СПОСОБ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ ГИДРОЦИКЛОНЫ
PROCESS EXPLOITING HYDRAULIC CYCLONES

Настоящее изобретение относится к способу приготовления суспензий путем объединения раствора растворенных частиц и суспензии взвешенных частиц.
Область техники, к которой относится изобретение
В промышленности и во многих применениях необходимо объединять потоки, растворы, суспензии вместе либо для использования их в качестве объединенной реакционной среды, либо в качестве конечного продукта. Обычно сталкиваются с эффектом разбавления или бывают вынуждены применять методы сушки, которые могут быть неэффективными и/или дорогостоящими.
Известно использование гидроциклонов при обработке особого исходного сырья с целью удаления примесей или относительно низкосортных веществ, таких как загрязняющие вещества. Такие загрязняющие вещества могут, например, находиться в растворе в жидкой среде, в которой исходное сырье в виде частиц является взвешенным, и/или они могут находиться в виде нерастворенных твердых частиц.
В соответствии с одной обычно используемой процедурой используют множество стадий гидроциклонов, составленных последовательно или в каскад для проведения непрерывного противоточного процесса промывания. Исходное сырье в виде частиц вместе с жидкой средой, которая содержит растворенные загрязняющие вещества, подается в первую стадию гидроциклона и свежая жидкость непрерывно подается в последнюю стадию.
US 4 283 232 обсуждает такую типичную организацию гидроциклонов.
В промышленности много реакций проводят, используя гетерогенные смеси веществ, такие как суспензия твердых или нерастворенных веществ, которые в конце распределяются в реакционной жидкости. На такие суспензии часто ссылаются как на суспензии или реакционные суспензии. В таких суспензиях реакционная жидкость не растворяет нерастворенные вещества или она растворяет только часть таких веществ, так что оставшаяся часть является нерастворенной. Часто некоторые из реагентов, продуктов и/или компонентов реакции, которые не превратились в процессе реакции, такие как катализаторы или другие реакционные добавки, которые обеспечивают подходящее реакционное окружение и/или промотируют реакцию, растворяются в реакционной среде, в то время как другие являются взвешенными, а не растворенными или не полностью растворенными.
Гидроциклоны обычно используют при обработке гетерогенных смесей, например, в пульпе и на бумажной фабрике для удаления песка, скобок, пластиковых частиц и других загрязняющих веществ, в буровой промышленности для отделения песка от дорогостоящей глины, которую используют для смазки в процессе бурения, в промышленности для отделения масла от воды или наоборот, и в металлообработке для отделения металлических частиц от охлаждающей жидкости.
US 3 890 888 также описывает аппарат на основе гидроциклона для извлечения неразбавленного или немного разбавленного сока и крахмала из корнеплодов.
GB 2 011 451 описывает способ и аппарат для производства модифицированных крахмалов, в котором суспензию крахмала центрифугируют, и образовавшийся в результате осадок затем разбавляют и подвергают химической модификации, суспензию модифицированного крахмала затем центрифугируют и фильтрат возвращают назад в цикл в резервуар разбавления, посредством чего его используют для разбавления реагентов, таким образом избегая ликвидации сточных вод.
Следовательно, все еще существует потребность в данной области техники в способе эффективного использования гидроциклонов, дисковых центрифуг или центрифуг с выгрузкой осадка через сопло для получения суспензии.
Сущность настоящего изобретения
Данное изобретение относится к способу приготовления суспензий, содержащих взвешенные и растворенные частицы, и включающему следующие стадии:
а. Сбор раствора (А) растворенных частиц (А'),
b. Сбор суспензии (В) взвешенных частиц (В'),
с. Предоставление раствора (А) и суспензии (В) в оборудование гидроциклона, оборудование дисковой центрифуги и/или оборудование центрифуги с выгрузкой осадка через сопло, предпочтительно оборудование гидроциклона,
d. Накопление суспензии (В″), содержащей, по меньшей мере, часть растворенных частиц (А').
Данный способ отличается тем, что накопленная суспензия (В″) имеет суммарную концентрацию сухого вещества взвешенных частиц (В') и растворенных частиц (А'), которая выше, чем объединенная концентрация сухого вещества раствора (А) и суспензии (В).
Данное изобретение далее относится к использованию стадии гидроциклона или батареи гидроциклонов для объединения сухого вещества двух потоков в единый поток, имеющий суммарную концентрацию сухого вещества, которая выше, чем концентрация сухого вещества объединенных потоков.
Краткое описание чертежей
Фигура 1 представляет технологическую карту одного примера гидроциклонного оборудования, включающего одну стадию в соответствии с настоящим изобретением.
Фигура 2 представляет технологическую карту одного примера гидроциклонного оборудования, включающего две стадии в соответствии с настоящим изобретением.
Фигура 3 представляет технологическую карту одного примера гидроциклонного оборудования, включающего девять стадий в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание настоящего изобретения
Данное изобретение относится к способу приготовления суспензий, содержащих взвешенные и растворенные частицы, и указанный способ включает следующие стадии:
а. Сбор раствора (А) растворенных частиц (А'),
b. Сбор суспензии (В) взвешенных частиц (В'),
с. Предоставление раствора (А) и суспензии (В) в оборудование гидроциклона, оборудование дисковой центрифуги и/или оборудование центрифуги с выгрузкой осадка через сопло, предпочтительно оборудование гидроциклона,
d. Накопление суспензии (В″), содержащей, по меньшей мере, часть растворенных частиц (А').
Раствор представляет собой гомогенную смесь, состоящую из двух или более веществ. В такой смеси растворенное вещество растворено в другом веществе, известном как растворитель. Все растворы характеризуются взаимодействиями между фазой растворителя и молекулами растворенного вещества или ионами, что приводит к чистому уменьшению свободной энергии.
Растворенные частицы получаются за счет растворения или сольватации твердого вещества в растворителе, давая раствор. Однако растворы не ограничиваются активно растворенными частицами в жидкости. Некоторые растворы могут существовать как таковые, например морская вода. Данное изобретение не ограничивается каким-либо типом раствора и/или растворенных частиц.
Растворенные частицы (А') настоящего изобретения также относятся к частицам, присутствующим в коллоидах, в которых частицы являются маленькими и не отстаиваются.
Коллоид представляет собой тип механической смеси, где одно вещество распределено равномерно через другое. Из-за такого рассредоточения некоторые коллоиды имеют внешний вид раствора, однако коллоидная система состоит из двух отдельных фаз: дисперсная фаза (или внутренняя фаза) и непрерывная фаза (дисперсионная среда). Обычными примерами коллоидов являются молоко, майонез, окрашенные чернила и аналогичное.
Суспензия, в основном, является суспензией твердых веществ в жидкости. Например, суспензией может быть смесь воды и цемента, смесь воды и загустителя, смесь древесной массы и воды, используемая для изготовления бумаги, смесь воды и отходов животноводства, используемая как удобрение, абразивный материал, используемый в химическо-механическом полировании, смесь ледяной воды и понизителя точки замерзания, смесь воды и керамического порошка и различных добавок (например, диспергатора), используемая при обработке керамики, смесь воды и крахмала или производного крахмала и аналогичное.
Взвешенные частицы (В') присутствуют в суспензии, которая является гетерогенной жидкостью, содержащей твердые частицы, которые являются достаточно большими для седиментации. Внутренняя фаза (твердое вещество) взвешена через внешнюю фазу (жидкость) посредством механического перемешивания, в конце концов, с использованием определенных наполнителей или суспендирующих агентов. В отличие от коллоидов, суспензии, в конце концов, отстоятся. Взвешенные частицы видны под микроскопом и будут осаждаться со временем при оставлении нетронутыми. Суспензии классифицируют на основе диспергируемой фазы и дисперсионной среды, где первое является, по существу, твердым веществом, в то время как последнее может являться или твердым веществом или жидкостью, или газом. Обычными примерами суспензий со взвешенными частицами (В') являются грязь или загрязненная вода, где грунт, глина или частицы ила взвешены в воде, или мука, взвешенная в воде, краска, порошок мела, взвешенный в воде, частицы пыли, взвешенные в воздухе, водоросли в воде, песок в воде и аналогичное.
Гидроциклон является устройством для классифицирования/разделения или сортировки частиц в жидкой суспензии на основе плотностей частиц. Гидроциклон будет обычно иметь цилиндрическую секцию наверху, где жидкость подается тангенциально, и геометрическое основание. Угол и соответственно длина конической секции играют роль в определении рабочих параметров.
Гидроциклон имеет два выхода на оси: меньший - на дне (нижний продукт) и больший - наверху (верхний продукт). Нижний продукт обычно является плотной или густой фракцией, в то время как верхний продукт является более легкой или более жидкой фракцией.
Внутри центробежная сила противостоит сопротивлению жидкости с тем эффектом, что более крупные или плотные частицы переносятся к стенке для конечного выхода с ограниченным количеством жидкости, пока более легкая жидкость выходит на стороне верхнего продукта через трубу, расширяющуюся слегка в теле циклона в центре.
Гидроциклоны могут быть сделаны из металла (главным образом стали), керамики, пластика, такого как полиуретан, полипропилен или других типов. Металлические или керамические гидроциклоны используются для ситуаций, требующих большей прочности или долговечности в терминах тепла или давления. Когда существует вероятность большего износа, такого, как в случае с частицами песка, полиуретан работает лучше, чем металлы и керамика. Металл, облицованный полиуретаном, используется в случаях объединенного абразивного изнашивания и высокого давления.
Эффективность разделения является функцией концентрации твердого вещества: чем выше концентрация, тем ниже эффективность разделения. Дальнейшие параметры, такие как: диаметр циклона, размеры выходов, давление подачи и относительные характеристики частиц и жидкости могут все или по отдельности влиять на эффективность данного процесса.
Несколько типов гидроциклонов являются коммерчески доступными и в настоящее время используют торговые названия Dorr Oliver, FluidQuip, Alva Laval и Mozley, те, которые продаются под торговым названием ″DorrClone″, являются предпочтительными. DorrClone гидроциклон, который может быть использован в настоящем изобретении, включает три основных части: вихревую часть, коническую часть и часть вершины.
Данный гидроциклон также относится к дисковой центрифуге или центрифуге с выгрузкой осадка через сопло, и обе они предназначены для разделения тяжелых и легких в жидкости за счет использования центробежной силы. В предпочтительном варианте осуществления гидроциклонное оборудование применяют для объединения сухого вещества раствора (А) и суспензии (В). Гидроциклонное оборудование может представлять собой стадию одного гидроциклона или может состоять из множества стадий гидроциклонов. Стадия гидроциклона сама по себе может состоять из одного гидроциклона или из множества гидроциклонов. Также оборудование дисковой центрифуги или центрифуги с выгрузкой осадка через сопло может представлять собой одну центрифугу или может состоять из множества центрифуг.
Данный способ отличается тем, что накопленная суспензия (В″) содержит, по меньшей мере, часть растворенных частиц (А'). Накопленная суспензия (В″) далее содержит основную часть взвешенных частиц (В'). По меньшей мере, 90% по массе исходных взвешенных частиц (В') накапливается в суспензии (В″). Предпочтительно, по меньшей мере, 92% по массе, более предпочтительно, по меньшей мере, 93%, 95%, 96%, 97%, 98%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 99% по массе накапливается в суспензии (В″). Более того, часть растворенных частиц (А') содержится в накопленной суспензии (В″). По меньшей мере, 10% по массе исходных растворенных частиц (А'), присутствующих в исходном растворе (А), перерабатываются в накопленной суспензии (В″). Предпочтительно, по меньшей мере, 20%, более предпочтительно 30%, более предпочтительно 35%, более предпочтительно 40%, более предпочтительно 45%, более предпочтительно 50%, более предпочтительно 52%, более предпочтительно 53%, более предпочтительно 55%, более предпочтительно 56%, более предпочтительно 58%, более предпочтительно вплоть до 60%, даже более предпочтительно вплоть до 65%, 70% или даже 80% по массе исходных растворенных частиц (А') перерабатываются в накопленной суспензии (В″).
Данный способ отличается тем, что накопленная суспензия (В″) имеет суммарную концентрацию сухого вещества взвешенных частиц (В') и растворенных частиц (А'), которая выше, чем объединенная концентрация сухого вещества раствора (А) и суспензии (В). Простым смешением раствора (А) и суспензии (В) суммарное сухое вещество объединяется в объединенный объем раствора (А) и (В), что приводит к разбавлению взвешенных частиц (В'), так же как и растворенных частиц (А'). Настоящее изобретение предлагает способ, в котором конечная концентрация сухого вещества накопленной суспензии (В″) выше, чем концентрация, которую получили бы путем простого смешения раствора (А) и суспензии (В). Для того чтобы иметь эффективный процесс, суммарная концентрация сухого вещества (выраженная в массе на массу) взвешенных частиц (В') и растворенных частиц (А') в суспензии (В″) составляет, по меньшей мере, 3%, исходя из начальной концентрации, предпочтительно, по меньшей мере, 5%, более предпочтительно, по меньшей мере, 7%, более предпочтительно, по меньшей мере, 10%, более предпочтительно 15%, более предпочтительно 20%, более предпочтительно 30%, более предпочтительно 35%, более предпочтительно 38%, более предпочтительно 45%, даже вплоть до 50% выше, чем концентрация сухого вещества объединенного раствора (А) и суспензии (В). Суспензия (В″) является концентрированной (= концентрация сухого вещества увеличивается) по сравнению с объединенной концентрацией сухого вещества при простом смешении раствора (А) и суспензии (В).
Среда раствора (А) и суспензии (В) может быть выбрана из любого подходящего растворителя или смеси растворителей. В предпочтительном варианте осуществления среда представляет собой жидкость, включающую воду, более предпочтительно, водную среду. Предпочтительно среда раствора (А) и суспензии (В) является одной и той же или, по меньшей мере, похожей.
Настоящее изобретение далее относится к способу, в котором суспензия (В) является суспензией крахмала и/или производных крахмала.
Крахмалы могут быть извлечены из любого природного источника. Если не определено специально, ссылки на крахмал в данном описании включают соответствующую им муку, которая еще содержит белки, такие как пшеничная клейковина (в дальнейшем ″крахмал″). Типичными источниками для таких крахмалов являются зерновые культуры, клубни, коренья, бобовые, фруктовые крахмалы и гибридные крахмалы. Подходящие источники включают, но не ограничиваются, кукурузу, горох, картофель, сладкий картофель, сорго, банан, ячмень, пшеницу, рис, саго, амарант, тапиоку, маранту, канну и низшую амилозу (содержащую не более чем примерно 10% по массе амилозы, предпочтительно не более чем 5%) или высшую амилозу (содержащую, по меньшей мере, примерно 40% по массе амилозы) и их разновидности. Также подходящими являются крахмалы, выделенные из растения, полученного методами селекции, включая гибридизацию, транслокацию, инверсию, трансформацию или любой другой метод генной или хромосомной инженерии, включая их разновидности. Кроме того, крахмал, выделенный из растения, выращенного из искусственной мутации и разновидностей вышеуказанной родовой композиции, которая может быть получена известными стандартными методами мутационной селекции, является также подходящими здесь. Модификации подразумевают включение химических модификаций и физических модификаций. Химические модификации подразумевают включение, без ограничений, сшитых крахмалов, ацетилированных крахмалов, гидроксиэтилированных и гидроксипропилированных крахмалов, неорганически эстерифицированных крахмалов, катионных, анионных, окисленных крахмалов, цвиттер-ионнных крахмалов, крахмалов, модифицированных энзимами и комбинации их, при условии, что данные крахмалы не являются полностью растворенными в жидкой среде и обеспечивают суспензию взвешенных частиц (В'). Физически модифицированные крахмалы, такие как термически ингибированные крахмалы, как раскрыто, например, в патенте ЕР № 1 038 882, могут также быть подходящими для использования здесь. Следует понимать, что смеси любых из вышеуказанных крахмалов и/или мука также находятся в границах настоящего изобретения. Ради простоты, любую ссылку здесь на крахмал, производные крахмала или субстрат крахмала следует понимать как включающую один или несколько видов природного крахмала и/или производных крахмала.
Настоящее изобретение далее относится к способу, в котором гидроциклонное оборудование является как раз стадией одного гидроциклона или альтернативно является батареей стадий гидроциклонов, по меньшей мере, двух стадий гидроциклонов. Поскольку стадия гидроциклона может содержать множество гидроциклонов, батарея стадий гидроциклонов содержит более чем одну стадию, такую как две стадии гидроциклонов, три стадии гидроциклонов, четыре стадии гидроциклонов, пять стадий гидроциклонов, шесть стадий гидроциклонов, семь стадий гидроциклонов, восемь стадий гидроциклонов, девять стадий гидроциклонов, десять стадий гидроциклонов или более десяти стадий, такую как одиннадцать или двенадцать или даже более.
В предпочтительном варианте осуществления применяется батарея из 9 стадий гидроциклонов.
Применением батареи стадий гидроциклонов раствор (А) и суспензию (В) предпочтительно добавляют на различной стадии батареи стадий гидроциклонов.
Настоящее изобретение далее относится к способу, который включает стадию концентрации (= увеличение сухого вещества), по меньшей мере, на одной стадии гидроциклона. Если указанная батарея стадий гидроциклонов содержит множество стадий гидроциклонов, данный способ, выполняемый на указанной батарее стадий гидроциклонов, может включать одну или более стадии концентрации. Данная концентрация далее обогащает содержание сухого вещества взвешенных частиц (В') и может уменьшить количество жидкости в накопленной суспензии (В″).
Кроме того, в присутствии множества стадий гидроциклонов в указанной батарее гидроциклонов данный способ может далее включать одну или более стадии осветления. Такое осветление вносит вклад в уменьшение количества взвешенных частиц (В') во фракции, которую не намереваются накапливать и которая называется потоком сточной воды (А″).
Самое большее 10% по массе от исходных взвешенных частиц (В') накапливается в потоке сточной воды (А″). Предпочтительно, самое большее 8% по массе, наиболее предпочтительно, самое большее 7%, 5%, 4%, 3%, 2%, наиболее предпочтительно, самое большее 1% по массе накапливается в потоке сточной воды (А″).
Настоящее изобретение далее относится к способу, отличающемуся тем, что растворенные частицы (А') включают один или более реактивов, катализаторов и/или реакционных добавок.
Реактив или реагент представляет собой вещество или соединение, расходуемое в процессе химической реакции. В отличие от других реактивов, которые участвуют в химической реакции, катализатор не расходуется, но оказывает влияние на скорость реакции.
Реакционные добавки вносят вклад в обеспечение подходящего окружения для химической или физической реакции. Последние поглощают вещества, которые изменяют рН и/или ионную силу среды, стабильность и/или растворение взвешенных частиц (В) накопленной суспензии (В″), или реакционную способность реактивов и/или продуктов, без ограничения для этой цели. Данные вещества могут только изменять окружение или они могут принимать участие в дальнейшей реакции путем образования промежуточного вещества в реакционной стадии, и высвобождаться в более поздней реакционной стадии, так что они не расходуются или только частично расходуются в дальнейшем реакционном процессе.
Предпочтительно растворенные частицы (А') включают соли, более предпочтительно, выбранные из группы щелочных, щелочноземельных, соли железа, алюминия и их смеси. Данные соли могут иметь в качестве противоиона ион, выбранный из группы, состоящей из хлоридов, сульфатов, сульфонатов, фосфатов и их смесей.
Например, в некоторых реакциях модификации крахмала соли легко используются для стабилизации особых компонентов суспензии. Данные соли могут быть выбраны из щелочных сульфатов, щелочноземельных сульфатов, щелочных фосфатов и аналогичного, только чтобы назвать несколько возможностей без какого-либо ограничения.
™

В частности, примером такого стабилизирующего действия соли является гидроксиалкилирование крахмального субстрата пропиленоксидом в производстве гидроксипропилированного крахмала. В данной реакции является обычной практикой в данной области техники использование солей сульфатов, таких как сульфат натрия, в качестве реакционной добавки, которая смешивается с суспензией крахмала перед реакцией. В соответствии с предшествующим уровнем техники, гидроксипропилированный крахмал обычно получают в реакторе периодического действия с сульфатной солью, дозируемой в кристаллической форме в каждую реакционную загрузку. После проведения реакции гидроксипропилирования реакционная жидкость, содержащая сульфатную соль, сбрасывается в обработку сточных вод и теряется. Это суммируется к значительным затратам на закупку данной соли, не говоря уже о затратах на обработку, поскольку часто необходимо удалять значительные количества сульфата из сточной воды перед тем, как их можно будет выпускать в окружающую среду, например, путем обессеривания с использованием дорогостоящих процессов SulFerox и THIOPAQ.
Альтернативно, простым добавлением (= примешиванием) рекуперированного потока (раствор (А)), содержащего сульфат натрия как таковой, к суспензии (В) будет уменьшена концентрация крахмала и, следовательно, можно иметь отрицательное влияние на эффективность дальнейшего процесса.
В соответствии с настоящим изобретением суммарная концентрация сухого вещества накопленной суспензии (В″), следовательно, регулируется путем использования, по меньшей мере, одной стадии гидроциклона или дисковой или центрифугой с выгрузкой осадка через сопло. Предпочтительно используют стадию гидроциклона.
Настоящее изобретение далее относится к способу, включающему следующие стадии:
а. Сбор раствора (А) растворенных частиц (А'),
b. Сбор суспензии (В) крахмала и/или производных крахмала (В'),
с. Предоставление раствора (А) и суспензии (В) на различные стадии батареи стадий гидроциклонов,
d. Накопление суспензии (В″) крахмала и/или производных крахмала, содержащей, по меньшей мере, 10% массовых от суммарной массы реакционных добавок (А'), присутствующих в растворе (А),
е. Накопление суспензии (А″), содержащей макс. 90% массовых от суммарной массы реакционных добавок (А'), присутствующих в растворе (А).
По меньшей мере, 10% по массе от исходных растворенных реакционных добавок (А'), присутствующих в растворе (А), возвращаются в накопленную суспензию (В″). Предпочтительно, по меньшей мере, 20%, более предпочтительно 30%, более предпочтительно 35%, более предпочтительно 40%, более предпочтительно 45%, более предпочтительно 50%, более предпочтительно 52%, более предпочтительно 55%, более предпочтительно 56%, более предпочтительно 58%, даже более предпочтительно, вплоть до 60%, 70% или даже 80% по массе от исходных растворенных реакционных добавок (А') возвращаются в накопленную суспензию (В″).
Растворенные частицы можно отнести в предпочтительном варианте осуществления к реакционным добавкам, которые могут быть растворенными щелочными сульфатами, как отмечено ранее, но могут включать далее другие реакционные добавки, такие как гликоль или другие реакционные продукты, образовавшиеся в процессе реакции и аналогичное.
Раствор (А″), который называют также потоком сточных вод, содержит максимально 90% по массе от суммарной массы реакционных добавок (А'), вначале присутствующих в растворе (А). Предпочтительно раствор (А″) содержит менее 80%, более предпочтительно 70%, более предпочтительно 65%, более предпочтительно 60%, более предпочтительно 55%, более предпочтительно 50%, более предпочтительно 48%, более предпочтительно 45%, более предпочтительно 44%, более предпочтительно 42%, даже более предпочтительно, менее 40%, 30% или даже не более 20% по массе от исходных растворенных реакционных добавок (А').
По меньшей мере, 90% по массе от исходных взвешенных частиц крахмала и/или производных крахмала (В') накапливается в суспензии (В″). Предпочтительно, по меньшей мере, 92%, более предпочтительно, по меньшей мере, 93%, 95%, 96%, 97%, 98%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 99% по массе накапливается в суспензии (В″).
Суммарная концентрация сухого вещества (выраженная в массе на массу) взвешенных частиц крахмала и/или производных крахмала (В) и растворенных реакционных добавок (таких как щелочной сульфат и гликоль и аналогичное) (А') в суспензии (В″) составляет, по меньшей мере, 3% исходя из начальной концентрации, предпочтительно, по меньшей мере, 5%, более предпочтительно, по меньшей мере, 7%, более предпочтительно, по меньшей мере, 10%, более предпочтительно 15%, наиболее предпочтительно 20%, даже вплоть до 50% выше, чем концентрация сухого вещества объединенного раствора реакционных добавок (А') и суспензии частиц крахмала и/или производных крахмала (В'). Суспензия (В″) является концентрированной (= концентрация сухого вещества увеличивается) по сравнению с объединенной концентрацией сухого вещества при простом смешении раствора (А) и суспензии (В).
Далее настоящее изобретение относится к способу, в котором раствор (A”) повторно направляют в стадию a) и используют в качестве единственного раствора (A) или объединяют с любым другим раствором (A) растворенных реакционных добавок (A').
В предпочтительном варианте осуществления раствор (A”) концентрируют (увеличивают сухое вещество) любым традиционным методом концентрирования, известным специалисту в данной области, перед рециркуляцией в стадию a) данного способа. В стадии a) концентрированный раствор (A”) можно использовать в качестве единственного раствора реакционных добавок или его можно объединить с другим раствором (A) (свежеприготовленным или регенерированным любым другим способом).
Настоящее изобретение относится к способу, отличающемуся тем, что накопленную суспензию (В″) используют в процессе модифицирования крахмала. Модифицирование представляет собой окисление, подкисление, эстерификацию, этерификацию, реакцию сшивания, алкилирование, гидроксиалкилирование, гидролиз или комбинацию, включающую одну или несколько данных реакций, предпочтительно, гидроксиалкилирование, наиболее предпочтительно гидроксиэтилирование или гидроксипропилирование.
В предпочтительном варианте осуществления данный способ отличается тем, раствор (A) растворенных реакционных добавок (A') регенерируют из процесса модифицирования крахмала.
Пример потока материала в такой батарее гидроциклонов, использующей систему противоточной промывки, схематически показан на Фиг. 1-3. На фигуре 3 показана батарея из девяти стадий гидроциклонов. Согласно системе противоточной промывки верхний продукт из одного гидроциклона, который содержит более легкую и более текучую фракцию, подают в гидроциклон, обозначенный следующим более низким номером, а нижний продукт, содержащий более густую или плотную фракцию, подают на стадию гидроциклона, обозначенную следующим более высоким номером. Суспензию (В) подают на четвертую стадию гидроциклона в данном примере, в то время как раствор (A) подают на восьмую стадию гидроциклона. Конечную накопленную суспензию (В″) получают в виде нижнего продукта в девятом гидроциклоне батареи. Однако если желаемые компоненты обогащают в менее плотную фракцию, также можно было бы собрать верхний продукт из первого гидроциклона.
Более того, настоящее изобретение имеет потенциально дополнительные преимущества, как описывается ниже, но вовсе ими не ограничивается.
Регулирование концентрации частиц накопленной суспензии на установке гидроциклона или дисковой центрифуге или центрифуге с выгрузкой осадка через сопло дополнительно дает возможность осуществить приготовление суспензии в виде непрерывного способа. Это позволило бы непрерывное питание различных периодических реакторов при смещенных интервалах или для непрерывного питания непрерывной реакции суспензии.
В зависимости от типа накопленной суспензии (В″) регулировке концентрации можно дополнительно содействовать проведением способа при особой температуре. Например, способ можно провести при повышенных температурах. Данные повышенные температуры можно получить любым возможным способом, известным из уровня техники, таким как предварительный нагрев подаваемого сырья. Альтернативно или в добавление материал также можно нагреть подводом энергии в течение работы оборудования гидроциклона или дисковой центрифуги, или центрифуги с выгрузкой осадка через сопло, хотя данное увеличение температуры можно было бы регулировать дополнительным нагреванием или охлаждением аппарата, если это желательно. Для некоторых реакций было обнаружено, что особенно хорошо подходящего увеличения концентрации можно добиться при температурах выше 30°C, например, между 40 и 60°C или от 50 до 55°C.
Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения данный способ использует раствор (A), в котором указанный раствор получают из предшествующей реакции. Данный раствор, полученный из предшествующей реакции, можно получить из любого вида реакций, которые позволяют извлечение полезных частиц для реакционной суспензии. Однако особенно предпочтительно получать раствор из предшествующей реакции такого же типа, например из предшествующей реакции гидроксиалкилирования крахмальной основы для нового гидроксиалкилирования другой загрузки крахмальной основы. Компоненты, такие как катализаторы, реагенты и/или реакционные добавки, которые не расходуются в течение реакции и которые растворимы, можно легко извлечь из реакции, такой как модифицирование крахмала, отделяя продукты реакции. Например, если желаемый продукт реакции представляет собой модифицированный крахмальный продукт, который не растворим в реакционной жидкости, его можно легко отделить фильтрованием и/или стадией центрифугирования. Нерасходуемые растворимые компоненты остаются растворенными в фильтрате или надосадочной жидкости цетрифугирования и могут быть, таким образом, направлены на повторное использование для получения новой накопленной суспензии (В″) для модифицирования новой загрузки крахмальной основы посредством введения раствора в оборудование гидроциклона или дисковую центрифугу или центрифугу с выгрузкой осадка через сопло.
Такая процедура также уменьшает количество отходов или сточных вод, получаемых в реакции. Растворенные частицы в данной среде после реакции не должны осаждаться в окружающую среду или отделяться от отходов с использованием дорогих способов очистки для уменьшения концентрации в отходах, но их можно повторно использовать в дальнейших реакциях.
Настоящее изобретение далее относится к способу, в котором накопленную суспензию (В″) используют в качестве конечного продукта. В определенных областях использования может быть полезным иметь суспензию крахмала и/или производного крахмала, которая содержит растворенные реакционные добавки, катализаторы и/или реагенты, предпочтительно, соли. Подходящие области использования можно ожидать в бумажной промышленности, и любом другом типе промышленности, где предпочтительно иметь соль, содержащую суспензию на основе крахмала. Суспензию (В″) при использовании в качестве конечного продукта, можно концентрировать (= увеличивать содержание сухого вещества), по существу, до полной сухости (содержание влаги менее 5%) перед использованием.
Наконец, настоящее изобретение относится к использованию, по меньшей мере, одной стадии гидроциклона или батареи гидроциклонов для объединения сухого вещества двух потоков в единый поток, имеющий суммарную концентрацию сухого вещества, которая выше, чем концентрация сухого вещества объединенных потоков.
Более того, оно относится к использованию, по меньшей мере, одной стадии гидроциклона или батареи гидроциклонов для объединения сухого вещества двух потоков, отличающемуся тем, что один поток представляет собой раствор (A) растворенных частиц (A'), а другой поток представляет собой суспензию (B) взвешенных частиц (B').
Для того чтобы иметь эффективный способ, общая концентрация сухого вещества (выраженная в массе на массу) взвешенных частиц (B) и растворенных частиц (A') в суспензии (B”) составляет, по меньшей мере, 3%, исходя из начальной концентрации, предпочтительно, по меньшей мере, 5%, более предпочтительно, по меньшей мере, 7%, более предпочтительно, по меньшей мере, 10%, более предпочтительно, 15%, наиболее предпочтительно, 20%, даже вплоть до 50% выше, чем концентрация сухого вещества объединенного раствора (A) и суспензии (B). Суспензия (B”) является концентрированной (= концентрация сухого вещества увеличивается) по сравнению с концентрацией объединенного сухого вещества при простом смешении раствора (A) и суспензии (B).
В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения накопленная суспензия представляет собой суспензию крахмала и/или производного крахмала.
Далее способ по настоящему изобретению объясняется более подробно со ссылкой на примеры гидроксипропилирования крахмала. Понятно, что данные примеры даются только для иллюстративной цели и не имеют намерения ограничивать объем настоящего изобретения каким-либо образом.
ПРИМЕРЫ
Примеры, приведенные ниже, осуществляют с суспензией крахмала кукурузы восковидной спелости на батарее гидроциклонов, содержащей от 7 до 9 стадий, используя противоточную систему промывки. Суспензию крахмала (B) подавали на батарею гидроциклонов на стадии 4. Раствор (A), содержащий растворенные частицы, вводили на стадии 7 или 8. Технологическая схема узла гидроциклонов предоставляется на Фиг. 3, показывающей 9-стадийную систему, в которой раствор вводят на стадии 8.
Анализ:
Измерение содержания сухого вещества суспензии крахмала посредством взвешивания Боме осуществляли согласно стандартному методу NEN 3090:1982nl.
Измерение содержания влаги суспензии крахмала осуществляли согласно стандартному методу NEN 1666:1997 EN.
Измерение натрия (или калия, магния) осуществляли согласно стандартному методу NEN 6869.
ПРИМЕР 1
Использовалась батарея гидроциклонов в соответствии с Фиг. 3. Раствор (А) был верхним продуктом батареи промывания крахмала из предыдущей партии гидроксипропилирования крахмала. Дальнейшие данные процесса были следующими:
Конфигурация гидроциклона (Dorr Oliver, имеющий внутренний диаметр 10 мм): каждая из данных цифр описывает число гидроциклонов, присутствующих на стадии: например, стадия 1 содержит 7 гидроциклонов, стадия 2 содержала 10 гидроциклонов, и т.д.: 7, 10, 12, 12, 8, 8, 10, 6.
Число стадий
9
Стадия подачи суспензии (В)
4
Стадия раствора (А)
9 (стадия концентрации не включена)
Питающий поток суспензии (В)
900 л/ч
Крахмал в суспензии (В)
360 г/кг
Питающий поток раствора (А)
880 л/ч
Нижний продукт (В″)
982 л/ч
Крахмал в нижнем потоке
32,43% = 98,7% рекуперация
Сульфат натрия в питающем растворе (А)
44400 мг/кг
Сульфат натрия в нижнем продукте (В″)
23482 мг/кг = 66,5% рекуперация
Данным примером мы в состоянии показать:
1). гидроциклонная система в состоянии производить насыщенную сульфатом суспензию крахмала (В″);
2). Путем смешения раствора и суспензии конечная концентрация крахмала составляла 19,2% и сульфата натрия составляла 20700 мг/кг.
ПРИМЕР 2
В данном примере подача раствора вводилась стадией 7, и с суммарным числом из 9 стадий использовались 2 стадии концентрации. Кроме того, подача суспензии и подача раствора, содержащего сульфат натрия, подавались при повышенных температурах, что вело совместно с подводимой энергией от работы гидроциклона к температуре нижнего продукта, равной 55°С:
Число стадий
9
Стадия подачи
4
Стадия промывания водой
7
Конфигурация гидроциклона: 7, 10, 12, 12, 8, 8, 10, 6
Питающий поток суспензии (В)
850 л/ч
Крахмал в суспензии (В)
360 г/кг
Питающий поток раствора (А)
900 л/ч
Нижний продукт (В″)
838 л/ч
Температура подачи суспензии
38°С
Температура подачи раствора
43°С
Температура нижнего продукта
55°С
Плотность нижнего продукта
1164 г/л
Крахмал в нижнем потоке
35,39% = 97,7% рекуперация
Сульфат натрия в питающем растворе (А)
44400 мг/кг
Сульфат натрия в нижнем продукте (В″)
22680 мг/кг = 53,4% рекуперация
Использованием стадии концентрации после стадии промывания может быть получена увеличенная концентрация крахмала.
Путем смешения раствора и суспензии конечная концентрация крахмала составляла 18,4% и концентрация сульфата натрия составляла 21600 мг/кг.