FI95663C - Staattinen laminaarisekoituslaite ja sen käyttö - Google Patents

Description

1 95663

Staattinen laminaarisekoituslaite ja sen käyttö

Keksinnön kohteena on staattinen laminaarisekoituslaite erilaisen viskositeetin omaavien väliaineiden se-5 koittamiseksi sekä sen käyttö.

Staattiset laminaarisekoituslaitteet ovat niin kutsutuista staattisista sekoittimista rakennettuja laitteistoja, joissa sekoitettavien väliaineiden virtaus, esim. sekoitettaessa nestettä nesteeseen tai nestettä kaasuun, 10 pysyy laminaarisena. Sellaisia laminaarisekoittimia käy tetään sekoituslaitteissa esim. voimakkaasti erilaisen viskositeetin omaavien nesteiden sekoittamiseen, kuten pienviskoosisten, liukenevien lisäaineiden lisäämiseen hyvin viskoosisiin nesteisiin.

15 Sekoittamisen yhteydessä tuodaan pienviskoosinen (helppojuoksuinen) neste suurviskoosisen (sitkasjuoksui-sen) nesteen päävirtaukseen esim. putken kautta, joka voi olla sovitettu sekoitinelementin eteen tai välittömästi sen tuloon ja joka aukeaa suurviskoosisen nesteen päävir- 20 taukseen.

Kun sekoitettavien nesteiden viskositeetit ovat suuruusluokiltaan erilaiset (ero 5 x 103 - 106 tai enemmän), ovat riittävän liukenemisen ja/tai sekoittumisen saavuttamiseksi suhteellisen suuret sekoittamien pituudet 25 välttämättömät sekoituslaitteissa.

Esillä olevan keksinnön tehtävänä on saada aikaan laminaarisekoituslaite, jolla on paremmat sekoitusominai-suudet oleellisesti erilaiset viskositeetit omaavien komponenttien sekoituksen yhteydessä. Tämä voidaan saada ai-30 kaan patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkit omaavan laminaa- risekoituslaitteen avulla.

Käyttöön liittyvät patenttivaatimukset koskevat se-koituslaitteen ja/tai lisäyslaitteen erityisen edullisia käyttöjä. Epäitsenäiset patenttivaatimukset liittyvät kek-35 sinnön edullisiin lisäkehitysmuotoihin.

2 95663

Laminaarisekoituslaitteella ei voida sekoitussisäk-keiden kokonaisluvun ollessa sama molemmissa erilaisen poikkileikkauksen omaavissa sekoittamissa saada aikaan ainoastaan parannettua sekoitusta, vaan voidaan saada ai-5 kaan lisätyn nesteen tai lisätyn kaasun oleellisesti parempi liukeneminen päävirtauksen suurviskoosiseen nesteeseen.

Kun esimerkiksi polystyreenin laminaarisekoitus-laitteessa, joka käsittää yhden ainoan, noin 1,5 m pitkän 10 sekoituskolonnin ja joka on varustettu kolmellakymmenellä sekoituselementillä, jotka ovat tyyppiä SULZER SMX DN50, ainoastaan 1 - 2 % mineraaliöljy/parafiiniöljy-lisäai- neesta liukenee polystyreeniin, keksinnön mukaisella laminaarisekoituslaitteella huomattavat 4 - 6 % lisäaineesta 15 ovat liuenneet ja uusia sekoitussuuttimia käytettäessä samanaikaisesti vielä enemmän. Sekoituslaite käsittää ensimmäisen, kahdellatoista sekoituselementillä, tyyppiä SULZER SMX DN17, panostetun sekoituskolonnin, jota nimitetään myös esisekoittimeksi, ja toisen, kahdeksallatoista 20 sekoituselementillä, tyyppiä SULZER SMX DN50, panostetun sekoituskolonnin, jota nimitetään myös pääsekoittimeksi. Keksinnön mukaisen uuden sekoituslaitteen molempien sekoi-tuskolonnien yhteinen pituus on ainoastaan 1,1 m lisäaineen lisäysmäärän ollessa oleellisesti parannettu, ainakin 25 kaksinkertainen. Ensimmäisen sekoituskolonnin sekoitusele-menttien lukumäärän tulisi olla vähintään neljä, mutta vähemmän kuin puolet molempien sekoituskolonnien sekoitus-elementtien kokonaislukumäärästä.

Uusi lisäyslaite, joka on varustettu suurviskoosi-30 sen nesteen päävirtaukseen sovitetulla kaventavalla välilevyllä, joka on sovitettu pienviskoosisen väliaineen syöttöputken suuaukon alueelle, voi kohottaa lisäaineen ja pienviskoosisen väliaineen suurinta mahdollista, homogeeniseksi sekoittuvaa määrää tavanomaisiin sekoituslaittei-35 siin ja annostelulaitteisiin verrattuna noin kolmanneksella.

3 95663

Kaventavan välilevyn sisään sovittamisella saadaan myös laminaaristen virtausolosuhteiden yhteydessä tulokseksi pienviskoosisten komponenttien pienehköjen pisaroiden parempi irtoaminen syöttöjohtosuuttimesta. Sekoitus-5 kolonnien poikkileikkaus on käytännöllisesti ottaen aina ympyränmuotoinen ja samoin tarkoituksenmukaisesti ympyränmuotoisen välilevyn tulisi yleensä olla enintään 2/3 pää-virran, ts. sekoituskolonnin halkaisijasta. Lisäyslaite, jota nimitetään myös annostelukohdaksi, voi käsittää myös 10 useita välilevyjä, jotka on sovitettu vierekkäin. Tässä tapauksessa olisi myös useita välilevyjä lisäaineen syöt-töputkineen jaettu päävirtauksen poikkileikkaukselle. Useiden välilevynaukkojen kokonaispoikkileikkauksen tulisi tässä tapauksessa olla edullisesti pienempi kuin puolen 15 päävirtauksen poikkileikkauksesta. On todettava, että virtaus on myös kaventavien välilevyjen alueella aina lami-naarinen.

Keksinnön mukaisen parannetun laminaarisekoitus-laitteen yhteydessä pääsee uuden annostelulaitteen suori-20 tuskyky erityisen hyvin esille sekoituslaitteen kohotetun sekoitustehon tukemiseksi.

Virtausnopeudet esi- ja pääsekoittimessa ovat tyypillisesti alueella 1 - 100 mmsek'1, esimerkiksi noin 50 mmsek'1 esisekoittimessa ja 1 - 10 mmsek'1 pääsekoitti-25 messa.

Staattinen laminaarisekoituslaite, joka on tarkoitettu voimakkaasti erilaisen viskositeetin omaavien väliaineiden sekoittamiseen, käsittää kaksi peräkkäin sovitettua sekoitinta, joilla on erilainen poikkileikkaus. Ensim-30 mäisen sekoittimen poikkileikkaus on pienempi. Lisäyslai te, joka on tarkoitettu alhaisemman viskositeetin omaavan lisäaineen annosteluun kuin päävirtauksen väliaine, käsittää välilevyn, jonka aukkoon suutin aukeaa. Sekä laminaa-risekoituslaitteella yksinään että myös lisäyslaitteella 35 yksinään, mutta erityisesti yhdistelmänä, saadaan aikaan « • 4 95663 selvästi paremmat sekoitustulokset. Sekoituslaitteella saavutetaan lisäaineiden, kuten mineraaliöljyn/parafiinin, lisäämisen ja liuottamisen yhteydessä tekoainesuliin ja polystyreenin erinomaiset tulokset.

5 Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin kaavamai sissa leikkauspiirustuksissa esitettyjen suoritusmuoto-esimerkkien yhteydessä. Tällöin esittää: kuvio IA tähänastisen rakennetavan omaavaa laminaa-risekoituslaitetta, joka muodostuu ainoastaan yhdestä ai-10 noasta sekoituskolonnista. Sekoituskolonni käsittää kuitenkin uuden lisäyslaitteen; kuvio IB keksinnön mukaista laminaarisekoituslai-tetta, joka on varustettu kahdella, erilaisen poikkileikkauksen omaavalla sekoituskolonnilla; 15 kuvio 2 lisäyslaitetta, jonka yhteydessä pienvis- koosinen lisäaine tuodaan sivulta päin suurviskoosiseen päävirtaukseen; kuvio 3 toista lisäyslaitetta, jonka yhteydessä suurviskoosinen päävirtaus tuodaan sivulta päin lisäys-20 laitteen sekoitussuuttimen alueelle; kuvio 4A lisäyslaitetta, jossa suurviskoosinen päävirtaus jaetaan kahteen päävirtausosaan. Kumpaankin osa-päävirtaukseen syötetään suuttimella pienviskoosista lisäainetta molempien osapäävirtausten staattisiin sekoitti-25 miin; kuvio 4B osapäävirtausten molempien sekoittimien leikkausta kuvion 4A viivan IV B - IV B mukaisesti.

Kuvion IA sekoitin käsittää esimerkiksi kolmekymmentä sekoituselementtiä 11, jotka on sovitettu riviin 30 vierekkäin vaihdellen ristikkäin toistensa suhteen kolon niin 10. Suurviskoosisen väliaineen, esimerkiksi tekoaineen päävirtaukseen 12 tuodaan lisäyslaitteessa 1213 pienviskoosista lisäainetta 13, esim. mineraaliöljyä/para-fiinia. Lisäyslaite 1213 käsittää päävirtauksen 12 väli-35 levyn 14, jonka aukkoon suutin 15 aukeaa. Sekoittimen 1 5 95663 lähdössä syötetty lisäaine 12 on liuennut tekoaineeseen ja/tai jakautunut homogeenisesti. Tavanomaisen rakenne-tavan mukaisesti voisi uuden lisäyslaitteen 1213 tilalla olla myös jokin muu tunnettu lisäyslaite; esimerkiksi sel-5 lainen kuin kuviossa IB on esitetty.

Kuvion IB laminaarisekoituslaite 1' muodostuu esi-sekoittimesta la (päävirtaus saa siinä suhteellisen suuren leikkauksen/leikkausnopeuden suuruusluokkaa τ * 20 -200 s'1) ja pääsekoittimesta Ib (päävirtaus saa siinä suh-10 teellisen alhaisen leikkauksen/leikkausnopeuden suuruusluokkaa τ * 1 - 5"1), jolla on suurempi poikkileikkaus kuin esisekoittimella la. Sekoitin la on varustettu esim. kahdellatoista ristikkäin sovitetulla sekoituselementillä 11a. Sekoitin Ib käsittää esimerkiksi kahdeksantoista, 15 samoin ristikkäin sovitettua sekoituselementtiä 11b. Pien-viskoosista väliainetta/lisäainetta 13' (esim. parafiiniöljyä) lisätään lisäyslaitteessa ja annostelulaitteessa 1213' sitkasjuoksuisen väliaineen päävirtaukseen 12' (esim. tekoaineeseen kuten polystyreeniin). Tavanomaisena 20 esitetyn lisäyslaitteen asemesta voisi olla sovitettu myös uusi välilevyllä varustettu annostelulaite. Olisi myös ajateltavissa sovittaa sekoituslaitteen 1' molempien se-koittimien la ja Ib väliin siirtymäkappale, jossa olisi ilman sekoituselementtejä oleva siirtymämatka.

25 Kuvion IB mukaisella uudella laitteella on esim.

viipymisajan ollessa käytännöllisesti ottaen sama, paine-häviön ollessa tosin suurempi (noin 62 baaria noin 36 baa-. riin verrattuna) mahdollista sekoittaa ja liuottaa päävir- taan lyhyemmällä matkalla noin kaksinkertainen - kolmin-30 kertainen määrä lisäainetta.

Kuvion 2 lisäys- eli annostelulaitteessa 2 lisäai-nevirta 21 tuodaan suutinkanavan 220 käsittävän suuttimen 22 kautta päävirtaan 23 välilevyn 24 aukon 20 alueella. Lisäaineen 21 tuonti tapahtuu sivulta päin suuttimen 22 35 suhteen, joka on asennettu listaan 25. Suutinkanava 220 ja 6 95663 välilevynaukko 20 aukeavat suoraan sekoituselementeillä 27 varustettuun sekoittimeen 26.

Kuvion 3 lisäys- ja annostelulaitteessa 3 poikkeutetaan sitkasjuoksuisten komponenttien päävirta 33 ja tuo-5 daan sekoituselementeillä 37 varustettuun sekoituskolon- niin 36 välilevyn 34 kanavamaiseksi tehdyn aukon 30 kautta. Suutinta 32, joka käsittää suutinkanavan 320 ja joka on tarkoitettu helpompi juoksuista lisäainevirtaa 31 varten, ei tässä esimerkissä ole taivutettu kulmaan, vaan 10 suunnattu sekoituskolonnin 36 suuntaan.

Kuvioiden 4A ja 4B lisäyslaite 4 käsittää kaksi suutinta 42 ja 42' lisäainetta 41 varten. Sitkeämpi juok-suisen väliaineen päävirtaus 430 jakautuu kahdeksi yhdensuuntaiseksi osapäävirraksi 43 ja 43', jotka virtaavat 15 sekoituselementeillä 47 ja 47' varustettujen sekoittimien 46 ja 46' läpi. Levymäisessä välilevyssä 44 on kaksi väli-levynaukkoa 40 ja 40', joihin suutinputket 42 ja 42' aukeavat samankeskisesti.

Yhdensuuntaisesti sijaitsevat sekoittimet 46 ja 46' 20 voisivat osapäävirtoineen 43 ja 43', mitä tässä yhteydessä ei ole esitetty, muodostaa esisekoittimen staattisen lami-naarisekoituslaitteen yhteistä pääsekoitinta varten.

Sekoituselementeiksi soveltuvat esimerkiksi tyyppiä SULZER SMX olevat sekoituselementit. Pienviskoosisen lisä-25 aineen yhteydessä voisi kysymyksessä olla myös kaasu, kuten N2, C02 tai H20-höyry.

Claims (9)

1. Staattinen laminaarisekoituslaite (1' ) voimakkaasti erilaisen viskositeetin omaavien väliaineiden se- 5 koittamiseksi käsittäen virtaussuunnassa katsottuna ensimmäisen sekoittimen (la) ja toisen sekoittimen (Ib), jonka poikkileikkaus virtaussuunnassa on suurempi kuin ensimmäisen sekoittimen (la) poikkileikkaus, tunnettu siitä, että kummatkin sekoittimet (la, Ib) on kulloinkin valo rustettu samanlaisilla sekoituselementeillä, joiden lukumäärä ensimmäisessä sekoittimessa (la) on vähintään neljä, mutta vähemmän kuin puolet molemmissa sekoittimissa olevien sekoituselementtien kokonaismäärästä, ja että sekoitus-laite käsittää lisäksi ensimmäisen sekoittimen (la) tulo-15 aukon edessä tai tuloaukossa olevan lisäyslaitteen (1213), jonka avulla pienviskoosista väliainetta (13) syötetään suurviskoosisen väliaineen (12) virtaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen staattinen laminaarisekoituslaite (l'K tunnettu siitä, että en- 20 simmäisen sekoittimen (la) poikkileikkauksen suhde toisen sekoittimen (Ib) poikkileikkaukseen on pienempi tai sama kuin yhden suhde kahteen (suhde V £ 1 : 2).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen staattinen laminaarisekoituslaite (1')/ tunnettu siitä, että 25 ensimmäinen sekoitin (la) muodostuu useista yhdensuuntaisesti sovitetuista sekoituskolonneista (46, 46')·

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen staattinen laminaarisekoituslaite, tunnettu siitä, että se käsittää lisäyslaitteen (1213), joka on tarkoitettu sovi- 30 tettavaksi ensimmäisen väliaineen virtaan (12), staatti--. seen laminaarisekoittimeen (la) tai sen eteen ja käsittää ensimmäisen väliaineen virrassa (12) olevan kaventavan välilevyn (14), joka on sovitettu toisen väliaineen (13) syöttöjohdon suuaukon alueelle ensimmäisen väliaineen vir-35 taan (12). « * e 95663

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen staattinen lami-naarisekoituslaite, tunnettu siitä, että lisäys-laitteen (1213) välilevyn (14) aukon poikkileikkaus on enintään puolet ensimmäisen väliaineen virran (12) poikki- 5 leikkauksesta välilevyn edessä.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen staattinen laminaarisekoituslaite, tunnettu siitä, että li-säyslaite (1213) käsittää välilevyn (44), jossa on useita aukkoja (40, 40').

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukaisen lami- naarisekoituslaitteen (1' ) käyttö nesteiden sekoittamiseksi, joiden viskositeettien ero on suuruusluokkaa 5 x 102 -107 olevalla alueella.

7 95663

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukaisen lami-15 naarisekoituslaitteen (1' ) käyttö mineraaliöljyn sekoitta miseksi polystyreenisulaan. · · M.t lii tl M 4 M .

. 9 95663