DE69204083T2

DE69204083T2 - Verfahren zur Verhinderung von Ablagerungen stromabwärts eines Mischers und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Info

Publication number: DE69204083T2
Application number: DE69204083T
Authority: DE
Inventors: Michael Joseph Bowe; Paul Fallows
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: Ricardo AEA Ltd
Priority date: 1991-01-30
Filing date: 1992-01-16
Publication date: 1996-01-25
Anticipated expiration: 2012-01-17
Also published as: EP0497469A3; GB2253162A; GB9101967D0; KR920014508A; US6051204A; ES2075601T3; GB9201150D0; DE69204083D1; GB2253162B; EP0497469B1; JPH04310226A; CA2060011A1; EP0497469A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Mischen und Transportieren reaktiver Substanzen.
Bei Prozessen, die das Mischen und Transportieren reaktiver Substanzen beinhalten, kann die Bildung unerwünschter Präzipitate bzw. Niederschläge auf den Innenwänden der Reaktionsgefäße und Rohrleitungen Probleme erzeugen.
Derartige unerwünschte Niederschläge können durch die Bildung lokaler Regionen der Übersättigung in dem Gemisch entstehen und es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Apparatur zum Mischen reaktiver Substanzen zu schaffen, bei der der Ausstoß aus einer Mischvorrichtung, wie z.B. einem Wirbelmischer, nicht in Kontakt mit irgendeiner festen Oberfläche in der Nähe des Wirbelmischers kommt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Mischen reaktiver Substanzen gemäß Anspruch 1 geschaffen.
Vorzugsweise wird der Ausstoßfluß aus dem Mischer axial entlang einem axialen Diffusor gerichtet und die Druckdifferenz, die bei der Verwendung zwischen den Enden des Diffusors entsteht, wird dazu verwendet, um einen Teil des Flusses aus dem axialen Diffusor zum Auslaß des Mischers zurückzuführen, um den Ausstoßfluß aus dem Mischer zu umschließen.
Eine geeignete Mischvorrichtung ist ein Wirbelmischer.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zum Mischen reaktiver Substanzen gemäß Anspruch 5 geschaffen.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung einen axialen Diffusor auf, der so angeordnet ist, daß der Ausstoß aus dem Wirbelmischer axial entlang diesem fließt und ein Teil der Mischung, die von dem axialen Diffusor ausgegeben wird, abgeleitet wird und zum Einlaß des axialen Diffusors zurückgeleitet wird, um den Ausstoßfluß aus dem Wirbelmischer zu umschließen, um ihn so von dem Substrat des axialen Diffusors zu isolieren.
Vorzugsweise weist der Wirbelmischer eine Wirbelkammer, die einen oder mehrere Einlässe hat, die so angeordnet sind, daß sie den Einlaßfluß im wesentlichen tangential in die Wirbelkammer leiten, und einen axialen Auslaß in einer Stirnwand der Kammer auf. Die Stirnwand der Kammer kann hinsichtlich ihrer Form planar oder konisch sein.
Die Erfindung wird im folgenden exemplarisch unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht einer Ausführungsform zeigt; und
Fig. 2 einen Graph des Übersättigungsniveaus, aufgetragen gegen die Länge der Ausführungsform in Fig. 1 zeigt.
In Fig. 1 ist ein Wirbelmischer 1 durch Bolzen 2 mit dem angeflanschten Ende eines Gehäuses 3 fest verbunden. Der Wirbelmischer 1 umfaßt eine Wirbelkammer 4, die einen oder mehrere Einlässe 5 aufweist, vorzugsweise am Umfang der Kammer 4, um einen Einlaßfluß tangential oder im wesentlichen tangential in die Kammer 4 zu leiten, und einen zentralen axialen Auslaß 6 in einer Stirnwand der Kammer 4. In Fig. 1 ist die Kammer 4 mit einem Paar diametral gegenüberliegender tangential gerichteter Einlaßöffnungen 5 versehen. Flüssigkeiten, die durch die Öffnungen 5 eingeführt werden, wirbeln durch die Kammer und werden dabei gründlich gemischt, bevor sie die Kammer am Auslaß 6 verlassen.
Das Gehäuse 3 weist eine zentral angeordnete Röhre 7 auf, die koaxial zu dem Gehäuse 3 verläuft und in einer Position z.B. durch eine Stegbefestigungs- bzw. Speichenkreuzanordnung 8 gehalten wird. Ein Kühlmantel 9 kann um das Gehäuse 3 herum vorgesehen werden. Die Röhre 7 fungiert als axialer Diffusor.
Beim Betrieb werden Reagenzien, die an den getrennten Einlässen 5 eingeführt wurden, in der Wirbelkammer 4 gemischt, wodurch das Reaktionsprodukt in der Lösung übersättigt wird. Dies findet sehr schnell nach dem Mischen statt und ein weiteres kurzes Zeitintervall, das als Niederschlagsauslösezeit bekannt ist und das von der Größenordnung von Millisekunden in seiner Länge sein kann, verstreicht vor dem Beginn der Niederschlagsbildung. Danach bildet sich Niederschlag sehr rasch und das Übersättigungsniveau nimmt bis zu einer Gleichgewichtslöslichkeit ab, bei der die Übersättigung zu vernachlässigen ist und die Niederschlagsbildung zu einem Stillstand kommt.
Die Niederschlagsbildung findet statt, wenn die übersättigte Mischung der Wirbelkammer 4 in Kontakt mit einer festen Oberfläche kommt. Dies kann zu einer Blockade und einem Anwuchs in der Flußlinie bzw. -richtung des Wirbelmischers führen. Das Vorhandensein der koaxialen Röhre 7 innerhalb des Gehäuses 3 dient dazu, derartige Blockaden und Anwuchs zu verhindern.
Die übersättigte Mischung, die an dem Auslaß 6 aus der Wirbelkammer 4 austritt, liegt in der Form eines Strahls vor, der sich radial mit dem Abstand zum Auslaß ausdehnt. In Fig. 1 ist die Einhüllende oder Begrenzung des Stroms, der aus dem Auslaß 6 strömt und die Röhre 7 in Längsrichtung passiert, durch Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der Strahl, der aus dem Auslaß 6 entlang der Mittellinie der Röhre 7 austritt, reißt eine Flüssigkeitsmischung, die nicht mehr über sättigt ist und als gealtert (aged) bekannt ist, von dem in Strömungsrichtung gelegenen Ende der Röhre 7 mit. Die Flußrichtungen sind durch Pfeile in Fig. 1 bezeichnet. Ein Teil des gealterten Flusses am in Strömungsrichtung gelegenen Ende der Röhre 7 wird zwischen das Äußere der Röhre 7 und das Innere des Gehäuses 3 gezogen, um den Strahl, der aus dem Auslaß 6 austritt, zu umgeben. Dieser gealterte Fluß dient als Mantel oder Schutzschild um die übersättigte Mischung aus Auslaß 6 herum, um zu verhindern, daß die Mischung mit einer festen Oberfläche während ihres Transports durch die Röhre 7 und die Gehäuseanordnung (3, 8, 9) in Berührung kommt.
Fig. 2 zeigt, wie Übersättigungsniveaus mit der Zeit in der axialen Richtung des Flusses abnehmen. In einer korrekt dimensionierten Anordnung ist die Verweilzeit innerhalb der Röhre 7 ausreichend dafür, daß die übersättigte Mischung vollständig gealtert wird, so daß kein Anwuchs oder Blokkaden in den Röhren stromabwärts der Anordnung, die den Wirbelmischer und axialen Diffusor 7, 8, 9 aufweist, stattfinden. Die Röhre 7 schafft die Niederschlagsverweilzeit, bei der die Lösungslöslichkeit das Gleichgewicht erreichen kann, ohne daß der übersättigte Fluß aus dem Wirbelmischer 1 in Kontakt mit den festen Oberflächen kommt. Auf die Weise kann der Fluß aus dem Wirbelmischer 1 altern, ohne daß feste Ablagerungen an den Oberflächen der Röhre 7 und den Wänden der in Stromrichtung gelegenen Röhren anwachsen.

Claims

1. Verfahren zum Mischen reaktiver Flüssigkeiten als Teil einer Niederschlagsreaktion, die die folgenden Schritte umfaßt: Zuführen der Reaktanden zu einem Mischer (1), um eine übersättigte Lösung eines Reaktionsprodukts zu erzeugen, Ausrichten des Ausstosses aus dem Mischer (1) entlang einer Röhre und Umgeben des Ausstoßflusses aus dem Mischer (1) mit einer ungesättigten Lösung des Reaktionsproduktes.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, in dem der Ausstoßfluß aus dem Mischer (1) axial entlang einem axialen Flußdiffusors (7) ausgerichtet ist und ein Teil der ungesättigten Lösung des Reaktionsprodukts, das den axialen Flußdiffusor (7) verläßt, dazu verwendet wird, um einen Ring ungesättigter Lösung der Reaktionsprodukte zu bilden, der die übersättigte Lösung, die in den axialen Flußdiffusor (7) eintritt, umgibt, um die übersättigte Lösung des Reaktionsprodukts von dem Grundkörper des axialen Flußdiffusors (7) zu isolieren.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem die Druckdifferenz, die beim Betrieb zwischen den Enden des axialen Flußdiffusors (7) auftritt, verwendet wird, um einen Teil der ungesättigten Lösung des Reaktionsprodukts zu dem Einlaßende des axialen Flußdiffusors (7) zurückzuführen, um so den Ring aus ungesättigter Lösung der Reaktionsprodukte zu bilden, der die übersättigte Lösung der Reaktionsprodukte, die in den axialen Flußdiffusor (7) eintreten, umgibt.

4. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 3, in dem die reaktiven Substanzen in einem Wirbelmischer gemischt werden.

5. Vorrichtung zum Mischen reaktiver Flüssigkeiten als Teil einer Niederschlagsreaktion, in der ein Wirbelmischer (1) zum Mischen der Reaktanden, um eine übersättigte Lösung der Reaktionsprodukte zu erzeugen, ein axialer Auslaß (6) aus dem Mischer (1), ein axialer Flußdiffusor (7), der so angeordnet ist, daß er den Ausstoß aus dem Mischer (1) aufnimmt und eine Vorrichtung zum Einspeisen in das Eingangsende des axialen Flußdiffusors (7) eines Ringes ungesättigter Lösung der reaktiven Produkte, um die übersättigte Lösung der Reaktionsprodukte, die von dem Mischer (1) austreten, zu umgeben, und um diese von dem Grundkörper des axialen Flußdiffusors (7) zu isolieren, vorgesehen ist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, in der der axiale Flußdiffusor (7) so dimensioniert ist, daß Flüssigkeit, die den axialen Flußdiffusor (7) verläßt, dies in einem ungesättigten Zustand tut und ein Teil der ungesättigten Flüssigkeit im Kreis zu dem Einlaßende des axialen Flußdiffusors (7) zurückgeführt wird, um den Ring ungesättigter Lösung der Reaktionsprodukte zu schaffen.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, in der die interne Form des distalen Endes eines Gehäuses 3, innerhalb dessen der axiale Flußdiffusor (7) befestigt ist, so geformt ist, daß sie einen Teil der ungesättigten Flüssigkeit zu dem Einlaßende des axialen Flußdiffusors (7) umleitet und den Ring ungesättigter Lösung der Reaktionsprodukte schafft, der die übersättigte Lösung, die aus dem Mischer (1) austritt, umgibt.