PL197473B1

PL197473B1 - Zbiornik kontaktowy gazowo-cieczowy o działaniu ciągłym oraz jego zastosowanie

Info

Publication number: PL197473B1
Application number: PL365816A
Authority: PL
Inventors: Gerald Dean Erdman
Original assignee: Minerals Tech Inc
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2008-04-30
Also published as: IL166673A0; SK14142001A3; HK1046525B; DE69932101D1; WO2000063118A1; EP1189840B1; US20020176813A1; CA2367372C; US6451268B1; US7387769B2; SK286324B6; PT1189840E; RU2232717C2; PL365816A1; KR20020003234A; IL145604A; CN1348429A; IL145604A0; HK1046525A1; EP1189840A1

Abstract

1. Zbiornik kontaktowy gazowo-cieczowy o dzia laniu ci ag lym zawieraj acy kolejne komory wyposa zone w srodki techniczne do wprowadzania i usuwania cieczy i gazu, znamienny tym, ze zawie- ra pod lu zn a dostosowan a do tego, by mie sci c w sobie k apiel cieczy os lon e maj ac a kszta lt przekro- ju poprzecznego wielok ata o przynajmniej czterech bokach (14, 16, 18, 20, 72, 74, 76, 78), komory od- dzielone przegrodami (22, 24, 26, 28, 30, 80, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108 i 110), wyposa zonymi w otwory (34, 35, 36, 38, 40), otwory umieszczone naprzemiennie w dolnym rogu i górnym rogu s asiaduj acych przegród, przy czym otwór do wprowadzania do kolejnej komory jest naprzeciwko po przek atnej do otworu do wprowa- dzania z poprzedzaj acej komory i zbiornik zawiera rury (122, 124, 126, 128, 130, 132, 134, 136, 138) do wprowadzania gazu reakcyjnego do jednej lub wi ecej ni z jednej z komór poni zej poziomu cieczy przep ly- waj acej przez komor e i zbiornik jest ewentualnie po laczony z innym zbiornikiem o ró zni acej si e ilo sci komór lub jest ewentualnie po laczony z identycznym zbiornikiem tak, ze wylot ze zbiornika jest polaczony z wlotem drugiego zbiornika. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy zbiornika kontaktowego gazowo-cieczowego o działaniu ciągłym oraz jego zastosowania, a szczególnie stosowania takich zbiorników do przeprowadzania reakcji między cieczą i gazem reakcyjnym.

Przy produkcji strącanego węglanu wapnia, aby doprowadzać do kontaktu ciekłej półpłynnej masy wody i wodorotlenku wapniowego z dwutlenkiem węgla w celu zsyntetyzowania strącanego węglanu wapnia o określonych własnościach, stosuje się powszechnie reaktor periodyczny, reaktor zbiornikowy z mieszaniem ciągłym (CSTR) lub reaktor z przepływem tłokowym typu przewodu rurowego (PF).

Reaktory zbiornikowe z mieszaniem ciągłym zawierają mechaniczny mieszalnik, a działanie ich opiera się na wprowadzeniu gazu reakcyjnego bezpośrednio do cieczy w celu przeprowadzenia pożądanej reakcji. Reaktor zbiornikowy z mieszaniem ciągłym funkcjonuje w określonych temperaturach, przy określonych ciśnieniach i szybkościach mieszania stosownie do produktu wytwarzanego przez kontakt cieczy z gazem reakcyjnym. Reaktory zbiornikowe z mieszaniem ciągłym mają zwykle ograniczoną wielkość. Aby uzyskać większą wydajność układu lub ekonomię skali musi się stosować kilka reaktorów.

Zwykle reaktor z przepływem tłokowym jest to reaktor w kształcie długiej rury wypełnionej cieczą, która zwykle przemieszcza się po linii prostej, do której wprowadza się gaz reakcyjny. Reaktory z przepływem tłokowym są zwykle drogie, ponieważ w pewnych zastosowaniach wymagają długiego przewodu rurowego i stosowania gazów o wysokiej czystości. Są dwie przyczyny stosowania gazów o wysokiej czystości: unikanie tworzenia bryłek i umożllwienie stosowania rury o mniejszym rozmiarze.

W celu wytworzenia strącanego węglanu wapnia o kontrolowanej wielkości cząsteczek wykorzystywanego w różnych zastosowaniach, a szczególnie w obróbce papieru, stosowano wiele technik.

Patent Stan. Zjedn. 2,538,802 ujawnia i zastrzega sposób ciągły wytwarzania strącanego węglanu wapnia o pożądanym zakresie wielkości cząsteczek z zastosowaniem dwustopniowego podwójnego układu saturatorowego. [Właściciele patentu podają szczegóły innych reaktorów, które były dostępne w tamtym czasie, tj. przed 1951].

Patent Stan. Zjedn. 3,150,926 ujawnia i zastrzega sposób ciągły wytwarzania strącanego węglanu wapnia z zastosowaniem podłużnego reaktora z przenośnikiem śrubowym do przemieszczania półpłynnej masy od końca wlotowego do końca wypływowego reaktora. Stosuje się łopatki i podłużne skrzydła w celu przemieszczania materiałów przez reaktor w, jak określają to właściciele patentu, modelu przepływu, „który podobny jest do strumienia płynącego z zakrętami i kołysaniem, w którym przepływ strumienia jest w gruncie rzeczy jednokierunkowy, chociaż przeszkody i zakręty tworzą przepływy wsteczne, wiry i zawirowania, które spowalniają szybkość przepływu utrzymując cały strumień w stałym stanie mieszania”. Właściciele opisują działanie jako działanie „mechanicznie fluidyzowanego złoża. Reaktor zamyka się i przez dno reaktora, w tak zwane strefę nasycania dwutlenkiem węgla, wprowadza się dwutlenek węgla.

Patent Stan. Zjedn. 4,133,894 ujawnia i zastrzega wieloetapowy, wielozbiornikowy sposób wytwarzania strącanego węglanu wapnia o wielkości cząsteczek mniejszej niż 0,1 um. Ujawnia się różne parametry technologiczne.

Patent Stan. Zjedn. 4,888,160 ujawnia i zastrzega stosowanie reaktora zbiornikowego z mieszaniem do wytwarzania różnych produktów na bazie strącanego węglanu wapnia. Patent ujawnia sterowanie różnymi parametrami, np. pH, składem półpłynnej masy, temperaturą, czystością gazu reakcyjnego i stosowaniem inhibitorów w celu osiągnięcia pożądanego kształtu cząsteczki.

Inne typy reaktorów o różnych rodzajach przepływów, które służą wprowadzaniu gazowego reagenta do półpłynnej masy ilustrują Patenty Stan. Zjedn. 2,000,953; 2,704,206; 3,045,984; 3,417,967; 3,856,270; 4,313,680 i 4,514,095. Wszystkie powyższe reaktory stosują złożone mechanizmy zapewniające ruch lub zmianę kierunki półpłynnej masy przez reaktor, co ma na celu zwiększenie kontaktu gaz-ciecz.

Dla realizacji takich sposobów potrzebne jest zapewnienie zarówno ulepszonych sposobów kontaktu gaz-ciecz, jak i ulepszonego urządzenia, które można wytwarzać łatwo i ekonomicznie.

Celem wynalazku było zwiększenie kontaktu między cieczą i gazem, z których albo gaz lub ciecz albo jedno i drugie mogą być reagentami.

Według wynalazku zbiornik kontaktowy gazowo-cieczowy o działaniu ciągłym zawierający kolejne komory wyposażone w środki techniczne do wprowadzania i usuwania cieczy i gazu, charakteryzuje

PL 197 473 B1 się tym, że zawiera podłużną dostosowaną do tego, by mieścić w sobie kąpiel cieczy osłonę mającą kształt przekroju poprzecznego wielokąta o przynajmniej czterech bokach, komory oddzielone przegrodami wyposażonymi w otwory, a otwory są umieszczone naprzemiennie w dolnym rogu i górnym rogu sąsiadujących przegród, przy czym otwór do wprowadzania do kolejnej komory jest naprzeciwko po przekątnej do otworu do wprowadzania z poprzedzającej komory i zbiornik zawiera rury do wprowadzania gazu reakcyjnego do jednej lub więcej niż jednej z komór poniżej poziomu cieczy przepływającej przez komorę i zbiornik jest ewentualnie połączony z innym zbiornikiem o różniącej się ilości komór lub jest ewentualnie połączony z identycznym zbiornikiem tak, że wylot ze zbiornika jest połączony z wlotem drugiego zbiornika.

W korzystnym rozwiązaniu wynalazku zbiornik zawiera rury do wprowadzania gazu reakcyjnego do każdej z komór.

W innym korzystnym rozwiązaniu wynalazku rury do wprowadzania gazu rozmieszcza się prostopadle do drogi przepływu cieczy.

Zbiornik według wynalazku korzystnie zawiera przewód zbiorczy do gromadzenia gazu reakcyjnego przenikającego z cieczy.

W kolejnym urzeczywistnieniu wynalazku zbiornik korzystnie zawiera urządzenie opróżniające do zawracania do obiegu zgromadzonego gazu do jednego ze zbiorników lub innej części urządzenia.

Ponadto w kolejnym korzystnym rozwiązaniu zbiornik zawiera pętlę recyklingu obejmującą przewód usuwający, pompę recyrkulacyjną, i przewód zasilający do usuwania cieczy z jednej z komór lub kilku komór w celu zawracania jej do obiegu do jednej z komór, z której usuwa się ciecz lub do jakiejkolwiek innej komory w zbiorniku.

Według wynalazku w kolejnym rozwiązaniu zbiornik charakteryzuje się tym, że jego wymiary zapewniają średnią głębokość cieczy w zbiorniku wynoszącą przynajmniej 25 mm, korzystnie od 25 mm do 9 m.

Wynalazek obejmuje też zastosowanie zbiornika kontaktowego gazowo-cieczowego o działaniu ciągłym, zdefiniowanego wyżej do zwiększenia kontaktu pomiędzy cieczą i gazem.

Ponadto wynalazek obejmuje zastosowanie zbiornika kontaktowego gazowo-cieczowego o działaniu ciągłym zdefiniowanego wyżej do wytwarzania strącanego węglanu wapnia z mieszaniny wody i wodorotlenku wapniowego w postaci cieczy.

W zbiorniku według wynalazku ciecz przemieszcza się przez reaktor po krętej drodze, tak, że kręta droga powoduje przemieszczanie się cieczy zarówno bocznie jak i pionowo, w czasie, gdy ciecz płynie od jednego punktu, sekcji, poziomu lub komory do drugiego w nowym reaktorze. Gdy ciecz przemieszcza się po krętej drodze powyżej powierzchni przemieszczającej się cieczy w przynajmniej jednym, a korzystnie w wielu miejscach każdej strefy wprowadza się gaz. Urzeczywistnienie niniejszego wynalazku powoduje przemieszczanie się cieczy krętym ruchem poziomym i pionowym (przepływ wężykowaty) przez odrębne komory reaktora. Gaz można wprowadzać do cieczy w jednej lub we wszystkich komorach.

Komory w reaktorze można konstruować w pojedynczej linii lub w zespołach szeregów ustawionych obok siebie, a reaktory mogą działać wspólnie w różnych układach bocznych lub pakowanych gniazdowe. Ściśle rzecz biorąc komory można ustawić w każdej konfiguracji umożliwiającej adaptację do ograniczeń określonego układu urządzeń, o ile droga przepływu między komorami jest taka jak zapewnia zbiornik według wynalazku. Tak więc reaktor według wynalazku może mieć jakąkolwiek liczbę komór rozmieszczonych w jakimkolwiek szeregu wewnątrz danego reaktora. Aby uzyskać całościowy reaktor o jakiejkolwiek pożądanej długości, który charakteryzuje się ciągłą drogą przepływu, reaktorem mogą być liczne reaktory lub moduły połączone szeregowo.

Gdy gaz nie jest gazem reakcyjnym ciecz zwykle składa się z połączonych strumieni reagentów. Zwiększanie kontaktu między cieczą i gazem, np. gazem reakcyjnym, obejmujące etapy przemieszczania się cieczy wzdłuż ograniczonej drogi od punktu wlotowego do punktu wylotowego w zwykle podłużnym zbiorniku, cieczy, która przemieszcza się po zwykle krętej drodze przez wiele poziomów lub komór w zbiorniku, przy czym krętą drogę definiuje się jako powodującą przemieszczanie się cieczy bocznie lub naprzemiennie od góry do dołu lub od dołu do góry w każdej z komór i wprowadzania gazu do cieczy w przynajmniej jednej z komór, przez które ciecz się przemieszcza.

Przy wytwarzaniu strącanego węglanu wapnia dwutlenek węgla ulatniający się z kąpieli, w której reaguje z wodorotlenkiem wapnia w wodzie, można by gromadzić i zawracać do obiegu do sprężarki, dmuchawy lub wentylatora stosowanych do wprowadzania nowego dwutlenku węgla do procesu.

PL 197 473 B1

Przy zastosowaniu zbiornika kontaktowego gazowo-cieczowego według wynalazku otrzymuje się strącany węglan wapnia o jakiejkolwiek ze znanych struktur krystalicznych, na przykład, o strukturze krystalicznej kalcytowej lub aragonitowej lub mieszanin zarówno kalcytowego, jak i aragonitowego strącanego węglanu wapnia, wytworzonego przez reakcję cieczy zawierającej wodorotlenek wapnia i wody z gazem reakcyjnym zawierającym wytworzony jako produkt uboczny dwutlenek węgla.

Zbiornik kontaktowo-cieczowy według wynalazku stosuje się zwłaszcza do wytwarzania strącanego węglanu wapnia o kontrolowanej strukturze krystalicznej przez kontakt cieczy zwierającej wodorotlenek wapnia i wodę z gazem reakcyjnym zawierającym dwutlenek węgla, co następuje przez przemieszczanie się cieczy wzdłuż ograniczonej drogi od punktu wlotowego do punktu wylotowego w zwykle podłużnym zbiorniku, cieczy, która przemieszcza się po zwykle krętej drodze przez wiele poziomów lub komór w zbiorniku, przy czym krętą drogę definiuje się jako powodującą przemieszczanie się cieczy bocznie lub pionowo w każdej z komór i przez wprowadzanie gazu reakcyjnego do cieczy w przynajmniej jednej z komór, przez które ciecz się przemieszcza.

Krótki opis rysunków:

Figura 1 jest schematycznym izometrycznym przedstawieniem przepływu cieczy przez część reaktora według wynalazku.

Figura 2 jest schematycznym izometrycznym rysunkiem reaktora według wynalazku ilustrującym jedno rozmieszczenie różnych komór i sekcji zbiornika reaktorów.

Figura 3 jest schematycznym rzutem pionowym głównym urządzenia przedstawionego na Fig. 2 według niniejszego wynalazku.

Figura 4 jest rzutem głównym poziomym urządzenia przedstawionego na Fig. 3 z pokrywą i układem wentylacyjnym oraz nie przedstawionym układem recyrkulacji płynu.

Szczegółowy opis wynalazku

Co się tyczy Fig. 1 podstawową konstrukcją reaktora 10 jest zwykle podłużny zbiornik 12 mający końce 14, 16 i ściany 18 i 20. Chociaż reaktor zbiornikowy 12 może mieć konfigurację jakiegoś czterobocznego trójwymiarowego wielokąta, korzystny jest wielokąt mający kwadratowy lub prostokątny wzdłużny kształt przekroju poprzecznego. Zbiornik 12 zaopatrzony jest we wlot 31 dla cieczy przedstawiony przez strzałkę 29 i przewód wylotowy 32 do usuwania poddanego obróbce produktu przedstawionego przez strzałkę 33. Zbiornik 12 zawiera wiele wewnętrznych przegród 22, 24, 26, 28 i 30 rozmieszczonych na całej długości zbiornika 10 dzielących zbiornik na sześć komór (moduły, sekcje, stopnie, przedział, strefa itp.) w przybliżeniu jednakowej wielkości. Rozmieszczenie przegród 22, 24, 26, 28 i 30 może być przypadkowe, tak, że komory są różnej wielkości lub mogą one być rozmieszczone równomiernie w celu utworzenia komór o jednakowej wielkości. Reaktor według niniejszego wynalazku może zawierać jakąkolwiek liczbę komór albo rozmieszczonych podłużnie albo w rzędach obok siebie, pewną liczbę komór w szeregu lub zespole określonych przez sposób realizowany w reaktorze. Dla ilustracji i objaśnienia wynalazku kilka rysunków przedstawia różne liczby komór rozmieszczonych w szeregach obok siebie. Całkowita liczba komór w jakimkolwiek reaktorze może zmieniać się od dwóch do liczby określonej jako N, całkowitej liczby, określonej, jak podano powyżej, przez sposób, w którym stosuje się reaktor. Przegrody 22, 24, 26, 28 i 30 mają kanały odpowiednio 35, 34, 36 i 40, które lokuje się albo w górnej części przegrody jak przedstawiono za pomocą kanału (szczelina lub otwór szczelinowy) 35 (przegroda 22) albo w przeciwległym dolnym rogu kolejnej przegrody, jak przedstawiono z kanałem 34 (przegroda 24). Dla zrównoważenia tego opisu wynalazek można przedstawić pod kątem stosowania gazu reakcyjnego, chociaż rozumie się, że opis stosuje się jednakowo dobrze do połączonego strumienia reakcyjnego, jak i gazu nie reakcyjnego, chyba, że z kontekstu opisu wynikają ograniczenia.

W schemacie Fig. 1 ciecz, przedstawioną przez strzałkę 29, wprowadzoną przez przewód wlotowy 31 prowadzi się do dołu reaktora 12 i zaczyna ona drogę od pierwszej komory, przedziału lub strefy reaktora 12 do następnej połączonej szeregowo od przedniej ściany 14 do tylnej ściany 16, jak przedstawiają to odpowiednio strzałki 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60 i 62. Zakres wynalazku obejmuje wlot płynu w jakimkolwiek miejscu między górą i dołem reaktora. Jak pokazują strzałki płyn zwykle przemieszcza się od dołu jednej komory do góry tej komory i na zewnątrz kanału w dół przez następną komorę i opuszcza dół kolejnej komory, w ten sposób określając krętą drogę w postaci serpentyny przemieszczającej się pionowo lub poziomo, gdy płyn przepływa przez reaktor 12, jak przedstawia Fig. 1. Można by ją nazwać przepływem wężykowatym cieczy przez reaktor od wlotu 31 do wylotu 32.

PL 197 473 B1

Figura 2 przedstawia reaktor 70, który ma zwykle prostokątny wzdłużny kształt przekroju poprzecznego z przednią ścianą 72, tylną ścianą 74, boczną ścianą 76 i przeciwległą boczną ścianą 78. Reaktor 70 zawiera również podłużną przegrodę 80, która rozciąga się nieprzerwana od przedniej ściany 72 do tylnej ściany 74 reaktora. Podłużna przegroda 80 zawiera kanał przepływu krzyżowego 82, cel którego zostanie wyjaśniony poniżej.

Reaktor 70 zawiera również szereg poprzecznych pionowych przegród 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108, 110, tak, że z przednią ścianą 72 i tylną ścianą 74 reaktor 70 dzieli się na 16 odrębnych przedziałów. Przewód wlotowy 112 łączy się z komorą wyznaczoną przez przegrodę 84, podłużną przegrodę 80, ścianę 72 i ścianę 76. Przewód wylotowy 114 łączy się z komorą określoną przez przegrodę 110, ścianę 78, podłużną przegrodę 80 i ścianę 72. Wewnętrzne przegrody 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108 i 110 są wszystkie wyposażone w przemienne kanały, przedstawione za pomocą linii punktowych, tak, że przepływ płynu od pierwszej komory mającej przewód wlotowy 112 do ostatniej komory mającej przewód wylotowy 114 ma model przepływu jak przedstawia to Fig. 1. A zatem, reaktor może mieć jakąkolwiek długość lub może prowadzić z powrotem jak przedstawia to Fig. 2, co umożliwia użytkownikowi uzyskanie krótszej całkowitej długości reaktora przy zastosowaniu dróg przepływu skierowanych do przodu i do tyłu, a więc pozwala na instalację reaktora w ograniczonej przestrzeni. Reaktor, jak ten przedstawiony na Fig. 2, może łączyć się z innym reaktorem, który ma inną konfigurację, np. o innej liczbie komór lub który jest identyczny z reaktorem 70, tak, że wylot 114 łączy się z wlotem drugiego reaktora (nie przedstawionego).

Reaktor według wynalazku może mieć, jak stwierdzono powyżej, jakąkolwiek liczbę komór o różnych rozmiarach rozmieszczonych w jednym szeregu lub jakąkolwiek liczbę szeregów obok siebie w jednostce lub module. Reaktor można zaprojektować stosując pojedynczą jednostkę lub moduł lub liczbę jednostek lub modułów połączonych szeregowo. Jeśli nie ma ograniczeń przestrzennych reaktor można skonstruować ze wszystkimi komorami w jednym szeregu, co wyznacza moduł, który również jest reaktorem. Jednakże, w przypadku ograniczeń przestrzennych w miejscu gdzie reaktor ma być zainstalowany, reaktor można wyprodukować w modułach, które następnie łączy się szeregowo dla wyznaczenia ciągłej drogi przepływu przez reaktor. W tym przypadku każdy moduł może mieć daną liczbę komór w szeregu z szeregami rozmieszczonymi w konfiguracji obok siebie. Moduły można rozmieścić w układach poziomym, pionowym lub mieszanym poziomym i pionowym, o ile droga przepływu przez każdy moduł i przez reaktor jest taka jak przedstawiono w niniejszym.

Co się tyczy Fig. 3 i Fig. 4 reaktor 70 jest przedstawiony z dwoma szeregami (Fig. 4), przy czym każdy szereg ma dziewięć stref lub komór wyznaczających reaktor z 18 strefami w zespole. Reaktor 70 jest wyposażony w ruchomą pokrywę 118 i rozgałęzioną rurę 120, z której zwisają lub wystają odrębne rury wprowadzające gaz reakcyjny 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134, 136 i 138 po jednej stronie lub linii jednego zespołu, a dodatkowy zespół zwisających lub wystających rur wprowadzających (123, 125, 127, 129, 131, 133, 135, 137 i 139) po drugiej stronie lub linii zespołu jest przedstawiony na Fig. 4 za pomocą kropek.

Przewód 120 stosuje się do wprowadzania gazu reakcyjnego przedstawionego przez strzałkę 140 do cieczy. Ponieważ zwisające rury zasilające, np. 122 rozciągają się poniżej poziomu cieczy, który jest oznaczony przez 142 gaz wprowadza się do cieczy w pojedynczej komorze. Można stosować jedną lub wszystkie rury wprowadzające gaz zależnie od rodzaju pożądanej reakcji i materiału poddawanego kontaktowi. Jak przedstawiono na Fig. 4 w celu wprowadzenia gazu reakcyjnego do cieczy pojedyncza rura wlotowa może rozgałęziać się na odrębne rury zasilające 144 i 146. Gaz reakcyjny przenikający (ulatniający się) z cieczy 143 można gromadzić stosując przewód zbiorczy 148, który z kolei łączy się z pompą lub innym urządzeniem opróżniającym 150, które wytwarza odpady 152, które można następnie poddać obróbce w celu odzyskania gazu reakcyjnego lub można skierować do stosowania jako gaz reakcyjny w jakiejś innej części procesu lub do kontroli temperatury, ciśnienia i składu w jakiejś inne części większego całościowego schematu procesu, przy czym zastosowanie to zależy od przeprowadzanej reakcji kontaktowej w układzie gaz-ciecz. Możliwe jest również gromadzenie i zawracanie do obiegu gazu, który ma być zmieszany z nowym gazem reakcyjnym wprowadzanym do procesu. Na przykład, odgałęziony przewód (nie przedstawiony) mógłby być dopasowany do przewodu 148, a pomocniczy wentylator można by stosować do usuwania i zawracania do obiegu zużytego gazu. Byłoby również możliwe zastosowanie urządzenia opróżniającego 150 w celu zawracania zużytego gazu do obiegu.

PL 197 473 B1

Wlot płynu na Fig. 3 przedstawiony jest przez strzałkę 154, wylot płynu przez strzałkę 156 (Fig. 4). Ewentualnie w celu usuwania cieczy i zawracania jej do obiegu do każdej innej komory, to znaczy ze środka reaktora lub kontaktora gazowo-cieczowego do wlotu lub pierwszego modułu lub komory można włączyć w układ i ulokować w jakiejkolwiek z komór pętlę recyklingu 158 zawierający przewód usuwający 160, pompę recyrkulacyjną 162 i przewód zasilający 164. W celu realizacji całego sposobu i uzyskania finalnej jakości produktu można również zastosować liczne linie recyrkulacyjne lub przewody między komorami. Głębokość cieczy w każdej komorze, chociaż dla ilustracji przedstawiona jako jednakowa, nie koniecznie jest taka sama. Zależnie od konstrukcji (np. kształtu, rozmiarów, odstępu od dna reaktora), karbów lub kanałów w każdej przegrodzie poziom cieczy może zmieniać się między każdą z komór i może być większy w pierwszej strefie lub komorze niż w ostatniej strefie lub komorze.

Przedstawiony reaktor stosuje się do pompowania ciekłego reagenta do zasilacza lub pierwszego końca zbiornika (np. 70) z gazem reakcyjnym wprowadzanym przez różne rury 122 i następne. Ciecz przepływa przez różne komory (strefy) według ciągłego modelu przepływu (z lewa na prawo na rysunku), po przekątnej w poprzek każdej komory według modelu krętego (przemiennego nad/pod) lub przepływu, który maksymalizuje kontakt ciecz-gaz i wspomaga mieszanie oraz transport cieczy i cząsteczek stałych zawartych w cieczy poddawanej reakcji z gazem reakcyjnym wprowadzonym do cieczy.

Gaz przenikający z cieczy 143 gromadzi się w górze zbiornika lub reaktora 70 dzięki osłonie lub części górnej 118. Połączenie urządzenia opróżniającego (pompy opróżniającej (wentylacyjnej)) 150 i części górnej 118 tworzy uszczelnienie ruchome i uniemożliwia przenikanie gazu z reaktora do otaczającej atmosfery.

Po początkowym uruchomieniu reaktor 70 napełnia się ciekłym reagentem, np. wodą, tak, że przelewa się ona przez przewód wlotowy 156. W tym miejscu zapoczątkowuje się przepływ gazu i wprowadza się materiał reakcyjny do wlotu reaktora jak przedstawia to strzałka 154. Gaz dostarcza się przez mały kompresor, dmuchawę lub wentylator przez przedstawiony przewód rurowy ze źródła (nieprzedstawionego), którym może być odlotowa para na miejscu lub tym podobne. Jednakże zakres niniejszego wynalazku obejmuje również zapewnienie bezpośredniego źródła gazu reakcyjnego z urządzeń magazynujących pod wysokim ciśnieniem, takich jak cylindry, rury lub przez bezpośrednie odparowanie gazu magazynowanego jak ciecz.

Reaktor według niniejszego wynalazku może być skonstruowany tak, aby średnia głębokość cieczy w reaktorze zawarta była w zakresie od około 0,0254 m (1 cala) do około 9,144 m (360 cali).

Możliwe jest odbieranie gazu wychodzącego z reaktora przez przewód 152 i stosowanie go w niżej usytuowanej części procesu do korygowania warunków i sterowania warunkami, takimi jak temperatura, ciśnienie i/lub pH lub do odzyskiwania ciepła z wyciągu w gazie w celu ponownego użycia go w procesie lub do zawracania z powrotem do obiegu zużytego gazu w celu uzyskania maksymalnego wykorzystania sposobu.

Reaktor według niniejszego wynalazku wykorzystywano do wytwarzania strącanego węglanu wapnia w celu stosowania go jako środka wybielającego papier. Jak dobrze wiadomo w branży wytwarzany strącany węglan wapnia może mieć różne kształty cząsteczek (morfologie), zależnie od papieru, do którego się go stosuje, i wymagań fabryki papieru.

Reaktor według niniejszego wynalazku można również stosować do wytwarzania wypełniaczy do wytwarzania papieru i warstwy płaskiej tektury falistej, jak również wykorzystywać nie tylko w przemyśle papierniczym, ale także w tworzywach sztucznych, szczeliwach i innych zastosowaniach strącanego węglanu wapnia.

Skonstruowano i poddano testom reaktor według niniejszego wynalazku. Reaktor miał całkowite wewnętrzne rozmiary 2,225 m (7,3 stóp, długość) na 0,2349 m (9,25 cali) szerokości dla czternastu komór i stref. Komory skonstruowano z kanałami między każdą z nich jak przedstawiono na rysunku, tak aby utrzymywać w reaktorze nominalną głębokość cieczy 0,9144 m (trzech stóp). Zbiornik jest rozwiązany tak, aby strefy 1 do 4 miały długość 0,0667 m (2,625 cali), strefy 5-13 miały długość 0,1841 m (7,25 cali) i strefa 14 miała długość 0,2953 m (11,625 cali). Reaktor zawierał jedną linię lub szereg komór, jednakże jak wyjaśniono powyżej i wykazały to wyniki poniższego pomiaru, można stosować różne konfiguracje komór lub modułów komorowych.

Tabela 1 przedstawia porównanie docelowych warunków i faktycznego przebiegu reaktora przedstawionego powyżej.

PL 197 473 B1

T a b e l a 1

		Faktyczne warunki kontrolne
Liczba przebiegu	-	4
Temperatura gazu	°C (F)	20,00 (68,00)
Podstawowe ciśnienie gazu	Pa (funt/cal;)	0,00
Całkowita szybkość przepływu gazu	m³/s (stopa³/min)	0,0283 (60,00)
Stężenie gazu CO2	Obj. %	15,00
Szybkość przepływu CO2	m3/s (stopa3/min)	0,004256 (9,02)
Szybkość przepływu CO2	kg/s (funt/min)	0,007785 (1^,03)
Wydajność gazu	%	51,58
Ilość w jednostce czasu PCC	kg/s (funt/min)	0,009146 (1,21)
Ilość w jednostce czasu PCC	kg/s (funt/h)	0,009128 (72,45)
Średni MO wapna gaszonego	ml-1N-HCl	7,90
Szybkość zasilania wapna gaszonego	l/s (galon/min)	0,1154 (1^,83)
SSA	m³/g	4,40
Morfologia produktu	-	aragonite
Całkowita objętość reaktora	m³ (galon)	0,4639 (122,55)
Liczba stref	-	14,00
Objętość stref, Numery 1-4	iTp/strefa (gal/ strefa)	0,013930 (3,68)
Objętość stref, Numery 5-13	iTp/strefa (gal/ strefa)	0,038498 (10,17)
Objętość strefy, Numer 4	m3/strefa (gal/ strefa)	0,06174 (16,31)

Dane przedstawione w Tabeli 1 wskazują na to, że reaktor według niniejszego wynalazku można stosować do wytwarzania strącanego węglanu wapnia (PPC) o określonej strukturze krystalicznej. Faktyczne warunki reaktora były bliskie warunków lub miały większe wartości od tych, które chciano osiągnąć. W faktycznych warunkach pomiarowych reaktor według wynalazku wykazał wyższą wydajność niż wydajność, która była zamierzona. Reaktor o działaniu ciągłym zapewnia większą dostępność i może być mniejszy niż reaktor periodyczny, co zmniejsza koszty materiałowe ponoszone przez użytkownika.

Niniejszy wynalazek został przedstawiony w powiązaniu z wytwarzaniem strącanego węglanu wapnia. Jednakże sposób i urządzenia wynalazku można stosować w innych zastosowaniach, w których wprowadza się gaz do cieczy w celu reakcji z cieczą lub komponentami w cieczy.

Na przykład, niniejszy wynalazek stosowałoby się do obróbki ścieków przez przemieszczanie ciekłych ścieków przez reaktor i wprowadzenie środka utleniającego, np. powietrza, tlenu lub jednego i drugiego przez rury doprowadzające gaz.

Cząsteczki żelaza w roztworze można by utlenić do różnych tlenków żelaza stosując sposób i urządzenie wynalazku.

PL 197 473 B1

W innym zastosowaniu ciecze można by poddać obróbce za pomocą reagenta, takiego jak chlorowodór, w której do rur wprowadzających gaz wprowadza się powietrze, aby wspomóc tworzenie się zawiesiny i transport przez reaktor, na przykład w następujących reakcjach:

CsHuOH + HCl = CsHuCl + H,O

HCl + NaOH = NaCl + H,O

Fe + 2HCl = FeCl, + H2

CaCO3 + H2SO4 = CaSO₄ + H2O + CO 2

Urządzenie według wynalazku można stosować w celu przeprowadzenia reakcji w układzie gaz-ciecz, w której stosuje się mieszaninę gazu reakcyjnego (np. CO2) i powietrza w celu tworzenia się zawiesiny i transport przez reaktor.

Przykładami takich reakcji są:

NaOH + CO, = NaHCOs 2NaOH = CO, = Na,CO3 Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O MG(OH)2 + CO, = MgCO3 + H,O

A zatem, reaktor według niniejszego wynalazku, który może oznaczać reaktor poziomy, z otwartym kanałem, o przepływie tłokowym, można stosować w celu uzyskania porównywalnego lub większego przerobu periodycznej reakcji w układzie gaz-ciecz. Reaktor według niniejszego wynalazku nie wymaga naczynia ciśnieniowego i nie wymaga mechanicznego mieszania, co eliminuje więc potrzebę stosowania drogich silników. Silniki mogą zwiększać koszty materiałowe związane z konserwacją i eksploatacją układu reaktora periodycznego lub reaktora zbiornikowego z mieszaniem ciągłym.

Zbiornik według niniejszego wynalazku przedstawiony w niniejszym może zapewnić opłacalny sposób wytwarzania takich produktów, jak strącany węglan wapnia o dużej zawartości ciał stałych.

Zbiornik według wynalazku można by stosować do wytwarzania innych produktów, tam gdzie wymagana jest reakcja w układzie ciecz-gaz.

Claims

1. Zbiornik kontaktowygazowo-cieczowy o działaniu ciągłym zawierający kolejnekomory wyposażone w środki techniczne do wprowadzania i usuwania cieczy i gazu, znamienny tym, że zawiera podłużną dostosowaną do tego, by mieścić w sobie kąpiel cieczy osłonę mającą kształt przekroju poprzecznego wielokąta o przynajmniej czterech bokach (14, 16, 18, 20, 72, 74, 76, 78), komory oddzielone przegrodami (22, 24, 26, 28, 30, 80, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108 i 110), wyposażonymi w otwory (34, 35, 36, 38, 40), otwory umieszczone naprzemiennie w dolnym rogu i górnym rogu sąsiadujących przegród, przy czym otwór do wprowadzania do kolejnej komory jest naprzeciwko po przekątnej do otworu do wprowadzania z poprzedzającej komory i zbiornik zawiera rury (122, 124, 126, 128, 130, 132, 134, 136, 138) do wprowadzania gazu reakcyjnego do jednej lub więcej niż jednej z komór poniżej poziomu cieczy przepływającej przez komorę i zbiornik jest ewentualnie połączony z innym zbiornikiem o różniącej się ilości komór lub jest ewentualnie połączony z identycznym zbiornikiem tak, że wylot ze zbiornika jest połączony z wlotem drugiego zbiornika.

2. Zbiornik według zastrz. 1, tym, że zawiera rury (122, 124, 126, 128, 130, 132,

134, 136, 138) do wprowadzania gazu reakcyjnego do każdej z komór.

3. Zbiornik według zastrz. 1, albo 2, znamienny tym, że rury (122, 124, 126, 128, 130, 132, 134, 136, 138) do wprowadzania gazu rozmieszcza się prostopadle do drogi przepływu cieczy.

4. Zbiornik według zasłrz. 3, zn^i^i^i^^^ tym, ze zawiera przewód zbiorczy (148) do gromadzenia gazu reakcyjnego przenikającego z cieczy.

5. Zbiornik według zas^z. 4, zi^^r^i^r^r^\y tym, że zawiera urządzenieopróżniające (150) do zawracania do obiegu zgromadzonego gazu do jednego ze zbiorników lub innej części urządzenia.

6. Zbiornik według zr^^sr^^. 1, albo 2, albo 4, znamienny t^r^, że zawiera pętlę recykllngu (158) obejmującą przewód usuwający (160), pompę recyrkulacyjną (162), i przewód zasilający (164) do usuwania cieczy z jednej z komór lub kilku komór w celu zawracania jej do obiegu do jednej z komór, z której usuwa się ciecz lub do jakiejkolwiek innej komory w zbiorniku.

7. Zbiornik według z^^si^^. 6, znamienny tym, że jego wymiary zapewniają średnią głębokość cieczy w zbiorniku wynoszącą przynajmniej 25 mm.

PL 197 473 B1

8. Zbiomikwedługzastrz.7,znamiennytym, żej egowymianrzapewniająśredniągłębokość cieczy e aOiorniOg wynoszącą wd 25 mm dk 9 m.

9. Zbstośswnsie zZiomiko kośtaStowneogosawn-cieecawneoo dniałasiuciągtym zandniowes negk n ekerzdnząjących zpstrzdednipch dw zeibOszdnip O^sktu ewmięday ciecaą i osaem.

10. Zbstośswesie zZiomikokośtaPtowedogopawe-cieecawedoo dniałasiuciągłym zZnginiownł ndok n ekerzdnząjących zpstrzdednipch dw eyteprzpnip strącpndok nbolsig wsp^s z midszpniny nwny i eknkrktldnOg epenikedok n ewstsci ciecay.