lähettää signaalin 20 virtausnäytölle/säätäjälle (FIC) 37, joka puolestaan toimii virta/paine-muuttajana (I/P) 38, joka käyttää paine-venttiiliä 40, jotta veden virtaus järjestelmään nopeutuu.

Veden virtaus syöttölinjan 14 kautta havaitaan 25 magneettisella virtausmittarilla (MM), joka lähettää signaalin FIC 37:lie virtauksen säätelemiseksi, ja myös vir-taussuhdenäytölle/säätäjälle (FRIC) 44, joka säätää BOROL-liuoksen syöttönopeutta I/P-muuttajan 46 avulla, joka käyttää paineventtiiliä 48. BOROL-liuoksen virtaus-30 nopeus havaitaan magneettisella virtausmittarilla 50, joka lähettää signaalin FRIC 44:lie ja FRIC 52:lie, joka säätää NaOH-syöttöä I/P-muuttajan 54 ja paineventtiiliin 56 avulla. Natriumhydroksidin virtausta järjestelmään tarkkaillaan myös magneettisella virtausmittarilla 58,

35 joka lähettää virtausmittaussignaalin takaisin FRIC

• 11 93536 52:lie.

Erilaiset valvonta- ja säätötoiminnot 36, 37 jne on yksinkertaisuuden vuoksi esitetty kuviossa 2 yksittäisinä mikroprosessoritoimintoina. Käytännössä tietenkin 5 kaikki nämä toiminnot todennäköisesti suoritetaan yhdellä ainoalla keskustietokoneella.

Rikkidioksidin syöttöä järjestelmään säädetään kierrätettävän reaktioseoksen pH:n funktiona. Sivuputkes-sa 30 olevan liuoksen pH:ta seurataan pH-elektrodilla 10 (pHE) 60, joka lähettää signaalin pH-näytölle/säätäjälle (pHIC) 62, joka säätää rikkidioksidin syöttöä I/P-muutta-jan 64 ja paineventtiilin 66 avulla. Tätä tekniikan tason prosessia käytetään yleensä pH:ssa noin 6,5. Jos pH nousee yli ennalta määrätyn arvon, pHIC 62 toimii virtaus-15 nopeuden lisäämiseksi, ja vastaavasti, jos pH laskee, rikkidioksidin syöttöä vähennetään.

Jos kaasunpoistosäiliössä 19 olevan nesteen pinnan korkeus laskee ennalta määrätyn arvon alapuolelle, pin-nankorkeusanturi 70 lähettää signaalin pinnankorkeusnäy-20 tölle/säätäjälle 72 virtauslinjan 26 kautta varastosäiliöön 28 tapahtuvan ditioniittivirtauksen pienentämiseksi I/P-muuttajan 74 ja paineventtiilin 76 välityksellä.

Käyttämällä tyypillistä BOROL-liuosta, jonka koostumus on esitetty edellä ja jossa natriumhydroksidin ja 25 natriumboorihydridin moolisuhde on 3,2:1, kokonaisreak-tioyhtälöksi esitetyille reaktioille (I) ja (II) tulee:

NaBH4 + 3,2NaOH + 4,8NaOH + 8SO, -> (BOROL-liuos) 30 4Na2S204 + NaBOz + 6H20

Olettaen yllä esitetylle tekniikan tason menetelmälle reaktion kokonaissaannoksi 85 %, saadaan todelliseksi määräksi kutakin lähtöainetta, joka vaaditaan tuot-35 12 93536 tamaan 1 kg 100-%:isesti aktiivista natriumditioniittia: 0,533 kg BOROL-liuosta 0,325 kg NaOH (100-prosenttiseksi laskettuna) 0,865 kg S02, 5 jolloin vesimäärä riippuu halutusta lopullisen ditioniit-tiliuoksen pitoisuudesta, joka on tavallisesti 2-6 pai-no-%.

Toinen tyypillinen tekniikan tason prosessi, sekin tunnettu US-patenttijulkaisussa 4 788 041 (FI-patentti-10 julkaisu 79514), on esitetty kuviossa 3, jossa tietyille osille, jotka ovat oleellisesti samanlaisia kuviossa 2 esitettyjen kanssa, on annettu samat viitenumerot. Kuten kuviossa 2, natriumhydroksidi, vesi ja rikkidioksidi sekoitetaan natriumvetysulfiitin muodostumisen aloittami-15 seksi ja sitten BOROL-liuos lisätään ja reaktioseos johdetaan staattisen sekoittimen 18 läpi ja lopuksi kaasun-poistosäiliöön 19. Staattiseen sekoittimeen tuleva seos on edullisesti noin 10 °C lämpötilassa. Staattisessa se-koittimessa 18 on vesijäähdytteinen vaippa 17, jonka 20 avulla reaktioseoksen lämpötila lasketaan noin 8 °C:seen. Jälleen natriumditioniittiliuoksen virtausta kaasunpois-tosäiliöstä varastoon säädetään pinnankorkeusanturin 70, LIC 72:n, I/P-muuttajan 74 ja paineventtiilin 76 avulla. Mukana on myös säätöventtiili 89 ja magneettinen virtaus--t 25 putki (MFT) 77, jotta ditioniitin virtausnopeutta varastoon voidaan valvoa.

Kierrätysvirrasta poistuvan ditioniitin pitoisuus on yleensä välillä 9-12 paino-%. Käyttämällä suhteellisen suurta pitoisuutta voidaan saavuttaa parempia saan-30 toja, mutta varastointistabiilisuus heikkenee. Ellei di-tioniittia ole tarkoitus käyttää välittömästi, se tulisi laimentaa pitoisuuteen 4-5 paino-%. Tätä tarkoitusta varten löytyy päävesisäiliö 114. Laimennusveden syöttö-nopeutta säädetään venttiilillä 171, jota käyttää I/P-35 muuttaja 172 ja johtokykysäätäjämikroprosessori (CCD) • ii 13 93536 173, joka valvoo liuoksen pitoisuutta laixnennusveden syötön jälkeen johtokykymittauskennon 174 avulla. Tässä suoritusmuodossa pumppu 24 kierrätetylle ditioniittivir-ralle on asennettu alavirtaan pH-elektrodista 61, joka 5 säätää rikkidioksidin syöttönopeutta, kuten alla selitetään. Alavirtaan pumpusta 24 ja siitä kohdasta, jossa di-tioniitti lasketaan varastoon, liuos kulkee lämmönvaihtimen 90, toisen säätöventtiilin 91 ja rotametrin 92 läpi. Lämmönvaihdin jäähdyttää reaktioseoksen noin 12 eC:sta, 10 johon lämpötila on noussut eksotermisen reaktion seurauksena, noin 7 °C:seen. Sitten virtauslinja jaetaan kohdassa SO ensimmäiseen ja toiseen virtauslinjaan 82 ja 84. Manuaalisesti säädettävä venttiili 81 virtauslinjassa 84 säätää näiden kahden virtauslinjan läpi kulkevien vir-15 tauksien suhteellisia virtausmääriä. Edullisesti 20 - 60 % virtauksesta, tyypillisesti 40 %, kulkee ensimmäisen virtauslinjan 82 läpi, ja 40 - 80 %, tyypillisesti 60 %, kulkee toisen virtauslinjan 84 läpi.

Natriumhydroksidi syötetään syöttösäiliöstä 115 20 virtauslinjaan 82 kohdassa 100. Rikkidioksidi syötetään säiliöstä 110 veden syöttölinjaan 114 kohdassa 102, ja saatu seos syötetään virtauslinjaan 82 kohdassa 104, eli natriumhydroksidin syötön jälkeen, eikä ennen sitä, kuten aikaisemmissa BOROL-prosesseissa. Reaktioseos kulkee ... 25 staattisen sekoittimen 98 läpi ja johdetaan sitten staattiseen pääsekoittimeen 18, jossa BOROL-liuos syötetään syöttösäiliöstä 16 järjestelmään. Toinen virtauslinja 84 liittyy jälleen virtauslinjaan 82 kohdassa 86 kahden staattisen sekoittimen, 98 ja 18, välillä. Staattiseen 30 sekoittimeen 18 saapuvan kierrätetyn seoksen virtaus nopeutta valvotaan painemittarilla (PI) 94, joka lähettää signaalin painenäytölle/säätäjälle (PIC) 95, joka puolestaan syöttää signaalin I/P-muuttajalle 96, joka käyttää paineventtiiliä 97 säätäen virtausta staattiselle sekoit-35 timelle 18.

14 93536 14

Suurempien pH-muutosten vähentämiseksi silloin, kun rikkidioksidi liittyy kierrätysvirtaan, osa natrium-hydroksidista (sopivasti 10 - 50 % koko NaOH-virrasta ja edullisesti 35 - 40 %) syötetään ohituslinjan 101 kautta 5 rikkidioksidin syöttölinjaan liittyen tähän linjaan ala- virtaan kohdasta 102 lukien, jossa rikkidioksidi yhtyy vesivirtaan. Ohituslinjan kautta kulkevaa virtausta säädetään venttiilillä 103, joka voi toimia automaattisesti vasteena veden, natriumhydroksidin ja rikkidioksidin vir-10 tausnopeuksille.

Kuviossa 2 esitettyä ditioniitin varastosäiliötä 28 ei ole esitetty kuviossa 3, mutta on ymmärrettävissä, että kuvion 3 mukaiseen järjestelmään kuuluu varastosäiliö juuri samalla tavalla kuin kuvion 2 mukaisessa jär-15 jestelmässä.

Kuvion 3 mukaisella prosessilla on automaattinen säätöjärjestelmä, joka toimii samalla tavalla kuin kuvion 2 säätöjärjestelmä. Sisääntulosignaalit S, jotka voivat vastata varastosäiliön pinnankorkeussignaaleja, kuten ku-20 viossa 2, syötetään FIC 137:lie, joka puolestaan lähettää signaalit I/P-muuttajalle 138 ja käyttää siten painevent-tiiliä 140 vedensyöttölinjassa 114. FIC 137 saa myös vir-tausnopeustietoja veden virtauslinjassa olevalta magneettiselta virtausputkelta (MFT) 142 ja lähettää virtaus-25 tietoja FRIC 144:lie, joka säätää BOROL-liuoksen syöttö- nopeutta liuoksen tullessa staattiselle sekoittimelle 18 I/P-muuttajan 146 ja paineventtiilin 148 avulla valvoen virtausnopeutta MFT 150:n avulla.

Veden ja BOROL-liuoksen virtausnopeustiedot lähe-30 tetään myös FRIC 144:n avulla FRIC 152:lie ja yhdistetylle FRIC:lie ja pH-näytölle/säätäjälle 162, jotka säätävät natriumhydroksidin ja vastaavasti rikkidioksidin syöttöä. FRIC 152 säätää natriumhydroksidin syöttöä I/P-muuttajan 154 ja paineventtiilin 156 avulla ja valvoo NaOH-syöttöä 35 magneettisen virtausputken 158 avulla. Säätöyksikkö 162 15 93536 saa myös pH-tietoja pH-elektrodilta 61 samoin kuin mikro-massavirtamittarilta 160, joka valvoo rikkidioksidin virtausnopeutta; tätä virtausnopeutta säädetään I/P-muut-tajan 164 ja paineventtiilin 166 avulla.

5 Signaalit säätöyksiköstä 162 I/P-muuttajalle 164 määräytyvät edullisesti suuremmassa määrin virtausnopeus-tietojen kuin pH-tietojen perusteella. Sopivasti signaalit perustuvat 75 - 85-%risesti, edullisesti noin 80-%:i-sesti, virtausnopeustietoihin, ja 15 - 25-%risesti, edul-10 lisesti noin 20-%:isesti, pH-tietoihin.

Jakamalla kierrätysvirta kohdassa 80 saadaan tasapainoisempi lähtöaineiden syöttö, koska tällöin kierrä-tysvirran ja siihen yhtyvien lähtöaineiden välinen tila-vuusero on pienempi. Tällöin lähtöaineiden laimeneminen 15 ei ole myöskään yhtä voimakasta.

Kuviossa 4 esitetty prosessi käyttää erillisten natriumhydroksidi-, rikkidioksidi- ja vesisyöttöjen sijasta vain yhtä syöttöä, joka on natriumvetysulfiitin ja rikkidioksidin vesiliuos. Tässä kuviossa ne osat, jotka 20 ovat samoja kuin kuviossa 3, on numeroitu samoilla viitenumeroilla kuin kuviossa 3 eikä niitä kuvata jäljempänä yksityiskohtaisesti. Tämä prosessi on samanlainen kuin kuvion 3 mukainen prosessi siinä suhteessa, että se käsittää kierrätysjärjestelmän, jossa on jäähdytetty staat--- 25 tinen sekoitin 18, kaasunpoistosäiliö 19, pumppu 24, tuotteen poistokohta ja laimennusjärjestelmä, lämmönvaih-din 90 ja jaettu virta, joka käsittää virtauslinjan 82 ja ohituslinjan 84.

Syöttölinjassa 82 on yksi ainoa syöttökohta 204 30 rikkidioksidin ja natriumvetysulfiitin vesiliuokselle (syöttösäiliöstä 210). Tämän liuoksen virtausta säädetään venttiilillä 240, johon vaikuttaa I/P-muuttaja 238, jota puolestaan säätää FRIC/pHIC 262. Tämä yksikkö saa signaaleja pH-elektrodilta 61, kuten kuvion 3 mukaisessa pro-35 sessissa, ja myös magneettiselta virtausputkelta 242, jo- 16 93536 ka valvoo rikkidioksidin ja vetysulfiitin vesiliuoksen virtausnopeutta, ja FIC 244:Itä, joka valvoo natriumboo-rihydridiliuoksen virtausnopeutta. Tämä jälkimmäinen yksikkö korvaa kuvion 3 FRIC 144:n, koska se saa vain vir-5 tausnopeustietoja magneettiselta virtausputkelta 150. Samoin kuin kuvion 3 mukaisessa prosessissa, säätöyksikkö 262 edullisesti säätää rikkidioksidin ja vetysulfiitin vesiliuoksen syöttöä 80 %:n osalta virtausnopeusarvojen perusteella ja 20 %:n osalta pH-arvojen perusteella.

10 Kuvio 8 esittää US-patenttijulkaisussa 4 788 041 (FI-patenttijulkaisussa 79 514) kuvattua isokineettista sekoitinta eli tapaa, jolla eri reaktantit edullisesti syötetään järjestelmään tiettyjen keksinnön suoritusmuotojen mukaisesti, kuten kuviossa 6 esitetyistä syöttö-15 kohdista 100, 102 ja 104. Samantapaista järjestelmää voidaan käyttää BOROL-liuoksen syöttämiseen, esimerkiksi kuviossa 7 esitetystä syöttökohdasta 204, mieluimmin kuin että liuos syötettäisiin suoraan staattiseen sekoitti-meen, kuten kuviossa 4 on esitetty. Kuviossa 8 on pää-20 virtauslinja 180, ja aine/tai aineet, kuten NaOH tai S02/H20, syötetään järjestelmään suuttimen 182 kautta, joka on virtauslinjan poistopäässä olennaisesti keskellä ja samanakselinen virtauslinjan kanssa, siis samansuuntainen kuin virtauslinja. Järjestelmään suuttimen 182 ... 25 kautta tulevan reaktantin virtausnopeus on olennaisesti sama kuin virtauslinjassa 180 kiertävän reaktioseoksen virtausnopeus. Tämä tarkoittaa, että kaikki järjestelmään tässä kohdassa tuleva reaktantti kulkeutuu kiertävän reaktioseoksen mukana, ilman että yhtään siitä kiinnittyy 30 virtauslinjan sivuille sisääntulokohdan ympärille. Tämä * * auttaa varmistamaan sen, että saadaan homogeeninen seos ja että äkkinäiset muutokset koostumuksessa ja erityisesti pH:ssa vältetään.

Toinen sekoitusjärjestelmä on esitetty kuviossa 9. 35 Kysymyksessä on liikkumaton eli staattinen sekoitin. Lai-

II

l7 93536 te toimii poikkeuttaen ainevirran suunnastaan sekoitus-elementtien avulla ja edistää siten lisätyn aineen sekoittumista prosessivirran kanssa, ja siten reaktio-nopeutta .

5 Ottaen huomioon, että keksinnön mukaisessa tapauk sessa järjestelmä toimii siten, että läsnä on pieni vety-sulfiittiylimäärää (tyypillisesti 10 - 15 % ylimäärä) tasapainotettu yhtälö (olettaen 90 %:n saanto) voidaan muuttaa muotoon: 10 NaBH4 + 3,2NaOH + 2,6Na2S205 + 3,5S02 -> 3,6Na2S204 + H3B03 + l,77HzO + 0,4H2 + 0,4Na2S205 + 7Na2S03 Tämän yhtälön perusteella todellinen määrä kutakin ainetta, joka vaaditaan tuottamaan 1 kg 100-%:isesti ak-15 tiivistä ditioniittia, on 0,503 kg BOROL-liuosta, 0,332 kg NaOH (100-prosenttiseksi laskettuna) ja 0,889 kg S02.

On olemassa useita erilaisia tapoja, joilla kek-20 sinnön mukaisella menetelmällä saatu saantoprosentti voidaan laskea. Tässä hakemuksessa käytetään massan tasapaino tusmene te lmää . Tämä saannonmääritysmenetelmä perustuu tasapainotetun yhtälön stoikiometriaan. Mikäli konversio olisi 100 %, 1 osa BOROL-liuoslähtöainetta tuottaisi 25 2,208 osaa ditioniittia. Tuotteena saadun ditioniitti- liuoksen teoreettinen pitoisuus painoprosentteina ilmaistuna on BOROL-liuoslähtöaineesta 100 %:n konversiolla tuotettu ditioniittimassa jaettuna syöttettyjen reak-tanttien kokonaismassalla.

30 Tuotteena saadun ditioniittiliuoksen todellinen pitoisuus määritetään titraamalla todellisen ditioniitti-pitoisuuden määrittämiseksi painoprosentteina ilmaistuna. Saantoprosentti lasketaan sitten jakamalla todellinen di-tioniittipitoisuus teoreettisella pitoisuudella, joka on 35 määritetty tasapainotetun yhtälön stoikiometrian ja syötettyjen reaktanttien massan perusteella.

18 93536

Kuviot 5, 6 ja 7 esittävät keksinnön mukaisia järjestelmiä, eli muunnelmia kuvioiden 2, 3 ja 4 mukaisista järjestelmistä. Kuvioissa 5, 6 ja 7 komponentit, jotka ovat samoja kuin vastaavissa kuvioissa 2, 3 ja 4 esite-5 tyt, esitetään samoilla viitenumeroilla, eikä niitä kuvata yksityiskohtaisesti. Kuvioissa 5, 6 ja 7 on siis esitetty erilaisia tapoja, joilla tekniikan tason syöttö-järjestelmiä voidaan muuttaa niin, että BOROL-liuos voidaan lisätä järjestelmään ennen rikkidioksidia sisältävän 10 virran lisäystä, jotta saataisiin korkeampi saanto.

Kuvio 5 esittää keksinnön mukaista suoritusmuotoa, jossa rikkidioksidi ja vesi lisätään staattisen sekoit-timen 18 toisen sekoituskammion läheisyydessä ja BOROL-liuos ja NaOH-liuos lisätään prosessivirtauslinjaan ennen 15 staattisen sekoittimen 18 ensimmäistä sekoitustilaa. Tämä lisäysjärjestys on siten päinvastainen siihen verrattuna, mitä on esitetty kuviossa 2. Syötöt varastosäiliöistä 15 ja 16 voitaisiin lisätä järjestelmään käänteisessä järjestyksessä tai yhdistämällä tällaiset syötöt. Tämä me-20 nettely sopii yleensä kaikille kuvioiden 2, 3 ja 4 mukaisille järjestelmille samoin kuin kuvioiden 5, 6 ja 7 mukaisille järjestelmille. Kaksiosainen staattinen sekoitin, vain yleisesti esitetty kuviossa 5, esitetään yksityiskohtaisemmin kuviossa 9, josta ilmenee, että sekoitin .25 on sylinterimäinen, ja että sillä on yhdenmukainen tai vakio läpimitta.

Kuvio 6 esittää toista keksinnön mukaista suoritusmuotoa; rikkidioksidi ja vesi lisätään lähellä staattista sekoitinta 18 ja BOROL-liuos ja NaOH-liuos lisätään 30 lähellä staattista sekoitinta 98 kohdassa 104. Tämä li-• säysjärjestys on siis päinvastainen kuin kuviossa 3 esi tetty järjestys.

Kuvio 7 esittää vielä yhtä keksinnön mukaista suoritusmuotoa; rikkidioksidi ja natriumvetysulfiitti lisä-35 tään lähellä staattista sekoitinta 18 ja BOROL-liuos li- « 19 93536 sätään lähellä staattista sekoitinta 98 kohdassa 204.

Tämä lisäysjärjestys on siis päinvastainen kuin kuviossa 4 esitetty järjestys.

Eri reaktanttien lisäysjärjestys on keksinnön tär-5 keimpiä aspekteja. Lisäksi on olemassa useita muita keksinnön piirteitä, jotka ovat edullisia keksintöä sovellettaessa. Parantuneet tulokset ja reaktiivisuus saadaan reaktanttien ja prosessivirran perinpohjaisen sekoittamisen avulla. Edullinen sekoitustapa on käyttää staattis-10 ta sekoitinta, jolloin kaksikammioinen staattinen sekoitin on erittäin edullinen.

On myös havaittu, että reaktantit tulisi lisätä prosessivirtaan kohdassa, joka on lähellä sekoitinta, edullisesti ennen sekoittimen tulokohtaa sellaisella 15 etäisyydellä, joka on suunnilleen sama kuin sekoittimen halkaisija.

Kuvio 9 kuvaa kaksivaihe- tai kaksikammiosekoitin-ta, joka edelleen edustaa edullista menetelmää reaktanttien lisäämiseksi prosessivirtaan ja reaktanttien sekoit-20 tamiseksi sen kanssa keksinnön mukaisesti. Natriumditio-niittia sisältävä prosessivirta kulkee putken 901 kautta. BOROL-liuoksen ja NaOH-liuoksen seos virtaa putken 902 kautta ja sen jälkeen laippasuuttimen 903 kautta ennen prosessivirtaan tuloa. Suutin 903 koostuu laipasta ja 25 pienihalkaisijäisestä putkesta 904, joka on liitetty lai- pallisen yhdysputken 905 kautta. On edullista, että putken sisähalkaisija on sellainen, että putken 904 kautta kulkevan seoksen nopeus on yhtä suuri tai suurempi kuin putken 901 kautta kulkevan prosessivirran nopeus. Putken 30 904 ulostulon kohdassa 912 on oltava lähellä putken 901 keskustaa ja sekoittimeen 906 nähden sellaisella etäisyydellä, joka ei ole suurempi kuin yksi (1) mainitun sekoittimen halkaisija.

Prosessivirtaan saapumisen jälkeen BOROL-liuos ja 35 NaOH-liuos sekoittuvat prosessivirran kanssa sekoittimen 20 93536 906 ensimmäisessä osastossa tai tilassa. Tämä aikaansaadaan sekoituselementtien 907 avulla. Nämä elementit ovat kierukan muotoisia, tai ne ovat läppiä tai poimutettua ainetta (metallia tai muovia), ja ne saavat aikaan muu-5 toksen virtaussuunnassa ja käyttävät virtaavan nesteen energiaa turbulenssin synnyttämiseksi, jolloin tapahtuu tehokas sekoittuminen. On edullista, että käytetään kahta tai neljää sekoituselementtiä sekoittimen 906 ensimmäisessä osastossa. Sekoituselementtien 907 kautta kulkemi-10 sen jälkeen kohdassa 913 homogeenisen natriumditioniitin (Na2S204), B0R0L-liuoksen ja NaOH-liuoksen seoksen pH on noin 13,0. Tässä kohdassa veden ja rikkidioksidin liuos, joka kulkee putkessa 908, kulkee suuttimen 909 läpi ja saapuu sekoittimelle 906 kohdassa 913. Nopeuden suuttimen 15 909 läpi tulisi olla suunnilleen yhtä suuri kuin nopeus sekoittimen 906 läpi. Veden ja rikkidioksidin liuos sekoitetaan Na2S2o4:n, BOROL-liuoksen ja NaOH-liuoksen muodostaman seoksen kanssa sekoittimen 906 toisessa osastossa sekoituselementtien 910 avulla. Nämä elementit ovat 20 yleensä samoja kuin kohdassa 907, ja yleensä kolmesta neljään sekoituselementtiä ovat edullisia. Sekoittimen 906 toisessa osastossa rikkidioksidi yhdistyy natriumhyd-roksidin kanssa muodostaen natriumvetysulfiittia, joka seuraavaksi reagoi NaBH4: n kanssa muodostaen Na2S204:ää.

25 Virta poistuu sekoittimesta 906 kohdassa 911 ja johdetaan välittömästi kaasunpoistosäiliöön (ei kuvattu). Seoksen pH kohdassa 911 on noin 5,5 - 6,5.

Yllä selitetyn järjestelmän on havaittu johtavan saantoihin, jotka ovat välillä 90 ja 94 %, eli selvä pa-30 rannus kuviossa 2 esitettyyn tekniikan tason järjestel-* mään. Tämän saavuttamisessa tärkeiden tekijöiden uskotaan olevan stabiilimman, emäksisen väliaineen luominen NaBH4:lle sekoittamalla BOROL-liuos ja NaOH-liuos ensin prosessivirran kanssa, minimoimalla pH-arvoa alhaisemmat 35 pH-gradientit ja suorittamalla lähtöainekemikaalien nopea • 21 93536 ja perinpohjainen sekoittaminen lyhyin välein, kuten suoritettiin kaksikammioisella staattisella sekoittimella ja suuttimilla.

Keksintöä kuvataan lisää seuraavien esimerkkien 5 avulla.

Esimerkki 1

Kuviossa 2 esitetyn kaltaisessa järjestelmässä veden ja rikkidioksidin seos lisätään prosessivirtaan ennen NaOH-liuosta ja BOROL-liuosta, eikä nopeaa ja perinpoh-10 jäistä sekoittumista varmisteta. Tässä ja kaikissa muissa esimerkeissä BOROL-liuos sisältää 12 paino-% natriumboo-rihydridiä, 40 paino-% natriumhydroksidia ja 48 paino-% vettä.' Järjestelmän toimintaparametrit ovat seuraavat: Syöttönopeudet: 15 BOROL-liuos 0,0382 m3/h 20-% NaOH-liuos 0,112 m3/h

Nestemäinen S02 0,0591 m3/h

Vesi 1,67 m3/h 20 Reaktio-pH 6,2

Reaktiolämpötila 28 eC

Kierrätysvirtausnopeus 6,81 m3/h

Todellinen ditioniittipit. 5,08 %

Teoreettinen ditioniittipit. 6,02 % • - 25 Saantoprosentti 84,4 %

Esimerkki 2 Tämä järjestelmä on esitetty kuviossa 2, jolloin kuitenkin natriumhydroksidi on korvattu natriumvetysul-fiitilla. Vetysulfiittiliuos lisätään ensin rikkidiok-30 sidin vesiliuokseen niin, että muodostuu vetysulfiitin, rikkidioksidin ja veden seos, joka sitten lisätään prosessivirtaan ennen BOROL-liuosta. Kuten esimerkissä 1, nopeaa ja perinpohjaista sekoittumista ei varmisteta. Järjestelmän toimintaparametrit ovat seuraavat: 35 22 93536

Syöttönopeudet BOROL-liuos 0,0579 m3/h

Natriumvetysulfiittiliuos 0,325 m3/h Nestemäinen S02 0,04 09 m3/h 5 Vesi 5,91 m3/h

Reaktio-pH 6,2

Reaktiolämpötila 24 °C

Kierrätysvirtausnopeus 11/4 m3/h 10 Todellinen ditioniittipit. 2,27 %

Teoreettinen ditioniittipit. 2,73 %

Saantoprosentti 83,2 %

Esimerkki 3 Tämä järjestelmä on esitetty kuviossa 5, kuitenkin 15 lähtöäinekemikaaIin lisäysjärjestys on toinen, eli rikkidioksidi ja vesi lisätään prosessivirtaan ennen BOROL-liuosta ja NaOH-liuosta. Lähtöainekemikaalin lisäys suoritetaan suuttimilla, jotka sijaitsevat korkeintaan yhden (1) sekoittimen halkaisijan etäisyydellä ylävirtaan vas-20 taavasta sekoitusvaiheesta siten, että varmistetaan nopea ja perinpohjainen sekoittuminen. Järjestelmän toiminta-parametrit ovat seuraavat:

Syöttönopeudet BOROL-liuos 0,0295 m3/h . 25 50-% NaOH-liuos 0,0341 m3/h

Nestemäinen SOz 0,0529 m3/h

Vesi 3,66 m3/h

Reaktio-pH 6,3

30 Reaktiolämpötila 13 °C

' ' Kierrätysvirtausnopeus 13,6 m3/h

Todellinen ditioniittipit. 2,04 %

Teoreettinen ditioniittipit. 2,35 %

Saantoprosentti 86,8 % 35 k

II

23 93536

Esimerkki 4 Tämä järjestelmä on esitetty kuviossa 5, ja se edustaa tässä selitettyä keksintöä. Järjestelmän toimin-taparametrit ovat seuraavat: 5 Syöttönopeudet BOROL-liuos 0,0307 m3/h 50-% NaOH-liuos 0,0359 m3/h

Nestemäinen S02 0,0541 m3/h

Vesi 3,82 m3/h 10 Reaktio-pH 6,3

Reaktiolämpötila 25,5 °C

Kierrätysvirtausnopeus 7,9 m3/h

Todellinen ditioniittipit. 2,15 %

Teoreettinen ditioniittipit. 2,34 % 15 Saantoprosentti 91,8 %

Yhteenveto

Esimerkit 1 ja 2 kuvaavat tyypillisiä saanto-prosentteja silloin, kun nopeaa ja perinpohjaista se-20 koittumista ei tapahdu. Esimerkissä 3, jolloin siis tapahtuu nopea ja perinpohjainen sekoittuminen, saantoprosentit kasvavat 3-4 prosenttiyksiköllä. Lähtöainekemi-kaalien nopea ja perinpohjainen sekoittuminen, erityisesti B0R0L-liuoksen ja NaOH-liuoksen seoksen, minimoi pH-. , 25 gradientin vaikutusajan ja voimakkuuden prosessivirrassa, eli pH ei ole alueella, joka on alle halutun pH-arvon 5,5 - 6,5; siitä syystä minimoituu NaBH4:n hydrolysoituminen .

NaBH4:n hydrolysoituminen minimoituu edelleen, jos 30 lisätään B0R0L-liuoksen ja NaOH-liuoksen seos ensin pro-sessivirtaan ja käytetään nopeaa ja perinpohjaista sekoitusta, kuten on selitetty edellä. Esimerkissä 4 esitetään saantoprosentteja, jotka esimerkkiin 3 verrattuna ovat 4-5 prosenttiyksikön verran suurempia ja jopa 7-9 35 prosenttiyksikön verran suurempia esimerkkeihin 1 ja 2 verrattuna.

• > <.

Claims (12)

1. 24 93536
2. 1. Menetelmä natriumditioniitin valmistamiseksi jatkuvatoimisesta kiertävässä vesipitoisessa prosessivir- 5 rassa, josta natriumditioniittia poistetaan, jossa menetelmässä natriumboorihydridi saatetaan reagoimaan natri-umvetysulfiitin kanssa mainitussa prosessivirrassa, johon j ohdetaan (a) ensimmäistä reaktioseosta (16), joka sisältää 10 natriumboorihydridiä, natriumhydroksidia ja vettä, ja (b) toista reaktioseosta, joka sisältää joko (i) rikkidioksidia ja natriumvetysulfaattia sekä vettä (210), tai (ii) rikkidioksidia ja vettä, ja erikseen natrium-15 hydroksidiliuosta (15, 115) ylävirtaan rikkidioksidin syöttökohdasta mutta natriumditioniitin poistokohdan jälkeen, tunnettu siitä, että ensimmäinen reaktioseos (a) syötetään prosessivirtaan kohdassa, joka on ylävirtaan 20 siitä kohdasta, johon toinen seos (b) syötetään, suhteessa ditioniitin poistokohtaan.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se sisältää lisävaiheen, jossa sekoitetaan perinpohjin ensimmäinen reaktioseos ja 25 prosessivirta, natriumditioniitin muodostumisen edistämi seksi.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se sisältää lisävaiheen, jossa sekoitetaan perinpohjin toinen reaktioseos ja pro- 30 sessivirta, natriumditioniitin muodostumisen edistämisek si.
5. 4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perinpohjainen sekoittaminen suoritetaan isokineettisellä sekoituksella.
6. 5. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, II 25 93536 tunnettu siitä, että perinpohjainen sekoittaminen suoritetaan staattisen sekoittimen (18) avulla.
7. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen ja vastaavasti 5 toinen reaktioseos johdetaan lähellä olevaan staattisen sekoittimen (906) ensimmäiseen ja vastaavasti toiseen tilaan, jotka kumpikin ovat putken tai kanavan muodossa ja jotka sisältävät staattiset sekoituselementit (907, 910) ja joilla kummallakin tilalla on olennaisesti sama hallo kaisija.
8. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen reaktioseos syötetään kohtaan, joka on ylävirtaan toisesta sekoituselementtien tilasta, kohdan ja tilan välisen etäisyyden ollessa suun- 15 nilleen sama kuin mainitun putken tai kanavan halkaisija.
9. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen reaktioseos syötetään kohtaan, joka on ylävirtaan tietyllä etäisyydellä sekoituselementtien ensimmäisestä tilasta, etäisyyden ol- 20 lessa suunnilleen sama kuin mainitun putken tai kanavan halkaisija.
10. 9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että natriumhydrok-sidiliuos (15, 115) syötetään ylävirtaan ensimmäisestä 25 reaktioseoksesta, ja toinen reaktioseos sisältää vettä ! (14, 114) ja rikkidioksidia (10, 110).
11. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että natriumhydroksidia syötetään myös toiseen reaktioseokseen ennen kuin viimeksi- 30 mainittu syötetään prosessivirtaan. : 11. Jonkin patenttivaatimuksen 1—8 mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen reaktioseos sisältää vain natriumboorihydridiä, natriumhydroksidia ja vettä, ja toinen reaktioseos sisältää nat- 35 riumvetysulfiittia ja rikkidioksidia. „ 93536 26
12. 12. Laite, joka on käyttökelpoinen valmistettaessa natriumditioniittia jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisesti, tunnettu siitä, että se käsittää: välineet kiertoprosessivirtauslinjaa (32) varten, 5 joka käsittää vesipitoisen seoksen, joka sisältää ainakin natriumditioniittia ja natriumvetysulfiittia; natriumditioniitin poistokohdan; ensimmäisen reaktioseoksen lähteen (16), joka sisältää natriumboorihydridiä, natriumhydroksidia ja vettä, 10 sekä ensimmäisen syöttölaitteen, joka yhdistää ensimmäisen seoksen lähteen ja prosessivirtauslinjan; toisen reaktioseoksen lähteen, joka käsittää joko vettä ja rikkidioksidia (10, 14, 110, 114), tai natriumvetysulf iittia ja rikkidioksidia (210); 15 toisen syöttölaitteen, joka yhdistää toisen reak tioseoksen lähteen ja prosessivirtauslinjan alavirtaan ensiminäiestä syöttölaitteesta; haluttaessa vesipitoisen liuoksen (15) lähteen, joka sisältää natriumhydroksidia, ja kolmannen syöttö-20 laitteen, joka yhdistää tämän natriumhydroksidilähteen ja prosessivirtauslinjan; ja prosessivirtauslinjaan liitettynä laitteen (18) ensimmäisen reaktioseoksen ja prosessivirran sekoittamiseksi perinpohjin kohdissa, jotka ovat lähellä niiden li-25 säyskohtia, jolloin mainittu, perinpohjin sekoittava laite käsittää staattisen sekoittimen (18), joka on yhden ainoan sylinterimäisen yksikön (906) muodossa, jossa yksikössä on ensimmäinen ja toinen sekoituselementtitila, jotka kumpikin ovat putken tai kanavan muodossa ja joilla 30 on olennaisesti sama halkaisija, ja jolloin mainittu : syöttölaite ensimmäiselle reaktioseokselle sijaitsee ylä virtaan ensimmäisestä sekoituselementtitilasta, etäisyydellä, joka on suunnilleen sama kuin staattisen sekoittimen halkaisija, ja mainittu syöttölaite toiselle seok-35 selle sijaitsee ylävirtaan toisesta sekoituselementtitilasta, etäisyydellä, joka on suunnilleen sama kuin staattisen sekoittimen halkaisija. il; 27 93536