CH441237A - Vorrichtung zur Durchführung photochemischer Reaktionen und deren Verwendung - Google Patents

Description

  
 



  Vorrichtung zur Durchführung photo chemischer Reaktionen und deren Verwendung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung photochemischer Reaktionen in einem mit Flüssigkeit gefüllten Reaktionsbehälter mit in die Flüssigkeit eintauchenden Strahlern und gegebenenfalls Kühlern sowie deren   Verwendung    zur Herstellung von Oximen aus Cycloalkanen.



   Bei der Durchführung photo chemischer Reaktionen treten oft dadurch Schwierigkeiten auf, dass sich auf der Lichtdurchtrittsfläche der Strahler, die mit der Reaktionsflüssigkeit unmittelbar in Berührung steht, Reaktionsprodukte in fester oder viskoser Form abscheiden.



  Diese behindern den Durchtritt der chemisch wirksamen Strahlung und führen zu einer Verringerung der Lichtausbeute. Es ist daher notwendig, die Bildung solcher Niederschläge entweder von vornherein zu verhindern oder sie durch geeignete Vorrichtungen und Massnahmen zu entfernen.



   Man kann dies beispielsweise dadurch erreichen, dass man die Lichtdurchtrittsfläche laufend oder intermittierend mit einem Film einer die Schutzschicht auflösenden und mit der Reaktionsflüssigkeit nicht mischbaren Flüssigkeit reinigt. Eine andere bekannte Massnahme besteht darin, auf der Lichtdurchtrittswand eine regenerierfähige, indifferente und optisch durchlässige Kristallschicht zu erzeugen. Es ist auch bekannt, die Niederschläge durch manuell oder selbsttätig bewegte Bürsten mechanisch zu entfernen.



   Alle bekannten Verfahren haben Nachteile, weil sie entweder keinen zuverlässigen Schutz gegen Belag geben oder aufwendige Apparate notwendig machen. Diese Schwierigkeiten vergrössern sich erheblich bei grossen Anlagen, bei denen nicht ein einzelner Strahler, sondern mehrere von ihnen gleichzeitig verwendet werden.



   Zweck der Erfindung ist die Vermeidung dieser Nachteile und die Schaffung einer Vorrichtung, bei welcher auch in einem solchen Falle die Lichtdurchtrittsfläche über längere Zeiten hinweg von Belag freigehalten wird.



   Die erfindungsgemässe Vorrichtung   zur    Durchführung photochemischer Reaktionen in einem mit Flüssigkeit gefüllten Reaktionsbehälter mit in die Flüssigkeit eintauchenden Strahlern und gegebenenfalls Kühlorganen, ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Behälter mit jeweils mindestens einem Rührorgan aufweist, wobei die Strahler und gegebenenfalls die Kühlorgane jeweils konzentrisch zum   Rührorgan    so angeordnet sind, dass der lichte Abstand zwischen den einzelnen Strahlern oder zwischen Strahlern und Kühlorganen das 0,3fache bis 2fache ihres Aussendurchmessers beträgt und der lichte Abstand jeweils zwischen einem Strahler oder Kühlorgan und der Innenwand des Behälters mindestens dem   0,5fachen    des Durchmessers des Strahlers bzw.

   Kühlorganes entspricht und der lichte Abstand zwischen der den Strahlern bzw. Kühlorganen benachbarten Kante des Rührers und einem Strahler bzw.



  Kühlorgan das   O,O5fache    bis 0,5fache ihres Durchmessers beträgt.



   Als Strahler ist hierbei das aus Lampe, Kühlmantel und gegebenenfalls einem äusseren Schutzrohr bestehende Tauchaggregat bezeichnet.



   Die Mittelpunkte der Strahler können im Grundriss auf einem Kreis angeordnet sein.



   Strahler und Rührorgan sind zweckmässig senkrecht angeordnet.



   Ein Teil der Strahler kann durch   Kühlorgane    gleicher Abmessungen ersetzt sein. Zur Wärmeabfuhr kann die Behälterwand als Kühlmantel ausgebildet sein. Es können aber auch zwischen den Strahlern und der Behälterwand Kühlrohre senkrecht oder waagrecht angeordnet werden.



   Zur Durchführung von photochemischen Reaktionen in grösserem Massstabe kann die Vorrichtung mehrere, jeweils aus einem Rührer und konzentrisch zu diesem angeordneten Strahlern bestehende Gruppen hintereinander in einem Behälter aufweisen, wobei das Gefäss zur Verhinderung der Rückvermischung zwischen den ein  zelnen Gruppen durch mit Öffnungen versehene Trennwände abgeteilt ist.



   Für kontinuierliche Umsetzungen sind zweckmässig mehrere Behälter hintereinander angeordnet, wobei zwischen den einzelnen Behältern Kühlvorrichtungen angeordnet sind.



   Eine bevorzugte, ebenfalls Gegenstand der Erfindung bildende Verwendung findet die Vorrichtung bei der Herstellung von Oximen aus Cycloalkanen, wobei man ein Lösungsmittel verwendet und bei Drehzahlen von 40-200   Ulmin    rührt.



   Durch erfindungsgemässe Vorrichtung wird erreicht, dass an der gesamten Aussenfläche der Strahler in der Flüssigkeit eine ausreichende Turbulenz erzeugt wird, wodurch ununterbrochen Reaktionsflüssigkeit aus dem Innern des Behälters an die Lichtdurchtrittsfläche heranund von dort sofort wieder abgeführt wird, so dass die Bildung eines Belages nicht möglich ist. Dabei ist es notwendig, dass die Abstände zwischen den Strahlern ein gewisses Mass weder über noch unterschreiten. Wird dieser Abstand zu klein, so bildet sich, wie Versuche gezeigt haben, zwischen den beiden Strahlern eine zu schwach bewegte Zone. Wird der Abstand aber zu gross, so bildet sich ein Strömungsschatten auf der der Strömung abgekehrten Seite.



   Auch der Abstand der Strahler zur äusseren Wand muss genügend gross sein, damit zwischen Strahler und Innenwand eine vollständige Absorption des chemisch wirksamen Lichtes und eine ausreichende Bewegung der Flüssigkeit gesichert ist. Das Rührorgan muss einerseits in seinem Durchmesser so gross gewählt werden, dass die Turbulenz über den ganzen Bereich des Reaktors voll zur Wirkung kommt. Andererseits muss noch ein genügender Abstand der Rührkante vom Strahler gewahrt bleiben, damit der Strahler nicht infolge von Schwingungen durch zu starke Beanspruchung der aus Glas bestehende Mantel zerbricht.



   In den Abbildungen ist die erfindungsgemässe Vorrichtung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 und 2 die Vorrichtung mit einem Scheibenrührer im Längsschnitt und Querschnitt, Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung mit einem Ankerrührer, Fig. 4 einen Querschnitt mit Kühlorganen, Fig. 5 die Anordnung mehrerer Vorrichtungen in einem Behälter mit Trennwänden und Fig. 6 die Anordnung mehrerer Behälter und Kühler.



   Die erfindungsgemässe Vorrichtung (Fig. 1) ist in einen mit der Reaktionsflüssigkeit gefüllten Reaktor 1 eingebaut. In den Reaktor 1 tauchen Strahler 2 mit einem Aussendurchmesser D ein. Bei dieser Anordnung können die Strahler die chemisch wirksame Strahlung allseitig in die Reaktionsflüssigkeit abgeben. In der Mitte des Reaktors 1 ist ein Rührer, z. B. ein Blattrührer 3, eingesetzt. Die Strahler sind gleichmässig verteilt konzentrisch zum Rührer so angeordnet, dass der lichte Ab stand 1 zwischen jeweils 2 Strahlern nicht kleiner als 0,3 D und nicht grösser als 2,0 D list. Ebenso soll der Abstand m der Strahler von der Reaktorwand nicht klei ner als 0,5 D sein.



   Die Abmessungen des Rührers werden so gewählt, dass der Abstand n von der den Strahlern bzw. Kühl organen benachbarten   Rührerkante    bis zu einem Strahler bzw. Kühlorgan zwischen 0,05   D-0,5    D liegt. Die Drehzahl des   Rührers    muss so gross sein, dass an allen Stellen des Reaktors eine turbulente Strömung erreicht wird.



  Die Höhe des Rührers soll mindestens so gross gewählt werden wie die strahlende Länge des Strahlers.



   Der Strom wird den Strahlern durch Drähte 4, 5 zugeführt. Zum Betrieb des Rührers ist ein Motor 6 angeordnet, der die Welle 7 des Rührers antreibt. Man kann auch das Rührorgan (Fig. 2) in Form eines Ankerrührers zwischen der Reaktorwand und den Strahlern anordnen, wobei die oben erwähnten Abstände der   Rührkante    zum Strahler einzuhalten sind.



   Um einen möglichst hohen und gleichmässigen Reinigungseffekt der durch den Rührer erzeugten turbulenten Strömung über die ganze Aussenfläche des Strahlers zu erhalten, kann die Drehrichtung des Rührorgans in be stimmten, durch die Flüssigkeit und den Reaktor gege -benen Zeitabständen umgekehrt werden. Man erreicht damit, dass die gesamte Aussenfläche des Strahlers in gleichmässigen Zeitabständen direkt von der Flüssigkeit angeströmt wird. Man kann den gleichen Effekt auch erreichen, wenn man die Strahler um ihre Achse drehbar macht und in gleicher Weise nach bestimmten Zeiten eine
Drehung bis zu   1800    vornimmt. Um eine betriebssichere und bequem zu bedienende Anordnung zu erzielen, wer den Strahler und Rührer senkrecht angeordnet.

   Man kann damit bei drucklos betriebenen Apparaturen Stopf büchsen vermeiden oder sie vor der direkten Berührung mit der oft sehr angreifend wirkenden Reaktionsflüssig keit schützen.



   Photochemische Reaktionen können mit einer posi tiven Wärmetönung verlaufen. Die Reaktionsflüssigkeit kann sich dann erwärmen. Durch diese Temperaturstei gerung kann die Lichtreaktion verschlechtert werden oder ganz zum Erliegen kommen. In diesem Fall müssen daher Kühlorgane 8 vorgesehen werden, welche die Er wärmung der Reaktionsflüssigkeit verhindern (Fig. 4).



   Man kann solche Kühlorgane anstelle einzelner Strahler vorsehen, wobei die Kühlorgane den   geometrischen    Ab messungen der Strahler entsprechen. Man kann aber auch die innere Reaktorwand als Kühlmantel 9 ausbil den oder horizontal bzw. vertikal angeordnete Kühl    schlange    oder Kühlrohre 10 einbauen. In jedem Fall erhält man eine ausgezeichnete Wärmeübertragung, da durch die vom Rührer erzeugte turbulente Strömung hohe Wärmeübergangszahlen erreicht werden können.



   Für grössere Anlagen werden mehrere   der vorbeschrie-    benen Reaktionsgefässe in der Weise hintereinanderge schaltet, dass man (Fig. 5) in einem Gefäss 11, das zweck mässig eine längsgestreckte Rechteckform aufweist, eine
Reihe der vorbeschriebenen Reaktoren hintereinander schaltet. Dabei können die einzelnen, jeweils mit einem
Rührorgan 12 ausgestatteten Reaktoren durch eine mit  Öffnungen 13 versehene Trennwand 14 abgeteilt wer den. Man vermeidet damit eine Rückvermischung der    Reaktionsflüssigkeir und    erreicht ein in   Strömungsrich-    tung stetig steigendes Anwachsen der Menge des Reak tionsproduktes.



   Die Hintereinanderschaltung von einzelnen Reakto ren zu einem Reaktionssystem (Fig. 5) lässt sich nicht beliebig fortsetzen, insbesondere dann nicht, wenn man zur Ausnützung des Reaktionsraumes für die Photosyn these auf den Einbau von Kühlaggregaten anstelle ein zelner Strahler bzw. von Kühlschlangen im Reaktor selbst verzichtet. In einem solchen Fall kann eine Zwischen kühlung vorgesehen werden, wenn die Temperaturerhö hung der Reaktionsflüssigkeit das zulässige Mass über schreitet. Man geht dann (Fig. 6) so vor, dass man die   Reaktionsflüssigkeit nach dem Durchlaufen des ersten Reaktionssystems 15 durch ein Kühlorgan 16 führt und dann das zweite, gegebenenfalls auch noch weitere Re  aktionssysteme    17-25 mit Zwischenkühlungen 18-26 nachschaltet.

   Man hat bei einer solchen Anordnung ausserdem den Vorteil eines stetigen Aufbaues des gewünschten Reaktionsproduktes ohne störende Rückvermischung.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH 1 Vorrichtung zur Durchführung photo chemischer Reaktionen in einem mit Flüssigkeit gefüllten Reaktionsbehälter mit in die Flüssigkeit eintauchenden Strahlern und gegebenenfalls Kühlern, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Behälter mit jeweils mindestens einem Rührorgan aufweist, wobei die Strahler und gegebenenfalls Kühlorgane jeweils konzentrisch zum Rührorgan so angeordnet sind, dass der lichte Abstand zwischen den einzelnen Strahlern oder zwischen Strahlern und Kühlorganen das 0,3fache bis 2fache ihres Aussendurchmessers beträgt und der lichte Abstand jeweils zwischen einem Strahler oder Kühlorgan und der Innenwand des Behälters mindestens dem 0,5 fachen des Durchmessers des Strahlers bzw. Kühlorganes entspricht und der lichte Abstand zwischen der den Strahlern bzw.

   Kühlorganen benachbarten Kante des Rührers und einem Strahler bzw. Kühlorgan das 0,05fache bis 0, 5fache ihres Durchmessers beträgt.

   UNTERANSPRüCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte der Strahler im Grundriss auf einem Kreis angeordnet sind.

   2. Vorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahler bzw. Kühlorgane und das Rührorgan senkrecht angeordnet sind.

   3. Vorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie sowohl Strahler als auch Kühlorgane gleicher Abmessungen aufweist.

   4. Vorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterwand als Kühlmantel ausgebildet ist.

   5. Vorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Strahlern und Behälterwand Kühlrohre senkrecht oder waagrecht angeordnet sind.

   6. Vorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere, jeweils aus einem Rührer und zu diesem konzentrisch angeordneten Strahlern und gegebenenfalls Kühlorganen bestehende hintereinander in einem Behälter angeordnete Gruppen aufweist, wobei der Behälter zwischen den einzelnen Gruppen durch mit Öffnungen versehene Trennwände zur Verhinderung der Rückvermischung abgeteilt ist.

   7. Vorrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere hintereinander angeordnete Behälter aufweist, wobei zwischen den Behältern Kühlvorrichtungen angeordnet sind.

   PATENTANSPRUCH II Verwendung der Vorrichtung nach Patentanspruch I zur Herstellung von Oximen aus Cycloalkanen, wobei man ein Lösungsmittel verwendet und bei Drehzahlen von 40-200 U/min rührt.