NO874923L - Kjemisk reaktor, samt fremgangsmaate for fremstilling av et fortynnet produkt. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en kjemisk reaktor som er spesielt egnet, skjønt ikke utelukkende, for fremstilling av desinfiserende produkter. Oppfinnelsen strekker seg videre til apparat og fremgangsmåte for styrt fortynning av nevnte desinfeksjonsmidler for å gjøre dem egnet for bruk.

Britisk patentsøknad nr. 8531384, ikke publisert på prioritetsdagen for foreliggende søknad, beskriver en industriell metode for å "sanitisere" overflater, ved å fremstille permaursyre og påføre den en effektiv konsentrasjon på overflaten, umiddelbart eller et tidsrom før nedbrytning gjør den ineffektiv.

Sistnevnte metode er et fremskritt i forhold til den tidligere kjente anvendelse av f.eks. pereddiksyre. Permaursyre og pereddiksyre er eksempler på persyrer generelt, som konven-sjonelt fremstilles ved omsetning av hydrogenperoksyd og den aktuelle organiske syre, eventuelt i nærvær av en egnet katalysator, f.eks. en sterk syre. Slike persyrer har en iboende tendens til ustabilitet, hvilket betyr at deres effektive virkelevetid er begrenset. Dette gjelder spesielt permaursyre. Derfor krever den fremgangsmåte som før nevnte patentsøknad omhandler, fremstilling av permaursyre og å

anvende den umiddelbart eller innen et relativt kort tidsrom etterpå. Imidlertid ville slik fremstilling og snarlig bruk være sterkt ønskelig ved anvendelse av enhver persyre som er tiltenkt for slike formål, eller faktisk når det gjelder enhver ustabil substans for lignende eller sammenlignbare formål.

I henhold til et aspekt ved foreliggende oppfinnelse har

vi foreslått en kjemisk reaktor, egnet for slik fremstilling, som omfatter et reaksjonskammer som har et innløp for reaktanter og et utløp for reaksjonsprodukt, idet reaksjonskammeret er forsynt med hjelpemidler for å hindre tilgang av reaktanter for å redusere turbulens til et minimum etterhvert som de blander seg med væskemengder som allerede er i reaktoren, hvor utløpet er anbragt langt bort fra nevnte hjelpemiddel for å hindre tilgang.

Denne reaktor er egnet for enten kontinuerlig eller

satsvis drift. Når det gjelder satsvis drift, støter reaktantene som kommer inn i reaksjonskammeret, på hjelpemidler for å

hindre deres tilgang, og blander seg deretter med væskemengden uten vesentlig å forstyrre den. Således vil konsentrasjonen av

reaksjonsprodukt på ethvert tidspunkt være størst like ved det utløp som ligger fjernt. Det samme gjelder for kontinuerlig drift, med unntagelse av at reaktant:produkt gradienten vil være etablert i en tilstand av dynamisk likevekt. Utløpet tjener da til å fjerne væske som generelt har den lengste oppholdstid i reaksjonskammeret, dvs. som generelt har den høyeste konsentrasjon av reaksjonsprodukt. Av denne grunn er fordelene ved denne reaktoren spesielt viktige for kontiunerlig driftsmåte.

Hjelpemidlene for å hindre tilgang av reaktanter kan være enhver fysisk hindring som forhindrer hoveddelen av innstrømmende reaktanter fra å støte direkte på overflaten av væskemengden, men forsinker eller oppholder den slik at den så kan føres inn i væsken med minimal turbulens. Imidlertid har vi funnet det spesielt fordelaktig å anvende for dette formål et flytelegeme som er anbragt slik at det flyter på toppen av væsken med en vei tilveiebragt for å tillate reaktanter å passere flytelegemet inn i nevnte væskemengde.

Det er spesielt foretrukket å forsyne flytelegemet med en omkretsmessig kant for å holde væsken på toppen av flytelegemet. Ikke bare sørger dette for et "reservoar" for reaktantene etter at de er kommet inn, slik at de kan blande seg grundig med hverandre og begynne å reagere, men den absorberer meget av den kinetiske energi i inngangsstrømmen av reaktanter. Det er deretter foretrukket at den veien som slipper reaktantene inn i væskemengden, som skal tilveiebringes i form av et gap mellom kanten og innsiden av reaksjonskammeret. Således drypper den væske som holdes innenfor kanten, forsiktig nedover siden, som en demning. Det vil forstås at det er mest bekvemt at den innvendige profil av reaksjonskammeret, og også flytelegemet,

er i alt vesentlig sirkeformet. Imidlertid skal det bemerkes at andre hjelpemidler er mulige for å slippe reaktantene forbi flytelegemet inn i væskemengden, f.eks. et eller flere små hull i flytelegemets overflate, eller ved å gjøre minst en del av flytelegemet av et væskegjennomtrengelig materiale.

Ytterligere trekk ved foreliggende oppfinnelse vedrører

den aktuelle fortynningsprosess, for å fortynne reaksjons-produktene før de benyttes til "sanitisering".

Således tilveiebringer foreliggende oppfinnelse apparat og fremgangsmåte for å fremstille et fortynnet reaksjonsprodukt ved: a) å bevirke en reaksjon mellom to eller flere reaktanter, ønskelig i en reaktor som angitt ovenfor, for å danne et reaksj onsprodukt; b) å fortynne reaksjonsproduktet; c) å overvåke konsentrasjonen av reaksjonsprodukt etter

fortynning, ved å anvende en elektrokjemisk sensor; og

d) å regulere fortynningen av reaksjonsproduktet i overensstemmelse med sensorens gjennomstrømning.

Et system som er blitt kjent i senere tid, som anvender pereddiksyre som "sanitizer" anvender en redoks-elektrokjemisk måling som del av et kontrollsystem som styrer fortynningen av "sanitizer". Imidlertid lider dette av den ulempe at sensoren kan være ømfintlig overfor "interfererende" stoffer i væsken, som enten gir mindre enn perfekt måling av persyrekonsentrasjon, eller krever tilsetning av et annet kjemikalium til væsken for å undertrykke interferensen. Vi har funnet at vi kan overvinne dette problem ved anvendelse av en amperometrisk teknikk.

Denne er generelt anvendelig for å overvåke konsentrasjon av ustabile reaksjonsprodukter i fortynningsoperasjoner.

Det er et foretrukket trekk ved oppfinnelsen å benytte en amperometrisk elektrokjemisk sensor, som ønskelig har en arbeidselektrode, en motelektrode og en referanseelektrode.

Fortrinnsvis anvendes en annen amperometrisk elektrokjemisk sensor av vesentlig identisk konstruksjon til å overvåke persyrekonsentrasjonen i reaksjonsprodukter før fortynning,

idet gjennomstrømningen i de to sensorer blir anvendt for å styre fortynningen.

Regulering av fortynningsblandingen kan oppnås enten ved "feedback" eller ved fremadrettede mateteknikker eller kombi-nasjon av de to. "Feedback"-regulering ville anvende konsentrasjonen av den fortynnede løsning til å regulere tilsetningen av fortynningsmiddel. Fremadrettet materegulering ville anvende konsentrasjonen i reaksjonsblandingen for å forutsi den nødvendig mengde fortynningsmiddel. Kombinasjonen fremadrettet mating/"feedback"-teknikk ville i tillegg anvende den fortynnede produktmåling for å tilpasse fortynningsmiddel-forutsigelses-beregningen.

I en foretrukken utførelsesform er reaksjonen mellom en organisk syre og hydrogenperoksyd, slik at det dannes en persyre. Mest fortrukket er dette reaksjonen mellom maursyre og hydrogenperoksyd, eventuelt i nærvær av en liten mengde katalysator, f.eks. en sterk mineralsyre (f.eks. svovelsyre) slik at det dannes permaursyre.

Når den aktuelle persyre er pereddiksyre eller permaursyre, er det spesielt foretrukket at arbeidselektroden er avgitt av gull og opereres ved et potensial på rundt 0 volt. For å være av betydning i termodynamiske termer bør slike potensialer uttrykkes i forhold til en nominell referanseelektrode. I dette tilfelle er den foretrukne referanse Ag/AgCl-elektroden.

Foreliggende oppfinnelse skal nå illustreres ved hjelp av eksempler og ikke-begrensende utførelsesformer, med henvisning til de ledsagende tegninger hvor: FIGUR 1 viser, i aksialt tverrsnitt, et reaksjonskar i henhold til foreliggende oppfinnelse. FIGUR 2 viser et tverrsnittsriss av et valgfritt blande-kammer for blanding av reaktanter før de innføres i blandetanken som er vist i figur 1.

FIGUR 3 viser et skjematisk riss av en PFA-reaktorenhet

som inkorporerer reaksjonskaret fra figur 1.

FIGUR 4 viser et skjematisk riss av reaktorenheten fra figur 3, inkorporert i et CIP-system. Figur 1 viser et reaksjonskar 1 som omfatter et i det vesentlige sylindrisk reaksjonskammer 3. Kammeret har et innløp i øvre område av sin kurvede vegg, og omfatter et kar av reaktant-innløpsledninger 7,9. Et utløp 11 for reaksjonsproduktet er beliggende i den nederste ende av kammeret. Et i det vesentlige sirkulært skiveformet flytelegeme 13 av høytetthets-polytylen flyter på toppen av væskemengden 15 som omfatter reaksjonsvæsken.

Etterhvert som reaktantene 17 (hydrogenperoksyd og maursyre) kommer inn i kammeret via innløpsledningene 7, 9, støter de på flytelegemet og fyller den nedsenkede del 19 av flytelegemet, bundet av en opphevet kant 20. De flytende reaktanter flommer deretter over siden ved 23 og kommer inn i væskemengden via gapet 25 mellom flytelegemet og innerveggen i reaksjonskammeret. En liten væskemengde vil uunngåelig også flyte gjennom gapet som defineres av senterhullet 31 i flytelegemet og målerøret 27 i en nivåsensor 29 av kondensjonell type.

Nivåsensoren omfatter også et målehode 33 som gir en elektrisk effekt på kabel 35, i overensstemmelse med det aktuelle overflatenivå for væskemengden og/eller flytelegemet inne i kammeret. Sensorens effekt anvendes for å regulere væskestrømningshastigheten til de innstrømmende reaktanter og utstrømningen av reaksjonsprodukt ved 11. Dette produkt inneholder en vesentlig andel av permaursyre (PFA).

Prinsippet for drift av denne reaktor er at når strøm-ningshastighetene er blitt innstilt korrekt, eksisterer det en konsentrasjonsgradient av persyre i væskemengden, fra et minimum i området for flytelegemet, til et maksimum i området for utløpet.

Som vist i figur 1, kommer reaktantene inn via separate rørledninger, og den første blanding finner sted i den nedsenkede del av flytelegemet. Imidlertid kan det være fordelaktig å forhåndsblande reaktantene i et separat kammer av den type som vist i figur 2. Her omfatter en mikser 41 en miksetank 43 som har et innløp 45 som omfatter et par av rørledninger 47, 49.

Et utløp 51 er tilveiebragt i form av et rør som har en seksjon 53 som stikker inn i tanken. De innstrømmende reaktanter 55 blander seg i væskemengden 57, hvis overflate antar nivået for toppen 61 i den utstikkende seksjon av utløpsrøret som er forbundet direkte med reaksjonskaret.

Figur 3 viser en reaktorenhet 71, som inkorporerer et reaksjonskar 1 av den type som er vist i figur 1, som i dette tilfelle har et innløp 73 i form av en enkelt rørledning 75 som mates ved en enkelt mikser 77. Mikseren kombinerer utløpene 79, 81 for perisaltiske pumper respektive 83, 85. Disse oppnår på sin side forråd av reaktantene hydrogenperoksyd og maursyre fra innløpene 87, 89.

Utløpet fra reaktoren mater pumpen 91 hvor det fortynnes med vann fra rørledning 93, forbundet med vannforrådet 95. Fortynningsgraden reguleres av automatiske ventiler 97 på en måte som skal beskrives ytterligere nedenunder. De fortynnede utløpsforråd fortynner PFA fra utløpet 99 til et CIP-system, f.eks. som vist i figur 4.

Her omfatter et CIP-system 105 en CIP-enhet 107 som er forbundet med første, annen og opptil den n'te utstyrsledninger 109, 111, 113 respektive. CIP-systemet er forbundet med PFA-reaktorenheten 71, vist tidligere i figur 3. CIP-enheten selv er utstyrt med innløp 115, 117, 119 for vann, kraft og vaskemiddel. Vannet og vaskemiddelet lagres i reservoarene 121, 12 3 og kombineres i miksetank 12 5. Permaursyren kan tilsettes direkte til miksetanken eller til dens utløp 127.

Blandingen av vann, vaskemiddel og PFA blir drevet frem av pumpen 129 inn i utstyrsledningene.

Der hvor reguleringene ikke vil tillate direkte kobling av en slik reaktorenhet til vannforrådet, kan reaktanten blandes før den kommer inn i reaksjonskaret ved at den faller ned i en trakt. Vann blir deretter bare forbundet med reaktoren for spyling mellom operasjonene, og all fortynning av reaksjonsprodukter inntreffer inne i selve CIP-systemet.

For regulering av desinfeksjon kan PFA-sensorer være tilveiebragt ved et eller flere av en rekke steder, men fortrinnsvis i alle. Således kan en sensor være tilveiebragt i miksetanken ved 131, pumpeutløpet ved 135 og i utstyrsledningene ved 137, 139 og 141.

Disse sensorer er tre-elektrode-amperometriske innretninger som kan ha en form som ville være kjent for fagmannen på området. Arbeidselektroden er av gull og er arrangert ved passende kretsdannelse for å virke ved en spenning på i alt vesentlig 0 volt. Referanseelektroden er sølv/sølvklorid, og motelektroden er av platina. Utløpene 143, 145, 147, 149, 151 mates til riktig elektronisk kontrollkretsdannelse og anvendes for å regulere graden av fortynning ved drift av de automatiske blandeventiler 97, vist i figur 3. Måten denne regulering utføres på, vil også være innlysende for fagmannen på området.

Sammenlignende målinger, for formålet med forbedret styring, kan gjøres ved anvendelse av identiske sensorer. Således kan f.eks. en sensor 153 være tilveiebragt på utløpet for fortynnet PFA i reaktorenheten, idet utløpet 155 igjen blir matet til styringskretsdannelsen. I tillegg eller alternativt kan en annen sensor være anbragt i reaktantutløpet 11 (se figur 3) i PFA-reaktoren.

Claims (10)

1. Kjemisk reaktor omfattende et reaksjonskammer som har et reaktant-innløp og et reaksjonsprodukt-utløp,karakterisert vedat reaksjonskammeret er forsynt med hjelpemidler for å hindre inntreden av reaktanter for å redusere turbulens til et minium, etterhvert som de blander seg med eventuell væskemengde som allerede er i beholderen, og at utløpet er beliggende fjernt fra nevnte midler for å hindre innløp.

2. Reaktor som angitt i krav 1,karakterisertved at hjelpemidlene for å hindre innløp er et flytelegeme som er anbragt til å flyte på toppen av nevnte væskemengde for å dekke i det minste en hoveddel derav, idet en vei er tilveiebragt for å slippe reaktantene forbi flytelegemet inn i væskemengden.

3. Reaktor som angitt i krav 2,karakterisertved at flytelegemet har en omkretsmessig kant for å holde på væske på toppen av flytelegemet, og at veien for å slippe reaktanter forbi flytelegemet er tilveiebragt ved et gap mellom kanten og innsiden av reaksjonskammeret.

4. Reaktor som angitt i hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat en nivå-sensor er tilveiebragt for å styre innløpshastigheten for reaktanter og utstrømning av reaksjonsprodukt.

5. Reaktor som angitt i krav 4, i avhengighet av krav 2 eller 3,karakterisert vedat en del av nivå-sensoren stikker gjennom et hull inn i flytelegemet.

6. Apparat for fremstilling og fortynning av et reaksjonsprodukt,karakterisert vedat det omfatter en reaktor i henhold til hvilket som helst av de foregående krav for fremstilling av reaksjonsprodukter, hjelpemidler for å fortynne reaksjonsproduktet, en elektrokjemisk senor for å måle reaksjonsprodukts konsentrasjon, samt en regulator som er anbragt for å regulere fortynningen av reaksjonsproduktet i overensstemmelse med sensorens effekt.

7. Apparat som angitt i krav 6, for å regulere fortynningen av en persyre,karakterisert vedat sensoren er en amperometrisk elektrokjemisk sensor som omfatter en volt-elektrode, en referanseelektrode og en arbeidselektrode av gull, arrangert slik at de virker ved et potensial på rundt 0 volt i forhold til referanseelektroden.

8. Apparat som angitt i krav 6 eller 7,karakterisert vedat sensoren er anbragt for måle reaksjonsproduktets konsentrasjon etter fortynningen.

9. Apparat som angitt i krav 8, forbundet med et system som benytter reaksjonsproduktet,karakterisert vedat en eller flere ytterligere sensorer er anbragt for å måle reaksjonsproduktets konsenstrasjon ved punkter i systemet.

10. Apparat som angitt i krav 8 eller 9,karakterisert vedat en sensor som er i det vesentlige identisk med den eller de andre er anbragt for å holde reaksjonsproduktets konsentrasjon før fortynning, og at dens effekt anvendes for sammenlignende styring.