Cirkulačný reaktor

Číslo patentu: U 4135

Dátum: 05.05.2005

Autor: Fadavi Ali

Stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

(22) Dátum podania prihlášky 18. 10. 2004 (13) Druh dokumentu Uúčinkov úžitkového vzoru 22. 3. 2005 (51) Int (17(32) Dátum podania prioritnej prihlášky BOLI 10/00(33) Krajina alebo regionálna C 021 3/02ÚRAD p PRIEMYSELNÉHO (45) Dátum oznámenia o zápise VLASTNÍCTVA úžitkového vzoru 5. 5. 2005 SLOVENSKEJ REPUBLIKY Vestník UPV SR Č. 5/2005(47) Dátum zápisu a spristupnenia úžitkového vzoru verejnosti 22. 3. 2005(62) Číslo pôvodnej prihlášky v prípade vylúčenej prihlášky(67) Číslo pôvodnej prihlášky r vynálezu v prípade odbočenia(86) Číslo podania medzinárodnej prihlášky podľa PCT(87) Číslo zverejnenia medzinárodnej prihlášky podľa PCTRiešenie sa zaoberá návrhom cirkulačného reaktora. Cirlallačný reaktor možno použit pre akékoľvek spracovanie plynu, a to V chemickej a biochemickej technológii, V kontinuálnom, vsádzkovom, semikontinuálnom procese alebo v procese s doplňaním substrátu s dvoma alebo tromi fázami. Môže byť použitý bez náplne alebo s náplňou, v rozličnom rozmedzí teplôt, tlakov, pri rôznych reakčných procesoch, vyžadujúcich si vysoký prestup látky v systéme plyn-kvapalina.V chemických a biotechnologických výrobných procesoch sa používajú rôzne typy reaktorov, ktoré možno rozdeliť na klasické mechanicky miešané, prebublávané kolóny, církulačné typu aírliñ, propeller a jet vo dvoch variantoch -s ponorenou dýzou a dýzou umiestnenou V hornej časti.Mechanicky miešaný reaktor je napriek intenzívnemu miešaniu náplne nevýhodný, pretože spotrebuje relatívne veľké množstvo energie a tvar jeho miešadla vyvoláva vysoký strižný účinok na tuhú fázu v náplní.Prebublávaná kolóna a cirkulačný reaktor typu airliñ majú nevýhodu, že sa v nich vyskytujú veľké bubliny vzduchu, obzvlášť pri jeho vysokých príetokoch. Z toho dôvodu musia byt fiktívne rýchlosti plynu nižšie ako 0,05 m/s, aby sa dosiahol bublinkovýcharakter toku. Táto skutočnosť má za následok potenciálne nevýhodné prevádzkové parametre. Sú nimi vysoké zdržné časy, nedokonalý kontakt tekutých fáz, nižšie objemové koeñcienty prestupu látky v porovnaní s inými typmi reaktorov a značný stupeň spätného premiešavania, ktorý môže znižovať pracovnú účinnosť reaktora. Pozorovali sa tiež nerovnomemosti v distribúcii kyslíka a substrátov, ako aj skutočnosť, že bubliny majú snahu pohybovať sa smerom k osi reaktora, čo má nepriaznivý vplyv na miešanie. Preto je potrebne zlepšovať prevádzku airliftných reaktorov redukciou objemu bublín plynu. Možno to dosiahnuť použitím statického zmiešavača vo vzostupnej časti reaktora, využitím princípu magnetickej stabilizácie, inštalovaním miešadla do stredovej rúry reaktora, prípadne vložením perforovaných dosiek alebo priehradiek.Cirkulačné reaktory typu jet sa používajú najmä v aeróbnom čistení odpadových vôd, ale aj pri produkcii pekárskeho droždia a niektorých organických kyselín. Tento typ reaktora má vyššiu spotrebu energie v porovnaní s airlittným reaktorom, pričom hydrodynamické strižné účinky majú za následok nízku usadzovaciu schopnosť kalu, čo je vážny problém, Vysoká rýchlosť prúdenia náplne v dýze pôsobí nepriaznivo na tvorbu vločiek kalu. Pozorovania ukázali takmer úplnú absenciu agregátov, ako aj vlálcnitých baktérií, ktoré výrazne ovplyvňujú formovanie ílokúl.Účelom tohto cirkulačného reaktora je produkovať jemne monodisperzné bublinky optimálnej veľkosti s meniacim sa tvarom medzífázového povrchu a rýchlo a rovnomerne ich rozdeľovať v náplní reaktora. Kyslík unikne z veľmi malých bubliniek skôr ako z veľkých, a to obzvlášť vo vyšších reaktoroch, čo má nepriaznivý vplyv na prestup látky pri konštantnej recirkulácii. Veľmi malé bublinky s priemerom asi l mm majú rigidné medziŕázové rozhranie vdôsledku dominantnosti povrchového napätia, pokým veľké bubliny rýchle uniknú z reaktora. Veľké bubliny s priemerom nad 2,5 mm majú úplne pohyblivé medzifázove rozhranie, čo zlepšuje prestup kyslíka. Malé bublinky sú vť hované do zostupnej časti, ak v nej ñktívna rýchlosť kvapaliny prevyšuje stúpajúcu rýchlosť bublín. Tento fakt môže viesť k rozdielnym prestupom kyslíka v nádobe a zhoršovať metabolizmus buniek. Preto rýchlosť kvapaliny vplýva na zádrž, miešacie charakteristiky fáz v reaktore, na prestup látky a tepla. Teda, rýchlosť kvapaliny bude mať výrazný vplyv na úhrnné rýchlosti prestupov, ako aj na výkonnosť reaktora, čo je charakteristické pre cirkulačné reaktory typu jet. Preto možno uskutočniť intenziñkáciu prenosových javov zabezpečením turbulencie a zvýšením kontaktných povrchov jednotlivých fáz.Pre tento účel bolo navrhnuté špeciálne plynovokvapalinové zmiešavacie zariadenie 22 využívajúce rýchlosť prúdenia kvapaliny, uchytené v spodnej časti telesa 23 cirkulačného reaktora. Prítomnosť tohto zariadenia zlepšila dispergovanie a turbulenciu plynu v kvapaline, ako aj cirkuláciu plynno-kvapalnej zmesi účinkom prenosu hybnosti.V plynovo-kvapalinovom zmiešavacom zariadení 22 dochádza k prvotnému dispergovaniu bublín plynu, pri ktorom sa intenzívne zmiešajú obe fázy. Pri výstupe dvojfázového resp. trojfázového toku z plynovo-kvapalinového zmiešavacieho zariadenia 22 sa dosahuje sekundáme dispergovanie bublín vzduchu prípadne aj tuhých častíc v hlavnom objeme náplne cirkulačného reaktora.Výhody tohto cirkulačného reaktora sú Experimentalne výsledky ukazujú, že v církulačnom reaktore dôjde k tvorbe bublín optimálnej veľkosti, veľmi nízkej spotrebe energie a vzhľadom na dosíahnutú rýchlosť prestupu látky sa dosiahnu krátke homogenizačné časy. Náplň sa veľmi rýchlo zhomogenizuje, a tak sa zabráni hladovaniu mikroorganizmov, dosiahnu sa vyššie hodnoty efektívneho medzifázového rozhrania, a tým aj vyššie koeñcienty prestupu látky. Ďalej vyššie rýchlosti prenosu hybnosti a prestupu kyslíka na jednotku objemu cirkulačného reaktora,tuhé látky nebudú vystavené brzdiacim vplyvom, cirkulačný reaktor zaberie menej pôdorysnej plochy a v dôsledku vysokého zdržznćho času kvapaliny prebehnú i pomalé reakcie.Prehľad obrázkov na výkreseKonštrukčné riešenie je bližšie objasnené pomocou výkresu, na ktorom je znázornená schéma zostavy cirkulačného reaktora Znázorňuje všetky hlavné časti cirkulačného reaktora, miesto vstupu a výstupu dvojfázovej resp. trojfázovej sústavy, ako aj detail plynovo-kvapalinového zmiešavacieho zariadenia.Cirkulačný reaktor sa skladá z plynovo-kvapalinového zmiešavacieho zariadenia 22 a telesa 23 cirkulačného reaktora, ktoré je rozdelené na dve časti, vzostupnú časť 15 telesa reaktora a zostupnú časť 16 telesa reaktora (obr. l). K cirkulácii kvapaliny v reaktorc dochádza účinkom rozdielnych hustôt náplne vo vzostupnej časti 15 telesa reaktora a zostupnej časti 16 telesa reaktora ako aj pôsobením čerpadla. Plynovo-kvapalinové zmiešavacie zariadenie 22 sa skladá zo statického vírotvorného zariadenia 3, kužeľovej časti 4 s otvormi 6 na distribúciu plynu, homogenizačnej rúry 8, kužeľového usmerňovača 9 prúdu a difúzora 10na expanziu prúdu tekutej zmesi. Kvapalina a plyn vstupujú do cirkulačného reaktora prívodom 1 kvapaliny a prívodom 2 plynu. Plyn vniká do homogenízačnej rúry 8 cez otvory 6,mniestnené na povrchu kužeľovej častí 4, kvapalina vchádza do homogenizačnej rúry 8 cez statické virotvomé zariadenie 3, ktoré vytvára na vstupe do homogenizačnej rúry 8 kužeľový tok 5 kvapaliny s vysokou turbulenciou. Bubliny tvoriace sa na povrchu kužeľovej časti 4 sú okamžite strhávané. Rozmery bublin závisia od prietokov plynu a kvapaliny, čo znamená, že čím sú vyššie prietoky kvapaliny a nižšie prietoky plynu, tým sa pozorovali menšie rozmery bublín.Vytvorený dvojfázový tok sa homogenizuje v homogenizačnej rúre 8, potom sa tento dvojfázový tok nasmeruje do prívodu 13 vzostupnej časti telesa cirkulačného reaktora,kde sa rozpína. Vo vzostupnej časti 15 telesa reaktora má dvojfázový tok vyššiu rýchlosť ako v zostupnej časti 16 telesa reaktora, takže bude strhávat jeho náplň, a tak zvyšovat rýchlosť cirkulácie kvapaliny v cirkulačnom reaktore.V zostupnej časti 16 telesa reaktora sa nachádza odvádzaci segment 14 opatrený sitkom na odvod časti kvapaliny do vonkajšieho recirkulačného okruhu. Zvyšné časť kvapaliny spolu so zvyškom plynnej fázy, pripadne s tuhou fázou je vnútome recirkulovaná do vzostupnej časti 15 telesa cirkulačného reaktora. Cirkulačný reaktor obsahuje veko 20 s otvorom pre odvod časti plynu, unikajúceho nad hladinu náplne.l. Cirkulačný reaktor, v y z n a č uj ú ci s a t ý m , že sa skladá z plynovo-kvapalinového zmiešavacieho zariadenia (22) a telesa (23) cirkulačného reaktora,pričom plynovo-kvapalinové zmiešavacie zariadenie (22) je spojené so spodnou časťou telesa (23) cirkulačného reaktora, ktorý sa skladá z vonkajšej valcovej rúry (19) a k nej centrálne umiestnenej stredovej rúry (21), V ktorej dolnej časti je umiestnený odvádzací segment (14) časti kvapaliny,opatrený sitkom a vrchná časť cirkulačného reaktora je opatrená vekom (20) s otvorom pre odvod plynu. 2. Cirkulačný reaktor podľa nároku 1, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že jeho plynovo-kvapalinové zmiešavacie zariadenie (22) pozostáva z prívodnej rúrky (l) kvapaliny a prívodnej rúrky (2) plynu, pričom do prívodnej rúrky (l) kvapaliny je vložené statické vírotvomé zariadenie (3), za ktorým nasleduje kužeľová časť (4) s otvormi(6) na distribúciu plynu, rovnomeme rozmiesmenými po jej vrchnom obvode a táto je vmontovaná do homogenizačnej rúry (8), ku ktorej je pripevnený dífúzor (10), v ktorého vrchnej časti je súosovo umiestnený kužeľový usmerňovač

MPK / Značky

MPK: C02F 3/02, B01J 10/00

Značky: cirkulačný, reaktor

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/4-u4135-cirkulacny-reaktor.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Cirkulačný reaktor</a>

Podobne patenty