PL194225B1 - Sposób zatężania ciał stałych i układ do zatężania ciał stałych - Google Patents

Abstract

1. Sposób zatezania cial stalych w cieklej pólplynnej masie, znamienny tym, ze obejmuje: umieszczenie pól- plynnej masy o stezeniu cial stalych nizszym niz pozadane wyzsze stezenie cial stalych wewnatrz komory prózniowej utrzymywanej pod próznia nizsza niz 27,6 kPa; ciagle usuwanie strumienia pólplynnej masy z komory prózniowej i ponowne wprowadzenie do obiegu strumienia przez wy- miennik ciepla w celu ogrzania strumienia do temperatury dostatecznej dla utrzymania temperatury pólplynnej masy wewnatrz komory na poziomie minimalnej temperatury nizszej niz 65,5°C; ciagle mieszanie pólplynnej masy zawartej w komo- rze prózniowej, az do uzyskania pozadanego wyzszego stezenia cial stalych w pólplynnej masie; ciagle dodawanie dodatkowej pólplynnej masy o nizszym stezeniu cial stalych do strumienia ponownie wprowadzonego do obiegu przed wejsciem strumienia ponownie wprowadzonego do obiegu do wymiennika ciepla i ciagle usuwanie pólplynnej masy produktu o wyzszym stezeniu cial stalych z komory prózniowej. 9. Uklad do zatezania cial stalych w cieklej pólplynnej masie obejmujacy kolumne, zbiornik, pompy, przewody, homogenizator, znamienny tym, ze ………………………… PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu zatężania ciał stałych i układu do zatężania ciał stałych, na przykład, zatężania półpłynnej masy strącanego węglanu wapnia od średniego do wyższego poziomu zawartości ciał stałych.

W obróbce wielu materiałów materiał można rozpraszać w półpłynnej masie, którą poddaje się następnie dalszej obróbce w celu albo zatężenia półpłynnych cząsteczek albo odzyskania półpłynnych cząsteczek za pomocą takich klasycznych metod jak odwadnianie, filtrowanie i prasowanie odwodnionego materiału. W wielu procesach przemysłowych mających na celu usunięcie ciekłej partii, np. wody z materiału stałego, usiłowano stosować kolumny próżniowe lub zbiorniki.

Na przykład Patent Stan. Zjedn. 4,687,546 ujawnia sposób zatężania glinki kaolinowej z zastosowaniem pośredniej wymiany ciepła w celu odparowania wody z częściowo zatężonej gliniastej półpłynnej masy, a następnie rozdzielenia próżniowego w celu usunięcia wody przez doprowadzenie jej do wrzenia w niższych niż normalna temperaturach wrzenia wody. Właściciele patentu wymagają zastosowania etapu filtrowania w celu doprowadzenia stężenia ciał stałych od 50 do 60% przed wymianą ciepła i rozdzielaniem rzutowym z materiałem wyjściowym zawierającym 15% wagowych ciał stałych.

Właściciele patentu w Patencie Stan. Zjedn. 5,036,599, przytaczanego jako usprawnienie patentu, o którym była mowa uprzednio, wprowadzają obieg recyrkulacyjny, jednakże produkt usuwano z obiegu recyrkulacyjnego, a do zbiornika separacyjnego wprowadzano nowy materiał do zatężania ciał stałych przed wymianą ciepła.

Patent Stan. Zjedn. 4,504,355 ujawnia i zastrzega układ odparowania pod próżnią do zatężania roztworów polimeru acetylocelulozy.

Patent Stan. Zjedn. 4,530,737 ujawnia i zastrzega sposób zatężania roztworu przez stosowanie pośredniej wymiany ciepła w celu zatężenia ługu czarnego z procesu roztwarzania masy siarczanowej.

Patent Stan. Zjedn. 5,209,828 ujawnia rozdzielenie próżniowe wody i lotnych związków organicznych z odpadkowego strumienia kaustycznego w rafinerii.

Według wynalazku sposób zatężania ciał stałych w ciekłej półpłynnej masie charakteryzuje się tym, że obejmuje:

- umieszczenie półpłynnej masy o stężeniu ciał stałych niższym niż pożądane wyższe stężenie ciał stałych wewnątrz komory próżniowej utrzymywanej pod próżnią niższą niż 27,6 kPa (4 psia);

- ciągłe usuwanie strumienia półpłynnej masy z komory próżniowej i ponowne wprowadzenie do obiegu strumienia przez wymiennik ciepła w celu ogrzania strumienia do temperatury dostatecznej dla utrzymania temperatury półpłynnej masy wewnątrz komory na poziomie minimalnej temperatury niższej niż 65,5°C (150°F);

- ciągłe mieszanie półpłynnej masy zawartej w komorze próżniowej, aż do uzyskania pożądanego wyższego stężenia ciał stałych w półpłynnej masie;

- ciągłe dodawanie dodatkowej półpłynnej masy o niższym stężeniu ciał stałych do strumienia ponownie wprowadzonego do obiegu przed wejściem strumienia ponownie wprowadzonego do obiegu do wymiennika ciepła i

- ciągłe usuwanie półpłynnej masy produktu o wyższym stężeniu ciał stałych z komory próżniowej.

W korzystnym wykonaniu sposobu według wynalazku próżnię wewnątrz komory próżniowej utrzymuje się na poziomie 6,9 kPa lub niższym, a temperaturę półpłynnej masy wewnątrz komory próżniowej utrzymuje się na poziomie temperatury minimalnej niższej niż 40°C.

Zgodnie z wynalazkiem sposób obejmuje korzystnie etap usuwania górnego strumienia pary cieczy i innych gazów z komory próżniowej, a także obejmuje korzystnie etap oddzielania gazów od górnego strumienia i ponowną kondensację cieczy.

W innym wykonaniu wynalazku zawracanie do obiegu półpłynnej masy, prowadzi się przy użyciu pompy mieszającej umieszczonej poza komorą próżniową, a produkt usuwa się po stronie wylotu pompy.

W sposobie według wynalazku korzystnie stosuje się homogenizator umieszczony pomiędzy wylotem pompy a miejscem w przewodzie recyrkulacyjnym, w którym produkt usuwa się z półpłynnej masy.

W korzystnym wykonaniu sposobu półpłynną masę usuwa się z komory próżniowej i wprowadza do wymiennika ciepła stosując pompę cyrkulacyjną.

Zgodnie z korzystnym sposobem według wynalazku w komorze próżniowej wytwarza się próżnię wynoszącą 6,9 kPa lub niższą przy użyciu pompy o pierścieniu cieczowym.

Według wynalazku układ do zatężania ciał stałych w ciekłej półpłynnej masie obejmujący kolumnę, zbiornik, pompy, przewody, homogenizator, charakteryzuje się tym, że składa się z próżniowej

PL 194 225 B1 kolumny rzutowej z górną przestrzenią i półpłynną masą poniżej górnej przestrzeni. Kolumna jest połączona z pierwszym układem recyrkulacyjnym składającym się z: pierwszej pompy recyrkulacyjnej, gdzie po stronie wlotowej pompy znajduje się przewód, który z kolei ma przewód wlotowy do zasilania półpłynną masą ze zbiornika, wymiennika ciepła umieszczonego pomiędzy pompą i kolumną z którą jest połączony przewodem. Kolumna jest połączona z drugim układem cyrkulacyjnym, oddalonym od pierwszego układu cyrkulacyjnego, składającym się z: drugiej pompy recyrkulacyjnej do usuwania półpłynnej masy z miejsca blisko dna próżniowej kolumny rzutowej przez przewód, przy czym druga pompa recyrkulacyjna jest połączona z kolumną przez przewód wlotowy i ze zbiornikiem produktu przez odgałęziony przewód. Pomiędzy drugą pompą recyrkulacyjną i odgałęzionym przewodem umieszczony jest homogenizator, przy czym górna przestrzeń kolumny przewodem i przez wymiennik ciepła połączona jest z pompą próżniową połączoną z separatorem i ze zbiornikiem kondensatu.

Dokładniej według niniejszego wynalazku zatężaną półpłynną masę wprowadza się do zbiornika, np. próżniowej kolumny rzutowej, utrzymywanej pod ciśnieniem niższym niż 27,6 kPa (4 psia), wprowadzaną zatężaną półpłynną masę ogrzewa się tak, aby wewnątrz próżniowej kolumny rzutowej utrzymać temperaturę poniżej 65,5°C (150°F), co umożliwia doprowadzenie wody do wrzenia i usunięcie jako pary z innymi składnikami gazowymi. Półpłynna masa wewnątrz próżniowej kolumny rzutowej ma pożądane stężenie i utrzymywana jest w stężeniu dzięki dwóm układom recyrkulacyjnych, które ponownie wprowadzają do obiegu półpłynną masę. Jeden układ recyrkulacyjny zawiera środki do wprowadzania dodatkowej zatężanej półpłynnej masy, którą poddaje się zewnętrznemu ogrzewaniu w celu utrzymania temperatury zasilania. Drugi układ recyrkulacyjny ulokowany w innym miejscu niż pierwszy układ recyrkulacyjny stosuje się do usuwania zatężonej półpłynnej masy jako produktu. Sposób i urządzenie niniejszego wynalazku można stosować w celu zwiększania średniej zawartości ciał stałych półpłynnych mas (np. 50 do 60 procent wagowych) do końcowych stężeń ciał stałych 72 do 76 procent wagowych lub wyższych uzyskując korzyści i możliwości poprawy niektórych własności, takich jak lepkość lub łatwość w manipulowaniu, w porównaniu z konwencjonalnymi metodami odwadniania, po których przeprowadza się filtrowanie i rozpraszanie placka filtracyjnego.

A zatem, w jednym aspekcie niniejszy wynalazek dotyczy sposobu zatężania ciał stałych w ciekłej półpłynnej masie, obejmującego dwa etapy: otrzymanie objętości półpłynnej masy o stężeniu ciał stałych niższym niż pożądane wyższe stężenie ciał stałych wewnątrz komory próżniowej utrzymywanej pod próżnią niższą niż 27,6 kPa (4 psia), ciągle usuwanie strumienia półpłynnej masy z komory próżniowej i ponowne wprowadzenie do obiegu strumienia przez wymiennik ciepła w celu ogrzania strumienia do temperatury dostatecznej dla utrzymania temperatury półpłynnej masy wewnątrz komory próżniowej na poziomie minimalnej temperatury niższej niż 65,5°C (150°F); ciągłe mieszanie i/lub ponowne wprowadzenie do obiegu półpłynnej masy zawartej w komorze próżniowej, aż do uzyskania pożądanego wyższego stężenia ciał stałych w półpłynnej masie; ciągłe dodawanie dodatkowej półpłynnej masy o niższym stężeniu ciał stałych, dostarczanej do strumienia ponownie wprowadzonego do obiegu przed wejściem strumienia ponownie wprowadzonego do obiegu do wymiennika ciepła i ciągłe usuwanie półpłynnej masy produktu o stężeniu ciał stałych wyższym niż niższe stężenie ciał stałych dostarczonych do komory próżniowej.

W innym aspekcie niniejszy wynalazek jest układem przeznaczonym do zatężania ciał stałych w ciekłej półpłynnej masie, obejmującym w połączeniu: zbiornik dostosowany do pomieszczenia objętości półpłynnej masy i utrzymywania próżni 27,6 kPa (4 psia) lub niższej; pierwszy układ recyrkulacyjny dostosowany do ciągłego usuwania półpłynnej masy z komory i zawracania półpłynnej masy do komory; środki grzewcze w pierwszym układzie recyrkulacyjnym do ogrzewania półpłynnej masy ponownie wprowadzonej do obiegu; środki do wprowadzania zatężanej półpłynnej masy do pierwszych środków recyrkulacyjnych i drugi układ recyrkulacyjny ulokowany z dala od pierwszego układu recyrkulacyjnego do ciągłego usuwania i ponownego wprowadzania do obiegu półpłynnej masy do zbiornika, przy czym drugi układ recyrkulacyjny zawiera środki do usuwania zatężonej półpłynnej masy z drugiego układu recyrkulacyjnego.

Figura 1 przedstawia schematycznie sposób i urządzenie niniejszego wynalazku, fig. 2 przedstawia wykres szybkości recyrkulacji produktu w zależności od średniego stężenia ciał stałych surowca zasilającego w procentach wagowych dla półpłynnej masy strącanego węglanu wapnia w różnych temperaturach zapłonu.

Wszystkie poprzednie analizowane układy preferowały funkcjonowanie przy 27,6 kPa (±4 psia) (gdzie woda wrze w ±65,5°C (150°F)), stosowanie pary wodnej wcelu wytworzenia próżni i stosowanie pary wodnej w celu zapewnienia ciepła do zatężania. Im wyższa jest próżnia robocza tym większe

PL 194 225B1 znaczenie ma projektowanie układu pod kątem izolacji sprzętu w celu zapobieżenia przenikaniu powietrza, co może zniweczyć dużą próżnię i pożądany rezultat. Potrzebą, która doprowadziła do niniejszego wynalazku było utrzymywanie się niskiego ciśnienia roboczego (±1 psia), gdzie woda wrze w ±40°C (104°F), bez stosowania pary wodnej jako generatora próżni, umożliwienie stosowania łatwo dostępnego, niskowartościowego technologicznego ciepła odpadkowego do zatężania określonej półpłynnej masy do końcowych wymagań zawartości ciał stałych. Ponadto niższe temperatury robocze mogłyby potencjalnie wytworzyć lepszy jakościowo produkt o dużej zawartości ciał stałych co się tyczy przechowalności i stabilności osadowej. Taki układ niniejszego wynalazku stosuje pojedynczą kolumnę rzutową w celu osiągnięcia docelowego rezultatu w jednym (1) przejściu i usuwa strumień produktu z wewnętrznego obiegu recyklingu. Ten tryb bardzo różni się od typowej wyparki wielodziałowej stosującej sprężanie pary i innych układów roboczych do ciągłego zatężania produktu do końcowych wymagań technicznych.

Figura 1 przedstawia schematycznie układ urządzenia i schemat sposobu według niniejszego wynalazku. Liczba 10 odnosi się do ogólnego układu, który zawiera próżniową kolumnę rzutową 12. Kolumna rzutowa 12 jest korzystnie zorientowana pionowo i ma średnicę mniejszą niż wysokość. Próżniową kolumnę rzutową 12 utrzymuje się pod próżnią za pomocą pompy próżniowej 14, którą łączy się z górną przestrzenią 16 kolumny 12 przez odpowiedni przewód 18. Między przewodem 18 i pompą próżniową 14 umieszcza się wymiennik ciepła 20, którego cel zostanie szczegółowo wyjaśniony poniżej. Próżniową kolumnę rzutową 12 dostosowuje się tak, aby mieściła w sobie objętość półpłynnej masy 22 poniżej górnej przestrzeni 16. Pierwsza pompa recyrkulacyjna 24 usuwa półpłynną masę z miejsca blisko dna 26 próżniowej kolumny rzutowej 12 w celu ponownego wprowadzenia do obiegu przez wymiennik ciepła 28i zawrócenia do kolumny przez przewód 30. Po stronie wlotowej pompy 24 znajduje się przewód 32, który z kolei ma przewód wlotowy 34 do zasilania zatężaną półpłynną masą z odpowiedniego zbiornika 36.

W miejscu ulokowanym z dala od pompy 24 znajduje się druga pompa recyrkulacyjna 38, którą stosuje się do usuwania półpłynnej masy z miejsca blisko dna 26 próżniowej kolumny rzutowej 12 przez przewód 40 i do powtórnego wprowadzenia do próżniowej kolumny rzutowej 12 przez przewód wlotowy 42. Przewód wlotowy 42 zawiera odgałęziony przewód 44 do usuwania produktu do zbiornika produktu 46.

Przy normalnym funkcjonowaniu kolumny 12, górny produkt usuwa się przez pompę próżniową 14 przez przewód 18 i przepuszcza się przez wymiennik ciepła 20 w celu kondensacji cieczy, np. wody, tak aby można było stosować ciecz jako czynnik chłodzący do pompy próżniowej 14, po czym usuwa się ją do zbiornika kondensatu 48. W tym samym czasie gazowe składniki pozostające w skroplonej cieczy można usunąć w separatorze 50 do rozpraszania lub odzysku.

Układ według wynalazku znajduje zastosowanie przy zatężaniu wielu półpłynnych materiałów, a szczególnie w zwiększaniu zawartości ciał stałych półpłynnej masy strącanego węglanu wapnia o średniej zawartości 50 do 60 procent wagowych ciał stałych do końcowego produktu zawierającego miedzy 72 i 76 procent wagowych lub więcej ciał stałych. W tym celu próżniowa kolumna rzutowa 12 funkcjonuje w warunkach próżni w przybliżeniu 6,9 kPa (1 psia). Zatężaną półpłynną masę wprowadza się do próżniowej kolumny rzutowej 12 do poziomu wskazanego przy opuszczaniu górnej przestrzeni przez odparowane ciecze i inne gazowe obojętne produkty. Przy próżni około 6,9 kPa (1 psia) w próżniowej kolumnie rzutowej 12 woda zawarta w półpłynnej masie strącanego węglanu wapnia będzie wrzała w przybliżeniu w 40°C (104°F). Gdy ma to miejsce, półpłynną masę ponownie wprowadzoną do obiegu przez pompę 24, która zawiera wprowadzaną półpłynną masę o średniej zawartości ciał stałych przez przewód 34, ogrzewa się w wymienniku ciepła 28 do temperatury wyższej niż 40°C (104°F), a korzystnie około 60°C (140°F). W tych warunkach w półpłynnej masie zawartej w próżniowej kolumnie rzutowej 12 rośnie zawartość ciał stałych od między 50 do 60 procent wagowych do w przybliżeniu 72 procent wagowych, co jest pożądanym stężeniem. Pompę recyrkulacyjną 38 stosuje się w celu utrzymania dynamicznych warunków w próżniowej kolumnie rzutowej 12 i w celu umożliwienia usuwania produktu z linii recyrkulacyjnej przy pożądanym całkowitym stężeniu.

W pewnych przypadkach w celu utrzymania pewnych własności zatężonej półpłynnej masy może być pożądane włączenie homogenizatora (52). Ma to szczególne znaczenie przy zatężaniu strącanego węglanu wapnia, ponieważ homogenizator służy utrzymaniu własności reologicznych zatężonego produktu. Ogrzewania wprowadzanych i ponownie włączanych do obiegu półpłynnych mas w wymienniku ciepła 28 można dokonać stosując gorącą wodę, która jest szczególnie odpowiednia, gdy nie dysponuje się parą wodną o odpowiedniej wydajności. Z drugiej strony w procesie para wodna

PL 194 225 B1 i inne gazy pochodzące z górnej przestrzeni 16 przechodzą przez wymiennik ciepła 20, tak aby woda skropliła się, a składniki inne niż woda, np. powietrze, dwutlenek węgla i inne gazy, można było oddzielić od wody, a wodę stosować do chłodzenia pompy próżniowej 14.

Figura 2 przedstawia wykres szybkości recyrkulacji, w galonach na minutę, w zależności od średniego stężenia ciał stałych surowca zasilającego, w procentach wagowych, dotyczący stosowania układu według wynalazku do wytworzenia w przybliżeniu 3,5 ton na godzinę (10,25 galonów na minutę) półpłynnej masy strącanego węglanu wapnia o stężeniu ciał stałych w przybliżeniu 72% wagowych, gdzie surowiec zasilający kolumnę rzutową ogrzewa się do temperatury zawartej od 48,9°C (120°F) do 60°C (140°F). Co się tyczy wykresu fig. 2, wprowadzony półpłynny surowiec zasilający ogrzano do 60°C (140°F), połączony strumień ponownie wprowadzony do obiegu ogrzano do temperatury od 48,9°C (120°F) do 60°C (140°F) i kolumnę utrzymywano pod próżnią, tak aby woda miała nominalną temperaturę wrzenia w przybliżeniu 40°C (104°F). Wykresy fig. 2 określają wymaganą szybkość recyrkulacji 72% półpłynnej masy w zależności od średniego stężenia ciał stałych surowca zasilającego i temperatury podgrzania surowca zasilającego (przed powrotem do kolumny) przy szybkości roboczej 3,5 ton/godz. wydajności przy stężeniu ciał stałych 72%.

W jednym przypadku półpłynną masę ciał stałych strącanego węglanu wapnia zatężono do prawie 76% wagowych, a następnie rozcieńczono, mierząc własności produktu „wpuszczonego z powrotem”. Sposób według wynalazku stosowany do wytworzenia 76% produktu spowodował to, że produkt nadawał się do pompowania i nadawał się całkiem dobrze do manipulowania (to znaczy zmniejszenie lepkości cieczy ze wzrostem szybkości) po osiągnięciu końcowego zatężania ciał stałych (przed rozcieńczeniem), sytuacja, która nie łatwo ma miejsce, gdy zastosuje się jedynie mechaniczne odwadnianie z późniejszym rozpraszaniem placka filtracyjnego przy docelowych końcowych zawartościach ciał stałych.

A zatem, według niniejszego wynalazku, stosowanie pionowej kolumny rzutowej funkcjonującej przy ciśnieniu w przybliżeniu 6,9 kPa (1 psia), daje w rezultacie temperaturę wrzenia wody w przybliżeniu 40°C (104°F) dla półpłynnej masy ciał stałych rozproszonych w wodzie, gdy stosuje się ciągły tryb przedstawiony powyżej. Półpłynna masa o średniej zawartości ciał stałych wprowadzona do przewodu 34 zawierałaby w przybliżeniu 50 do 60 procent wagowych ciał stałych. Zawartość ta mogłaby być mniejsza lub większa. Zanim ogrzeje się ją do zamierzonej temperatury wlotowej, w której wchodzi ona do kolumny rzutowej 12, półpłynną masę o średniej zawartości ciał stałych dodaje się do dokładnie kontrolowanej objętości ciał stałych produktu ponownie wprowadzanego do obiegu, które mieszają się dając średnie stężenie, przy czym średnie stężenie jest funkcją końcowej zawartości ciał stałych produktu, temperatury zapłonu, szybkości roboczej. Połączony strumień o średniej zawartości ciał stałych wchodzący do próżniowej kolumny rzutowej 12 ulega odparowaniu rzutowemu do końcowego stężenia po wejściu do kolumny. Ponieważ para wodna uwolniona w czasie odparowania rzutowego ma bardzo dużą objętość właściwą w docelowych warunkach roboczych, może będzie potrzeba skroplenia jej przed wejściem do pompy próżniowej 14, która utrzymuje pożądane dla procesu ciśnienie robocze. W celu usunięcia i ponownego wprowadzenia do obiegu do wieży chłodzącej stosuje się wymiennik ciepła lub wymiennik ciepła 20 do skraplania wszystkich substancji, które można skraplać, które wkrapla się do pompy próżniowej o pierścieniu cieczowym. Pompę próżniową o pierścieniu cieczowym projektuje się w celu manipulowania składnikami układów, których nie można skraplać, (np. powietrze, CO2 etc.) i zaradzenia mniejszym przeciekom przez typowe połączenia i łączniki.

Niniejszy wynalazek zapewnia rozwiązanie problemów operacji, w których nie ma łatwo dostępnej pary wodnej do ogrzewania technologicznego, jak również wysokoprężnej pary wodnej do wytworzenia wysokiej próżni, przez zastosowanie próżni znacznie wyższej od stosowanej powszechni 6,9 kPa (1 psia) w przeciwieństwie do 27,6 kPa (4 psia) lub większej wykorzystując środki mechaniczne umożliwiające użycie łatwo dostępnego niskowartościowego ciepła z procesu, takiego jak wytwarzanie strącanego węglanu wapnia. Umożliwia to uzyskanie ciepła odpadkowego z przemywania gazu, jak również ciepła z reakcji, i zastosowanie go w celu zapewnienia energii do odparowania półpłynnej masy o średniej zawartości ciał stałych w celu spełnienia docelowych końcowych wymagań technicznych dotyczących półpłynnej masy ciał stałych np. o stężeniu ciał stałych 72 procent wagowych lub wyższym. Klasyczne wyparki mają zwykle małą wysokość (krótką) z uwagi na mniejsze całkowite koszty materiałowe, a więc ilekroć w wyparce stosuje się wysoką próżnię pojawia się potencjalny problem przeciekania pogarszający sprawność wyparki. Zgodnie z wynalazkiem stosowanie wysokiej próżni przy wąskiej cienkiej kolumnie będzie skutecznie chronić cały pomocniczy sprzęt (takie jak pompy, wymienniki ciepła i tym podobne) przed uchodzeniem powietrza w procesie w przypadku uszkodzenia

PL 194 225B1 uszczelnienia. Konstrukcja wysokiej cienkiej wyparki może również skutecznie izolować wyższą próżnię w kolumnie, jej przewodach rurowych połączonych wzajemnie i części procesu związanej z parą wodną. Umożliwia to szybkie rozwiązanie pod kątem izolacji każdego problemu związanego z ulatnianiem się. Przy krótkiej kolumnie nieszczelna pompa wymiennika ciepła mogłaby zniweczyć wszystkie potencjalne korzyści operacyjne sposobu związane z zastosowaniem wysokiej próżni.

Próżniowa kolumna rzutowa (VFC) jest etapem niskotemperaturowego odparowania, w którym półpłynną masę strącanego węglanu wapnia można zatężać od średniej zawartości ciał stałych (np. ±50%) do docelowej końcowej zawartości ciał stałych minimum 72%. Kolumna funkcjonuje przy nominalnym 6,9 kPa (1 psia), gdzie woda wrze w temperaturze w przybliżeniu 40°C 104°F, co umożliwia stosowanie w tym etapie niskowartościowego ciepła odpadkowego dostępnego bezpośrednio z procesu stosowanego do wytwarzania strącanego węglanu wapnia lub innych specyficznych dla miejsca możliwości. Ciśnienie robocze utrzymuje się za pomocą mechanicznej pompy próżniowej o pierścieniu cieczowym. Zależnie od wielkości źródła próżni może być wymagany skraplacz wstępny. Wodę wieży chłodzącej stosuje się do kondensacji, a natężenie przepływu będzie zmieniać się (znacznie) wraz z warunkami związanymi z porami roku; temperatury panujące w lecie (podstawa projektu) narzucają najwyższe natężenie przepływu. Produkt o średniej zawartości ciał stałych zatęża się do końcowych wymagań technicznych w pojedynczym przejściu, a podstawowym parametrem jest kontrola przepływu. Dla zapewnienia 72% zawartości ciał stałych po odparowaniu rzutowym konieczne jest połączenie wprowadzanego surowca zasilającego z dostateczną ilością 72% produktu ponownie włączonego do obiegu, a ładunek produktu ponownie wprowadzonego do obiegu zależy od wprowadzonego nowego surowca zasilającego i temperatury, w tym temperatury połączonego surowca zasilającego doprowadzonego do wlotu kolumny rzutowej. Doświadczalny projekt zakładał, że nowy surowiec zasilający dochodzi do 55% zawartości ciał stałych przy 60°C (140°F) i że na wlocie próżniowej kolumny rzutowej temperatura połączonego surowca zasilającego (ponownie wprowadzony do obiegu plus nowy) wynosi 48,8°C (120°F). Szybkość recyrkulacji produktu i ładunek parowania (Btu/godz.) zwiększają się wraz z niższymi zawartościami ciał stałych surowca zasilającego lub większą produkcją przy standardowej zawartości ciał stałych. W doświadczalnym projekcie ładunek parowania wynosił około 1620 kg/godz. (3600 funt wody/godz.).

Sposób niniejszego wynalazku stosuje elastyczne temperatury robocze ograniczone jedynie przez zasilanie wodą chłodzącą oraz osiągalną i trwałą maksymalną próżnię. Na przykład, pilotowy prototyp funkcjonował pomyślnie przy temperaturze wrzenia tak niskiej jak 34,4°C (94°F) (5,51 kPa (0,8 psia)); oznacza to, że aby skroplić wrzącą parę wodną robocza woda chłodząca musi mieć temperaturę przynajmniej 6,67°C (15°F) niższą niż ta temperatura - w zimie to może nie stanowić problemu, w warunkach letnich woda wieży chłodzącej mogłaby potencjalnie mieć temperatury robocze znacznie powyżej tej granicy, a bezpośrednim rezultatem będzie to, że zarówno trwała próżnia, jak i temperatura wrzenia będą wyższe. Ocenia się, że trwała niższa granica pompy próżniowej o pierścieniu cieczowym wyniesie 3,4 kPa (0,5 psia), gdzie woda wrze w 67°C (80°F), lecz (zależnie od dostępnych urządzeń) może być niepraktyczne działanie w takich warunkach. Wyższa granica odparowania rzutowego (wrzenia) dla tego podejścia (stosowanie technologicznego ciepła odpadkowego) wynosi około 60°C (140°F). W tych warunkach ciśnienie robocze wynosi około 20,7 kPa (3 psia), a zdolność zdobywania znacznej ilości technologicznego ciepła odpadkowego zmniejsza się znacznie. Sposób mógłby funkcjonować przy ciśnieniu wyższym niż 20,7 kPa (3 psia), gdzie temperatura wrzenia wzrośnie do 65,5°C (150°F) lub więcej, lecz narzuca to potrzebę ciepła odpadkowego o wyższej temperaturze lub źródeł pary wodnej, które mogą nie być łatwo dostępne lub tanie.

Sposób i urządzenie niniejszego wynalazku mają wiele zastosowań. Na przykład, produkt o dużej zawartości ciał stałych można wytwarzać za pomocą zatężania półpłynnych mas o średniej zawartości ciał stałych, które wytworzono za pomocą niskonakładowych urządzeń odwadniających, takich jak filtry próżniowe obrotowe, grawitacyjne stoły osadowe lub odśrodkowe odstojniki do niskich zawartości ciał stałych i tym podobne.

Sposób i urządzenie niniejszego wynalazku można stosować w celu obniżenia normalnej temperatury wrzenia lub temperatury rzutowej przy odparowaniu rzutowym rozpuszczalnika lub rozcieńczalnika (innego niż woda) lub ich porcji z zawiesiny półpłynnej masy wcelu zatężania ciał stałych.

Sposób i urządzenie niniejszego wynalazku umożliwiają użytkownikowi wytworzenie stabilnego produktu o dużej zawartości ciał stałych, która jest większa niż ta, którą można uzyskać za pomocą powszechnie stosowanych sposobów wytwarzania w niektórych zastosowaniach.

PL 194 225 B1

Sposób i urządzenie niniejszego wynalazku umożliwiają użytkownikowi zwiększenie wydajności istniejących sposobów dotyczących dużych zawartości ciał stałych dzięki wykorzystaniu powszechnie stosowanych urządzeń odwadniających działających z większą wydajnością i przy mniejszych zawartościach ciał stałych, po którym następuje zatężenie do końcowej docelowej zawartości ciał stałych z zastosowaniem wynalazku.

W pewnych zastosowaniach możliwe jest również, dzięki sposobowi i urządzeniu niniejszego wynalazku, wytworzenie półpłynnych mas o wyższej średniej zawartości ciał stałych dla konkretnego konsumenta w celu zmniejszenia ładunku, poprawy ogólnej jakości produktu i zapewnienia konsumentowi korzyści związanych z materiałem zasilającym o większej zawartości ciał stałych.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób zatężania ciał stałych w ciekłej półpłynnej masie, znamienny tym, że obejmuje: umieszczenie półpłynnej masy o stężeniu ciał stałych niższym niż pożądane wyższe stężenie ciał stałych wewnątrz komory próżniowej utrzymywanej pod próżnią niższą niż 27,6 kPa; ciągłe usuwanie strumienia półpłynnej masy z komory próżniowej i ponowne wprowadzenie do obiegu strumienia przez wymiennik ciepła w celu ogrzania strumienia do temperatury dostatecznej dla utrzymania temperatury półpłynnej masy wewnątrz komory na poziomie minimalnej temperatury niższej niż 65,5°C; ciągłe mieszanie półpłynnej masy zawartej w komorze próżniowej, aż do uzyskania pożądanego wyższego stężenia ciał stałych w półpłynnej masie; ciągłe dodawanie dodatkowej półpłynnej masy o niższym stężeniu ciał stałych do strumienia ponownie wprowadzonego do obiegu przed wejściem strumienia ponownie wprowadzonego do obiegu do wymiennika ciepła i ciągłe usuwanie półpłynnej masy produktu o wyższym stężeniu ciał stałych z komory próżniowej.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że próżnia wewnątrz komory próżniowej wynosi 6,9 kPa lub jest niższa, a temperaturę półpłynnej masy wewnątrz komory próżniowej utrzymuje się na poziomie temperatury minimalnej niższej niż 40°C.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że obejmuje etap usuwania górnego strumienia pary cieczy i innych gazów z komory próżniowej.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że obejmuje etap oddzielania gazów od górnego strumienia i ponowną kondensację cieczy.
5. 5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 4, znamienny tym, że zawracanie do obiegu półpłynnej masy, prowadzi się przy użyciu pompy mieszającej umieszczonej poza komorą próżniową, a produkt usuwa się po stronie wylotu pompy.
6. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że stosuje się homogenizator umieszczony pomiędzy wylotem pompy a miejscem w przewodzie recyrkulacyjnym, w którym produkt usuwa się z półpłynnej masy.
7. 7. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 4, albo 6, znamienny tym, że usuwa się półpłynną masę z komory próżniowej i wprowadza do wymiennika ciepła stosując pompę cyrkulacyjną.
8. 8. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że wytwarza się w komorze próżnię wynoszącą 6,9 kPa lub niższą przy użyciu pompy o pierścieniu cieczowym.
9. 9. Układ do zatężania ciał stałych w ciekłej półpłynnej masie obejmujący kolumnę, zbiornik, pompy, przewody, homogenizator, znamienny tym, że składa sięz próżniowej kolumny rzutowej (12) z górną przestrzenią (16) i półpłynną masą (22) poniżej górnej przestrzeni (16), a kolumna (12) jest połączona z pierwszym układem recyrkulacyjnym składającym się z: pierwszej pompy recyrkulacyjnej (24), gdzie po stronie wlotowej pompy znajduje się przewód (32), który z kolei ma przewód wlotowy (34) do zasilania półpłynną masą ze zbiornika (36), wymiennika ciepła (28) umieszczonego pomiędzy pompą (24) i kolumną (12) z którą jest połączony przewodem (30), i kolumna (12) jest połączona z drugim układem cyrkulacyjnym, oddalonym od pierwszego układu cyrkulacyjnego, składającym się z: drugiej pompy recyrkulacyjnej (38) do usuwania półpłynnej masyz miejsca blisko dna (26) próżniowej kolumny rzutowej (12) przez przewód (40), a druga pompa recyrkulacyjna jest połączona z kolumną przez przewód wlotowy (42) i ze zbiornikiem produktu (46) przez odgałęziony przewód (44), a pomiędzy drugą pompą recyrkulacyjną (38) i odgałęzionym przewodem umieszczony jest homogenizator (52), przy czym górna przestrzeń (16) przez przewód (18) jest połączona przez wymiennik ciepła (20) z pompą próżniową (14) połączoną z separatorem (50) i ze zbiornikiem kondensatu (48).