CZ298656B6 - Zpusob kontinuální výroby polyaluminosilikátovéhomikrogelu - Google Patents
Zpusob kontinuální výroby polyaluminosilikátovéhomikrogelu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ298656B6 CZ298656B6 CZ0435699A CZ435699A CZ298656B6 CZ 298656 B6 CZ298656 B6 CZ 298656B6 CZ 0435699 A CZ0435699 A CZ 0435699A CZ 435699 A CZ435699 A CZ 435699A CZ 298656 B6 CZ298656 B6 CZ 298656B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- acid
- silicate
- silica
- solution
- stream
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 159
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 79
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 75
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 64
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 44
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 26
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 16
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000011833 salt mixture Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000001879 gelation Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000007865 diluting Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 33
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 18
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 6
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 19
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 42
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 20
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 16
- 241001469893 Oxyzygonectes dovii Species 0.000 description 13
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 12
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 11
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 11
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 11
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 7
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 5
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 5
- 229910000619 316 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 4
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052910 alkali metal silicate Inorganic materials 0.000 description 3
- 229940037003 alum Drugs 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H aluminium sulfate (anhydrous) Chemical compound [Al+3].[Al+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 2
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 2
- 238000001139 pH measurement Methods 0.000 description 2
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 2
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 2
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- XZMCDFZZKTWFGF-UHFFFAOYSA-N Cyanamide Chemical compound NC#N XZMCDFZZKTWFGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000004752 Laburnum anagyroides Species 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 238000007630 basic procedure Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 229920006317 cationic polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- BUACSMWVFUNQET-UHFFFAOYSA-H dialuminum;trisulfate;hydrate Chemical compound O.[Al+3].[Al+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O BUACSMWVFUNQET-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000005070 ripening Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Paper (AREA)
- Silicon Polymers (AREA)
Abstract
Zpusob kontinuální výroby polyaluminosilikátovéhomikrogelu, vedoucí ke snížení usazování silikátu,pri nemž mikrogel obsahuje roztok cástic oxidu kremicitého o prumeru od 1 do 2 nm majících plochu povrchu alespon 1000 m.sup.2.n./g, které jsou spoluspojeny do jednotlivých retezcu za vzniku trojrozmerné sítové struktury zahrnuje soucasné zavádení prvního proudu obsahujícího roztok ve vode rozpustného oxidu kremicitého a druhého proudu obsahujícího kyselinu s pKa nižším než 6 a roztok hlinité soli do smešovací zóny, kde se proudy sbíhají pod úhlem ne menším než 30 stupnu a pri rychlosti postacující k dosažení Reynoldsova císla ve smešovací zóne alespon 4000, za vzniku smesi silikát/kyselina/sul o koncentraci oxidu kremicitého v rozmezí od 1do 6 % hmotn. a pH v rozmezí od 2 do 10,5. Smes silikát/kyselina/sul se nechá stárnout po dobu dostatecnou k dosažení požadované úrovne cástecné gelace, ale ne déle než 15 minut; a potom se zredí na koncentraci oxidu kremicitého ne vetší než 2,0 % hmotnostní.
Description
Předložený vynález se týká způsobu kontinuální výroby polyaluminosilikátového mikrogelu s nízkou koncentrací.
Dosavadní stav techniky
Polysilikátové mikrogely s nízkou koncentrací jsou vodné roztoky s koncentrací aktivní siliky obvykle menší než asi 1,0 % hmotn., které jsou vytvořeny částečnou gelací silikátu alkalického kovu nebo póly silikátu, jako je polysilikát sodný, který má ve své nej běžnější formě jeden díl
Na2O až 3,3 dílů SiO2 hmotnostně. Mikrogely, které jsou označovány jako „aktivní“ silika, na rozdíl od běžné koloidní siliky, obsahují roztoky spojených částic siliky s průměrem od 1 do 2 nm, které mají povrchovou plochu alespoň asi 1000 m2/g. Částice jsou spojeny dohromady během přípravy, tedy v průběhu částečné gelace, za vzniku agregátů, které jsou uspořádány do trojrozměrných sítí a řetězů. Polysilikátové mikrogely mohu být dále modifikovány zabudováním oxidu hlinitého do jejich struktury. Takové polysilikáty modifikované aluminou jsou klasifikovány jako polyaluminosilikátové mikrogely a snadněji se vyrábějí modifikací základního postupu pro polysilikátové mikrogely. Kritickým aspektem vynálezu je schopnost produkovat mikrogely v přijatelném časovém období, tedy ne delším než asi 15 minut, kdy je mikrogel hotov k použití, bez rizika ztuhnutí, a s minimálním tvořením nežádoucích usazenin siliky ve zpracovatelském zařízení. V této souvislosti bylo zjištěno jako výhodné zabudování oxidu hlinitého (aluminy) do polysilikátového mikrogelu v tom, že zvyšuje rychlost tvorby mikrogelu. Polysilikátové mikrogely produkované podle vynálezu jsou zvláště použitelné v kombinacích s kationtovými polymery rozpustnými ve vodě jako drenáže a retenční prostředky při výrobě papíru. Při nízkých hodnotách pH, pod pH 5, jsou tyto produkty mnohem vhodněji označovány jako polykřemičité kyselé mikrogely. Jak se hodnota pH zvyšuje, mohou tyto produkty obsahovat směsi polykřemičité kyseliny a polysilikátových mikrogelů; poměr je závislý na pH. V zájmu zjednodušení budou tyto produkty dále označovány jako polysilikátové mikrogely.
WO 93/24409 popisuje způsob výroby polysilikátového mikrogelu. Tento mikrogel není totožný s polyaluminosilikátovým mikrogelem podle vynálezu.
V US 4 954 220 je rovněž popsána příprava polysilikátových mikrogelů, které se svým složením liší od polyaluminosilikátových mikrogelů podle vynálezu.
Podstata vynálezu
Předmětem vynálezu je způsob kontinuální výroby polyaluminosilikátového mikrogelu, vedoucí ke snížení usazování silikátu, při němž mikrogel obsahuje roztok částic oxidu křemičitého (sili45 ky) o průměru od 1 do 2 nm majících plochu povrchu alespoň 1000 m2/g, které jsou spolu spojeny do jednotlivých řetězců za vzniku trojrozměrné síťové struktury. Podstata tohoto způsobu spočívá v tom, že zahrnuje (a) současné zavádění prvního proudu obsahujícího roztok ve vodě rozpustného oxidu křemičité50 ho a druhého proudu obsahujícího kyselinu s pKa nižší než 6 a roztok hlinité soli do směšovací zóny, kde se proudy sbíhají pod úhlem ne menším než 30 stupňů a při rychlosti postačující k dosažení Reynoldsova čísla ve směšovací zóně alespoň 4000, za vzniku směsi silikát/kyselina/sůl o koncentraci oxidu křemičitého v rozmezí od 1 do 6 % hmotn. a pH v rozmezí od 2 do 10,5;
-1 CZ 298656 B6 (b) stárnutí směsi silikát/kyselina/sůl po dobu dostatečnou k dosažení požadované úrovně částečné gelace, ale ne delší než 15 minut; a (c) zředění směsi podrobené stárnutí na koncentraci oxidu křemičitého ne větší než 2,0 % hmot5 nostní, nebo (a) současné zavádění prvního proudu obsahujícího roztok ve vodě rozpustného oxidu křemiči10 tého a druhého proudu obsahujícího kyselinu s pKa nižší než 6 a roztok hlinité soli do prstencového směšovacího zařízení, kde se proudy sbíhají vpouštěním jednoho proudu z vnitřní trubky směšovacího zařízení do druhého proudu tekoucího vnější trubkou při rychlosti postačující k dosažení Reynoldsova čísla ve směšovací zóně směšovacího zařízení alespoň 4000, za vzniku směsi silikát/kyselina/sůl o koncentraci oxidu křemičitého v rozmezí od 1 do 6 % hmotn. a pH v rozmezí od 2 do 10,5;
(b) stárnutí směsi silikát/kyselina/sůl po dobu dostatečnou k vzájemnému spojení primárních částic oxidu křemičitého za vzniku uvedených trojrozměrných struktur při setrvání v roztoku, ale ne po dobu delší než 15 minut; a (c) zředění směsi podrobené stárnutí na koncentraci oxidu křemičitého ne větší než 2,0 % hmotnostní.
V přednostním provedení obou těchto alternativních způsobů je koncentrace oxidu křemičitého 25 ve výsledné směsi silikát/kyselina/sůl od 1,5 do 3,5 % hmotn., s výhodou nejvýše 1,0 % hmotn.
a pH je od 7 do 10, s výhodou od 2 do 7.
Doba stárnutí ve stupni (b) je obvykle po alespoň 10 sekund ale ne více než asi 15 minut. Po zředění ve stupni (c) je gelace stabilizována.
Při výrobě polyaluminosilikátových mikrogelů je přidávána do proudu kyseliny ve vodě rozpustná hlinitá sůl první, před jejím smísením s proudem silikátu.
Pro dosažení nejlepších výsledků je ve výchozím vodorozpustném roztoku silikátu přiváděném 35 do směšovací zóny koncentrace ve vodě rozpustného oxidu křemičitého (siliky) v rozmezí od 2 do 10 % hmotn. a koncentrace silné kyseliny (jako kyseliny sírové) přiváděné do směšovací zóny je v rozmezí od 1 do 20 % hmotn. Výhodnými podmínkami ve směšovací zóně jsou: Reynoldsovo číslo vyšší než 6000, koncentrace siliky v rozmezí 1,5 až 3,5 % hmotn., a pH v rozmezí 7 až
10. Nejvýhodnějšími podmínkami jsou Reynoldsovo číslo vyšší než 6000, koncentrace siliky 2 % 40 hmotn., a pH 9. Příprava mikrogelů modifikovaných aluminou se nejlépe provádí přidáním rozpustné hlinité soli do proudu kyseliny v množství ležícím v rozmezí od asi 0,1 % hmotn., do hranice rozpustnosti hlinité soli. Nejvýhodnější polyaluminosilikátové mikrogely jsou připraveny s molámím poměrem AI2O3/S1O2 v rozmezí od 1:1500 až 1:25, a výhodně od 1:1250 do 1:50.
Zařízení, v němž se způsob podle vynálezu provádí zahrnuje:
(a) první zásobník pro roztok obsahující ve vodě rozpustný silikát;
(b) druhý zásobník obsahující silnou kyselinu s pKa nižší než 6;
(c) směšovací zařízení, které má první vstup, který je spojen s uvedeným prvním zásobníkem, druhý vstup uspořádaný v úhlu alespoň 30 stupňů s ohledem na uvedený první vstup, který je spojen s uvedeným druhým zásobníkem, a výstup;
-2CZ 298656 B6 (d) první čerpací prostředky umístěné mezi uvedený první zásobník a uvedené směšovací zařízení pro čerpání proudu silikátového roztoku z uvedeného prvního zásobníku do uvedeného prvního vstupu, a první kontrolní prostředky pro kontrolu koncentrace siliky v uvedeném silikátovém roztoku, přičemž uvedený roztok je čerpán tak, že koncentrace siliky v roztoku na výstupu ze směšo5 vacího zařízení je v rozmezí od 1 do 6 % hmotn.;
(e) druhé čerpací prostředky umístěné mezi uvedený druhý zásobník a uvedené směšovací zařízení pro čerpání proudu kyseliny z uvedeného druhého zásobníku do uvedeného druhého vstupu rychlostí, vztaženou k rychlosti uvedených prvních čerpacích prostředků, dostatečnou k poskytlo nutí Reynoldsova čísla v uvedeném směšovacím zařízení alespoň 4000 v oblasti, kde se proudy spojují, kde jsou uvedený silikát a uvedená kyselina vzájemně smíseny;
(f) kontrolní prostředky směsi umístěné v uvedeném výstupu a odpovídající rychlosti toku uvedené kyseliny do uvedeného směšovacího zařízení pro kontrolu pH směsi silikátu/kyseliny v rozme15 zí od 2 do 10,5;
(g) sběrnou nádrž;
(h) prodlouženou převodní smyčku, která komunikuje s výstupem uvedeného směšovacího zaří20 zení u uvedené sběrné nádrže pro převádění uvedené směsi mezi nimi;
(i) ředicí prostředky pro ředění směsi silikát/kyselin ve sběrné nádrži na koncentraci siliky ne vyšší než 1,0 % hmotn.;
(j) čtyři zásobníky pro ve vodě rozpustnou hlinitou sůl;
(k) čtyři čerpací prostředky pro přivádění hlinité soli do proudu kyseliny; a kontrolní ventil odpovídající za tok hlinité soli a spojený paralelně s kontrolním ventilem pro silikát, a umístěný mezi čtyři čerpací prostředky a místo zavádění hlinité soli do proudu kyseliny.
V alternativním provedení zahrnuje toto zařízení zásobník NaOH a prostředky pro periodické promývání výrobního systému teplým NaOH, který je zahříván na teplotu od 40 do 60 °C, čímž se usazeniny siliky mohou rozpouštět a odstraňovat.
V dalším provedení vynálezu je proudící proud plynu, jako proud vzduchu nebo dusíku nebo jiného inertního plynu, zaváděn do popsaného směšovacího zařízení pomocí přídavného vstupu umístěného na nebo blízko směšovací přípojky. Proudění vzduchu poskytuje důležitý výrobní účinek v tom, že umožňuje použití nízkých rychlostí toku silikátů při udržování požadované turbulence a Reynoldsova čísla ve směšovací zóně.
V ještě dalším provedení tohoto vynálezu se může směšování kyseliny, hlinité soli a roztoku ve vodě rozpustného silikátu provádět v kruhovém směšovacím zařízení. Tímto zařízením může být vnitřní trubka nebo potrubí, které vyčnívá dovnitř, a následně ústí do větší trubky nebo potrubí. Bod ústí vnitřní trubky je obvykle, ale ne nezbytně, umístěn souose uvnitř vnější trubky. Jedna ze dvou tekutin, které se mají mísit, je vedena do vnitřní trubky. Druhá tekutina je vedena do vnější trubky a protéká kolem vnějšku vnitřní trubky. Míšení obou tekutin nastává, kde první tekutina opouští vnitřní trubku a spojuje se s druhou tekutinou ve větší vnější trubce. Obvykle jsou kyselina a roztok hlinité soli předem smíseny předtím, než se přivádějí do potrubí.
Za účelem míšení dvou kapalin může být roztok ve vodě rozpustného silikátu a kyseliny veden buď do vnitřní, nebo vnější trubky rychlostí dostatečnou k tomu, aby, pokud se oba proudy spojí, bylo ve směšovací zóně Reynoldsovo číslo větší než 4000. Proudící proud plynu může být popřípadě rovněž použit k napomáhání míšení obou proudů.
-3CZ 298656 B6
Jako další provedení tohoto vynálezu se může smísení kyseliny a roztoku silikátu rozpustného ve vodě uskutečnit v nádobě vybavené mechanickými prostředky pro vytvoření nezbytné turbulence, aby míšení obou proudů probíhalo při Reynoldsově čísle vyšším než 4000. Nádoba může být popřípadě vybavena zarážkami. Kyselina a roztok ve vodě rozpustného silikátu může být, ale nemusí, přiváděn do nádoby současně.
Při výrobě polyaluminosilikátových mikrogelů je koncentrovaný roztok hlinité soli, přednostně síranu hlinitého, čerpán z přídavného zásobníku a míšen v proudu zředěné kyseliny v bodě předtím, než jsou proud zředěné kyseliny a proud silikátu smíseny a reagují spolu. Přídavkem hlinité ío soli do proudu kyseliny se rychlost tvoření mikrogelů zvyšuje a tvoří se polyaluminosilikátový mikrogel, který má hliníkové skupiny zabudované do struktury mikrogelů.
Způsobem podle vynálezu je možno vyrábět stabilní polyaluminosilikátové mikrogely se sníženým ukládáním siliky v běžném časovém rámci ne více než asi 15 až 16 minut, ale obvykle v rozmezí 30 až 90 sekund, bez rizika ztuhnutí a s minimální tvorbou nežádoucích silikátových usazenin ve zpracovatelském zařízení. Provozní teplota je obvykle v rozmezí 0 až 50 °C.
Usazování siliky ve výrobním zařízení je nežádoucí, jelikož povléká vnitřní povrchy zařízení a může tím ohrožovat funkci rozhodujících pohyblivých částí a přístrojů. Například může uložení siliky vytvořit místo, kde nebudou ventily dále fungovat, a může zabránit průchodu tekutiny potrubím a trubkami. Ukládání siliky je také nevhodné na elektrodě snímající pH, jelikož tím brání sledování pH postupu, kritického kontrolního parametru kvality pro výrobu mikrogelů ze siliky.
Přehled obrázků na výkresech
Obr. 1 je schematickým znázorněním postupu, který zahrnuje zásobník NaOH a prostředky pro periodické promývání výrobního systému.
Obr. 2 je schematickým znázorněním dvoulinkového výrobního systému pro výrobu polyaluminosilikátového mikrogelů, který poskytuje nepřetržitou výrobu mikrogelů.
Obr. 3 je schematickým znázorněním postupu podle vynálezu pro výrobu polyaluminosilikátových mikrogelů, který zahrnuje zásobník pro hlinitou sůl a prostředky pro zavádění uvedené soli do proudu zředěné kyseliny.
Následuje podrobný popis vynálezu:
Aktivní silika je specifická forma mikročásticové siliky obsahující velmi malé částice o průměru
1 až 2 nm, které jsou svázány dohromady do řetězců nebo sítí za vzniku trojrozměrných struktur známých jako „mikrogely“. Povrchová plocha mikročástic aktivní siliky, tedy mikrogelů, je alespoň asi 1000 m2/g. Obvyklé postupy přípravy polysilikátových mikrogelů jsou popsány v patentu US 4 954 220, jehož obsah je zde začleněn formou odkazu. Z postupů, které jsou zde popsané, je zejména použitelná pro tento vynález metoda acidifikace zředěného vodného roztoku křemičitanu alkalického kovu s anorganickou kyselinou nebo organickou kyselinou, tedy silnou kyselinou, která má pKa menší než 6. Předložený vynález poskytuje spolehlivou kontinuální přípravu polyaluminosilikátových mikrogelů s nízkou koncentrací, namísto uvažované spotřeby bez tvorby nežádoucích usazenin siliky, s výrobním zařízením a velice vhodnými dobami zrání obvykle kratšími než 15 minut, přednostně od 10 do 90 sekund.
Postup podle vynálezu se provádí současně zaváděním proudu roztoku ve vodě rozpustného silikátu a proudu silné kyseliny s pKa menším než 6, spolu s hlinitou solí, do směšovací zóny nebo směšovací spojky tak, že se proudy sbíhají pod úhlem ne větším než 30 stupňů, vzhledem jednoho k druhému, a rychlostí, která je dostatečná k poskytnutí Reynoldsova čísla v oblasti, kde se dva proudy sbíhají, alespoň 4000, a výhodně v rozmezí asi 6000 a výše. Reynoldsovo číslo je
-4CZ 298656 B6 bezrozměrné číslo používané v inženýrství k popsání vlastností tekutin v trubce nebo potrubí. Čísla pod 2000 označují laminámí proudění (špatné směšovací prostředí) a čísla nad 4000 a výše označují turbulentní tok (dobré směšovací prostředí). Obecně platí, že čím větší je Reynoldsovo číslo tím lepší je míšení. Reynoldsovo číslo (Re) je pro průtok trubkou nebo potrubím stanoveno podle rovnice:
QxD Re= Dxu kde: Q = průtok (m3/s) d = hustota (kg/m3)
D = průměr potrubí (m) u = viskozita (kg/m.s)
Reynoldsovo číslo je pro nádoby s rychloběžnými míchadly stanoveno podle rovnice:
Re = (D2 x N x p) / u kde: D = průměr rychloběžného míchadla (cm)
N = frekvence otáčení (s_1) p = hustota kapaliny (g/cm3) u = viskozita (g/cm.s)
Koncentrace sbíhajících se proudů silikátového roztoku a kyseliny/hlinité soli jsou regulovány tak, aby vznikající směs silikát/kyselina, takto vyrobená, měla koncentraci v rozmezí od 1 do 6 % hmotn., a pH v rozmezí od 2 do 10,5. Ještě výhodněji je koncentrace siliky v rozmezí od 1,5 do 3,5 % hmotn. a pH je v rozmezí od 7 do 10. Nejvýhodnější pracovní podmínky jsou s Reynoldso35 vým číslem vyšším než 6000, koncentrací siliky 2 % hmotn. a pH 9.
Zrání je obvykle uskutečněno v průběhu od 10 do asi 90 sekund průchodem směsi silikát/kyselina přes prodlouženou převodní smyčku na cestě k jímacímu tanku pro výsledný produkt, v němžje směs okamžitě zředěna a potom uchovávána při koncentraci aktivní siliky ne vyšší než 2,0 % hmotn., a výhodně ne vyšší než 1,0 % hmotn. Částečné gelace, která produkuje trojrozměrné sítě a řetězce agregátů s vysokou povrchovou plochou částic aktivní siliky, je dosaženo v průběhu zrání. Zředění směsi silikát/kyselina na nízkou koncentraci vede k prodlevě v procesu gelace a stabilizuje mikrogel pro následnou spotřebu.
Způsob podle vynálezu a zařízení k provádění tohoto způsobu bude dále podrobněji diskutováno s odkazem na obrázky, kde na obr. 1 je schematické znázornění ve své nejjednodušší formě pro přípravu polyaluminosilikátových mikrogelů. Velikost, kapacita a rychlosti zde popsané se mohou měnit v širokých rozmezích zejména v závislosti na požadovaných množstvích polyaluminosilikátového mikrogelů a na očekávané rychlosti spotřeby. Velikost a kapacita popsaná v odka50 zech na vyobrazení se vztahuje na systém pro výrobu, tedy vznik polyaluminosilikátového mikrogelů na obvykle kontinuální bázi pro spotřebu jako odvodňovací a retenční pomocné prostředky v papírenských výrobách, v nichž je rychlost spotřeby v rozmezí od asi 4,54 do 1816 kg mikrogelů za hodinu.
-5 CZ 298656 B6
Na obr. 1 je znázorněn zásobník 10 pro vodu na ředění, zásobník 12 pro kyselinu a zásobník 14 pro silikát. Zásobníky, tedy tanky, jsou běžně vyráběny z polyethylenu, s objemem zásobníku vody 1892 1, zásobník na kyselinu má objem 378 1 a zásobník pro silikát má objem 1135 1. Dalšími nádobami znázorněnými na obr. 1 jsou proplachovací tank 12 pro NaOH a jímací tank 18 pro výsledný produkt. Proplachovací tank s NaOH je vyroben z nerezavějícího materiálu jako je například 316 nerezová ocel; má objem 76 1 a je zahříván elektrickým odporovým bubnovým otopným tělesem obaleným kolem něj (Cole - Palmer, 2000 W, 115 V). Jímací tank pro výsledný produkt má objem 3785 1 a je vyroben z polyethylenu. Kritickým prvkem v postupuje směšovací spojka 20, která definuje směšovací zónu, v níž je proud kyseliny a proud ve vodě rozpustného ío silikátu zaváděn individuálními cestami, které se sbíhají ve směšovací zóně pod úhlem obvykle ne větším, než 30 stupňů. Směšovací spojky „T“ nebo „Y“ jsou vhodné pro uskutečnění vynálezu a mohou být snadno zkonstruovány z nerezové oceli „Swagelok“ vhodné velikosti 316 slisováním spojovacího prostředku s nerezovou trubkou. Přednost se obvykle dává „T“ spojce.
Rychlosti, jimiž oba proudy vstupují, tedy jsou čerpány, do směšovací zóny jsou zvoleny tak, aby Reynoldsovo číslo bylo uvnitř alespoň 4000 a přednostně do 6000 nebo vyšší, čehož důsledkem je prakticky okamžité a vzájemné promísení kyseliny a silikátu, takže získaná směs má koncentraci siliky v rozmezí od 1,5 do 3,5 % hmotn. a pH od 7 do 10. Může být použit jakýkoliv běžný zdroj ve vodě rozpustného silikátu, jako je například ,,PQ(N)“ křemičitan sodný (41 Baume,
SiO2:Na2O = 3,22:1 hmotnostně, 28,7 % hmotn. SiO2 prodávaný společností PQ. Běžný silikát je uchováván nezředěný v nádrži 14, obvykle při koncentraci 24 až 36 % hmotn., jak je dodána výrobcem, dokud není potřebný. Je dodán do směsné spojky 20 prostřednictvím vhodného potrubí 22 (316 SS, 1/4 palce vnější průměr) pomocí nízkorychlostního převodu nebo mikročerpadla 24 (jako „Micropump Corp., model 140, max. průtok 1,7 g/min). Nekorodující materiály konst25 rukce, jako 316 nerezová ocel, jsou preferovány z důvodů zabránění jakéhokoliv rizika koroze a následné kontaminace. Přívodní potrubí pro silikát rovněž zahrnuje ventil 26 pro regulaci průtoku (Whitey, 316 SS, 1/4 palce jehla), magnetický průtokový měřič 28 (Fisher Porter, 316 SS, velikost 1/10 palce) a zpětný ventil 86 (Whitey, 316 SS, 1/4 palce v průměru) pro regulaci a monitorování množství a směru toku silikátu. Při provozuje ředicí voda přiváděna do přívodní30 ho potrubí 22 silikátu při běžném nastavení protiproudu směšovací silikát/kyselina spojky 20 tak, až se upraví koncentrace siliky na ventilu v rozmezí od 2 do 10 % hmotn. K zajištění úplného smísení silikátu a vody je umístěn in-line statický mísič 32 (Cole-Palmer, 316 SS, 1/2 palce trubka, 15 prvků), následovaný zpětným ventilem 30 (Whitey, 316 SS, 1/2 palce v průměru). Voda na ředění je přiváděna potrubím 34 (1/2 palce vnější průměr, 316 SS) odstředivým čerpadlem 36 (Eastem Pump, 1HP, max. průtok 54 g/min) a rotametrem 38 (Brooks, Brass Balí, 3,06 g/min max.) Regulační ventil 40 (Whitey, 316 SS, 1/2 palce NE jehla) a zpětný ventil 42 (Whitey, 316 SS, průměr 1/2 palce) mohou být použity k regulaci rychlosti a směru průtoku.
Ačkoliv byla popsána široká řada kyselých materiálů pro použití při přípravě aktivní siliky, jako jsou například minerální kyseliny, organické kyseliny, soli a plyny kyselin, iontovýměnné pryskyřice a soli silných kyselin se slabými bázemi, nejběžnějšími a nejjednoduššími prostředky okyselení je silnou kyselinou s pKa menším než 6. Výhodnou kyselinou je kyselina sírová. Obvykle jsou vhodné komerční výrobky vyrobené DuPont a jinými. Při provozuje zásobní roztok kyseliny uchováván při koncentraci v rozmezí od 5 do 100 % hmotn. v zásobníku 12 kyseli45 ny. Kyselina je čerpána použitím převodu nebo podobného mikročerpadla 44 (jako „Micropump model 040, 1/4 k, max. průtok 0,83 g/min do směšovací spojky 20 potrubím 46 (316 SS, 1/4 palce vnější průměr) a zpětný ventil 88 (Whitey, 316 SS, 1/4 palec průměr). Jednosmyčkový regulátor 90 (Moore, model 352E) je spojen s pH vysílačem 48 (Great Lakes Instruments, Model 672P3FICON) a pH sondou 48A (Great Lakes Instruments, typ 6028PO) k regulaci průtoku kyseliny do spojky 20 mísiče přes automatický regulační průtokový ventil 50 (Research Controls, K Trim, 1/4 palce vnitřní průměr, 316 SS) jako odezvy na pH směsi silikát/kyselina, měřené na výstupu z spojky mísiče.
Automatický trojcestný ventil 52 (Whitey, 316 SS, průměr 1/2 palce) je také použit v kontrolním systému, aby umožnil odvedení nadbytečné směsi silikát/kyselina do stoky. Voda na ředění je
-6CZ 298656 B6 vedena ze zásobníku 10 vody potrubím 54 (316 SS, 1/2 palce vnitřní průměr) ke zředění přívodu kyseliny proti proudu směšovací spojky 20 na předem stanovenou koncentraci v rozmezí od 1 do 20 % hmotn. Statický mixer 56 (Cole-Palmer, 316 SS, 1/2 průměr, 15 obrázek) je opatřen dolu po proudu z místa, kde je ředicí voda přiváděna do zásobního potrubí kyseliny, aby bylo zajištěno úplné smísení a zředění kyseliny. Rotametr 58 (Brooks, Brass Balí, 1,09 g/min maximum), regulační ventil 60 (Whitey, 316 SS, 1/2 palce jehla) a zpětný ventil 62 (Whitey, 316 SS, 1/2 palce průměr) jsou použity k regulaci rychlosti toku a směru toku vody k ředění.
Směs silikát/kyselina, která opouští spojku mísiče 20, má přednostně koncentraci SiO2 v rozmezí ío od 1,5 do 3,5 % hmotn. a pH v rozmezí od 7 do 10. Nejvýhodněji je koncentrace siliky udržována na 2 % hmotn. a pH na 9. Směs prochází přes prodloužené dopravní potrubí 64 (1-1/2 palce plán
PVC potrubí, 23 m délka) na cestě k jímacímu tanku 18 pro výsledný produkt. Délka dopravního potrubí je zvolena tak, aby doprava trvala alespoň 10 sekund, ale přednostně od asi 30 sekund do 90 sekund, přičemž během této doby nastává „zrání“ nebo částečná gelace směsi. Doba dopravy může trvat 15 až 16 minut při velmi nízkých rychlostech toku a kdy ještě poskytuje vyhovující výsledky. Voda na ředění ze zásobníku 10 je přidávána potrubím 66 (316 SS, 1/2 palce vnější průměr) do směsi právě před jejím vstupem do jímacího tanku 18 pro výsledný produkt nebo v jiném vhodném místě tak daleko, aby směs silikát/kyselina byla zředěna na koncentraci SiO2 nižší než 1,0 % hmotn., která stabilizuje postup gelace. Voda pro ředění je dodávána odstředivým čerpadlem 68 (Eastem, 316 SS, 1 HP, 54 g/min maximum), regulace toku je uskutečňována na předem stanovenou rychlost regulačním ventilem 70 (Whitey, 316 SS, 1/2 palce jehla) a rotamerem 72 (Brooks, SS Balí, 12,46 g/min maximum). Jímací tank J_8 pro výsledný produkt je opatřen systémem regulace hladiny 74 (Sensall, Model 502), který kooperuje s automatickým trojcestným ventilem 76 (Whitey, 316 SS, 1/2 palce v průměru), kteiý odvede tok směsi silikát/kyselina do stoky, pokud je hladina výsledného produktu příliš vysoká.
Po periodě kontinuální operace, která závisí na množství produkované aktivní siliky, může být vhodné ukončit výrobu aktivní siliky a propláchnout směšovací spojku 20 a tu část systému, která je po proudu, tedy trubky, ventily, dopravní potrubí, atd., které byly v kontaktu se směsí siliká30 tu/kyseliny, s vodou a horkým NaOH. Promýváním systému se odstraní nežádoucí usazeniny ze siliky, které se mohou akumulovat v částech zařízení, kde by požadované podmínky turbulentního toku nemohly být udržovány vzhledem k omezením projektu, jako je to například v oblasti pro měření pH. Promývací postup napomáhá udržovat systém prostý usazenin siliky a je zahájen nejprve vypnutím čerpadla 68 pro ředění, čerpadla 44 pro kyselinu a silikátové pumpy 24. Ředicí voda z čerpadla 36 potom cirkuluje částí po proudu systému po asi 5 minut, a potom je čerpadlo 36 vypnuto a zásobník ředicí vody je odstaven uzavřením ventilů 40, 60 a 70. Trojcestné automatické ventily 52 a 76, a manuální ventily 78, 80 a 82 (všechny od Whitey, 316 SS, 1/2 palce vnější průměr) jsou potom aktivovány spolu s odstředivým oběhovým čerpadlem 84 (Eastem, 316 SS, 1,5HP, 15 g/min maximum), což umožní, aby NaOH, udržovaný na koncentraci 20 % hmotn.
a teplotě v rozmezí od 40 do 60 C, cirkuloval částí systému po proudu po obecně ne déle než asi 20 až 30 minut. Oběhové čerpadlo 84 pro NaOH a promývací tank 16 jsou potom odstaveny od systému opětovnou aktivací trojcestných ventilů 80 a 82, a voda na ředění je opět proplachována systémem po proudu a uvolňována do stoky. Výroba aktivní siliky se ukončí čištěním/promýváním systému.
S odkazem na obr. 2 je zde znázorněn schematický diagram dvoulinkového systému pro výrobu aktivní siliky, přičemž jedna linka může pracovat po celou dobu, zatímco další linka je promývána neboje udržována v pohotovostním stavu. Díly jsou očíslovány v souladu s obr. 1. Komerční systém podle obr. 1 a 2. bude obvykle konstruován z trubek z nerezové oceli nebo polyvinyl50 chloridu, obvykle o průměru jeden palec nebo menší, v závislosti na požadavcích na aktivní siliku. Pokud se použije potrubí z nerezové oceli, napojení různých zařízení, fitingů, ventilů a sekcí může být běžně vyrobeno „Svagelok“ lisovanými spoji.
Obr. 3 je schematický diagram znázorňující modifikaci základního zařízení z obr. 1 vhodného pro výrobu polyaluminosilikátových mikrogelů. Ze zásobníku 100 může být čerpán koncentrova-7 CZ 298656 B6 ný roztok soli hliníku, přednostně síranu hlinitého, potrubím (1/4 palce v průměru 316 nerezová ocel) prostřednictvím dávkovacího membránového čerpadla 102 (PulsatronR Model LPR2MAPTC1, polypropylen plněny sklem, TeflonR membrána, max. průtok 12,5 ml/min). Dávkovači čerpadlo 102 může být napojeno elektronicky na regulátor 90 a může se pohybovat paralelně s potřebou silikátu. Po průchodu zpětným ventilem 104 (Whitey, 316 SS, 1/4 palce v průměru) může být roztok hlinité soli přiveden do potrubí se zředěnou kyselinou v bodě 106 prostřednictvím 316 SS „T“ spojky. Důkladné promísení hlinité soli se zředěnou kyselinou může být ukončeno in-line mixerem 56 před reakcí se silikátem, za vzniku polyaluminosilikátového mikrogelu, která nastává v „T“ spojce 20. Preferovaným roztokem hlinité soli pro použití v postupu je ío komerční roztok síranu hlinitého, jako je kapalný hlinitý roztok A12(SO4)3, 14H2O obsahující
8,3 % hmotn. A12O3 dodaný od American Cyanamid Company.
Je nezbytné periodicky promývat polyaluminosilikátové zařízení od usazenin siliky pomocí horkého roztoku hydroxidu sodného, jak je popsáno výše.
Je zřejmé, že dvoulinkové zařízení pro kontinuální výrobu polyaluminosilikátových mikrogelů může být zkonstruováno s vhodnými modifikacemi zařízení znázorněného na obr. 2.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1 - Doložení vlivu turbulence na snížení ukládání siliky
Podle principů popsaných na obr. 1 byl konstruován laboratorní generátor pro výrobu polyaluminosilikátových mikrogelů. Přívody silikátu a kyseliny sírové, před zředěním a smísením, obsahovaly 15 % hmotn. siliky a 20 % hmotn. kyseliny. Kritická spojka mísiče byla zhotovena z 1/4 palcové 316 nerez oceli „Swagelok“ T-slisovaným kusem opatřeným ópalcovými rameny z l/4palcových (vnější průměr) 316 SSD trubek. Vnitřní průměr kusů byl 0,409 cm. Pro testy, v nichž byl zaváděn plyn do směšovací spojky, byl použit podobný „Swagelok“ X-lisovaný spoj se čtyřmi rameny X jako vstup plynu. In-line filtr složený z v průměru 1 palcového nerezového síta s oky o průměru 250 pm byl uložen asi 305 mm od spojky kyselina/silikát k zachycení částicové siliky. Síto bylo na začátku každého testu zváženo a opět na konci každého testu, po promytí a sušení, takže se změřilo ukládání siliky. Všechny testy probíhaly tak, aby byly dodrženy podmínky uklá35 dání siliky 2 % hmotn. a pH 9 v místě acidifikace siliky, a každý test probíhal po dobu postačující k produkci celkového množství 1, 590 g polyaluminosilikátového mikrogelu. Výsledky testů jsou uvedeny v tabulce 1 dále. Průtok kapaliny znamená celkový průtok kapaliny, to znamená průtok spojené směsi silikátu/kyseliny na výstupu potrubí. V testech, kde byl přiváděn plyn ke zvýšení toku kapaliny a turbulence, bylo vypočteno Reynoldsovo číslo na základě zvýšené rychlosti toku kapalného podílu samotného, s předpokladem, že se hustota kapaliny a viskozita znatelně nezmění. Tento postup výpočtu byl přijat proto, jelikož není hotový vzorec pro výpočet Reynoldsova čísla pro směs kapalina/plyn.
-8CZ 298656 B6
| Tabulka 1 | |||
| Ukládání siliky jako funkce Reynoldsova čísla | |||
| Test Reynold. | Doba pokusu Tok | Tok | Uložení |
| č. číslo | min. kapaliny ml/mín | plynu ml/min | siliky |
| 1 | 1,036 | 330 | 250 | není | 0,339 |
| 2 | 2,072 | 165 | 499 | není | 0,135 |
| 3 | 4,144 | 83 | 999 | není | 0,009 |
| 4 | 6,217 | 55 | 1,498 | není | 0,007 |
| 5 | 10,362 | 33 | 2,497 | není | 0,002 |
| 6 | 12,433 | 27 | 2,996 | není | 0,008 |
| 7 | 12,260 | 120 | 694 | vzduch, 2,260 | 0,008 |
| 8 | 9,064 | 120 | 694 | vzduch, 1,490 | 0,005 |
| 9 | 5,375 | 120 | 694 | vzduch, 601 | 0,004 |
| 16 | 5,375 | 120 | 694 | dusík, | 0,014 |
601
Srovnání výsledků z testů 1 a 2 s výsledky z testů 3-10 jasně dokládá výhodné účinky turbulentního toku kapaliny (Reynoldsovo číslo nad 4,000) v pozorovaném snížení ukládání siliky. io Při podmínkách turbulentního toku podle předloženého vynálezu reprezentuje průměrné ukládání siliky 0,007 g pouze 0,0004 % z celkově zpracovávané siliky. Když bylo Reynoldsovo číslo pod požadovaným minimem 4,000 podle předloženého vynálezu, zvýšilo se nežádoucí ukládání siliky alespoň v průměru 15násobně. Pokud bylo dosaženo minimálního Reynoldsova čísla požadovaného pro postup podle předloženého vynálezu, zvýšením Reynoldsova čísla nad 4,00, například ze 4, 144 na 6,217 až 10,362 atd., se dále znatelně ukládání siliky neredukovalo.
Příklad 2 - Zařízení
Zařízení komerční velikosti pro přípravu mikrogelů aktivní siliky bylo uspořádáno podle schematického uspořádání uvedeného na obr. 1 a instalované v komerčním papírenském mlýnu. Zařízení, s výjimkou zásobníků pro surový materiál, bylo pevně smontováno na ocelový rám na dvě ližiny, každá měřila přibližně 183 x 244 cm. Na ližině 1 byly namontovány vstupy pro napojení komerčních dodávek křemičitanu sodného a kyseliny sírové a vstup pro vodovodní vodu, která byla použita pro ředění. Na ližině 1 byly také namontovány regulační prostředky pro ředění a průtok, směšovací spojka křemičitan/kyselina, měřidlo pH a pH regulátor, zásobník pro hydroxid sodný, požadovaná čerpadla a elektrické regulátory. Na ližině 2 byla namontována smyčka pro zrání, zásobník pro výsledný produkt, regulátor hladiny a požadovaná čerpadla a ventily. Celková výška každé ližiny byla kolem 213 cm. Výrobní zásobní kontejnery byly
-9CZ 298656 B6 použity jako zásobníky pro křemičitan a kyselinu sírovou a tyto byly napojeny na příslušné vstupy na ližině 1.
Zařízení pracovalo kontinuálně po 6 dní, během nichž bylo vyrobeno 0,5 % hmotn. aktivní siliky rychlostí, která se měnila mezi 11,3 a 18,2 1 za minutu. Při rychlosti produkce 3 g/min bylo vypočteno Reynoldsovo číslo 4250 pro použitou směšovací zónu. Nebylo pozorováno žádné ukládání siliky ve spojce mísiče 20, nicméně nějaké ukládání siliky bylo pozorováno v blízkosti pH sondy umístěné bezprostředně po proudu z výstupu ze spojky mísiče po 12 hodinách kontinuálního provozu. Ke zmírnění této situace bylo prováděno postupné promývání vodou ío /NaOH/vodou, které trvalo méně než 30 minut, a potom byl systém vrácen do normálního provozu. Po dobu celé šestidenní periody pracovala zařízení bez chyb a produkovalo aktivní siliku vynikající kvality, která byla použila v mlýnu pro výrobu řady papírů s různými základními hmotnostmi.
Příklad 3 - Příprava polyaluminosilikátového mikrogelu
Zařízení komerční velikosti pro přípravu roztoku polyaluminosilikátového mikrogelu bylo uspořádáno podle principu uvedeného na obr. 3. Zařízení, s výjimkou zásobníků pro surový materiál, bylo pevně smontováno na ocelový rám na dvě ližiny, každá měřila přibližně 244 x 244 cm. Na ližině 1 byly namontovány vstupy pro napojení křemičitanu sodného, kyseliny sírové, hydroxidu sodného a papírenského kamence a vstup pro vodovodní vodu, která byla použita pro ředění. Na ližině 1 byla také namontována požadovaná čerpadla pro každou chemikálii a zásobník pro výsledný roztok aluminosilikátového mikrogelu. Na ližině 2 byly namontovány regulační ventily průtoku křemičitanu sodného, kyseliny a ředicí vody, směšovací spojka křemiěitan/kyselina, prostředky pro měření pH a regulátor pH, smyčka pro zrání, zásobník pro proplachovací hydroxid sodný. Průtok papírenského kamence byl regulován membránovým čerpadlem na rychlost odpovídající průtoku křemičitanu. Papírenský kamenec byl přiváděn do proudu zředěné kyseliny před směšovací spojkou křemičitan/kyselina. Výsledný roztok polyaluminosilikátového mikrogelu měl molámí poměr Al2O3/SiO2 přibližně 1/1250.
Zařízení bylo použito pro výrobu 22 710 1 0,5 % hmotn. roztoku polyaluminosilikátového mikrogelu rychlostí 75,7 1 za minutu. Reynoldsovo číslo 22 700 bylo vypočteno pro směšovací zónu. Bylo pozorováno pouze minimální ukládání siliky na pH elektrodě po 5 hodinách provozu.
Odstranění nánosů siliky bylo prováděno promýváním NaOH, které trvalo méně než 30 minut, a potom byl systém vrácen do normálního provozu. Roztok polyaluminosilikátového mikrogelu byl použit v papírenském mlýnu pro výrobu balicích kartonů pro tekutiny s vynikajícími výsledky.
- 10CZ 298656 B6
PATENTOVÉ NÁROKY
Claims (5)
1. Způsob kontinuální výroby polyaluminosilikátového mikrogelu, vedoucí ke snížení usazová5 ní silikátu, při němž mikrogel obsahuje roztok částic oxidu křemičitého o průměru od 1 do 2 nm majících plochu povrchu alespoň 1000 m2/g, které jsou spolu spojeny do jednotlivých řetězců za vzniku trojrozměrné síťové struktury, vyznačující se tím, že zahrnuje (a) současné zavádění prvního proudu obsahujícího roztok ve vodě rozpustného oxidu křemičitéío ho a druhého proudu obsahujícího kyselinu s pKa nižší než 6 a roztok hlinité soli do směšovací zóny, kde se proudy sbíhají pod úhlem ne menším než 30 stupňů a při rychlosti postačující k dosažení Reynoldsova čísla ve směšovací zóně alespoň 4000, za vzniku směsi silikát/kyselina/sůl o koncentraci oxidu křemičitého v rozmezí od 1 do 6 % hmotn. a pH v rozmezí od 2 do 10,5;
15 (b) stárnutí směsi silikát/kyselina/sůl po dobu dostatečnou k dosažení požadované úrovně částečné gelace, ale ne delší než 15 minut; a (c) zředění směsi podrobené stárnutí na koncentraci oxidu křemičitého ne větší než 2,0 % hmotnostní.
2. Způsob kontinuální výroby polyaluminosilikátového mikrogelu, vedoucí ke snížení usazování silikátu, při němž mikrogel obsahuje roztok primárních částic oxidu křemičitého o průměru od 1 do 2 nm majících plochu povrchu alespoň 1000 m2/g, které jsou spolu spojeny do jednotlivých řetězců za vzniku trojrozměrné síťové struktury, vyznačující se tím, že zahrnuje (a) současné zavádění prvního proudu obsahujícího roztok ve vodě rozpustného oxidu křemičitého a druhého proudu obsahujícího kyselinu s pKa nižší než 6 a roztok hlinité soli do prstencového směšovacího zařízení, kde se proudy sbíhají vpouštěním jednoho proudu z vnitřní trubky směšovacího zařízení do druhého proudu tekoucího vnější trubkou při rychlosti postačující k dosaže30 ní Reynoldsova čísla ve směšovací zóně směšovacího zařízení alespoň 4000, za vzniku směsi silikát/kyselina/sůl o koncentraci oxidu křemičitého v rozmezí od 1 do 6 % hmotn. a pH v rozmezí od 2 do 10,5;
(b) stárnutí směsi silikát/kyselina/sůl po dobu dostatečnou k vzájemnému spojení primárních čás35 tic oxidu křemičitého za vzniku uvedených trojrozměrných struktur při setrvání v roztoku, ale ne po dobu delší než 15 minut; a (c) zředění směsi podrobené stárnutí na koncentraci oxidu křemičitého ne větší než 2,0 % hmotnostní.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že koncentrace oxidu křemičitého ve výsledné směsi silikát/kyselina/sůl je od 1,5 do 3,5 % hmotn. a pH je od 7 do 10.
4. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že pH je od 2 do 7.
5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že koncentrace oxidu křemičitého není vyšší než 1,0 % hmotn.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/US1997/009674 WO1998055398A1 (en) | 1995-10-25 | 1997-06-04 | Improved method for preparing low-concentration polyaluminosilicate microgels |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ435699A3 CZ435699A3 (cs) | 2000-06-14 |
| CZ298656B6 true CZ298656B6 (cs) | 2007-12-12 |
Family
ID=22261021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ0435699A CZ298656B6 (cs) | 1997-06-04 | 1997-06-04 | Zpusob kontinuální výroby polyaluminosilikátovéhomikrogelu |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4933688B2 (cs) |
| AU (1) | AU739968B2 (cs) |
| CA (1) | CA2289711C (cs) |
| CZ (1) | CZ298656B6 (cs) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW202523747A (zh) * | 2023-10-10 | 2025-06-16 | 日商細胞纖維股份有限公司 | 水凝膠製造裝置及水凝膠製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4954220A (en) * | 1988-09-16 | 1990-09-04 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Polysilicate microgels as retention/drainage aids in papermaking |
| WO1993024409A1 (en) * | 1992-05-26 | 1993-12-09 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Method for preparing low-concentration polysilicate microgels |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5482693A (en) * | 1994-03-14 | 1996-01-09 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Process for preparing water soluble polyaluminosilicates |
-
1997
- 1997-06-04 CA CA002289711A patent/CA2289711C/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-06-04 JP JP50231499A patent/JP4933688B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1997-06-04 CZ CZ0435699A patent/CZ298656B6/cs not_active IP Right Cessation
- 1997-06-04 AU AU32996/97A patent/AU739968B2/en not_active Ceased
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4954220A (en) * | 1988-09-16 | 1990-09-04 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Polysilicate microgels as retention/drainage aids in papermaking |
| WO1993024409A1 (en) * | 1992-05-26 | 1993-12-09 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Method for preparing low-concentration polysilicate microgels |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2289711A1 (en) | 1998-12-10 |
| JP2002502349A (ja) | 2002-01-22 |
| JP4933688B2 (ja) | 2012-05-16 |
| CZ435699A3 (cs) | 2000-06-14 |
| AU739968B2 (en) | 2001-10-25 |
| CA2289711C (en) | 2007-11-27 |
| AU3299697A (en) | 1998-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5503820A (en) | Method for preparing low-concentration polysilicate microgels | |
| US5980836A (en) | Apparatus for preparing low-concentration polyaluminosilicate microgels | |
| US5279807A (en) | Method for preparing low-concentration polysilicate microgels | |
| EP1009715A1 (en) | Improved method for preparing low-concentration polyaluminosilicate microgels | |
| JP4535518B2 (ja) | 低濃度ポリアルミノケイ酸塩ミクロゲルを調製するための改善された方法 | |
| CZ297077B6 (cs) | Kontinuální zpusob prípravy polysilikátového mikrogelu | |
| US5648055A (en) | Method for preparing low-concentration polyaluminosilicate microgels | |
| CZ435699A3 (cs) | Způsob přípravy polyaluminosilikátových mikrogelů o nízké koncentraci a zařízení k jeho provádění | |
| CN1152822C (zh) | 改进的制备低浓度聚硅铝酸盐微凝胶的方法 | |
| WO1998055398A1 (en) | Improved method for preparing low-concentration polyaluminosilicate microgels | |
| CA2300615C (en) | Continuous production of activated silica | |
| CN101068747B (zh) | 用于制备硅胶和微凝胶的高速低压方法 | |
| MXPA99010376A (en) | Improved method for preparing low-concentration polyaluminosilicate microgels | |
| NO327730B1 (no) | Forbedret fremgangsmate for fremstilling av polyaluminosilikatmikrogeler | |
| MXPA99011523A (en) | Improved method for preparing low-concentration polyaluminosilicate microgels | |
| TW434185B (en) | Improved method for preparing low-concentration polyaluminosilicate microgels |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD00 | Pending as of 2000-06-30 in czech republic | ||
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20130604 |