PL196870B1 - Ciągły sposób wytwarzania mikrożeli polikrzemianowych - Google Patents

Abstract

1. Ci ag ly sposób wytwarzania mikro zeli polikrzemianowych, w którym kolejno: (a) miesza si e wodny roztwór krzemianu rozpuszczalnego w wodzie z inicjatorem zelowania w zbiorniku mieszalnikowym, z wytworzeniem wodnej mieszaniny, w której st ezenie krzemionki wyno- si oko lo 0,5 - 15% wagowych; oraz (b) mieszanin e poddaje si e starzeniu w pod lu znym zbiorniku do starzenia, z cz esciowym jej z zelowaniem; znamienny tym, ze zbiornik mieszalnikowy i/lub zbiornik do starzenia s a spr ezy scie odkszta lcalne i przej sciowo odkszta lca si e je w trakcie procesu odrywaj ac osady powsta le na scianach zbiornika i usuwa osady ze zbiornika. PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

RZECZPOSPOLITA POLSKA	(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (21) Numer zgłoszenia: 349465	(11) 196870
(13)	B1
Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej	(22) Data zgłoszenia: 13.09.1999 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: 13.09.1999, PCT/US99/21060 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: 22.03.2001, WO01/19730 PCT Gazette nr 12/01	(51) Int.Cl. C01B 33/143 (2006.01)

(54)

Ciągły sposób wytwarzania mikrożeli polikrzemianowych (73) Uprawniony z patentu:

E.I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY, Wilmington,US (43) Zgłoszenie ogłoszono:

29.07.2002 BUP 16/02 (72) Twórca(y) wynalazku:

Robert Harvey Moffett,Landenberg,US Walter John Simmons,Martinsburg,US Roy Carlton Jones,Hagerstown,US (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

29.02.2008 WUP 02/08 (74) Pełnomocnik:

Zofia Sulima,

Sulima Grabowska Sierzputowska,

Biuro Patentów i Znaków Towarowych Sp.j.

⁽⁵⁷⁾ 1. Ciągły sposób wytwarzania mikrożeli polikrzemianowych, w którym kolejno:

(a) miesza się wodny roztwór krzemianu rozpuszczalnego w wodzie z inicjatorem żelowania w zbiorniku mieszalnikowym, z wytworzeniem wodnej mieszaniny, w której stężenie krzemionki wynosi około 0,5 - 15% wagowych; oraz (b) mieszaninę poddaje się starzeniu w podłużnym zbiorniku do starzenia, z częściowym jej zżelowaniem;

znamienny tym, że zbiornik mieszalnikowy i/lub zbiornik do starzenia są sprężyście odkształcalne i przejściowo odkształca się je w trakcie procesu odrywając osady powstałe na ś cianach zbiornika i usuwa osady ze zbiornika.

PL 196 870 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest ciągły sposób wytwarzania mikrożeli polikrzemianowych.

Mikrożele polikrzemianowe (to znaczy wodne roztwory, powstałe w wyniku częściowego zżelowania krzemianów metali alkalicznych) są dobrze znane. Częściowe zżelowanie osiąga się zazwyczaj przez zmieszanie krzemianu metalu alkalicznego z inicjatorem żelowania, starzenie tej mieszaniny przez krótki okres czasu, a następnie przerwanie żelowania przez rozcieńczenie mieszaniny. Najczęściej stosowanymi inicjatorami żelowania są kwasy mineralne i ałun. Powstałe mikrożele znajdują zastosowanie przemysłowe jako pomocnicze środki odwadniające i retencyjne w produkcji papieru, jako flokulanty w instalacjach oczyszczania wody pitnej i w podobnych dziedzinach.

Jakkolwiek mikrożele polikrzemianowe są doskonałymi, przyjaznymi dla środowiska flokulantami, ich zastosowanie przemysłowe ogranicza obecnie kilka czynników praktycznych. Przykładowo, roztwory mikrożeli muszą być rozcieńczone, a więc transport dużych objętości na znaczne odległości nie jest praktyczny. Mikrożele są również podatne na żelowanie i tworzenie osadów krzemianowych w urządzeniach stosowanych do wytwarzania tego produktu. Problemy te można rozwiązać poprzez konstrukcję urządzeń i szkolenie personelu w warunkach przemysłowych, lecz występują poważniejsze trudności w dziedzinach zastosowania, gdzie urządzenia powinny być stosunkowo łatwe w obsłudze i konserwacji.

W periodycznych procesach wytwarzania mikrożele poddaje się starzeniu w dużych mieszalnikach i zasobnikach, co nie tylko jest kosztowne lecz również stwarza problemy, takie jak niejednorodność produktu i kontrola procesu, nierozerwalnie związane z procesami periodycznymi. Ze względu na utrzymanie powtarzalnej jakości produktu preferuje się wytwarzanie i starzenia mikrożelu w procesie ciągłym. Niestety osady krzemionki można łatwiej tolerować w zbiornikach, w których przechowuje się partię produktu, niż w instalacji do procesu ciągłego, w której te osady zatykają urządzenia, co powoduje częste wyłączenia w celu przeprowadzenia konserwacji.

W opisach patentowych US 5279807, 5503820 i 5648055 ujawniono ulepszone cią g ł e procesy wytwarzania mikrożeli polikrzemianowych, w których osadzanie się krzemionki jest znacznie ograniczone w wyniku mieszania roztworu rozpuszczalnego krzemianu i inicjatorów żelowania w określonych warunkach. Jakkolwiek rozwiązanie ujawnione w tych opisach patentowych zapewnia znacznie lepszą sprawność i znalazło zastosowanie przemysłowe, to nadal często występują osady krzemionki, które zatykają rury i osprzęt generatora mikrożelu. Zatem nadal konieczne jest okresowe przerywanie procesu i usuwanie osadów przez rozpuszczenie ich w zasadzie, takiej jak wodorotlenek sodu. Jeżeli wymagana jest ciągłość produkcji, to nadal konieczne jest również utrzymywanie generatora rezerwowego.

Zatem istnieje potrzeba dalszego ulepszania ciągłego procesu wytwarzania mikrożeli polikrzemianowych.

Wynalazek dotyczy ciągłego sposobu wytwarzania mikrożeli polikrzemianowych, w którym kolejno:

(a) miesza się wodny roztwór krzemianu rozpuszczalnego w wodzie z inicjatorem żelowania w zbiorniku mieszalnikowym, z wytworzeniem wodnej mieszaniny, w której stężenie krzemionki wynosi około 0,5 - 15% wagowych; oraz (b) mieszaninę poddaje się starzeniu w podłużnym zbiorniku do starzenia, z częściowym jej zżelowaniem;

przy czym ten sposób charakteryzuje się tym, że zbiornik mieszalnikowy i/lub zbiornik do starzenia są sprężyście odkształcalne i przejściowo odkształca się je w trakcie procesu odrywając osady powstałe na ścianach zbiornika i usuwa się osady ze zbiornika.

Korzystnie podłużny zbiornik przejściowo odkształca się przez zwiększanie ciśnienia wewnątrz tego zbiornika.

Korzystnie zbiornik przejściowo odkształca się przez zmniejszanie ciśnienia wewnątrz tego zbiornika.

Korzystnie zbiornik przejściowo odkształca się przez okresowe zmienianie oporu przepływu na jego wylocie.

Korzystnie zbiornik przejściowo odkształca się przez przykładanie do tego zbiornika siły mechanicznej.

Korzystnie siłę mechaniczną przykłada się za pomocą rolek, prasy lub działającego z zewnątrz płynu pod ciśnieniem, a zwłaszcza za pomocą jednej lub większej liczby par rolek poruszających się wzdłuż osi wzdłużnej zbiornika.

PL 196 870 B1

Korzystnie zbiornik przejściowo odkształca się przez wystawienie na działanie drgań.

Korzystnie drgania przekazuje się do zbiornika z otaczającej go cieczy, w której zanurzono wibrator.

Korzystnie drgania przenosi się do zbiornika przez mieszaninę poddawaną starzeniu w tym zbiorniku.

Dla ograniczenia tworzenia się osadów krzemionki, etap mieszania (a) prowadzi się w warunkach ujawnionych w opisach patentowych US 5279807, 5503820 i 5648055. Aby powstał zmodyfikowany mikrożel polikrzemianowy, wymagający krótszego czasu starzenia w etapie (b), w etapie mieszania (a) mogą być również obecne jony glinu.

Korzystnie jako zbiornik mieszalnikowy i/lub zbiornik do starzenia stosuje się giętki przewód. Przewód ten łatwo ulega odkształceniu na skutek zwiększania lub zmniejszania w nim ciśnienia, oddziaływania mechanicznego, np. na skutek przeciągania tego przewodu przez szczelinę pomiędzy parą rolek, które przemieszczają się wzdłuż przewodu. W przypadku zbiorników półsztywnych lub wykonanych z tworzyw sztucznych można stosować fale dźwiękowe lub ultradźwiękowe.

Mikrożele polikrzemianowe są wodnymi roztworami powstałymi w wyniku częściowego zżelowania krzemianu lub polikrzemianu metalu alkalicznego, takiego jak polikrzemian sodu, w najpowszechniejszej postaci zawierającego jedną część wagową Na2O na 3,3 części wagowe SiO2. Typowe mikrożele składają się z wody i połączonych cząstek krzemionki, o średnicy 1 - 5 mm i powierzchni właściwej co najmniej 500 m²/g. Cząstki te łączą się w trakcie powstawania (to znaczy w trakcie częściowego żelowania), tworząc agregaty trójwymiarowych sieci i łańcuchów. W porównaniu z dostępną w handlu krzemionką koloidalną, roztwory mikrożeli odznaczają się niską wartością S. Według Ilera i Daltona (J. Phys. Chem. 60 (1956), 955-957), wartość S definiuje się jako udział w procentach wagowych krzemionki w fazie rozproszonej, co interpretuje się jako stopień agregacji cząstek krzemionki. Typowe wartości S dla krzemionki koloidalnej, podawane przez Ilera i Daltona, mieszczą się w zakresie 80 - 90%. Wartości S dla roztworów mikrożeli krzemionki są zazwyczaj niższe niż 50%, korzystnie niższe niż 40%.

Przy wartości pH poniżej 5 mikrożele polikrzemianowe są czasami określane jako mikrożele polikwasu krzemowego. Przy wyższym pH produkty te mogą zawierać mieszaniny polikwasu krzemowego i mikrożeli polikrzemianowych, których stosunek zależy od wartości pH. Stosowane w opisie określenie „mikrożel polikrzemianowy” obejmuje mieszaniny polikwasu krzemowego i mikrożeli polikrzemianowych.

Mikrożele polikrzemianowe często modyfikuje się przez wprowadzenie do ich struktury jonów glinianowych. Zależnie od miejsca wprowadzenia źródła glinu do procesu, glin może występować w cał ej masie agregatów polikrzemianowych lub jedynie na ich powierzchni. Glin moż na dodawać dla zwiększenia szybkości powstawania mikrożelu, a tym samym skrócenia czasu starzenia. Glin umożliwia również zachowanie przez mikrożel ładunku w warunkach niskiego pH. Stosowane w opisie określenie „mikrożel polikrzemianowy” obejmuje mikrożele polikrzemianowe zawierające glin, które fachowcy czasami nazywają mikrożelami poliglinokrzemianowymi.

Tradycyjne roztwory rozpuszczalnego w wodzie krzemianu i inicjatory żelowania można dobierać tak, aby w etapie (a) tworzyły one mieszaninę, w której stężenie krzemionki wynosi 0,5 - 15% wagowych, korzystnie 1 - 10% wagowych. W stężeniu poniżej 0,5% mikrożel będzie powstawał zbyt wolno, aby mógł mieć zastosowanie praktyczne. Przy zawartości krzemionki powyżej 15% szybkość żelowania jest zbyt duża aby można było ją skutecznie kontrolować.

Odpowiednie inicjatory żelowania są znane i należą do nich kwasowe żywice jonowymienne, kwasy mineralne, kwasy organiczne, kwaśne sole, kwaśne gazy, sole metali alkalicznych i kwasów metali amfoterycznych (takie jak glinian sodu) oraz związki organiczne, takie jak niektóre bezwodniki, amidy, estry, laktony, nitryle i sulfony. Powszechnie stosowanymi inicjatorami żelowania są kwasy mineralne, zazwyczaj kwas siarkowy, oraz ałun. Inicjator żelowania można dodawać w postaci stężonego roztworu wodnego, aż do granicy rozpuszczalności albo jako roztwór rozcieńczony dla ułatwienia mieszania.

Gdy inicjatorem żelowania jest kwas mineralny, to otrzymana mieszanina ma odczyn o pH 2 - 10, a natężenie przepływu kwasu (lub stosunek kwasu do krzemionki) zazwyczaj reguluje się poprzez układ kontroli pH. Gdy jako inicjator żelowania wybierze się kwas organiczny, taki jak kwas węglowy lub ditlenek węgla, to natężenie przepływu inicjatora żelowania i/lub roztworu krzemianu można regulować objętościowo (w zakresie pH 2 - 10), ze względu na działanie buforujące powstających

PL 196 870 B1 węglanów. Zaletą regulacji objętościowej jest eliminacja czujników pH, które mogą wymagać częstego czyszczenia, kalibracji i wymiany.

Jeżeli wybrany inicjator żelowania jest alkaliczny, taki jak roztwór wodorowęglanu sodu lub glinianu sodu, to dogodnie natężenie przepływu inicjatora żelowania i/lub roztworu krzemianu reguluje się objętościowo, gdyż oba strumienie są alkaliczne. Otrzymana mieszanina ma odczyn o pH 7 - 13.

Sól glinową, gdy jest potrzebna, dodaje się do mieszaniny jako rozpuszczalny składnik w roztworze inicjatora żelowania lub krzemianu sodu, albo też można ją dodać do mieszaniny jako odrębny strumień. Doskonałe mikrożele poliglinokrzemianowe wytwarza się przez dodawanie soli glinu do strumienia kwaśnego inicjatora żelowania w takiej ilości, aby osiągnąć stosunek molowy Al2O3/SiO2 w zakresie od 1:1500 do 1:25, korzystnie od 1:1250 do 1:50. Alternatywnie mikrożel polikrzemianowy można wytworzyć stosując roztwór poliglinokrzemianu otrzymany w reakcji glinianu metalu alkalicznego bezpośrednio z krzemianem z wytworzeniem poliglinokrzemianu, w którym stosunek molowy Al2O3/SiO2 wynosi do około 1:1.

Jakkolwiek w realizacji wynalazku można stosować dowolne warunki mieszania, to szczególnie korzystne jest zastosowanie warunków mieszania ujawnionych w opisach patentowych US 5279807, 5503820 i 5648055. Stwierdzono, że warunki mieszania burzliwego opisane w tych opisach znacząco zmniejszają powstawanie osadów żelu i krzemionki w trakcie starzenia mikrożelu. Warunki te osiąga się przez (i) zbieżne łączenie strumieni roztworu krzemianu i inicjatora żelowania pod kątem nie mniejszym niż 30 stopni, albo (ii) stosowanie pierścieniowego urządzenia mieszającego, w którym te dwa strumienie zbieżnie łączą się, przez wprowadzanie jednego strumienia z rury wewnętrznej do drugiego strumienia przepływającego przez zewnętrzną rurę pierścieniową. Jakkolwiek dla celów wynalazku nie są konieczne warunki mieszania burzliwego, to korzystne jest aby wartość liczby Reynoldsa w strefie mieszania wynosiła co najmniej 1000, korzystnie ponad 6000.

Mieszaninę następnie poddaje się starzeniu przez czas wystarczający do osiągnięcia żądanego stopnia częściowego zżelowania, co zazwyczaj trwa co najmniej 10 sekund, lecz nie dłużej niż 15 minut. W wyniku częściowego zżelowania powstają sieci trójwymiarowych agregatów i łańcuchy tworzące cząstki krzemionki o dużej powierzchni właściwej, znane jako mikrożele polikrzemianowe.

Żądany stopień częściowego zżelowania będzie różny dla różnych wybranych składników i zastosowań, lecz na ogół osiąga się go w ciągu 10 - 90% okresu czasu powodującego całkowite zżelowanie. Tak więc fachowiec może z łatwością określić czas żelowania i dostosować wybrany czas sieciowania, zmieniając natężenie przepływu przez zbiornik, w którym zachodzi starzenie. Przykładowo, dla konkretnego zastosowania można optymalizować długość i/lub średnicę zbiornika, w którym zachodzi starzenie, oraz ciśnienie strumienia.

W procesie cią głym starzenie zachodzi w trakcie przepływu mieszaniny przez podłużny zbiornik i zasadniczo jest ono zakończone gdy mieszanina osiąga wylot ze zbiornika. Na ogół ten wydłużony zbiornik ma stałą średnicę (to znaczy stanowi rurę), przy czym średnicę i długość rury dobiera się tak, aby zapewnić czas przebywania w zbiorniku potrzebny do uzyskania pożądanego stopnia „zestarzenia” mieszaniny. Dla zapewnienia czasu przebywania od 10 sekund do 15 minut średnica typowego zbiornika do starzenia wynosi 0,5 - 25 cm (1/4 - 10 cali), a długość 60 - 150 m (2 - 500 stóp). Na ogół czas przebywania w zbiorniku dłuższy niż 15 minut nie daje żadnych korzyści.

Zgodnie z wynalazkiem mieszaninę wytwarza się i/lub poddaje się starzeniu w podłużnym zbiorniku sprężyście odkształcalnym (jak np. rura lub przewód rurowy), który przejściowo odkształca się odrywając osady powstałe na ścianach zbiornika. W miarę jak starzona mieszanina przepływa przez zbiornik oderwane osady zostają przez nią usuwane. Osady te składają się z krzemionki; wiele zastosowań nie wymaga oddzielania i usuwania takich osadów z mieszaniny odprowadzanej ze zbiornika. Zalety wynalazku uwidoczniają się zwłaszcza wtedy, gdy zastosuje się go w etapach mieszania i wstępnego starzenia, w których skłonność do tworzenia się osadów jest szczególnie duż a.

Zbiornik może być wyposażony dodatkowo w osprzęt, taki jak zawory, mieszadła i sprzęt kontrolno-pomiarowy. Zbiornik jest wykonany z materiału (i) o elastyczności większej niż elastyczność osadów krzemionki oraz (ii) o takiej charakterystyce powierzchni, że odkształcenie zbiornika pozwala pokonać siły adhezji pomiędzy zbiornikiem i osadami, co powoduje odrywanie się tych osadów podczas odkształcania zbiornika. Wybór materiału będzie zależał od sposobu przejściowego odkształcania ścian zbiornika. Typowy materiał ma gładką powierzchnie, co ułatwia usuwanie krzemionki.

Ściany zbiornika przejściowo odkształca się przez zwiększanie lub zmniejszanie ciśnienia wewnątrz zbiornika, dla ich rozszerzenia lub skurczenia. Takie zmiany ciśnienia można osiągać sposobami znanymi fachowcom, przykładowo (i) zmieniając okresowo ciśnienie strumieni zasilających;

PL 196 870 B1 (ii) stosując pompę zasilającą o nieciągłej charakterystyce tłoczenia, np. pompę tłokową; (iii) zmieniając okresowo opór wypływu za pomocą programowanego zaworu regulacyjnego; (iv) wprowadzając okresowo ciecz lub gaz, które nie wpływają niekorzystnie na proces starzenia; albo stosując połączenia tych sposobów. Przykładami odpowiednich materiałów konstrukcyjnych zbiornika są polimery, takie jak tworzywa winylowe, fluorowany kopolimer „Viton”, politetrafluoroetylen „Teflon”, kauczuk silikonowy, kauczuk neoprenowy i inne kauczuki lub elastomery, wytrzymujące okresowe odkształcanie sprężyste bez zniszczenia lub pękania, oraz odporne chemicznie na mieszaninę poddawaną starzeniu.

W innym przypadku ś ciany zbiornika przej ś ciowo odkształ ca się przez przykł adanie do nich sił y mechanicznej. Siłę tę można przykładać w dowolny znany sposób, w tym lecz nie wyłącznie, ściskając lub zginając i zwalniając ścianki za pomocą rolek, prasy lub innego urządzenia mechanicznego, oraz zmieniając zewnętrzne ciśnienie otaczającego płynu. Siłę mechaniczną można przykładać przez rozciąganie wzdłużne zbiornika dla zmniejszenia jego średnicy, a następnie zwalnianie tej siły. Szczególnie korzystny jest proces, w którym jedna lub większa liczba par rolek porusza się wzdłuż osi podłużnej zbiornika w postaci rury. W tym przypadku stosowane materiały są podobne do materiałów opisanych powyżej, stosowanych w procesie, w którym zmienia się ciśnienie wewnątrz zbiornika.

W kolejnym przypadku ś ciany zbiornika przejściowo odkształ ca się pod dział aniem sił y wibracji, np. wskutek wibracji przenoszonych do zbiornika od otaczającej je cieczy, w której zanurzono wibrator. Zazwyczaj w tym celu wybiera się wibrator ultradźwiękowy. Alternatywnie, mieszanina zawarta w zbiorniku może być poddawana wibracjom i przenosić wibracje, powodując sprężyste odkształcenie zbiornika. W tym przypadku zbiornik zazwyczaj jest wykonany z materiału półsztywnego, takiego jak stal lub stal nierdzewna, o elastyczności większej niż osady krzemionki, albo z polimeru, takiego jak polimery opisane powyżej.

Na ogół mikrożele polikrzemianowe poddaje się obróbce dla zatrzymania lub ograniczenia do minimum dalszego powstawania żelu. Obróbką tą może być proste rozcieńczenie, obniżające stężenie krzemionki do wartości poniżej 10% wagowych, korzystnie poniżej 5% wagowych, albo korekta pH, względnie połączenie rozcieńczenia z korektą pH, w wyniku czego żelowanie zostaje zatrzymane i/lub opóźnione. Dla zatrzymania powstawania żelu można również stosować inne znane sposoby.

Następnie mikrożel można przechowywać lub zużywać w zamierzony sposób. Alternatywnie, jeżeli mikrożel ma być zużyty natychmiast, albo jeżeli dalsze żelowanie będzie w granicach akceptowalnych dla zamierzonego zastosowania, rozcieńczanie albo korekta pH mikrożelu nie są konieczne. W razie potrzeby starzony mikrożel można przesączyć dla usunięcia niedopuszczalnie dużych osadów krzemionki, które oderwały się w wyniku zastosowania wynalazku.

Mikrożele polikrzemianowe wytworzone sposobem według wynalazku można stosować w tradycyjnych zastosowaniach, w których takie mikrożele są używane, jak również w nowych zastosowaniach możliwych do praktycznej realizacji, gdyż mikrożele można z powodzeniem wytwarzać w danej dziedzinie. Przykładowo, mikrożele te można stosować jako flokulanty dla usuwania składników stałych z zawiesin wodnych albo jako pomocnicze środki retencyjne w produkcji papieru, często łącznie z innymi polimerami i/lub zwią zkami chemicznymi uż ywanymi w tych celach.

Wynalazek ilustrują poniższe przykłady.

P r z y k ł a d 1

Roztwór mikrożelu poliglinokrzemianowego sporządzono przez poddanie reakcji rozcieńczonego roztworu krzemianu sodu z rozcieńczonym roztworem glinianu sodu w mieszalniku z łącznikiem pierścieniowym. Ściślej, roztwór krzemianu sodu zawierający 2% wag. krzemionki wprowadzano do pierścieniowej strefy mieszania z szybkością 7,2 l/min (1,9 galona/min) przez 1,27 cm (1/2-calowy) trójnik Swagelok. Trójnik ten był przyłączony do 30,5 m (100 stopowego) przewodu rurowego o średnicy 1,27 cm (1/2 cala) ze wzmocnionego Tygonu (przewodu winylowego typu B44-4K, dostępnego z Norton Performance Plastics Corp., Wayne, New Jersey). Roztwór glinianu sodu, zawierają cy 2% wag. Al2O3 wprowadzano do pierścieniowej strefy mieszania za pomocą rury ze stali nierdzewnej o ś rednicy 0,635 cm (1/4 cala) i 1,27 centymetrowego (1/2 calowego) trójnika, okoł o 20 cm (8 cali) poniżej miejsca wprowadzania krzemianu. Glinian wprowadzano do strefy mieszania z taką szybkością, aby utrzymywać stosunek wagowy Al2O3/SiO2 wynoszący 1:6. Mieszanie krzemianu i glinianu zachodziło w przewodzie z Tygonu.

Po upływie około 1 godziny od rozpoczęcia mieszania osady krzemionki wewnątrz przewodu z Tygonu stał y się dobrze widoczne. Osady usunię to lekko ś ciskają c przewód z Tygonu przez przepuszczanie tego przewodu pomiędzy dwiema rolkami z tworzywa sztucznego. Stwierdzono, że przewód był wolny od osadów krzemionki po jednokrotnym przejściu rolek. Przy użyciu opisanego urzą6

PL 196 870 B1 dzenia wytworzono łącznie około 1514 litrów (400 galonów) roztworu mikrożelu poliglinokrzemianowego. Całość osadzonej krzemionki usunięto z urządzenia przez odkształcanie giętkiego przewodu za pomocą rolek z tworzywa sztucznego. Stwierdzono, że roztwór poliglinokrzemianu dobrze nadawał się do stosowania jako pomocniczy środek odwadniający i retencyjny w produkcji papieru.

P r z y k ł a d 2

W przykł adzie tym pokazano, jak moż na zastosować wibracje ultradź wię kowe do sprężystego odkształcania zbiornika do obróbki, dla zapobieżenia powstawaniu osadów krzemionki podczas wytwarzania roztworu mikrożelu polikrzemianowego. Rozcieńczony w stosunku 3,2 krzemian sodu i kwas siarkowy zmieszano w mieszalniku ze stali nierdzewnej z łącznikiem trójnikowym, tak aby otrzymać roztwór zawierający 3,2% wag. SiO2, o pH 8,7, przy średniej szybkości przepływu 49 litrów na min (13 galonów/min). Po wyjściu z mieszalnika z łącznikiem trójnikowym roztwór wprowadzano do przewodu rurowego ze wzmocnionego Tygonu o długości 2,1 m (7 stóp) i średnicy wewnętrznej 0,95 cm (3/8 cala). Następnie przewód z Tygonu połączono z rurą ze stali nierdzewnej o długości 20 cm (8 cali) i średnicy wewnętrznej 1,27 cm (1/2 cala), którą z kolei połączono z giętkim przewodem elastomerowym o długości 15 cm (6 cali), wyłożonym Neoprenem. W celu kontroli pH mieszaniny krzemian/kwas poniżej przewodu wyłożonego Neoprenem wmontowano układ elektrod Lakewood Instruments model 72. Przewód wyłożony Neoprenem, rurę ze stali nierdzewnej i część przewodu z Tygonu zanurzono w łaźni ultradźwiękowej Branson model 3200, pracującej przy częstotliwości 47 kHz. Po upływie 6,5 godziny pracy w żadnym z zanurzonych w łaźni ultradźwiękowej przewodów nie stwierdzono osadów krzemionki. Wyraźną powłokę osadów krzemionki stwierdzono na układzie elektrod do pomiaru pH, który nie był zanurzony w łaźni ultradźwiękowej. Osady krzemionki usunięto z układu elektrod do pomiaru pH przez zanurzenie tego układu w ciepłym roztworze wodorotlenku sodu. Analiza roztworu wodorotlenku sodu wykazała, że na układzie elektrod do pomiaru pH osadziło się 0,77 g SiO2.

P r z y k ł a d 3

W przykł adzie tym pokazano, jak moż na zastosować wibracje ultradź wię kowe do sprężystego odkształcania zbiornika do obróbki, dla zapobieżenia powstawaniu osadów glinokrzemianu przy wytwarzaniu roztworu mikrożelu poliglinokrzemianowego. Rozcieńczony w stosunku 3,2 krzemian sodu zawierający 2% wag. SiO2, podawany z szybkością 100 ml/min, zmieszano w mieszalniku z łącznikiem trójnikowym z roztworem glinianu sodu zawierającym 2% wag. Al2O3, podawanym z szybkością 20 ml/min. Zmieszany roztwór pompowano przez odcinek rury ze stali nierdzewnej o średnicy wewnętrznej 0,635 cm (1/4 cala), którą połączono z odcinkiem przewodu rurowego o średnicy wewnętrznej 0,40 cm (5/32 cala), z przezroczystego tworzywa sztucznego wysokiej jakości, Nalgene 180, w gatunku VI. Część przewodu rurowego z Nalgenu zanurzono w łaźni ultrad źwiękowej Branson model 3200, pracującej przy częstotliwości 47 kHz. Całą rurę ze stali nierdzewnej, oprócz odcinków o dł ugoś ci okoł o 2,54 cm (1 cala) z każ dego koń ca, zanurzono w ł a ź ni ultradź wię kowej. Po upł ywie około 1 godziny pracy w przewodzie z Nalgenu na zewnątrz łaźni ultradźwiękowej widoczny był osad glino-krzemianu. Te osady w przewodzie z Nalgenu na zewnątrz łaźni łatwo usunięto przez odkształcanie tego przewodu przez rozciąganie, zginanie lub ściskanie.

Po upływie 4 godzin wytwarzania mikrożelu poliglinokrzemianowego nie stwierdzono żadnych osadów w przewodzie z Nalgenu zanurzonym w łaźni ultradźwiękowej. Osadów nie stwierdzono w rurze ze stali nierdzewnej, co wskazuje, że łaźnia ultradźwiękowa powodowała odkształcanie sprężyste rury ze stali nierdzewnej, zanurzonej w łaźni, oraz w pewnej odległości na zewnątrz tej łaźni.

P r z y k ł a d 4

W przykładzie tym pokazano, że reaktor szklany, o niewielkim odkształceniu sprężystym przy nacisku, nie ulega zadowalającemu odkształceniu sprężystemu, takiemu aby spowodować naprężenie większe niż siły adhezji osadów glinokrzemianu powstających podczas wytwarzania mikrożelu poliglinokrzemianowego, nawet wtedy, gdy jest on wystawiony na drgania ultradźwiękowe. Rozcieńczony w stosunku 3,2 krzemian sodu zawierają cy 2% wag. SiO2, podawany z szybkoś cią 100 ml/min, zmieszano w mieszalniku z łącznikiem trójnikowym z roztworem glinianu sodu zawierającym 2% wag. Al2O3, podawanym z szybkością 20 ml/min. Zmieszany roztwór pompowano przez odcinek szklanej rury o długości 15 cm (6 cali) i średnicy wewnętrznej 0,40 cm (5/32 cala). Około 7,5 cm (3 cale) tej szklanej rury zanurzono w łaźni ultradźwiękowej Branson model 3200, pracującej przy częstotliwości 47 kHz. Tę szklaną rurę połączono z odcinkiem przezroczystego przewodu winylowego o średnicy wewnętrznej 0,635 cm (1/4 cala), którego część zanurzono również w łaźni ultradźwiękowej. Po upływie około 1 godziny pracy w całej długości rury szklanej (zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz łaźni ultradźwiękowej) i na części przewodu z Nalgenu na zewnątrz łaźni ultradźwiękowej widoczny był

PL 196 870 B1 osad glino-krzemianu. Po upływie 4 godzin pracy rura szklana na całej długości była pokryta osadem glinokrzemianu. Przewód z Nalgenu zanurzony w łaźni był wyraźnie wolny od osadów.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Ciągły sposób wytwarzania mikroż eli polikrzemianowych, w którym kolejno:

   (a) miesza się wodny roztwór krzemianu rozpuszczalnego w wodzie z inicjatorem żelowania w zbiorniku mieszalnikowym, z wytworzeniem wodnej mieszaniny, w której stężenie krzemionki wynosi około 0,5 - 15% wagowych; oraz (b) mieszaninę poddaje się starzeniu w podłużnym zbiorniku do starzenia, z częściowym jej zżelowaniem;

   znamienny tym, że zbiornik mieszalnikowy i/lub zbiornik do starzenia są sprężyście odkształcalne i przejś ciowo odkształca się je w trakcie procesu odrywają c osady powstał e na ś cianach zbiornika i usuwa osady ze zbiornika.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podłużny zbiornik przejściowo odkształca się przez zwiększanie ciśnienia wewnątrz tego zbiornika.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiornik przejściowo odkształca się przez zmniejszanie ciśnienia wewnątrz tego zbiornika.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ż e zbiornik przejściowo odkształca się przez okresowe zmienianie oporu przepływu na jego wylocie.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiornik przejściowo odkształca się przez przykładanie do tego zbiornika siły mechanicznej.
6. 6. Sposób wedł ug zastrz. 5, znamienny tym, ż e siłę mechaniczną przykł ada się za pomocą rolek, prasy lub działającego z zewnątrz płynu pod ciśnieniem.
7. 7. Sposób wedł ug zastrz. 6, znamienny tym, ż e siłę mechaniczną przykłada się za pomocą jednej lub większej liczby par rolek poruszających się wzdłuż osi wzdłużnej zbiornika.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiornik przejściowo odkształca się przez wystawienie na działanie drgań.
9. 9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że drgania przekazuje się do zbiornika z otaczającej go cieczy, w której zanurzono wibrator.
10. 10. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że drgania przekazuje się do zbiornika przez mieszaninę poddawaną starzeniu w tym zbiorniku.