NL1013238C2

NL1013238C2 - Kristallisatiereactor.

Info

Publication number: NL1013238C2
Application number: NL1013238A
Authority: NL
Inventors: Sjoerd Hubertus Jozef Vellinga
Original assignee: Pacques Bv
Priority date: 1999-10-07
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2001-04-10
Also published as: EP1090681A1

Description

Kristallisatiereactor

De uitvinding heeft betrekking op een reactor voor het doen neerslaan van een stof, zoals een zout uit een oplossing op een zich in de reactor bevindend korrelvormig 5 materiaal, omvattende een in wezen cilindrisch vat, een aan de bovenzijde van het vat voorziene afvoer voor de behandelde oplossing waaruit de stof, althans gedeeltelijk, is verwijderd door neerslaan alsmede aan de onderzijde van het vat een kamer, op welke kamer een toevoer voor de oplossing is aangesloten, welke toevoer in wezen tangentieel uitmondt in de kamer voor het opwekken van een roterende stroming, 10 zodanig dat een centrifugaalpompwerking wordt opgewekt door de binnentredende oplossing.

Een dergelijke reactor is bekend, bijvoorbeeld uit GB-A-987638. De betreffende stof, zoals een zout, kristalliseert op de korrels van het korrelvormige materiaal zoals zand. Als voorbeelden kunnen worden genoemd het neerslaan van CaCC>3 in de 15 drinkwatervoorziening, en CaF2 in de metaalindustrie.

Het voordeel van het vormen van een neerslag in de vorm van kristallisatiekemen is dat daarbij geen bezinken of nafïltratie en droging van het verkregen slib meer nodig is. Dat nadeel doet zich wel voor bij het neerslaan in de vorm van vlokken.

Niettemin bezitten de bekende kristallisatiereactoren ook een aantal nadelen. 20 Sommige reactoren bezitten een bodem met een groot aantal inlaatmondstukken voor de oplossing en inspuitmondstukken voor de chemicaliën die benodigd zijn bij het neerslagproces. Dat grote aantal mondstukken is noodzakelijk om een over de breedte van de reactor gelijkmatige stroming te verkrijgen (propstroom). Een dergelijke constructie is echter duur en onderhoudsgevoelig.

25 Een ander type reactor bezit een enkel inspuitmondstuk voor chemicaliën en een relatief laag aantal inlaatmondstukken voor de oplossing. Deze constructie brengt echter mee dat geen gelijkmatige stroming in het vat wordt verkregen. Er vormt zich een kerngebied met vrij hoge stroomsnelheden, omringd door een relatief rustig gebeid. Als gevolg daarvan wordt een weinig efficiënte menging van oplossing en korrels 30 verkregen, hetgeen het neerslagproces niet ten goede komt. Bovendien bestaat het risico dat zich neerslag vormt die niet op de korrels plaatsvindt. Daardoor wordt de behandelde vloeistof troebel en is nafïltratie noodzakelijk.

HOI 3 23 8 2

Doel van de uitvinding is een reactor van het hiervoor beschreven soort te verschaffen die deze nadelen mist. Dat doel wordt bereikt doordat in de kamer een verticaal gerichte aanvoer voor het korrelvormige materiaal uitmondt, zodanig dat onder invloed van de in de kamer opgewekte werveling een naar de kamer gerichte 5 stroming door de aanvoer wordt bevorderd.

De aanwezigheid van een mengkamer direct op de plaats waar de oplossing in de reactor wordt gebracht, heeft als voordeel dat reeds in een vroeg stadium van het zich in de reactor afspelende proces een vrij volledige menging van korrels en oplossing kan worden bewerkstelligd. Die menging wordt gunstig beïnvloed doordat de 10 binnentredende oplossing een centrifugaalpompwerking opwekt. Het daaruit voortvloeiende werveleffect bevordert allereerst een intensieve door een menging van korrels en oplossing.

Bovendien treedt als gevolg van de ronddraaiende stroming in het centrum van de wervelkamer een onderdruk op zoals het geval is bij een centrifugaalpomp. Deze 15 onderdruk leidt tot een aanzuiging van het zich boven de wervelkamer bevindende korrelvormige materiaal. De aldus bevorderde toevoer verzekert dat steeds voldoende korrelvormig materiaal in de wervelkamer aanwezig is, zodanig dat de neerslag direct nadat de oplossing binnentreedt in de wervelkamer, kan plaatsvinden.

Doordat de wervelkamer een verticaal gerichte aanvoer voor het korrelvormige 20 materiaal uitmondt, wordt onder invloed van de in de kamer opgewekte werveling een naar de kamer gerichte aanzuigstroming door de aanvoer bevorderd Daardoor kunnen de toegevoerde hoeveelheden van de oplossing en het korrelvormige materiaal binnen bepaalde grenzen op elkaar afgestemd worden.

De aanvoer kan een buisstuk zijn, dat met het onderste eind min of meer centraal 25 uitmondt in de rondwervelende oplossing. In het centrum van de wervel heeft een onderdruk, die een aanzuigstroming in de buis opwekt.

De stroming van het korrelvormige materiaal kan worden vergemakkelijkt indien het buisstuk aan het onderste, in de kamer stekend eind is verwijd, en de bodem van de kamer een verhoging heeft die in het buisstuk reikt. Bij voorkeur bezitten het verwijde 30 eind van het buisstuk en de verhoging beide een naar boven toe nauwer wordende kegelvorm. Dergelijke vormen bevorderen het zijwaarts afleiden van de verticaal door de buis naar beneden gerichte stroming.

1013238 3

Vervolgens kan het mengsel langs de buitenzijde van het buisstuk naar boven stromen, ter verkrijging van de opwaartse propstroming in de reactor. Deze gelijkmatige opwaartse stroming of propstroming van de oplossing kan worden bevorderd indien de bodem naar boven toe kegelvormig wijder wordt, en de kamer in 5 wezen cilindrisch uitgevoerd is. Als gevolg van de ronddraaiende beweging van de oplossing bij het verlaten van de kamer, kan de stroming de wand van de kegelvorm volgen, waardoor geen kemstroming zal ontstaan maar de gewenste gelijkmatige propstroming.

Teneinde te voorkomen dat deze ronddraaiende stroming zich echter te ver zou 10 doorzetten in het geëxpandeerde korrelvormige materiaal, heeft de bodem radiaal naar binnen stekende remelementen voor het afremmen van de ronddraaiende stroming.

De menging in de wervelkamer kan nog verder worden verbeterd indien de toevoer een buisstuk omvat waarvan het inwendig oppervlak schroeflijnvormige schoepen draagt voor het in een draaiende beweging brengen van de oplossing.

15 Verder is een aansluiting voorzien voor het toevoeren van chemicaliën in de wervelkamer, welke aansluiting in de stromingsrichting van de oplossing zich direct achter de uitmonding van de toevoer voor de oplossing bevindt. Deze plaatsing van de aansluiting verschaft een directe menging van chemicaliën met de oplossing, zodanig dat een ogenblikkelijke neerslag kan plaatsvinden op het korrelvormige materiaal dat 20 door de centrifugaalwerking in de wervelkamer is aangevoerd uit het hoger liggende deel van de reactor. Deze menging van oplossing en chemicaliën wordt nog versterkt doordat de oplossing, onder invloed van de schoepen in de toevoer, de wervelkamer draaiend binnentreedt.

De intensieve menging van het korrelvormig materiaal en de chemicaliën wordt, 25 zoals reeds genoemd, verkregen door de centrifugaalpompwerking in de wervelkamer. Het is daarom niet meer nodig om de oplossing en de chemicaliën toe te voeren via een ver in de reactor stekende inbrenglans. Daarmee doet zich derhalve ook niet meer het probleem voor van de slijtage van de lans onder invloed van de voortdurend schurende werking van langsstromend korrelvormig materiaal, zoals zich dat bij bekende 30 reactoren voordoet.

Vervolgens zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van een in de figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeeld.

Figuur 1 toont een gedeeltelijk zijaanzicht van de reactor volgens de uitvinding.

1013238 4

Figuur 2 toont een verticale doorsnede door de reactor.

Figuur 3 toont een doorsnede volgens III-III van figuur 2.

Figuur 4 toont een doorsnede volgens IV-IV van figuur 2.

De in figuur 1 weergegeven reactor omvat een in wezen cilindrisch vat 1 waarvan 5 slechts het onderste gedeelte is aangegeven. Dit cilindrische vat is aan de onderzijde afgesloten door een kegelvormig toelopende bodem 2, die op zijn beurt is afgesloten door een wervelkamer 3. De bodem 2 en de wervelkamer 3 zijn door middel van een flensverbinding 4 losneembaar aan elkaar bevestigd.

In de wervelkamer 3 mondt tangentieel een toevoerbuisstuk 5 uit. Tevens is een 10 toevoer 6 voor chemicaliën voorzien.

Zoals te zien is in de doorsnede van figuur 2, bevindt zich ter hoogte van de bodem 2 en de wervelkamer 3 een concentrisch, verticaal gericht buisstuk 7. Het onderste eind 8 van dit buisstuk 7 is neerwaarts conisch verwijd. Dit eind 8 omgeeft de omhoog nauwer wordende kegel 9 die zich bevindt op de bodem van de wervelkamer 15 3.

In bedrijf van de reactor wordt de te behandelen oplossing toegevoerd via de tangentiële toevoer 5, waardoor de in figuur 4 weergegeven ronddraaiende werveling 10 in de wervelkamer 3 wordt opgewekt. In het centrum van deze werveling 10 heerst een onderdruk (centrifugaalwerking), als gevolg waarvan via het inwendige van het 20 verticale buisstuk 7 een neerwaartse stroming 11 wordt opgewekt. Aan de onderzijde van het buisstuk 7 wordt deze neerwaartse stroming 11 zijwaarts afgeleid door de conische vormen van het onderste eind van het buisstuk 7, alsmede door de kegel 9. Vervolgens wordt de stroming in de wervelkamer opwaarts omgebogen.

De neerwaartse stroming 11 door het buisstuk 7 verschaft een geregelde aanvoer 25 van korrels die zich bevinden in het korrelbed in het vat 1. Deze korrelaanvoer is afgestemd op de toevoer van de oplossing, aangezien de mate van werveling ook invloed heeft op de onderdruk in het verticale buisstuk 11.

In de wervelkamer 3 wordt als gevolg van deze stromingen reeds een intensieve menging verkregen van de oplossing met het korrelvormig materiaal. Tevens wordt 30 aldaar menging met de chemicaliën (zoals kalkmelk en natronloog) verkregen, zodanig dat een directe neerslag op het korrelvormig materiaal is verzekerd en vlokvorming wordt vermeden.

1013238 5

De bodem 2 van de reactor heeft een zodanige schuinte dat de opwaarts uit de wervelkamer 3 tredende stroming de wand daarvan kan blijven volgen. Om te verhinderen dat de opwaartse stroming 12 in het vat 1 eveneens een ronddraaiend karakter krijgt, zijn op de wand 2 naar binnen stekende remplaten 13 aangebracht.

5 Daardoor wordt een over de breedte van het vat 1 gelijkmatige opwaartse stroming 12 verkregen, die het kristallisatieproces gunstig beïnvloedt (propstroming).

Ten einde de menging in de wervelkamer nog te verbeteren, zijn in het buisstuk 5 van de toevoer schoepen 14 aangebracht. Deze schoepen wekken de in figuur 2 weergegeven draaiing 15 in de oplossing op, waardoor een intensieve menging en met 10 de direct achter de uitmonding van het buisstuk toegevoerde chemicaliën.

1013238

Claims

1. Reactor voor het doen neerslaan van een stof, zoals een zout uit een oplossing op een zich in de reactor bevindend korrelvormig materiaal, omvattende een in wezen 5 cilindrisch vat (1), een aan de bovenzijde van het vat (1) voorziene afvoer voor de behandelde oplossing waaruit de stof, althans gedeeltelijk, is verwijderd door neerslaan alsmede aan de onderzijde van het vat (10 een kamer (3), op welke kamer (3) een toevoer (5) voor de oplossing is aangesloten welke toevoer (5) in wezen tangentieel uitmondt in de kamer (3) voor het opwekken van een roterende stroming, zodanig dat 10 een centrifugaalpompwerking wordt opgewekt door de binnentredende oplossing, met het kenmerk, dat in de kamer (3) een verticaal gerichte aanvoer (7) voor het korrelvormige materiaal uitmondt, zodanig dat onder invloed van de in de kamer (3) opgewekte werveling een naar de kamer (3) gerichte stroming door de aanvoer (7) wordt bevorderd. 15

2. Reactor volgens conclusie 1, waarbij het vat (1) aan de onderzijde is afgesloten door een bodem (2) waarin de kamer (3) is opgenomen.

3. Reactor volgens conclusie 1 of 2, waarbij de bodem (2) en/of de kamer (3) 20 concentrisch zijn opgesteld.

4. Reactor volgens conclusie 3, waarbij de aanvoer is uitgevoerd als een buisstuk (7).

5. Reactor volgens conclusie 4, waarbij het buisstuk (7) aan het onderste, in de kamer stekend eind (8) is verwijd.

6. Reactor volgens conclusie 4 of 5, waarbij de bodem van de kamer (3) een verhoging (9) heeft die in het buisstuk reikt. 30

7. Reactor volgens conclusie 5 of 6, waarbij het verwijde eind (8) van het buisstuk (7) en de verhoging (9) beide een naar boven toe nauwer wordende kegelvorm bezitten. 1013238

8. Reactor volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de bodem (2) naar boven toe kegelvormig wijder wordend, en de kamer (3) in wezen cilindrisch is uitgevoerd.

9. Reactor volgens conclusie 8, waarbij de bodem (2) radiaal naar binnen stekende 5 remelementen (13) heeft voor het afremmen van de ronddraaiende stroming van de oplossing.

10. Reactor volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de toevoer in de kamer (3) een buisstuk (5) omvat waarvan het inwendig oppervlak schroeflijnvormige 10 schoepen (14) draagt voor het in een draaiende beweging brengen van de oplossing stroming.

11. Reactor volgens een der voorgaande conclusies, waar een aansluiting (6) voor het toevoeren van chemicaliën is voorzien op de kamer (3), welke aansluiting (6) in de 15 stromingsrichting van de oplossing zich direct achter de uitmonding van de toevoer (5) voor de oplossing bevindt. 1013238