SE456725B - Saett att dispergera gas i en vaetska foer att bilda en suspension av gas, vaetska och ett pulverformigt fast aemne i vaetskan och aastadkomma ett kraftigt stroemningsfaelt som uppraetthaaller suspensionen samt omroerare foer genomfoerande av saettet. - Google Patents

Description

456 725 följande hänvisningarna beträffar just denna litteraturhän- visning.

Ett exempel pà omröring av ett pulverformígt fast ämne med en vätska utgör enkla s.k. pitch-blade-omrörare med 450 -blad- vinkel (Ullmann, sidan 261, Abb 3, g), vilka som nedåt tryckande åstadkommer en från reaktorns centrum nedåt och vid dess kanter uppåt riktad strömning under samtidigt åstadkommande av turbulens som är viktig för reaktionerna.

Det finns också standardlösningar för att dispergera gas i en vätska: - ett eller flera munstycken, genom vilka gasen bildar små bubblor, då den strömmar ut, - i en omrörare i form av en turbin (Ullman, sidan 261, Abb 3, a), med vertikala vingar kommer gasen som har letts under omröraren till omrörarens verkningsomrâde och disper- geras till desto mindre bubblor, ju större effekt turbinen har, - för att dispergera gas använder man också s.k. självsugande korsrör (Ullman, sidan 276, Abb 19), dvs. från nedre ändan aven ihålig axel avgrenar sig gasutrymmet vanligen till fyra, vid sina spetsar öppna rör. På grund av undertrycket i gas- utrymmet förorsakat av det roterande korsröret strömmar gasen ut och dispergeras till bubblor i reaktorns vätskeutrymme.

Det är att märka att då lösningens vätsketemperatur mfiger,stmær samtidigt ângtrycket varvid effekten av undertrycket försvagas.

Saken blir emellertid mera invecklad om samtidigt gasen skall dispergeras effektivt till små bubblor och ytterligare det pulverformiga fasta ämnet skall hållas i god suspension med vätskan. Inget av de ovannämnda sätten kan tillfreds- ställa båda kraven, dispergeringen och upprätthållandet av suspensionen samtidigt tillräckligt väl, i synnerhet om det fasta ämnet är grovkornigt och suspensionstätheten är StOf. 456 72 Föreliggande uppfinningen har för avsikt att leda gasen under vätskeytan i en lösningsreaktor, fördelaktigt till dess nedre parti, dispergera den till små bubblor, omröra bubblorna möjligast effektivt med suspensionen av ett pulver- formigt fast ämne och vätskan samt ge den omrörda gas-fast- ämne-vätskesuspensionen ett kraftigt, från reaktorns centrum nedåt och vid dess kanter uppåt riktat turbulent strömnings- fält som upprätthåller suspensionen.

Uppfinningens huvudsakliga kännetecken framgår av bifogade patentkrav 1.

Då det är fråga om ett trefassystem (pulverformigt fast ämnevätska-gas) fordras av gasens dispergeringsorgan utföringsformer av olikartad natur; att dispergera gas, fördela de erhållna gasbubblorna på hela reaktorns tvär- snittsyta, sätta fastämnespartiklarna i rörelse och upprätt- hålla den så åstadkomna suspensionen.

Det är bekant att turbulensen i strömningen kontrollerar mass- och värmeöverföring från bubblan och gasens disper- sionsgrad. Det är också bekant att de virvlar som påverkar turbulensen är som störst vid deras uppkomstställe; i om- rörarna i närheten av vingarnas spets, i munstyckena i när- heten av utloppsöppningen osv. Här är deras våglängder eller skalor av samma storleksklass som huvudströmningens motsvaran- de storheter. Stora virvlar är emellertid ostabila och sön- derdelas så småningom till mindre virvlar, tills deras energi slutligen har helt övergått till värme på grund av viskosström- ningen.

De krafter som reglerar bubblans storlek är skjuvspänning och ytspänning. Skjuvspänningen är beroende av turbulens- styrkan, vilken å sin sida beror, så som ovan beskrivits, på närheten av anordningen som åstadkommer rörelse och natur- ligtvis också på dess effektivitet (hastighet osv.). 456 725 4 Det är således fördelaktigt att åstadkomma tillräcklig turbulens (hastighet) möjligast nära stället för gasens in- matning, så som sker t.ex. just vid munstyckenas utlopps- öppning och ännu fördelaktigare i s.k. självsugande ihåliga korsrör i vilka verkar förutom gasens strömningshastighet också periferihastigheten i själva omrörarens huvud. Samma 'periferihastighetseffekt förekommer också vid radialturbiner i vilka gasen inmatas omedelbart under vingarna. I båda omrörarna bildas på grund av rotationsrörelsen ännu ett undertrycksområde bakom Vingen, vilket bidrar till gasens dispergering.

Vid fasta munstycken är dispergeringsområdet närmast punkt- formigt- I roterande omrörare (radialturbiner) befinner det sig på cirkellinjeområdet som beskrivs av spetsen i vingarna. I vår uppfinning är detta dispergeringsområde något mera vidsträckt än ovan, eftersom på det vingfria mellanutrymmet efter de första vingarna, de egentliga dispergeringsvingarna, ytterligare följer en vertikal- strömning förorsakande yttre riktvingar, vid vilka disper- geringsfenomenet ännu fortgår.

Då man använder sättet enligt vår uppfinning leds gasen'till reaktorn närmast nerifrån genom en ihålig gasinmatnings- kanal till reaktorns nedre parti, till centrum av dess tvärsnitt. Gasstrålen som strömmar ut från kanalens ut- loppsända riktas uppåt för att träffa en ovanför belägen horisontell cirkelskiva som är fäst i en vid sin övre ända upphängd roterande axel. Gasstrålen som träffar centrum av den ifrågavarande cirkelskivans nedre parti sprider sig under cirkelskivan radiellt längs dess yta mot dispergerings- vingarna som är förbundna med cirkelskivans kanter, vertikala och som går i riktning med cirkelskivans radie. De roterande dispergeringsvingarna dispergerar på grund av sin hastighet gasen till små bubblor. Efter detta strömmar de uppstådda små bubblorna ut till det vinglösa blandningsutrymmet och omblandas med det pulverformiga fasta ämnet och vätskan till s 456 725 en bra suspension. Omedelbart efter omröringszonen dvs. efter området mellan dispergeringsvingarna och styrvingarna som befinner sig bakom dispergeringsvingarna kommer den uppstådda suspensionen till verkningsområdet för dessa yttre styr- och efterdispergeringsvingar. Nedåt tryckande riktar styrvingarna suspensionsströmningen mot reaktorns nedre parti och dispergerar samtidigt de bubblor som möjligen förblivit stora. I reaktorns nedre parti vänder sig suspen- sionsströmningen radiellt mot reaktorns kant och vidare vid dessa kanter uppåt.

Det är bekant att t.ex. vid en omrörare i form av en propellerformig pitch-blade-omrörare med 450 -bladvinkel minskar de stora gasbubblorna propellerns effekt då de strömmar till vingarna, i vilket fall propellern börjar rotera i en "gasbubbla" och tillräckligt med energi inte kan överföras till fastämnespartiklar. Därav följer ett i synnerhet de grova kornen sjunker till reaktorns botten.

Däremot om bubblorna är tillräckligt små kan "rotation i en gasbubbla" inte ske, i vilket fall fastämnespartiklarna får tillräckligt med energi och sjunkande till botten för~ hindras.

Det är alltså viktigt, såsom i vår uppfinning, att gasen tillräckligt dispergeras innan den strömmar till styrvingar- nas verkningsomrâde och att efterdispergeringen utförs först i själva styrvingarna och inte tvärtom.

Det är naturligtvis klart att förutom de fysikala företeel- serna, att dispergera och att åstadkomma och upprätthålla suspension, sker i reaktorn ofta hela tiden också kemiska reaktioner, på grund av vilka gasen och det fasta ämnet löser sig i vätskan och det uppstår en lösningssuspension, i vilket det fasta ämnet dels är i suspension och dels i en upplöst form. _ Uppfinningen har också beskrivits nedan hänvisandc till bifogade ritningar, vari 456 725 figur 1 visar en vertikalgenomskärning av en reaktor, i vilken gls-omröraren enligt uppfinningen är anordnad, figur 2 visar en mera detaljerad snedaxonometrisk vy av gls- omröraren.

I figur 1 visas en reaktor 1- Vid en ovanifrån upphängd roterande axel 2 är anordnad en gls-omrörare 3. Från reak- torns botten har riktats uppåt en fördelaktigt i samma riktning som axeln 2 löpande gasinmatningskanal 4, från vars ända strömmande gasstråle har letts till att strömma till centrum av omrörarens tvärsnitt. Reaktorn 1 är fördel- aktigt försedd med strömningshinder 1, och skärmar 5, vilka hindrar uppkomsten av virvlar.

I figur 2 visas noggrannare gls-omröraren enligt uppfinningen.

Omröraren består av en cirkelskiva 6 anordnad i horisontellt plan symmetriskt vid den nedre ändan av axeln 2, vertikala dispersionsvingarna 7 anordnade radiellt på cirkelskivans kanter samt av styrvingar 9 förbundna med dispergeringsvingar- na medelst en arm 8.

Dispergeringsvingarna 7 har anordnats med avseende på cirkel- skivan 6 så att den största delen av Vingen befinner sig- under cirkelskivan 6, medan den mindre delen blir ovanför skivan. Härvid kan också ovanför skivan ske dispergering.

Dispergeringsvingarnas 7 yttre kant 10 är vertikal. Också inre kanten 11 kan vara rät, men delen från dispergerings- vingens 7 inre kant 11 som befinner sig under cirkelskivan 6 kan vara lämpligt avrundad för att minska effektförbrukningen.

Med dispergeringsvingarna 7 har medelst en arm 8 förbundits styrvingar 9 som befinner sig utanför cirkelskivan 6 och i förhållande till denna bildar en vinkel. Styrvingarna 9 är förbundna med armen 8 så att den största delen av Vingen ligger under planet som bildas av cirkelskivan 6. Styrvingar- nas 9 form kan variera; den kan vara t.ex. en rektangel, en parallellogram eller ett trapets som i figur 2, i vilket fall 456 725 sidan 12 belägen mot cirkelskivan är kortare än vingens yttre sida 13. Vinkeln mellan cirkelskivan och styrvingarna kan ändras, men fördelaktigt är den 450.

När gasstrålen som strömmar ut från gasinmatningskanalen stötar ihop med cirkelskivan, sprider den sig härifrån utåt i princip radiellt, men en liten avvikelse från denna radiella riktning kan uppstå på grund av cirkelskivans rotation.

Gasstrâlen som sprider sig dispergeras till små bubblor inom dispergeringsomrâdet på grund av dispergeringsvingarna.

Inom området av armen som förbinder dispergeringsvingarna med styrvingarna finns blandningsområde, där gasbubblorna blandas med vätskan och det pulverformiga fasta ämnet däri.

I experiment för att utreda omrörarens struktur har man fast- ställt att detta vinglösa blandningsområde är väsentligt för skapandet av en god suspension. Blandningsområdets utsträckning beror pà längden på armen som förbinder vingarna med varandra. I de utförda experimenten har man fastställt att armlängden är lämpligen minst 1/4 av styrvingarnæsbredd, fördelaktigt 1/3 av deras längd.

Syftet med styrvingarna är, såsom tidigare också har fast- ställts, att efterdispergera de möjliga stora bubblorna i suspensionen samt att leda suspensionen intensivt mot reaktorns botten. Om dispergering inte hade skett tidigare i dispergeringszonen, utan gasen ännu vore i form av stora bubblor, kunde styrvingarna inte ändra strömningens riktning så effektivt som vid omrörarstrukturen enligt uppfinningen.

Om däremot omröraren saknar styrvingar blandas den disper- gerade gasen inte så effektivt med suspensionen av vätska och ett fast ämne som inom gls~omrörarens blandningszon, och riktningen i den uppstâdda suspensionen kan inte kraftigt ändras mot botten och därifrån vidare vid kanterna uppåt.

Med gls-omrörarens'styrvingar kan suspensionens strömnings- fält först riktas nedåt och sedan vid kanterna uppåt och samtidigt kan uppkomsten av anhopningar på reaktorns botten 456 725 förhindras.

Uppfinningen beskrivs närmare hänvisande till bifogade exempel.

Exempel 1 I en standardreaktor (figur 1) gjordes experiment genom att variera omröraren enligt föreliggande uppfinningen i och för utredning av den effektandel som olika vingtyper behöver.

I experimenten användes en omrörare enligt föreliggande uppfinning (figur 2), i vilken den inre kanten under dis- pergeringsvingarnas cirkelskiva var avrundad. Omrörings- vingarna var i form av ett trapets så att vingens inre sida var kortare än den yttre sidan och att dessa vingar i förhållande till cirkelskivan var i 450 vinkel.

De första mätningarna (a) gjordes med en omrörare enligt uppfinningen. Reaktorn var i första skedet fylld med vatten (al). I det andra skedet matades under omröraren luft till centrum av omrörarens tvärsnitt (a2).

En andra omrörartyp (b) erhölls när dispergeringsvingarna togs bort från mitten av omröraren enligt uppfinningen.' I en tredje omrörartyp (c) var däremot de yttre styrvingarna avlägsnade. Med dessa omrörare gjordes samma experiment som med omröraren enligt uppfinningen; genom att använda enbart vatten (b1, cl) och ytterligare luftinmatning (b2, c2).

Med hjäp av momentmätning bestämdes axeleffekten PIQ7 som funktion av rotationshastkmeten n ¿š_l7.

I följande tabell 1 har angivits ett dimensionslöst effekt- tal vid Reynolds-talet Re : 130 000. 456 725 vari p = vattnets täthet (kg/m3) D = omrörarens diameter (m) n = vattnets dynamiska viskositet (Ns/m2) n = rotationshastigheten (s_1) Det är att märka ø=f(Re) var konstant inom det undersökta Re-omrâdet.

Tabell 1 9 Omrörartyp Experiment 1 Experiment š 2 luft = 0 luft = 67 m /hm a 2,3 1,3 1,8 1,0 8.4 (O,64) 3,2 (0,24) för c-omröraren har inom parentes angivits det att i uträk- ningarna används D-värdet D(c)=D(a)=D(b). Av resultaten kan det fastställas att effekten som omröraren enligt upp- finningen (a) kräver är lika stor som summan av de effekter som fordras av de deluppbyggda omrörarna (b och c) (jfr. parenteserna).

Exemgel 2 För att mäta omröringsförmågan gjordes experiment med tre olika omrörartyper.

Som första omrörare användes omröraren mfligtxmpfhvfingaxa (exempel 1, a). Som andra typ var en nedåt tryckande om- rörare d av pitch-blade-typ med 450 -bladvinkel och 4 vingar.

Den tredje var en turbinomrörarc e med 6 vingar som var vertikala. I experimenten tillsattes i reaktorn enligt exempel 1 pulverformigt fast ämne till vatten. Det fasta ämnets täthet var 4200 kg/m3 och siktanalysen: 90 % < 285 /um, 75 % < 240 /um, 50 % < 175 /um, 25 % < 132 /um. Det fasta ämnets halt reglerades till värdet 50-vikt %. Mätningarna utfördes både med en suspension av fastämne-vatten och genom att leda luft under omrörarcn 6,ï m3/hmz. 456 725 ,0 Som bedömningskriterium användes s.k. 1-sekundskriterium, dvs. det bestämdes P/V (effekt/volym) som fordras för att det pulverformiga fasta ämnet rör sig på hela bottenomrädet i reaktorn utan att stanna för en längre tid än 1 sekund.

Resultaten har framställts i tabell 2 där också är antecknat det mätta ø-värdet.

Tabell 2 P/v ßw/ndj Omrörartyp ø Experiment 1 Experiment 2_3 2_ luft = 0 luft = 6,1 _m /hm_/ a 2,3 1,22 2,58 1,0 1,32 4,24 6 5,1 12,84 17,13 Av resultaten kan dras den slutsatsen att med omröraren enligt uppfinningen det fasta ämnet kan upprätthâllas i suspension med vatten och gas med det minsta effektbehovet per volymenhet.

Exempel 3 Med anordningar enligt exempel 2 bestämdes luftbubblans' storlek i vatten genom att inmata luft 6,1 m3/hmz med olika P/V-värden. Resultaten har angivits i tabell 3.

Tabell 3 Bubblans storlek Å_mm_7 Omrörartyp lä P/V ÄÉW/m37 _______________-- 1 2 3 5 a 2, Av resultaten framgår att med omröraren enligt uppfinningen erhålls bubblans minsta storlek, när den mot reaktorns volym använda effekten är densamma. 11 4 (H Ch \J FO CH Exemgel 4 gls-omröraren och en nedåt tryckande omrörare av pitch-blade- typ med raka vingar jämfördes med varandra vid experiment, i vilka sulfidmjöl innehållande silikat upplöstes i vatten.

Det användes en malningsgrad av 93 % - 200 mesh, en suspen- sionstäthet om S0 % och temperaturen GOOC. Analysen av det fasta ämnet som valts för experimenten var för metallerna Fe 8,7 %, Ni 0,35 % och Cu 0,14 %. Suspensionsmängden var 2300 ml och höjden av suspensionspelaren samma som diameterna hos den cylinderformiga lösningsreaktorn. Reaktorn var försedd med fyra vertikala strömningshinder, i vilka den radiella bredden var 1/10 av reaktorns diameter. De raka strömningshindren var anordnade med en jämn fördelning vid reaktorns periferi.

Omrörarens diametrar var för båda omrörarnas del 1/3 av reaktorns diameter och omrörarna var anordnade pà ett avstånd av omrörardiametern från reaktorns botten. Till reaktorn inmata- des i förhållande till reaktorns bottonyta 35 m3/hmz luft som leddes under omröraren till en omedelbar närhet av denna och vertikalt uppåt riktat. I en serie av upplösnings~ experiment användes i reaktorn antingen en gls-omrörare eller en omrörare av pitch-blade-typ med raka vingar. I båda - omrörarna reglerades rotationstalet vid de enskilda experi- menten så att omrörarnas axeleffekt mot reaktorns effektiva volym var antingen 3 kw/m3 - eller 5 kw/m3. Lösningsresul- taten framfår av följande tabell. Det må nämnas att ju snabbare lösningens koppar- eller nickelhalt stiger eller ju brantare järnhalten sjunker, desto effektivare är den använda omröraren. 12 ccm ccmw cm m-m ccmm wc vw cow cccw vv omv ccfm mm mm cm» ccßf mm com cccm mm ccmf cmmf cc cmcr crmf wc vw cmmf cmwr mv ccrw ccmf fw cmwm cmff m ccwm ccmf mm mm omv? cow mv cccm cccp mv cccm cPß mv ccwm cccw mv mr mmf cv mv cww cm mv cmf Nm mv cm? cw mv m H\mE ; mm flz Du mm fiz nu mm flz nu mm flz nu Hmmcflb mxmn flwë Hmmcfl> mxmu wwë wumnwnšoawvmfißncuuflm wnmußušoumflm mumHmuEo|w@mfiQ|:uufim mumußusozmflm mE\3x m mE\3x m wflu |wmcfi:wßu E>Ho> m>fluxwuww wcnouxmmu uoE uxmwuwdmxm mcmumumuëo

Claims (10)

Patentkrav

1. Sätt att dispergera gas till små bubblor i en vätska, för att bilda en suspension av gas, vätska och ett pulverfor- migt fast ämne i vätskan samt att i reaktionsutrymmet astad- komma ett kraftigt strömningsfält som upprätthåller suspen- sionen, k ä n n e t e c k n a t av att under ytan av vätskan innehallande pulvsrformigt fast ämne i reaktionsutrvmmet leds gas, till centrum av undersidan av en horisontell, roterande oirkelformig skiva som befinner sig i reaktioneutrymmets nedre parti, varifrån gasstralen sprider sig närmast radiellt utat, varvid de uppstaende gasbubblorna genom inverkan av vertikala dispergeringsorgan som är fästade vid den cirkelformiga skivan bringas att inom en dispergeringszon finfördelas till Ima bubblor vilka i en blandningszon bildar en god suspension med vätskan och det pulverformiga fasta ämnet däri, och de gasbubblor som befinner sig i den på detta sätt bildade suspsnsionen medelst nedàtriktsnde riktningsorgan som med ett skaft är fästade vid den cirkelformiga skivans periferi ytterligare bringas att efterdispergera och därvid samtidigt suspensionen bringas att ändra sin strömningsriktning väsentligen nedat mot reaktionsutrymmets botten och att vända sig därifrån uppåt vid kanterna av reaktíoneutrymmet.

2. Omrörare för genomförande av sättet enligt patentkra- vet l, anbragd symmetriekt i det undre partiet av en reaktor (1) och i anden av en vertikal upptill upphängd roterande axel (3), och innefattande en därtill ansluten gasinmatningskanal (4), k ä n n e t e c k n s d av att vid nedre ändan av axeln (2) befinner sig en horisontell, i förhållande till axeln (2) symmetrisk cirkelformig skiva (6), vid vars kanter vertikala, i riktning av skivans radie löpande dispergerings- vingar (7) är anordnade, till dispergeringsvingarna (7) är medelst armar (8) i skivans (6) plan fästade stvrvingar (9) som befinner sig utanför skivans (6) periferi, och att en från reaktorns (1) botten sig uppåt sträckande gasinmatningskanal (4) är riktad mot centrum av skivans undersida.

3. Omrörare (3) enligt patentkravet 2, k ä n n e - t e c k n a d därav, att dispergeringsvingarna (7) är anord- nade i förhallande till den cirkelformiga skivan (6) aa att de befinner sig dels ovanför skivan (6), dels under skivan, ” 456 725 varvid den största delen är under skivan.

4. Omrörare (3) enligt patentkravet 2, k ä n n e - t e c k n a d av att diepergeringavingarnas (7) yttre (10) och inre kanter (11) är vertikala.

5. Omrörare (3) enligt patentkravet 2, k ä n n e - t e c k n a d av att inre kanten (11) av diapergeringavingar- nas (7) undre del är avrundad.

6. Omrörare (3) enligt patentkravet 2, k ä n n e - t e c k n a d av att fltyrvingarna (9) befinner sig i förhål- lande till skivan i sned vinkel.

7. Omrörare (3) enligt patentkravet 2, k ä n n e - t e c k n a d av att styrvingarna (9) är i förhållande till skivan (6) i 45° vinkel.

8. Omrörare (3) enligt patentkravet 2, k Ä n n e - t e c k n a d av att den största delen av etyrvingen (9) är under planet eom bildas av skivan (6).

9. Omrörare (3) enligt patentkravet 2, k ä n n e - t e c k n a d av att styrvingena (9) eida (12) belägen mot skivan (5) är kortare än vingens yttre sida (13).

10. Omrörare (3) enligt patentkravet 2, k ä n n e - t e c k n a d av att armlângden (8) mellan dispergerings- vingarna (7) och atyrvingarna (9) utgör minst 1/4 av styr- vingens (9) bredd.