Verfahren zur physikalischen und/oder chemischen Behandlung von Stoffen sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
Bei der Durchführung physikalischer und/oder chemischer Stoffbehandlungen z. B. zur Au±schlie- ssung und/oder zur Durchführung chemischer Reak tionen bedient man sich verschiedenartiger Verfah- ren, welche von der Form und Zusammenstellung oder der Arbeitsweise der Vorrichtungen, in denen das jeweilige Verfahren abgewickelt wird, abhängig sind, so z. B. offene Behälter mit oder ohne Ruhr Vorrichtung, Autoklaven, im Gleich-oder Gegen strom'arbeitendeKolonnen,Rotationsreaktoren, Dünnschichtreaktoren usw.
Für viele physikalische oder chemische Operatio- nen, z. B. für Extnaktionen oder Reaktionen zwi- schen Systemen der Aggregatzustände Gas/Gas, Gas/ flüssig, flüssig/flüssig und/oder fest mit einem oder mehreren der vorgenannten, ist man zur Erzielung vollkommenerReaktionsvorgängeundgenügender quantitativer Leistungen immer noch auf Anliagen sehr grosser Ausmasse, die in der Hauptsache aus Kolonnen bestehen, in denen sich die Kontaktreak- tionen nach möglichst weitgehender Vergrösserung der Kontaktoberflächen, z.
B. über profilierte Böden, Glocken oder Füllkörper, abspielen, anlgewiesen. Infolge der stetigen Ausweitung der erforderlichen Mengenleistungen wenden derartige Anlagen immer grösser und kostspieliger, wobei jedoch kaum ein bedeutendes Anwachsen der spezifischen Leistung dieser Systeme festzustellen ist.
Da aber anderseits für viele Prozesse ein gewisses Mindestvolumen der Reaktionsräume, z. B. in Kolonnen, zur vollkommenen Abweicklung der betreffenden Prozesse erforderlichist, hat bis heute die Reaktionskolonne oder der Reaktionsturm als essentieller Be standteil moderner Reaktionsanlagen zu gelten.
Durch die Einführung stehender oder liegender Reaktionsgefässe mit inneren Mischorganen, durch welche die langsame Wirkung der Füllkörper in Riessl-oder Gegenstromkolonnen ersetzt und die Reaktionszeiten erheblich abgekürzt wunden, bat sich 'eine teilweise Wandlung und damit eine Verbesserung der ReaktionsvorgängsfürzahlreicheProzessean- gebahnt. Hierzu gehören z. B. die Dünnschichtverfahren und die kinematischen Hochfrequenzverfah- ren, wobei in letzteren gegebenenfalls auch der kine- matisch erzaugte Ultraschallangewendetwird.
Im Schweizer Patent Nr. 336 249 und im USA Patent Nr. 2 882 149 wurde bereits die Durchführung physikalischer und chemischer Reaktionen unter Anwendung kinematischer Hochfrequenz-und Schallbzw. Ultraschalleffekte beschrieben, wobei die inerten oder reaktiven Anteile im Gleichstrom durch die unber der Wirkung d : er erwähnten Effekte liegenden Zonen geführt werden, und hohe Beschleunigung sowie Verbesserung der Reaktionsvorgänge eintritt.
Von dieser Arbeitstechnik ausgehend, betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur pysikali- schen und/oder chemischen chandlung von wenigstens zwei verschiedenartige Phasen umfassenden Stoffen bzw. Gemischen unter Einwirkung von hoch frequenten Schwingungen, das sich dadruc kenn- zeichnet, dal3 durch mindestens eine einen Behand lungsraumdurchströmendeunddabeivondendurch wenigstens einen, mit steter Umwälzung arbeitenden kinematischenHochfrequenzgeneratorerzeug- ten Schwingungendurchsetzte.Phaseeineodermeh- rere W!eiterePhasen im Gegenstrom idurchgeleitet werden.
Die zur Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung ist erfindungsgemäss gekennzeichnet durch ein Reaktionsgehäuse, durch mindestens einen Einlass im oberen Bereich des Reaktionsgehäuses zum Einführen einer schweren Phase-des zu behandelnden Stoffes, durch mindestens einen Einlass im unteren Bereich des Reaktionsgehäus, zum Einführen einer leichteren Phase des zu behandelndenStoffes,'durch Auslässe für die leichteren und schwereren Anteile oder Reaktionsprodukte, die iden Einlässen gegen überliegen, und durch mindestens einen zwischen den Einlassen, angeordneten kinematischen Hoch frequenzgenerator.
Bei der durch das s genannte Verfahren erfolgenden Behandlung können die verschiedenartigen Stoffe einer - je nach dem Einzelfall - mchr oder weniger grossen Zahl von Verfahrensschritten. unterworfen werden, die nachstehend'aufgeführt) sind, und deren Folge aussergewöhnlich schnell, in manchen Prozessen praktisch gleichzeitig oder fastgleichzeitigstattfindet ; 'dièse Gleichzeitigkeit ist jedoch nur eine scheinbare, denn durch Dehnung des Vorganges lassen sich die , einzelnen pysikalischen Wirkungen nach b : ekannten Methoden auseinanderziehenundnachweisen.
1. Getrennte Einführung der zu behandelnden Stoffe in den Reaktionsraum.
2. Inkontaktbringen der zu behandelnden Stoffe im Reaktionsraum durch Gegenstrom zweckentspre- chender Lenkung und Intensität.
3. Führung des im Gegenstrom zusammen- gebrachten heterogenen Stoffgemisohes durch eine kinematischerzeugteSchwingungszone(Schallfeld)' undZerteilungdesStoffgemischesbis zu feinsten, nötigenfalls reaktionsfähigen Teilchen, Bläschen, Fa- sern oder Molekularstrukturen odurch hochfrequente Zersoherung, Zerprallung, Druckstösse und Schwin gungen, nötigenfalls bis zu Ultraschallfrequenz.
4. Nötigenfalls Erhitzung der im Schritt 3 erzeugten Teilchen durch Umsetzung von Druck-, Stossund Sohwingungsenergie in Wärme, Steuerung der Wirkung durch Regulierung der Verweilzeit des Stoffes in der Prallzone und durch Regulierung der Frequenz und Amplitude.
5. Getrennte Abführung von im Schritt 4 fneigewondenen Anteilen oder Phasen, wie Dämpfen, Gasen, Lösungsmitteln, Extrakten, Reaktionsproduk- ten usw.
6. Nötigenfalls Homogenisierung im Reaktionsraum verbliebener Produkte durch hochfrequente, gagebenenfalls mit Ultraschallfrequenz erzeugte und wirkende Prallung und Schwingungen, und, wenn gewünscht, Einleitung erneuter chemischer Reaktion der reaktiven Teilchen des Produktes.
7. GegebenenfallsnachwirkendeReaktion(Reife).
8. GegebenenfallserneuteTrennungund Abführung von anteilen bzw. Reaktionsprodukten.
9. Abführung des Rückstandes (Stock) bzw.
Reaktionsendproduktes aus dem Reaktionsraum.
10. Gegebenenfalls Rückführung (bzw. Rezyclierung) von im Schritt 5 abgetrennten Anteilen, z. B.
Lösungsmittel.
Während jedes Verfahrensschrittes oder auch zwischen wenigstens je zwei Verfahrensschritten, gegebe nenfalls auch über die Ausdehaung von zwei iaufein- anderfolgenden Verfahnensschritben ihinaus, kann vorteilhaft eine Förderung bzw. Intensivierung der Abtrennung einer Phase, gegebenenfalls auch. aufein anderfolgend mehrerer verschiedenartiger Phasen. aus dam in Behandlung befindlichen Medium stattfinden.
Eine derartige Abtrennung bzw. Förderung einer solchen kann z. B. sehr vorteilhaft durch Zentrifugie- rung des Mediums einer peripheren Schicht zweckentsprechender Dicke icturch Peripherialbsschleuni- gung entlangderWandung des Reaktionsraumes erfolgen, so dass die sich abtrennenden schwvren Anteile bzw. eine solche Phase durch die Umschlie- ssung des Reaktionsraumes an zweckentsprechender Stelle abgeführt werden.
Die Steuerung und Kontrolle der Abführung erfolgt dabei vorteilhaft durch Regsl- vorrichtungen, diefestoderverstellbarsein und manuell oder automatisch betdient werden können.
Solche Regsivormchtungen für die Abführung besag- ter Anteile oder Phasen sind z. B. Querschnittesregulierventile, Blende, Überdruckventile oder wirdkungs .äquivalenteEinrichtungen.SolcheSteuer-undKon- trolleinnichtungen können auch mit kontinuierlich, periodisch oder fluktuierend messenden Vorrichtun- gen zusammenarbeiten.
Die einzelnen Verfahrenssahritte 1 bis 10 werden je nach Bedarf in Abhängigkeit vonderStruktur der zu behandelnden Stoffphasen und von dem zu erzielendenEndprodukt'ausgewähltundzur Anwendung gebracht.
Dabei können, wenn erforderlich, nur eine, zwei oder auch mehr Phasen als verwertbare Produkte erzeugt werden, wie nachfolgend beschrie- bene Ducchführungsbeispiele zeigen, und welche gleichzeitig für den fachlich geübten Verfahnens- techniker. als Grundlage. für sämtliche unter An wendungdeserfindungsgemässenArbeitsverfahrens durchzuführendephysikalische.bzw.chemische Stoff behanidlungendienen.Die.angeführtenArbeitsbei- spiele sind mehr oder weniger charakteristisch für die grossen Gruppen physikalischer und/oder chemi- scher Operationen und können selbstverständlich je nach Bedarf abgewandelt wenden, wobei das c.
rfin- dungagamässePrinzipder.gegenseitigenDurchdrin- gung zweier verschiedenartiger Stoffe oder Gemische imGegenstrom,unteranschliessenderBearbeitung des so gebildetenGemischesdurchDruckstösse, SchwingungenundPrallung,derenFrequenznötigen- falls im hohen Schall-bzw. Ultraschallbereich liegt, in wenigstenseinerArbeitsstufeerfolgt.
Anhand der Zeichnung wird nachstehend die erfindungsgemässeVorrichtung zur Durchführung des ebenfalls erfindungsgemässen Verfahrens beispiels- weise beschrieben.
Die Zeichnung zeigt ein Reaktionsgehäuse 1, welches den Reaktionsraum 2 rumschliesst. Das Reak- tionsgehäuse kann vermittels der Heiz-bzw. Kühleinrichtung 3 mit dem in ihm befindlichen Reaktionsgemisch nach Bedarf temperiert werden. In dem rohrförmig ausgebildeten Reaktionsgehäuse l ist eine .rotierbareWelle4angeordnet,welchedurcheinen Antriebsmotor 5 über eine Riemenübertragung 6 in Drehung versetzt wind. Auf der Welle 4 ist ein kinematischer Schwingungsgenenator, bestehend aus dem Rotor 7 und dem Stator 8, befestigt.
Dieser Schwingungsgenerator entspricht im Aufbau und in seinem Wirkungsprinzip dem im Schweizer Patent Nr. 336249 beschriebenen, eine Arbeitsstufe bilden- den Schwingungsgenerator. Ebensolche Schwingungs- erzaugsr 9 bzw. 10 sind über bzw. unter dem Schwingungsgenerator 7/8 angeordnet und werden ebenfalls von der Welle 4 betrieben.
Die Schwin- gungserzeuger 9 bzw. 10 sind mit weniger Organen zur Erzeugung des angestrebten Schallfeldes versehen als der Generator 7/8. Die Frequenz der Schwin- gungserzeuger 9 und 10 ist deshalb wesentlich geringer als diejenige des Schwingungserzeugers 7 und 8. Dafür istdiereinmechanische Wirkung der Schwingungserzeuger 9 und 10 höher als die des mit einer feineren Teilung des Statorringas 8 versehenen Schwingungserrzeugers 7/8.
Im oberen Teil sind Einführungsrohre 11 und 12 mit Re, gulierventilen 11'und 12'vorgesehen. Es können also zwei verschiedene Reaktionspartner dem Reaktionsraum zugeführt werden, welche nicht vor dem Eintritt in den letzteren in Berührung kommen sollen. Ebenfalls am oberen Ende des Reaktionsgehäuses ist ein Auslassrohr 13 mit einem Regelventil 14 angeordnet. Da, s Auslassrohr dient in erster Linie der Abführung. einer leichteren, nach der Reak- tion verbleibenden Phase. Im unteren Teil des Reak- tionsgehäuses ist eine Heiz- bzw. Keühlschlange 15 vorgesehen, die elektrisch oder auch mittels Fliissigkeit betrieben werden kann. Innerhalb der Heiz-bzw.
Kühlschlange ist auf der Welle 4 ein Schaufelrad 16 befestigt. Dasselbe bewirkt eine turbulente Zirkula- tion des im unteren Teil des Reaktionsgehauses be findlichen Stoffes bzw. Stoffgemisches.
Das Einlassrohr 17 mit dem Regelventil 17' dient zur Einführung einer leichteren Reaktionsphase von unten in das Roaktionsgchäuse, während das Auslassrohr 18 mit dem Regelventil 18' der Abführung der aus der Reaktion resultierenden, schwereren Phase. dient. Das seitlich am unteren Teil des Reak tionsgehäuses vorgesehene Rohr 19 mit dem Verschluss bzw. Regelventil 19'kann sowohl der Einführung des unbehandelten Stoffes in das Reaktionsgehäuse als auch der Abfiihrung des behandelten Stoffes aus dem Reaktionsgehäuse dienen.
Das auf dem Oberboden des Reaktionsgehäuses sitzende Messgerät 20 kann ein Druckmesser, ein Thermometer oder gegebenenfalls auch eine Fühlvorrichtung sein, welche die von ihr aufgenommene Wirkung an ein anderes Gerät zur Auswertung abgibt.
Die durch das Raaktionsgehäuse von oben nach unten und von unten nach oben durchströmenden, verschiedenartigen PhasenbildenbeiihremZusam- mentreffen grobe Gemische. Schon bei Erreichung der Schwingungserreger 9 bzw. 10 tritt eine intensive, vorzugsweise mechanische Zerscherung und Zerprallung der Gemischanteile ein. Dieser mechanische Vorgang ist bereits van nieder-bis mittelfrequenten Druokstössen und Schwingungen begleitet, wodurch , die Gemischkomponenten zunächst in innige Berührung gsbracht werden.
Wenn sie dann auf ihrem weiteren Wege durch den Reaktionsraum sich in etwa halber Höhe des Reaktionsraumes gegenseitig durchströmen, werden siehiervondem mit hoher Frequenz wirkenden Schwingungsganerator 7/8 beschallt, wodurch eine hochintensive und sehr innige Kontaktnahme der so gebildeten Partikel unter gleichzeitigen, hochfrequenten, gegebenenfalls bis in den Ultraschallbereich gehenden, wenn gefordert, zur schnellen Reaktion führenden Prallzahlen herbei'- geführt wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann im Rahmen des Erfindungsgedankens in vielen Richtungen abgewandelt werden. So können je nach Bedarf in bis mehrere kinematische Schwingungserzeuger im Reaktionsgehäuse vorgesehen werden und verschieden hohe Frequenz und Intensität erzeugen. Es könnan. im Reaktionsgehäuse Hilfsaggregate angebracht werden, wie z. B. eine Trennvorrichtung, um verschiedenartige Komponenten voneinander zu trennen, z. B. eineZentrifuge.
Zur Lenkung, zur Beschleunigung, zur Verlangsamung oder manuellen bzw. automatischen Kontrolle kann ! diie erfindungsgemässe Vorrichtung ebenfalls mit allen dazu notwendigenHilfsvorrichtungen versehen werden, insbesondere mit vorzugsweise in der Nähe einzelner Hochfrequenzygeneratoren angeordneten Einlässen für Zusatzstoffe, wie Katalysatoren, Bleichmittel, Waschflüssigkeiten,und/oder Auslässen zur Zwischenentnahme des noch nicht fertigbehan, delten Stoffes zwecks Kontrolle des Reak tionsverlaufes.
Nachfolgend soll anhand einiger Beispiele die Wirkungsweise der Vorrichtung gemäss der Erfindung erläutert werden.
Beispiel 1
Man leitet in einen vorzugsweise aufrecht stehenden Reaktionsraum an dessenoberem Ende eine Flüssigkeit, in diesem Beispiel Kalkwasser, ein, während man gleichzeitig im Gegenstrom von unten und/oder seitlich Kohlensäure in das den Reaktionsraum durchströmende Kalkwasser kontinuierlich ein- führt. Die Einführung des Gases in das Kalkwasser wird vorteilhaft druch anordnung zweckentsprechend ausgebildeter Leitkörper im Reaktionsraum so gelenkt, dass die beiden miteinander vermischten Phasen den Querschnitt des Reaktionsraumes wenigstens in einer gemeinsamen Raumzone ausfüllen.
Dann wird das grobe Gemisch aus Gas und Fl2ssigkeit in der besagten Zone einer hochfrequenten Bearbeitung durch kinematisch erzeugte Schwingun- gen mit einer so hohen Frequenz und Intensität ausgesetzt, dal3 das Gas im Kalk in möglichst feine Bläschen zerlegt wird. Die Dauer der Reaktion zwi- schen Kohlensäure und Kalkwasser wird laufend kon- trolliert und durch Einstellung des Einlasses und/oder des Auslasses jedes der beiden Reaktionspartner be stimmt.
Die Intensität der BearbeitungdesGemisches in der Reaktionszone wird durch zweckentsprechende Ausbildung und, durch die Regelung der Wirkungs- intensität der kinematisch erzeugten Schwingungen eingestellt.IndemsoinderRaaktionszoneerzeugten Schallfeld wirdeineausserordentlichsohnelleReak- tion zwischen Kohlensäure und Kalk herbeigeführt.
Es tritt sofort Trübung des Gemisches Gas/KaIk- wasser ein, welche auf die Bildung hochdisperser CaCO3-Partikel zurückzuführen ist. Entsprechend der r weiteren Zufuhr von Kohlensäure und Kalkwasser setzt der flüssig/feste Anteil des Reaktions gemi'sches seinen Weg nach unten und das über schüssige Gas seinen Weg nach oben fort. Das Reaktionsprodukt CaCO3 wird in hochdisperser und sehr homogener Form nach der Reaktionszone aus dem Reaktionsraum'abgeführt.Dasgleichege- schieht mit dem aus der Reaktionszone nach oben strömenden Kohlensäureüberschuss.
Der letztere wind gegebenenfalls wieder zusammenmitFrischgasauf dem gleichen Woge durch den Reaktionsraum geleitet und von neuem an der Reaktion beteiligt.
Beispiel 2
In einen Reaktionsraum wird von unten ein aromatisches Schmierölkontinuierlicheingeführt.
Gleichzeitig führt man konzentrierte Schwefelsäure von oben in den Reaktionsraum ein. Im Reaktionsraum wird das aus den beiden sich im Gegenstrom begegnendenReaktionspartnernbestehende,sehr heterogeneGemischdurch'einkinematischerzeugtes Schaufeld geführt.
Frequenz'und Intensität der im Scballfeld auf das Reaktionsgemisch einwirkenden hochfrequenten Schwingungen werden je nach Reaktionsfähigkeit und der festgestellten Reaktionsgeschwindigkeit der beiden Reaktionspartner im Schall-und/oder Ultraschallbereich eingestellt. Je nach Bedarf wird auf diese Weise spontan oder latent die kontinuierliche Reaktion zwischen H2SO4 und den ungesättigten CH-Anteilen herbeigeführt. Die Schnelligkeit der Reaktion wird durch EinstellungundKontrolle des kontinuierlichenZuflussesderbeidenReaktionspart- ner sowie der Frequenz und Intensität der Beschallung bestimmt.
Entsprechend den in den Reaktionsraum eingeführten und im Gegenstrom zusammentreffenden Phasen wird unten aus dem Reaktionsraum der Säureteer und oben das von Ungesättigten befreite Mineralöl abgeführt.
Beispiel 3
In einen Reaktionsraum wird von oben eine 10 %igeZellstoffsuspensioninWasserundvon unten gasförmiges Chlordioxyd eingeführt. Die sich im Gegenstrom durchdringenden, em heterogenes, von groben Gasblasen durchsetztes Gemisch bildenden P, hasen werden gemeinsam an zweckentsprechenider Stelle im Reaktionsraum einer hochfrequenten und intensiven Beschallung druch kinematisch erzeugte Schwingungen unterworfen.
In dem so erzeugten Schallfeld tritt plötzliche und schuell fortschreitende Bleichung des Zellstoffes ein. Frequenz und Intensi- tät der auf das Gemisch einwirkenden, kinematisch erzeugtenSchwingungenwerden so geregelt, dass die ZellstoffasernnötigenfallsdurchBeschallungdefi- briert und fibrilliert, nicht aber der Verwendungs- zweck des Faserstoffes, z. B. durch Zerscherung und Kürzung der einzelnen Fasern, beeinträchtigt wird.
Method for the physical and / or chemical treatment of substances and device for carrying out the method
When performing physical and / or chemical substance treatments z. Various methods are used, for example for closing and / or carrying out chemical reactions, which depend on the shape and composition or the mode of operation of the devices in which the respective method is carried out. B. open containers with or without a stirring device, autoclaves, columns working in parallel or counter-current, rotary reactors, thin-film reactors, etc.
For many physical or chemical operations, e.g. B. for extnactions or reactions between systems of the aggregate states gas / gas, gas / liquid, liquid / liquid and / or solid with one or more of the aforementioned, one is still on systems of very large dimensions to achieve perfect reaction processes and sufficient quantitative performance consist mainly of columns in which the contact reactions after the largest possible enlargement of the contact surfaces, e.g.
B. on profiled floors, bells or fillers, play, instructed. As a result of the constant expansion of the required volume outputs, such systems are becoming larger and more expensive, although there is hardly any significant increase in the specific output of these systems.
But since, on the other hand, a certain minimum volume of the reaction spaces, e.g. B. in columns, is necessary for the complete handling of the processes in question, the reaction column or the reaction tower has to be considered an essential part of modern reaction plants.
The introduction of standing or lying reaction vessels with internal mixing elements, which replaced the slow action of the packing in Riessl or countercurrent columns and significantly shortened the reaction times, paved the way for a partial change and thus an improvement in the reaction processes for numerous processes. These include B. the thin-film method and the kinematic high-frequency method, with the latter possibly also using the kinematically generated ultrasound.
In the Swiss patent no. 336 249 and in the USA patent no. 2,882,149 the implementation of physical and chemical reactions using kinematic high-frequency and sound or. Ultrasonic effects are described, the inert or reactive components being conducted in direct current through the zones which are not affected by the effects mentioned, and high acceleration and improvement of the reaction processes occur.
Starting from this working technique, the present invention relates to a method for the physical and / or chemical treatment of substances or mixtures comprising at least two different phases under the action of high-frequency vibrations, which is characterized by at least one treatment Vibrations that flow through the lungs space and are generated by at least one kinematic high-frequency generator working with constant circulation. One or more further phases are passed through in countercurrent.
The device used to carry out the method is characterized according to the invention by a reaction housing, by at least one inlet in the upper region of the reaction housing for introducing a heavy phase of the substance to be treated, by at least one inlet in the lower region of the reaction housing for introducing a lighter phase of the substance to be treated, 'through outlets for the lighter and heavier components or reaction products, which are opposite the same inlets, and through at least one kinematic high-frequency generator arranged between the inlets.
In the treatment carried out by the process mentioned, the various substances can have a number of process steps - depending on the individual case - mchr or less. are subject to, which are listed below), and the result of which occurs exceptionally quickly, in some processes practically simultaneously or almost simultaneously; However, this simultaneity is only an apparent one, because by stretching the process, the individual physical effects can be drawn apart and verified according to known methods.
1. Separate introduction of the substances to be treated into the reaction chamber.
2. Bringing the substances to be treated into contact in the reaction space by means of countercurrent control and intensity.
3. Guiding of the heterogeneous mixture of substances brought together in countercurrent through a kinematic vibration zone (sound field) and distribution of the mixture of substances up to the finest, if necessary reactive particles, vesicles, fibers or molecular structures or by high-frequency decomposition, collision, pressure surges and vibrations up to ultrasound, if necessary.
4. If necessary, heating of the particles produced in step 3 by converting pressure, shock and vibration energy into heat, controlling the effect by regulating the dwell time of the substance in the impact zone and regulating the frequency and amplitude.
5. Separate removal of components or phases that were exposed in step 4, such as vapors, gases, solvents, extracts, reaction products, etc.
6. If necessary, homogenization of products remaining in the reaction space by high-frequency impacts and vibrations, which may also be generated and acting with ultrasound frequency, and, if desired, initiation of renewed chemical reaction of the reactive particles of the product.
7. Post-reaction (maturity), if any.
8. If necessary, further separation and removal of fractions or reaction products.
9. Discharge of the residue (stick) or
Reaction end product from the reaction space.
10. If necessary, return (or recycling) of the portions separated off in step 5, e.g. B.
Solvent.
During each process step or between at least two process steps, if necessary also beyond the extension of two successive procedural steps, the separation of a phase can advantageously be promoted or intensified, possibly also. successively several different phases. take place from the medium being treated.
Such a separation or promotion of such can, for. B. very advantageously by centrifugation of the medium of a peripheral layer of appropriate thickness ict by peripheral acceleration along the wall of the reaction chamber, so that the separating heavy portions or such a phase are removed by the enclosure of the reaction chamber at the appropriate point.
The control and monitoring of the discharge is advantageously carried out by regulating devices that are fixed or adjustable and can be operated manually or automatically.
Such Regsivormchtungen for the discharge of said shares or phases are z. B. cross-sectional regulating valves, diaphragms, pressure relief valves or equivalent devices. Such control and monitoring devices can also work together with devices that measure continuously, periodically or fluctuatingly.
The individual process steps 1 to 10 are selected and applied as required, depending on the structure of the substance phases to be treated and the end product to be achieved.
If necessary, only one, two or even more phases can be generated as usable products, as the examples described below show, and which at the same time for the professionally trained process technician. as a basis. for all physical or chemical substances to be treated using the work process according to the invention. The work examples cited are more or less characteristic of the large groups of physical and / or chemical operations and can of course be modified as required, whereby the c.
The basic principle of the mutual penetration of two different substances or mixtures in countercurrent, with subsequent processing of the mixture formed in this way by pressure surges, vibrations and impacts, the frequency of which is necessary in high noise or Ultrasound range is carried out in at least one working stage.
The device according to the invention for carrying out the method according to the invention is described, for example, with reference to the drawing.
The drawing shows a reaction housing 1 which encloses the reaction space 2. The reaction housing can by means of the heating or. Cooling device 3 with the reaction mixture located in it are tempered as required. A rotatable shaft 4 is arranged in the tubular reaction housing 1, which is set in rotation by a drive motor 5 via a belt transmission 6. A kinematic vibration generator, consisting of the rotor 7 and the stator 8, is attached to the shaft 4.
This vibration generator corresponds in structure and in its operating principle to the vibration generator described in Swiss Patent No. 336249, which forms a working stage. Vibration generators 9 and 10 of this type are arranged above and below the vibration generator 7/8 and are also operated by the shaft 4.
The vibration generators 9 and 10 are provided with fewer organs for generating the desired sound field than the generator 7/8. The frequency of the vibration generators 9 and 10 is therefore significantly lower than that of the vibration generators 7 and 8. Instead, the mechanical effect of the vibration generators 9 and 10 is higher than that of the vibration generator 7/8 provided with a finer division of the stator ring 8.
In the upper part, inlet pipes 11 and 12 with regulating valves 11 'and 12' are provided. Two different reactants can therefore be fed into the reaction space, which should not come into contact before entering the latter. An outlet pipe 13 with a control valve 14 is also arranged at the upper end of the reaction housing. The outlet pipe is primarily used for discharge. a lighter phase remaining after the reaction. In the lower part of the reaction housing, a heating or cooling coil 15 is provided, which can be operated electrically or by means of liquid. Within the heating or.
A paddle wheel 16 is fastened to the shaft 4 for the cooling coil. The same thing causes a turbulent circulation of the substance or substance mixture in the lower part of the reaction housing.
The inlet pipe 17 with the control valve 17 'serves to introduce a lighter reaction phase from below into the Roaktionsgchäuse, while the outlet pipe 18 with the control valve 18' to discharge the heavier phase resulting from the reaction. serves. The tube 19 provided laterally on the lower part of the reaction housing with the closure or control valve 19 'can serve both to introduce the untreated substance into the reaction housing and to discharge the treated substance from the reaction housing.
The measuring device 20 sitting on the top of the reaction housing can be a pressure gauge, a thermometer or possibly also a sensing device which transmits the effect it has picked up to another device for evaluation.
The various phases flowing through the action housing from top to bottom and from bottom to top form coarse mixtures when they meet. As soon as the vibration exciter 9 or 10 is reached, an intensive, preferably mechanical, shearing and collision of the mixture components occurs. This mechanical process is already accompanied by low to medium-frequency pressure surges and vibrations, whereby the mixture components are initially brought into intimate contact.
If they then flow through each other on their further way through the reaction space at about half the height of the reaction space, they are exposed to sound from the vibration generator 7/8, which acts at a high frequency, whereby a highly intensive and very intimate contact of the particles thus formed with simultaneous, high-frequency, possibly up to In the ultrasonic range going, if required, to bring about a rapid reaction leading impact numbers.
The device according to the invention can be modified in many directions within the scope of the inventive concept. Depending on requirements, up to several kinematic vibration generators can be provided in the reaction housing and generate different frequencies and intensities. It can. Auxiliary units are attached in the reaction housing, such as B. a separator to separate different components from each other, e.g. B. a centrifuge.
For steering, acceleration, deceleration or manual or automatic control! The device according to the invention can also be provided with all auxiliary devices necessary for this purpose, in particular with inlets for additives, such as catalysts, bleaching agents, washing liquids, and / or outlets for intermediate removal of the not yet completely treated substance in order to control the course of the reaction.
The mode of operation of the device according to the invention will be explained below with the aid of a few examples.
example 1
A liquid, in this example lime water, is introduced into a preferably upright reaction space at its upper end, while at the same time carbonic acid is continuously introduced into the lime water flowing through the reaction space in countercurrent from below and / or from the side. The introduction of the gas into the lime water is advantageously directed by arranging appropriately designed guide bodies in the reaction space so that the two mixed phases fill the cross section of the reaction space at least in a common spatial zone.
Then the coarse mixture of gas and liquid in the said zone is subjected to high-frequency processing by means of kinematically generated vibrations with such a high frequency and intensity that the gas in the lime is broken down into the finest possible bubbles. The duration of the reaction between carbonic acid and lime water is continuously monitored and determined by adjusting the inlet and / or outlet of each of the two reactants.
The intensity of the processing of the mixture in the reaction zone is adjusted by appropriate design and by regulating the intensity of the action of the kinematically generated oscillations.
The gas / lime water mixture becomes turbid immediately, which is due to the formation of highly dispersed CaCO3 particles. Corresponding to the further supply of carbonic acid and lime water, the liquid / solid portion of the reaction mixture continues its way down and the excess gas continues its way up. The reaction product CaCO3 is discharged in a highly dispersed and very homogeneous form after the reaction zone from the reaction space. The same happens with the excess carbonic acid flowing up from the reaction zone.
The latter, if necessary, is again passed through the reaction space together with fresh gas on the same wave and participates again in the reaction.
Example 2
An aromatic lubricating oil is continuously introduced into a reaction space from below.
At the same time, concentrated sulfuric acid is introduced into the reaction space from above. In the reaction space, the very heterogeneous mixture consisting of the two reaction partners meeting in countercurrent is passed through a kinematic blade field.
The frequency and intensity of the high-frequency vibrations acting on the reaction mixture in the ball field are set in the sonic and / or ultrasonic range depending on the reactivity and the determined reaction speed of the two reactants. In this way, the continuous reaction between H2SO4 and the unsaturated CH components is brought about spontaneously or latently, as required. The speed of the reaction is determined by setting and controlling the continuous flow of the two reaction partners as well as the frequency and intensity of the sonication.
Corresponding to the phases introduced into the reaction chamber and meeting in countercurrent, the acid tar is discharged from the bottom of the reaction chamber and the mineral oil freed from unsaturations is discharged from above.
Example 3
A 10% cellulose suspension in water is introduced into a reaction space from above and gaseous chlorine dioxide from below. The P-has, which penetrate in countercurrent and form a heterogeneous mixture interspersed with coarse gas bubbles, are jointly subjected to high-frequency and intensive sonication by kinematically generated vibrations at an appropriate point in the reaction chamber.
In the sound field generated in this way, sudden and gradual bleaching of the cellulose occurs. The frequency and intensity of the kinematically generated vibrations acting on the mixture are regulated in such a way that the pulp fibers defibrillate and fibrillate through sonication if necessary, but not the intended use of the pulp, e.g. B. by shearing and shortening of the individual fibers is impaired.