PL78423B1 - - Google Patents

Description

Krystalizator reakcyjny Przedmiotem wynalazku jest krystalizator reak¬ cyjny. Znane sa krystalizatory reakcyjne, w któ¬ rych ciecz zawierajaca material przeznaczony do krystalizacji jest poddawana odparowywaniu, w celu oddzielenia krysztalów w stanie nasyconym a nastepnie zupelnego ich wykrystalizowania. Zna¬ ny jest równiez krystalizator reakcyjny z szwaj¬ carskiego patentu nr 477 986, w którym ciecz za¬ wierajaca material przeznaczony do krystalizacji jest poddawana odparowywaniu i dodatkowemu przyspieszeniu katalizacji oraz wzrostowi krysz¬ talów przy doprowadzeniu powietrza i obiegowego mieszania za pomoca wirujacych lopatek.Wada znanego reaktora wykonanego wedlug szwajcarskiego patentu jest to, ze przy jego zasto¬ sowaniu nastepuje uszkodzenie krysztalów powo¬ dowanych wirowaniem lopatek oraz to, ze do obrotu lopatek wymagane jest doprowadzenie do¬ datkowego zródla energii.Wada znanego reaktora wykonanego wedlug stalizacji reakcyjnej jest trudnosc w uzyskaniu krysztalów o duzej wielkosci w porównaniu z kry¬ stalizacja przez ochladzanie lub odparowanie, przy czym rozdzielanie fazy stalej od cieklej jest rów¬ niez bardzo trudne. Prowadzono dotychczas bada¬ nia w celu uzyskania sposobów umozliwiajacych otrzymywanie grubych krysztalów o jednorodnej wielkosci i jakosci, nie daly pozytywnych wyni¬ ków przy czym trwaja nadal wysilki w celu wy¬ konania urzadzen, które okazalyby sie przydatne 15 20 25 30 do wytworzenia krzysztalów o wymaganych wy¬ miarach.Jedna z wielu przyczyn, które utrudniaja otrzy¬ manie krysztalów o duzej wielkosci przez krystali¬ zacje reakcyjna jest to, ze predkosc reakcji jest samoregulujaca sie i dlatego trudno jest ja re¬ gulowac w porównaniu z predkoscia chlodzenia lub z predkoscia odparowywania. Predkosc two¬ rzenia sie zarodków krystalizacji, która jest w przyblizeniu proporcjonalna do predkosci reakcji jest bardzo duza w porównaniu z predkoscia wzro¬ stu krysztalów co polega na zjawisku dyfuzji.Przewazajacym jest przy tym wzrost liczby za¬ rodków krystalizacji.W przypadku krystalizacji ciaglej krysztaly za¬ rodkowe juz istnieja. Gdy stezenie roztworu prze¬ syconego zmaleje do stanu zrównowazonej roz¬ puszczalnosci — to wazna jest zwykle zaleznosc wyrazona przez nastepujacy wzrów: — d c (d t = KsS(C-Co)n+Kn(C-Co)n ....(1) gdzie pierwsze wyrazenie z prawej strony równa¬ nia reprezentuje predkosc spadku koncentracji na skutek wzrostu krysztalów zarodkowych a drugie wyrazenie reprezentuje predkosc oparta na two¬ rzeniu sie zarodków krzysztalów, — C oznacza koncentracje, Co rozpuszczalnosc, min oznacza¬ ja rzad reakcji, S calkowita powierzchnia okreslo¬ na przez wielkosc krysztalów zarodkowych i przez 78 42378 423 3 gestosc krysztalów zarodkowych, natomiast Ks i Kn sa stalymi szybkosciami dla krysztalów za¬ rodkowych i dla tworzenia sie zarodków krysta¬ lizacji.Ze wzoru (1) wynika, ze w celu uzyskania gru¬ bych krysztalów wystepowanie srodków krystali¬ zacji i ekstrakcja krysztalów powinny byc wza¬ jemnie równowazone tak aby uniemozliwic nadmier¬ ne wystepowanie nowych zarodków krystalizacji i umozliwic dalsza krystalizacje jedynie na kry¬ sztalach zarodkowych. Jednakze w krystalizacji reakcyjnej drugie wyrazenie ma zwykle wartosc znacznie wieksza niz pierwsze. Wyjasnia to, dla- rCzego trudn.o^jejst otrzymac duze krysztaly w cza- feie •krystsiizacjrrdakcyjnej.Drugie wyrazenie prawej strony równania przy¬ biera wartosc wieksza w warunkach normalnych, ; poniewaz K| i Kn sa stalymi predkosciami, zwiazany- "~ffii~ ze zjawiskiem dyfuzji i ze zjawiskiem reakcji.W przypadku krystalizacji przez odparowywanie lub chlodzenie, wspólczynnik Kn jest regulowany przez predkosc odparowywania lub przez predkosc chlodzenia. Oznacza to, ze stosunkowo latwo jest regulowac wartosc Kn i mozna na skutek tego zmniejszyc wartosc drugiego wyrazenia. Przy tym typie krystalizacji jest zatem stosunkowo latwo otrzymac grube krysztaly.W przypadku krystalizacji reakcyjnej zasadni¬ czym wymaganiem jest zatem, by stopien przesy¬ cenia (C-C0) byl zmniejszony tak, aby zmniejszyc predkosc wytwarzania zarodków krystalizacji. 'Po¬ nadto powierzchnia S powinna byc zwiekszona przez zwiekszenie gestosci krysztalów, tak aby wzmóc wzrost krysztalów zarodkowych. Stala predkosc Ks powinna byc zwiekszona przez inten¬ syfikacje mieszania a ponadto czas zatrzymania powinien byc wystarczajaco wydluzony az do uzyskania równowagi wzrostu krysztalu. Celem wynalazku jest spelnienie omówionych wyzej wa¬ runków.Zadaniem wynalazku jest opracowanie konstruk¬ cji krystalizatora reakcyjnego, wyposazonego w elementy umozliwiajace klasyfikacje, przystosowa¬ ne do zawracania drobnych krysztalów do ukladu reakcyjnego w celu dodatkowego przetrzymania ich tak, aby usuwac z ukladu jedynie grube kry¬ sztaly. Krystalizator ten winien ponadto wykorzy¬ stywac powietrze jako sile napedowa do mieszania, aby uchronic krysztaly przed mozliwymi w innych przypadkach uszkodzeniami.Katalizator reakcyjny wedlug wynalazku ma górna czesc ze strefa zawiesinowa i dolna czesc ze strefa klasyfikacyjna.Strefa zawiesinowa zawiera zewnetrzna cieczowa komore z otwartym dolnym koncem, wewnetrzna komore cyrkulacyjna, komore reakcyjna zawarta w komorze cyrkulacyjnej i majaca swój górny i dolny koniec otwarty, oraz przewody przeznaczo¬ ne do dostarczania powietrza w kierunku górnym do komory reakcyjnej. Strefa klasyfikacyjna jest wyposazona w otwór do usuwania krysztalów i polaczona u góry z komora reakcyjna. Komora cieczowa jest polaczona ze strefa klasyfikacyjna na zewnatrz ukladu. Strefa klasyfikacyjna ma równiez przewody doprowadzajace powietrze. Za- 4 wiesina wytwarzana na skutek reakcji reagentów A i B jest poczatkowo podawana do komory cie¬ czowej, gdzie jest grawitacyjnie rozdzielana na czysta ciecz macierzysta i gesta zawiesine. Reakcja 5 postepuje stopniowo wewnatrz gestej zawiesiny.W zawiesinie tej wytwarzana jest cyrkulacja w duzej objetosci za pomoca powietrza dostarczanego do strefy zawiesinowej, tak aby rozcienczyc do¬ prowadzone reagenty i zapewnic przez to zmniej¬ szenie stopnia przesycenia. Efekt mieszania wy¬ twarzany przez przeplyw w duzej objetosci gestej zawiesiny jest wykorzystywany do wmozenia prze¬ noszenia materialów. Nadmiar drobnych krysztalów zawracany jest do strefy reakcyjne na skutek skierowanego do góry przeplywu wytwarzanego wspólnie przez czysty plyn macierzysty podawa¬ ny do strefy klasyfikacyjnej i przez unoszace sie do góry pecherzyki powietrza. Uzyskane na skutek tego dzialanie klasyfikujace powoduje zwieksze¬ nie czasu pozostawania drobnych^ krysztalów i zmniejszenie czasu pozostawania krysztalów gru¬ bych. Z ukladu uzyskuje sie zatem krysztaly duze i o jednakowej wielkosci.Wynalazek jest dokladniej opisany w przykla¬ dzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pierwszy przyklad wykonania krysta¬ lizatora reakcyjnego wedlug wynalazku w prze¬ kroju, a fig. 2 przedstawia drugi przyklad wyko¬ nania krystalizatora wedlug wynalazku w prze¬ kroju.Pionowy reakcyjny zbiornik 1 o kolowym prze¬ kroju poprzecznym zawiera górna kolumne 2 ma¬ jaca wieksza srednice, srodkowa kolumne 3 o sred¬ nicy mniejszej w stosunku do srednicy kolumny 2 i dolna kolumne 4 o srednicy mniejszej od sred¬ nicy kolumny 3. Pionowe osie kolumn 2, 3, 4 po¬ krywaja sie z osia Y-Y zbiornika 1, to jest, sa one wspólosiowe wzgledem siebie oraz wzgledem zbior¬ nika. Polaczenia miedzy górna kolumna 2 a srod¬ kowa kolumna 3 i miedzy srodkowa kolumna 3 a dolna kolumna 4 sa wykonane za pomoca stoz¬ kowych tulejowych zlacz 2a i 3a. Dolny koniec kolumny 4 zawiera stozkowe zakonczenie 4a, któ¬ re jest polaczone z wylotowym kanalem 5.Wewnatrz górnej kolumny 2 umieszczony jest cylinder 6, który umocowany jest do górnego dna 1' zbiornika 1 tak, ze w polaczeniu z górna ko¬ lumna dolny koniec tego cylindra tworzy pierscie¬ niowa komore 7, której dolny koniec jest otwar¬ ty. Drugi cylinder 8, posiadajacy srednice mniej¬ sza w stosunku do srodkowej kolumny 3 oraz mniejsza w stosunku do wewnetrznego cylindra 6 a wieksza w stosunku do dolnej kolumny 4, umieszczony jest wewnatrz srodkowej kolumny 3, przy czym jego górny koniec wchodzi w pierw¬ szy wewnetrzny cylinder 6. Drugi wewnetrzny cy¬ linder zawiera reakcyjna komore 9, której koniec dolny i górny sa otwarte. W polaczeniu z pierw¬ szym wewnetrznym cylindrem 6 i srodkowa ko¬ lumna 3, drugi wewnetrzny cylinder tworzy rów¬ niez pierscieniowa cyrkulacyjna komore 10, której dolny i górny koniec jest otwarty.Wewnetrzne cylindry 6 i 8 umieszczone sa wspól¬ osiowo w zbiorniku 1.Jeden z reagentów, reagent A podawany jest do' 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6078 423 5 dolu przez zasilajaca rure 11 do reakcyjnej komo¬ ry 9, a drugi reagent B jest podawany do góry — reakcyjnej komory 9 w polaczeniu z powietrzem lub gazem obojetnym. Aby umozliwic podawanie reagentu B razem z powietrzem do góry w kie¬ runku reakcyjnej komory 9 urzadzenie wedlug fig. 1 jest wyposazone w zasilajaca rure 12, prze¬ znaczona do doplywu reagentu B, i dystrybutor powietrza usytuowany oddzielnie od zasilajacej rury 12. W innym rozwiazaniu tego urzadzenia, uwidocznionym na fig. 2, do zasilajacej rury 12 dolaczony jest powietrzny przewód 13' tak, aby umozliwic mieszanie sie powietrza z reagentem B, na skutek czego powietrze jest dostarczane w po¬ staci drobnych pecherzyków ukazujacych sie na wyjsciu reagentu B z zasilajacej rury 12. W scia¬ nie górnego dna 1' zbiornika 1, w polozeniu wew¬ natrz obszaru górnego dna zamknietego przez pierwszy cylinder wewnetrzny, usytuowany jest wylotowy króciec 14, przez który powietrze ucho¬ dzi ze zbiornika.Pierscieniowa komora 7 w swej bocznej czesci wyposazona jest w wylotowy króciec 16, przezna¬ czony do odprowadzania ze zbiornika czesci cieczy zbierajacej sie ponad przelewem 15. Na poziomie ponizej podstawy rury 16 pierscieniowa komora 7 jest polaczona z dolna kolumna 4 za pomoca ru¬ ry 17. Wewnatrz dolnej kolumny 4, w polozeniu powyzej poziomu, na którym zewnetrzna rura 17 jest polaczona z dolna kolumna 4 umieszczony jest powietrzny dystrybutor 18, przeznaczony do dopro¬ wadzenia powietrza do wnetrza kolumny 4.Wedlug przedstawionego przykladu strefa za¬ wiesinowa zlozona jest z zewnetrznej, pierscieno- wej komory 7, cyrkulacyjnej komory 10, reakcyj¬ nej komory 9 otoczonej cyrkulacyjna komora 10 i dystrybutora 13 przeznaczonego do doprowadza¬ nia powietrza do reakcyjnej komory 9 lub tez po¬ wietrznego przewodu 13'. Reagenty A i B reaguja ze soba wewnatrz reakcyjnej komory 9. Strefa klasyfikacyjna utworzona jest przez dolna kolum¬ ne 4 zbiornika 1. Strefa, ta laczy sie u góry z re¬ akcyjna komora 9. Ponadto jest ona polaczona z glówna pierscieniowa komora. 7 strefy zawiesi¬ nowej za pomoca rury 17. Powietrzny dystrybutor 18 jest umieszczony w polozeniu powyzej poziomu, na którym czysta ciecz jest wprowadzana do stre¬ fy klasyfikacyjnej poprzez rure 17. Jak wynika z wzoru (1) wystepowanie zarodków krystalizacji wzrasta, gdy reagenty A i B sa ze soba mieszane podczas gdy ich koncentracje sa utrzymywane na poczatkowych, wysokich wartosciach. Urzadzenie przedstawione na fig. 1 jest tak skontruowane, ze reagent A jest wprowadzany do dolu a reagent B jest wprowadzany do góry reakcyjnej komory 9, w której reagenty te poddawane sa stopniowemu mieszaniu przy równoczesnym ich rozcienczaniu ciecza przeplywajaca przez reakcyjna cyrkulacyjna komore. Reagenty A, B moga byc wprowadzane do dolu lub do góry, niezaleznie od siebie — przy czym reagenty te moga byc rozcienczane duza ilos¬ cia cyrkulacyjnej cieczy.Zawiesina krysztalów wytwarzana jest podczas reakcji miedzy reagentami A i B, co tworzy po¬ wierzchnie miedzyfazowa 19 warstwy krysztalów 6 w pierscieniowej komorze 7, gdzie na skutek gra¬ witacyjnego przyciagania nastepuje rozdzial na czysta ciecz i gesta zawiesine. Ciecz jest przetla¬ czana przez rure 17 do dolnej kolumny 4. Czesc 5 cieczy, która wyplywa nad przelew 15 jest odpro¬ wadzana z ukladu przez wylotowy króciec 16. Ge¬ sta zawiesina przeplywa przez reakcyjna komore 9 i cyrkulacyjna komore 10 na zasadzie róznicy gestosci, miedzy tymi komorami 9 i 10 wytwarza¬ nej przez powietrze do góry reakcyjna komora 9.W wyniku tego reagenty A i B, które dostar¬ czane sa na zarodkach krysztalów, gesto zawieszo¬ nych w pradzie cyrkulacyjnym w komorze reak¬ cyjnej 9, dzieki czemu krysztaly te moga wzrastac do duzych rozmiarów. Czesc reagentów A i B, która bierze udzial w tworzeniu zarodków kryszta¬ lów, tworzy krysztaly bardzo male. Uniemozliwio¬ no przy tym opadanie drobnych krysztalów za po¬ moca skierowanego do góry przeplywu przez rure 20 17, który to przeplyw jest wytwarzany na skutek wspóldzialania miedzy ciecza wprowadzana do dolnej kolumny przez rure 17 a powietrzem wpro¬ wadzanym przez powietrzny dystrybutor 18.Gdy drobne krysztaly osiagna juz wielkosc wy¬ starczajaca do pokonania dzialania skierowanego do góry przeplywu, to opadaja one i gromadza sie przy kanale wylotowym we wnetrzu kolumny 3, która tworzy strefe powrotu drobnych krysztalów.Gromadzace sie w ten sposób przy kanale wylo¬ towym krysztaly o znacznej wielkosci odprowadza¬ ne sa na zewnatrz przez otwór 5.Miejsca wprowadzania reagentów A i B sa usy¬ tuowane powyzej i ponizej reakcyjnej komory 9 w której cyrkulacyjny strumien, zawierajacy w , sobie gesta zawiesine zarodków krysztalów, ma najwieksza wartosc. Miejsca te sa oddzielone w pionie odcinkami od granic wymienionej komory.Gdy reagenty A i B byly mieszane w tym cza¬ sie, gdy maja jeszcze duze stezenie, to wystepo- Mn wanie zarodków krystalizacji zwiekszylo by sie, 40 co wynika z podanego wyzej wzoru (1). W przed¬ stawionym urzadzeniu reagenty sa jednak rozcien¬ czone, przez przeplyw obiegowy i mieszaja sie ze soba stopniowo. W przedstawionym urzadzeniu nie ma zatym wady, polegajacej na nadmiernym wystepowaniu zarodków krystalizacji.Jak wynika z powyzszego opisu urzadzenie we¬ dlug wynalazku uniemozliwia nadmierne wystepo¬ wania zarodków krystalizacji w strefie zawiesiny 50 krysztalów w górnej czesci urzadzenia a ponadto zapewnia wzrost krysztalów powyzej wielkosci krysztalów zarodkowych, na skutek czego kryszta¬ ly osiagaja duza wielkosc. W urzadzeniu tym na¬ stepuje równiez klasyfikacja krysztalów pod wzgle- 55 dem wielkosci tak, ze w strefie zawracania drob¬ nych krysztalów uniemozliwione zostaje opadanie malych krysztalów. Dzieki temu, w urzadzeniu wedlug wynalazku mozna otrzymac krysztaly duze i o jednakowej wielkosci. Ponadto wewnatrz urza- 60 dzenia wytwarzany jest przeplyw do góry przez zastosowanie powietrza lub jakiegos innego, od¬ powiedniego gazu obojetnego bez uciekania sie do srodków mechanicznych. Zaleta urzadzenia jest to, ze nie nastepuje przy nim pekanie krysztalów na 65 skutek uderzen mechanicznych, a ponadto urza-78 423 8 dzenie nie zawiera zadnych czesci ruchomej po¬ wodujacej uszkodzenie mechaniczne.Gdy przykladowo urzadzenie wedlug wynalazku jest zastosowane w ukladzie przeznaczonym do wytwarzania gipsu na skutek reakcji wodnego roz- 5 tworu kwasu siarkowego z materialem zawieraja¬ cym wapn, na przyklad z kamieniem wapiennym, to uzyskuje sie dodatkowa zalete, polegajaca na tym, ze zawarty w ukladzie kwas siarkowy prze¬ nosi duza ilosc tlenu pochodzacego z doplywu po- 10 wietrza, w wyniku czego stal nie ulega skorodo¬ waniu. Fakt ten stanowi zalete ekonomiczna urza¬ dzenia wedlug wynalazku.Poniewaz czysta ciecz jest odprowadzana z gór¬ nej czesci urzadzenia, to koncentracja gestej war- 15 stwy zawiesiny jest utrzymana na stalym pozio¬ mie. Na skutek tego z kwasu siarkowego o sto¬ sunkowo malym stezeniu mozna równiez otrzymac krysztaly o stalej jakosci jedynie przy zwiekszo¬ nej ilosci czystej cieczy. 20 Urzadzenie wedlug wynalazku mozna zaprojek¬ towac w rózny sposób, aby dostosowac je do re¬ agentów A i B, które maja byc zastosowane. Ist¬ nieja pewne warunki, które musza byc spelnione we wszystkich mozliwych rozwiazaniach urzadze¬ nia wedlug wynalazku. Warunek pierwszy dotyczy ilosci doprowadzonego powietrza. Praktycznie naj¬ wiekszy wspólczynnik retencji pecherzyków powie¬ trza i najwiekszy wspólczynnik cyrkulacji, mozna uzyskac przez wdmuchiwanie powietrza w komore 30 reakcyjna 9 z predkoscia objetosciowa 300 m8/m2 na godzine.Drugi warunek, dotyczy przeplywu cieczy do gó¬ ry z wzrastajaca predkoscia w pierscieniowej ko- 35 morze 7, który byl ustalony dla wartosci wystar¬ czajaco malej, aby uniemozliwic wyplywanie dro¬ bnych krysztalów do góry. Trzecim warunkiem jest to, by ilosc cieczy przeplywajacej przez rure 17 byla ustalona tak, aby mozna bylo uzyskac 40 predkosc przeplywu, przy której ciecz moze wzno¬ sic sie do góry az do górnej kolumny zabierajac ze soba drobne krysztaly. Ilosc powietrza dopro¬ wadzanego przez powietrzny dystrybutor 18 win¬ na byc taka, aby mozna bylo odwrócic przeplyw 45 drobnych krysztalów i ustalic, zaleznie od istnieja¬ cych warunków, wartosci napedowej sily niezbed¬ nej do wytworzenia skierowanego do góry stru¬ mienia cieczy. Stabilny przeplyw cieczy do góry moze byc uzyskany przez ustalenie predkosci obje¬ tosciowej powietrza w zakresie 20—100 m3/m2 na godzine. Koncentracja krysztalów w gestej zawie¬ sinie winna byc zgodnie z wzorem (1) mozliwie najwieksza, przy czym jest ona jednak ograniczo¬ na ze wzgledu na wspólczynnik plynnosci i dla¬ tego moze byc w zakresie 300—600 g/l. PL PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Krystalizator reakcyjny, zawierajacy za¬ wiesinowa strefe w górnej swej czesci oraz stre¬ fe klasyfikacyjna w dolnej czesci, znamienny tym, ze zawiesinowa strefa zawiera zewnetrza komore (7) z dolnym otworem przystosowanym do oddzie¬ lenia krystalicznej zawiesiny i utworzenia zage¬ szczonej zawiesiny oraz oczyszczenia roztworu przez odwirowanie zewnetrzna rure (17) do krysta¬ lizacji czesci oczyszczonego roztworu w zewnetrznej komorze (7), oddzielajacej strefy (4), wewnetrznej mieszalnikowej komory (10) umieszczonej wew¬ natrz komory (7), reakcyjnej komory (9) umiesz¬ czonej wewnatrz mieszalnikowej komory (10) przy¬ stosowanej do odbioru substancji wprowadzonej do komory, nadmuchowej rury (13) przystosowa¬ nej do doprowadzania powietrza do górnej strefy komory (9) i powietrznego rozdzielnika (18) przy¬ stosowanego do wprowadzania powietrza do od¬ dzielajacej strefy (4).

2. Krystalizator reakcyjny wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze powietrzne przewody (13) i (18) zawieraja otwory umieszczone wewnatrz komór skierowane w kierunku górnym.

3. Krystalizator reakcyjny wedlug zastrz. 1, zna¬ mienny tym, ze zawiera rure (11) przeznaczona do doprowadzania reagujacej substancji A i rure (12) do doprowadzania reagujacej substancji B które podaja substancje z przeciwleglych kierunków do reakcyjnej komory (9).

4. Krystalizator reakcyjny wedlug zastrz. 1, zna¬ mienny tym, ze zawiera riire (11) przeznaczona do doprowadzenia reagujacej substancji A i rure (12) do doprowadzania reagujacej substancji B, które podaja substancje z równoleglych kierunków do dolnej czesci reakcyjnej komory (9).KI. 12c, 2 78 423 MKP BOld 9/02 FIGI ¦N 2-^. 7— ir 10" -6 ^ 2a^..' 13 1 ;;;"; ^1 o © o- • o o * • * y y y y v k ,15 -16 -17 8 -3 B^C^"/3a 13' FIG. 2 Fó9° 18-4 B-t n taKL 8 Li_^- « . • 3 5 hA Aa Errata Lam: 1, wiersz 20 Jest: Wada znacznego reaktora wykona¬ nego wedlug Powinno byc: Wada znanych urzadzen przezna¬ czonych do kry- PL PL