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Verfahren zur Regelung der Temperatur bei Reaktionen in strömenden Gemischen.
Es ist bekannt, bei der Ausführung von Reaktionen in strömenden Iedien, insbesondere bei
Reaktionen mit starker Wärmetönung, einen Temperaturausgleich mit Hilfe der zuzuführenden Stoffe auszuführen, z. B. nach dem Gegenstromprinzip oder durch Verlegen der Zuführungsrohre in den Reak- tionsraum selbst. Diesen Verfahren haften verschiedene Nachteile an. Es ist meistens kein vollkommener Wärmeaustausch möglich, da die zuzuführenden Gase nur beschränkte Zeit Wärme aufnehmen oder abgeben können.
Infolgedessen ist auch kein vollkommener Temperaturausgleich möglich. Ferner erfolgt der Wärmeaustausch vorzugsweise nahe der Eintrittsstelle des kalten Reaktionsgemisches in die inner- halb des eigentlichen Reaktionsraumes liegende Wärmeaustausehvorrichtung, weil dort das Temperatur- gefälle am grössten ist, während am Austritt des Reaktionsgemisches aus dem Wärmeaustauscher, also an der Eintrittsstelle in den Reaktionsraum, infolge des dort vorhandenen sehr geringen Temperaturgefälles nur ein entsprechend geringer Wärmeaustausch stattfindet. Infolgedessen kann die Temperierung des Reaktionsraumes keine gleichmässige sein.
Ein weiterer Nachteil dieser Verfahren ist die für jeden Apparat zwangsläufige Verknüpfung der Geschwindigkeit der zugeführten Stoffe im Reaktionsraum und im Wärmeaustauseher, die dadurch gegeben ist. dass die gesamte durch den Wärmeaustauscher geleitete Stoffmenge durch das Reaktionsgefäss hindurchströmt.
Nach der vorliegenden Erfindung werden alle diese Nachteile beseitigt, u. zw. dadurch, dass das
Reaktionsgefäss selber als Wärmeaustauscher ausgebildet wird und die zuzuführenden Stoffe im fortwährenden Kreislauf mit beliebig regelbarer Geschwindigkeit an den wärmeaustauschenden Wandungen des Reaktionsraumes vorbeigeführt werden, wobei ein Teil des Gemisches dem Kreislauf entzogen und dem Reaktionsraum zugeführt wird, während eine entsprechende Menge von frischem Gemisch dem Kreislauf zugeführt wird.
Da die im Kreislauf befindliche Stoffmenge von ihrem dem Reaktionsraum zuzuführenden Anteil unabhängig ist, ist es möglich, durch entsprechende Bemessung der Kreislaufgeschwindigkeit an allen Punkten des Wärmeaustauschers ein praktisch gleiches Temperaturgefälle zum Reaktionsraum und damit eine sehr vollkommene Temperaturregulierung innerhalb desselben zu erzielen. Ein weiterer Vorteil ist dabei, dass infolge der vergrösserten Strömungsgeschwindigkeit der Stoffe im Wärmeaustauscher der Wärmeübergang bedeutend verbessert wird.
Es wurde ferner gefunden, dass die Anwendung des vorliegenden Verfahrens auf Reaktionen mit strömenden Gasgemischen besonders vorteilhaft ist, wenn das Gasgemisch sich unter einem Druck befindet, der höher als der atmosphärische Druck ist. Einerseits wird bei der Anwendung des Verfahrens auf Reaktionen unter höherem Druck der Kraftbedarf, der zum Umpumpen des Gasgemisches erforderlich ist, wesentlich geringer, da die zu bewältigende Eaummenge, der Druckerhöhung entsprechend, kleiner ist.
Anderseits gestaltet sich der Wärmeübergang von dem zu kühlenden Medium auf das Kühlmittel sehr viel günstiger, da bekanntlich die Wärmekapazität von komprimierten Gasen grösser ist als die von verdünnten. Schliesslich gestattet das Arbeiten unter Druck, die Dimensionen der Apparatur viel kleiner zu halten, als dies beim Arbeiten mit gewöhnlichem Druck der Fall ist.
Das Wesen der Erfindung sei beispielsweise an einem Apparat erläutert, der z. B. zur Herstellung von Aceton aus Acetylen und Wasserdampf dienen kann. Durch den mit dem Katalysator gefüllten Reaktionsraum 1, in welchem die Ketonisierung stattfindet, führen Rohre 2, durch welche das Gemisch von Acetylen und Wasserdampf geleitet wird. Die Rohre münden in gemeinsame Sammelleitungen 3
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und 4, die durch das Rohr 5 miteinander verbunden sind. Eine Pumpe 6 sorgt fiir dauernden Kreislauf des Gemisches. Ein Teil des Gemisches tritt durch die Öffnungen 7 in den Reaktionsraum ein und wird nach erfolgter Reaktion aus dem Sammelraum 8 durch das Rohr 9 abgesaugt. Bei 10 tritt eine ent-
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angebracht.
Durch Veränderung des Zuges bei 9 kann das Verhältnis der in der Kreisleitung umlaufenden
Gasmenge und der durch 7 in den Katalysatorraum eintretenden Menge geregelt werden. Durch ent- sprechend Regelung der Umlaufgeschwindigkeit kann man praktisch vollständige Temperaturkonstanz in allen Teilen des Reaktionsraumes erreichen, während durch mehr oder weniger intensive Kühlung bei 11 die Höhe der Temperatur geregelt wird.
Es lassen sich natürlich auch andere Ausführungsformen der Erfindung denken, z. B. wird man bei endothermen Reaktionen statt einer Kühlvorrichtung eine Heizung einrichten. Auch können die zuzuführenden Stoffe statt in geraden Rohren z. B. spiralförmig durch den Reaktionsraum geleitet oder konzentrisch um Reaktionsrohre herumgeführt werden, im Gegenstrom oder im Gleichstrom mit den durch den Reaktionsraum strömenden Stoffen.
Das Verfahren beschränkt sich nicht auf Gasreaktionen, sondern es lassen sich in ähnlichen Apparaturen auch Reaktionen zwischen flüssigen Stoffen oder zwischen Flüssigkeiten und Gasen ausführen.
Mit besonderem Vorteil wird die vorliegende Erfindung bei stark exothermen Reaktionen angewendet oder aber in solchen Fällen, bei denen die Reaktion sehr temperaturempfindlich ist und bei denen eine sehr genaue Innehaltung der Temperatur erforderlich ist.