CH696841A5 - Verfahren zur Steuerung der Kühl- und/oder Heizleistung eines Heiz- und/oder Kühlmantels eines Reaktors für chemische Reaktionen. - Google Patents

Description

  [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Kühl- und/oder Heizleistung eines Heiz- und/oder Kühlmantels eines Reaktors für die Durchführung chemischer Reaktionen sowie einen Reaktor gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.

[0002] Reaktoren kommen in der chemischen Industrie typischerweise dort zum Einsatz, wo chemische Reaktionen unter kontrollierten Temperaturbedingungen durchgeführt werden müssen. Hierfür werden die Reaktionsteilnehmer in ein Reaktorgefäss gegeben, welches in der Aufnahmeöffnung eines Heiz- und/oder Kühlmantels angeordnet wird, mittels welchem es von aussen her geheizt oder gekühlt werden kann.

   Dabei ist der Heiz- und/oder Kühlmantel derartig ausgebildet, dass bestimmte Bereiche desselben von einem Heiz- oder Kühlmedium durchströmbar sind, zum Zuführen von Wärme zum Heiz- und/oder Kühlmantel oder zum Abführen von Wärme von diesem weg. Bekannt sind hier Bauweisen, bei denen der Heiz- und/oder Kühlmantel als durchströmbarer Doppelmantel oder als ein mit einer durchströmbaren Rohrleitungsschlange umwickelter Mantel ausgebildet ist. Die Regelung der Wärmezufuhr bzw. Wärmeabfuhr erfolgt beim Stand der Technik dadurch, dass der Doppelmantel oder die Rohrleitungsschlange von einem in der Temperatur geregelten Heiz- oder Kühlmedium durchströmt wird.

   Während diese Systeme ausreichend für die Durchführung von relativ langsam und gleichmässig verlaufenden Reaktionen sind, ist eine schnelle und präzise Regelung der Temperatur im Reaktorgefäss mit diesem Systemen indes nicht möglich.

[0003] Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Steuerung der Kühl- und/oder Heizleistung eines Heiz- und/oder Kühlmantels eines Reaktors sowie einen Reaktor zur Verfügung zu stellen,

   welche die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen oder zumindest teilweise vermeiden.

[0004] Diese Aufgabe wird von dem Verfahren und dem Reaktor gemäss den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.

[0005] Demgemäss betrifft ein ersten Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der Kühl- und/oder Heizleistung eines Heiz- und/oder Kühlmantels eines Reaktors für die Durchführung chemischer Reaktionen unter kontrollierten Temperaturbedingungen. Dabei kommt ein Heiz- und/oder Kühlmantel zum Einsatz, dessen Aufnahmeöffnung von Windungen einer Rohrleitungsschlange umgeben, bevorzugterweise mit einer Rohrleitungsschlange umwickelt ist, welche zum Zuführen und/oder Abführen von Wärme mit einem Kühl- oder Heizmedium durchströmt werden kann.

   Erfindungsgemäss wird ein Kühl- oder Heizmediumstrom bereitgestellt, der in einen ersten Teilstrom und einen zweiten Teilstrom oder mehrere weitere Teilströme aufgeteilt wird, wobei der erste Teilstrom durch die Rohrleitungsschlange geführt wird und auf einen gewünschten Volumenstrom eingestellt wird.

   Mit anderen Worten gesagt wird also von dem bereitgestellten Kühl- oder Heizmediumstrom ein volumenstrommässig einstellbarer Teilstrom abgezweigt und durch die Rohrleitungsschlange geführt, wodurch sich der Vorteil eines gegenüber dem Stand der Technik wesentlich schnelleren und präziseren Regeleingriffs ergibt.

[0006] In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird mindestens eine Temperatur, bevorzugterweise im Bereich der Begrenzungen der Aufnahmeöffnung und damit möglichst nahe am Reaktorgefäss, gemessen und mit einem Temperatur-Sollwert oder einem zeitlichen Temperatur-Sollwertverlauf verglichen.

   Ergibt der Vergleich eine Abweichung des gemessenen Temperaturwertes vom Sollwert, so wird der Volumenstrom des ersten Teilstroms vergrössert oder verkleinert, um durch Veränderung der Wärmezu- oder -abfuhr zum Heiz- und/oder Kühlmantel hin oder von diesem weg eine Annäherung der Temperatur am Messort an die Solltemperatur zu erreichen.

   Hierdurch kann die Temperatur im Reaktorgefäss in engen Toleranzen auf einen Sollwert oder einen Sollverlauf eingeregelt werden.

[0007] Wird der erste Teilstrom nach dem Durchlaufen der Rohrleitungsschlange wieder mit dem zweiten Teilstrom zusammengeführt, so ergibt sich der Vorteil, dass ein geschlossener Kühl- oder Heizmediumkreislauf realisiert werden kann, was bevorzugt ist.

[0008] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der erste Teilstrom über ein einstellbares Drosselorgan vom Kühl- oder Heizmediumstrom abgezweigt, wobei zur Einstellung seines Volumenstroms die Drosselwirkung des Drosselorgans eingestellt wird. Auf diese Weise lässt sich der erste Teilstrom als kontinuierlich fliessender Teilstrom vom Kühl- oder Heizmediumstrom abzweigen.

[0009] Bevorzugterweise kommt in diesem Fall ein Drosselventil zum Einsatz, dessen Ventilspalt bzw.

   Ventilquerschnitt eingestellt wird. Es ist jedoch auch vorgesehen, andere Drosselorgane, z.B. volumetrische Dosierpumpen bzw. Hydromotoren oder umgekehrt eingebaute Strömungspumpen zu verwenden, deren Drehzahl zur Einstellung des Volumenstroms geregelt werden kann.

[0010] In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird der erste Teilstrom über ein intervallweise offenbares Absperrventil vom Kühl- oder Heizmediumstrom abgezweigt, wobei zur Einstellung des Volumenstroms die Anzahl der Ventilöffnungen pro Zeiteinheit, also die Öffnungsfrequenz, und/oder die Öffnungsdauer pro Ventilöffnung eingestellt wird.

   Hierdurch ergibt sich als erster Teilstrom je nach Öffnungsfrequenz der erste Teilstrom als quasi-kontinuierlich bis pulsierend fliessender Teilstrom.

[0011] Bevorzugterweise wird hierbei der Kühl- oder Heizmediumstrom in den ersten Teilstrom und in einen zweiten Teilstrom aufgeteilt, wobei beide Teilströme durch abwechselndes Öffnen eines ersten und eines zweiten Absperrventils vom Kühl- oder Heizmediumstrom abgezweigt werden. Zur Einstellung des Volumenstroms des ersten Teilstroms wird das Verhältnis der Ventilöffnungsdauern des ersten und zweiten Absperrventils eingestellt.

   Hierdurch ergibt sich, dass die Volumenströme des ersten und zweiten Teilstroms pulsieren, wobei die Volumenstrommaxima bei beiden Teilströmen jeweils dem Volumenstrom des gesamten Kühl- oder Heizmediumstroms entsprechen und im Wesentlichen unabhängig von den zeitlich gemittelten Volumenströmen der beiden Teilströme sind, welche zur Steuerung der Heiz- oder Kühlleistung variiert werden.

   Gestaltet man nun die Strömungswiderstände der Strömungspfade des ersten und des zweiten Teilstroms so aus, dass diese beim Volumenstrommaxima gleich gross sind, so ändert sich der Gegendruck für den Kühl- oder Heizmediumstrom beim abwechselnden Abzweigen des ersten und zweiten Teilstrom praktisch nicht und es liegen auch unabhängig von der Grösse des für die Heiz- oder Kühlleistung relevanten, über die Pulsation gemittelten Volumenstroms des ersten Teilstroms praktisch immer gleiche Gegendruckverhältnisse vor, was infolge der daraus resultierenden stabilen Betriebszustände einer präzisen und schnellen Regelung zuträglich ist.

[0012] Mit Vorteil wird dabei das erste und das zweite Absperrventil von einem einzigen 3/2-Wege-Ventil gebildet, welches zwischen seinen beiden Schaltpositionen hin- und hergeschaltet wird,

   wobei zum Einstellen des Verhältnisses der Öffnungsdauer des ersten und des zweiten Absperrventils die Anzahl der Schaltvorgänge pro Zeiteinheit und/oder die Öffnungsdauer des ersten Absperrventils pro Schaltintervall eingestellt wird. Auf diese Weise sind das erste und das zweite Absperrventil automatisch derartig miteinander zwangsgekoppelt, dass entweder das eine oder das andere Ventil vollständig geöffnet ist, nicht jedoch beide Absperrventile gleichzeitig.

[0013] Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Reaktor zur Durchführung chemischer Reaktionen unter kontrollierten Temperaturbedingungen, welcher bevorzugterweise für die Durchführung des Verfahrens gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung geeignet ist.

   Der Reaktor weist einen Heiz- und/oder Kühlmantel mit einer Aufnahmeöffnung zur Aufnahme eines Reaktorgefässes auf, wobei, um die Aufnahmeöffnung herumgeführt, eine Rohrleitungsschlange angeordnet ist, die von einem Kühl- und/oder Heizmedium durchströmbar ist. Des Weiteren umfasst der Reaktor eine Zuführleitung zum Zuführen eines Kühl- oder Heizmediumstromes, welche mit der Rohrleitungsschlange verbunden oder verbindbar ist, so dass ein Kühl- oder Heizmediumstrom von der Zuführleitung in die Rohrleitungsschlange eingeleitet wird oder einleitbar ist, zum Zuführen und/oder Abführen von Wärme zu den Begrenzungen der Aufnahmeöffnung hin oder von den Begrenzungen der Aufnahmeöffnung weg.

   Weiterhin sind eine Umgehungsleitung sowie einstellbare Verteilermittel vorhanden, mit welchen der über die Zuführleitung zugeführte oder zuführbare Kühl- oder Heizmediumstrom in einen ersten Teilstrom durch die Rohrleitungsschlange und einen zweiten Teilstrom durch die Umgehungsleitung aufteilbar ist, wobei das Verhältnis der beiden Teilströme zueinander mit den einstellbaren Verteilermitteln einstellbar ist.

   Mit einem Reaktor dieser Bauart ist eine präzise und schnelle Temperaturregelung möglich.

[0014] Bevorzugterweise umfassen die einstellbaren Verteilermittel mindestens ein einstellbares Drosselorgan, bevorzugterweise mindestens ein Drosselventil, und/-oder mindestens ein intervallweise schaltbares Absperrorgan, bevorzugterweise mindestens ein elektrisch ansteuerbares Absperrventil, über welches mindestens einer der beiden Teilströme, insbesondere der erste Teilstrom, von der Zuführleitung abgezweigt oder abzweigbar ist, was im Falle eines Drosselorgans durch permanentes Öffnen desselben und im Falle eines Absperrorgans durch intervallweises Öffnen desselben erfolgt bzw. erfolgen kann. Auf diese Weise lassen sich auf kostengünstige Weise erfindungsgemässe Reaktoren bereitstellen.

   Generell sind als einstellbare Verteilermittel jedoch alle Einrichtungen denkbar, die eine Aufteilung des über die Zuführleitung zugeführten oder zuführbaren Kühl- oder Heizmediumstroms in den ersten und den zweiten Teilstrom ermöglichen und dabei gleichzeitig eine gezielte Einstellung der Volumenstromverhältnisse der Teilströme ermöglichen, also auch regelbare volumetrische oder nichtvolumetrische Pumpen wie z.B.

   Kolbenpumpen, Zahnradpumpen oder entgegen ihrer Förderrichtung durchströmte Radialpumpen als Bremspumpen sowie kontrolliert verzögerbare Hydraulikmotoren.

[0015] Mit Vorteil sind sowohl der erste als auch der zweite Teilstrom jeweils über ein erstes und ein zweites Absperrorgan durch intervallweises Öffnen und Schliessen des ersten und zweiten Absperrorgans von der Zuführleitung abgezweigt oder abzweigbar, wobei es bevorzugt ist, dass das erste und das zweite Absperrorgan derartig miteinander gekoppelt oder koppelbar sind, dass bei vollständig geöffnetem ersten Absperrorgan das zweite Absperrorgan vollständig geschlossen ist und umgekehrt, was mit Vorteil dadurch realisiert wird, dass das erste und das zweite Absperrorgan gemeinsam von einem einzigen, bevorzugterweise elektrisch ansteuerbaren 3/2-Wege-Ventil gebildet werden.

   Auf diese Weise ergibt sich eine vorteilhafte Zwangskopplung des ersten und des zweiten Absperrorgans.

[0016] In einer bevorzugten Ausführungsform des Reaktors mit Absperrorganen sind die Absperrorgane derartig ausgestaltet, dass sie Schaltzeiten von weniger als 20 ms, insbesondere von weniger als 10 ms aufweisen, also falls gewünscht innerhalb dieser Zeitspanne vollständig geöffnet und wieder geschlossen werden können. Hierdurch lässt sich eine besonders präzise Temperaturregelung realisieren.

[0017] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Reaktors sind zwischen den Windungen der Rohrleitungsschlange Windungen einer bevorzugterweise elektrisch betriebenen Heizschlange angeordnet, wobei es bevorzugt ist, wenn sich beide Windungen einem zweigängigen Gewinde gleich um die Aufnahmeöffnung herum winden.

   Durch eine solche Ausgestaltung des Heiz- und/oder Kühlmantels wird es möglich, die Rohrleitungsschlange ausschliesslich zum Abführen von Wärme und die Heizschlange ausschliesslich zum Zuführen von Wärme zu verwenden und dadurch einen grossen Temperaturbereich abzudecken. Auch kann die Temperaturregelung durch einen gleichzeitigen gezielten Regeleingriff bei der Heizschlange, z.B.

   durch Gegensteuerung gegen eine unerwünscht starke Kühlung durch die Rohrleitungsschlange, weiter verfeinert werden.

[0018] Bevorzugterweise ist der erfindungsgemässe Reaktor mit einer eigenen Versorgungseinheit zur Versorgung der Zuführleitung mit einem Kühl- oder Heizmediumstrom ausgestattet, welche in der Lage ist, einen Kühl- oder Heizmediumstrom mit im Wesentlichen konstanter Temperatur und/oder im Wesentlichen konstantem Volumenstrom bereitzustellen, so dass der Reaktor eine autarke Einheit darstellt.

[0019] Dabei ist es bevorzugt, wenn der aus der Rohrleitungsschlänge austretende erste Teilstrom und der aus der Umgehungsleitung austretende zweite Teilstrom zur Versorgungseinheit zurück geführt werden, so dass sich ein geschlossener Kühl- oder Heizmediumkreislauf ergibt.

[0020] Sind dabei die Strömungswiderstände,

   welche die Umgehungsleitung und die Rohrleitungsschlange dem von der Versorgungseinheit bereitgestellten Kühl- oder Heizmediumstrom entgegensetzen, im Wesentlichen gleich gross, so kann der Kühl- oder Heizmediumstrom zur Aufteilung abwechselnd zwischen der Rohrleitungsschlange und der Umgehungsleitung hin und her geschaltet werden, ohne dass hierdurch wesentliche Druckschwankungen im System entstehen.

   Auch ist der Gegendruck in diesem Fall im Wesentlichen unabhängig von dem Volumenstromverhältnis der Teilströme durch die Rohrleitungsschlange und die Umgehungsleitung, so dass sich für die Versorgungseinheit quasistationäre Strömungsverhältnisse ergeben, welche eine einfache und präzise Systemregelung ermöglichen.

[0021] Mit Vorteil weist der Reaktor zudem computergestützte Regelungsmittel mit mindestens einem Temperatursensor auf, z.B. eine speicherprogrammierbare Steuerung, mit denen über einen Regeleingriff bei den einstellbaren Verteilermitteln und/oder, falls vorhanden, bei der Heizschlange die Temperatur im Reaktorgefäss auf einen Sollwert oder auf einen Sollverlauf geregelt werden kann.

   Mit solchen Regelungsmitteln lassen sich eng tolerierte Temperaturverläufe einhalten und jederzeit problemlos reproduzieren.

[0022] In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Reaktor des Weiteren ein Reaktorgefäss, bevorzugterweise aus Glas oder Metall, welches derartig dimensioniert ist, dass es im Betrieb innerhalb der Aufnahmeöffnung ein Radialspiel von höchstens zwei Zehntel Millimetern, insbesondere von höchstens einem Zehntel Millimeter hat. Eine solche Ausgestaltung ergibt den Vorteil, dass der Wärmeübergang zwischen den Begrenzungen der Aufnahmeöffnung und dem Reaktorgefäss deutlich verbessert wird und damit das Ansprechverhalten des gesamten Systems.

[0023] Weitere bevorzugte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren.

   Dabei zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Reaktors;


  <tb>Fig. 2<sep>eine Seitenansicht des in Fig. 1 verwendeten Heiz- und/oder Kühlmantels; und


  <tb>Fig. 3<sep>eine Schnittdarstellung des in Fig. 1 verwendeten 3/2-Wege-Ventils.

[0024] Das Grundprinzip einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist aus Fig. 1 ersichtlich, welche die wichtigsten Komponenten eines erfindungsgemässen Reaktors 2 und deren Zusammenspiel schematisch darstellt. Wie erkennbar ist, weist der Reaktor 2 einen Heiz- und/oder Kühlmantel 1 auf, in dessen Aufnahmeöffnung 3 ein Reaktorgefäss 4 aus Glas mit einem Radialspiel von etwa 1/10 Millimetern angeordnet ist.

[0025] Wie in Zusammenschau mit Fig. 2 deutlich wird, welche eine Seitenansicht des Heiz- und/oder Kühlmantels 1 zeigt, besteht dieser aus einem rohrartigen Kupferkörper 16, in dessen Bohrung ein Edelstahlzylinder 17 eingepresst ist, welcher die Begrenzungen der Aufnahmeöffnung 3 des Heiz- und/oder Kühlmantels 1 bildet.

   Aussen ist der Kupferkörper 16 mit einer Rohrleitungsschlange 5 mit mehreren Windungen spiralförmig umwickelt, welche von einem Kühlmedium durchströmbar ist zum Abführen von Wärme von dem Heiz- und/oder Kühlmantel 1. Angeordnet zwischen den Windungen der Rohrleitungsschlange 5 sind jeweils Windungen einer Widerstandsheizschlange 12, welche zum Zuführen von Wärme zum Heiz- und/oder Kühlmantel 1 mit einem elektrischen Strom beaufschlagbar ist. Die Rohrleitungsschlange 5 weist einen Zulauf 18 und einen Ablauf 19 für Kühlmedium auf, die Widerstandsheizschlange 12 zwei Kontaktstifte 20 für elektrischen Strom.

[0026] Wie weiter aus Fig. 1 hervorgeht, weist der Reaktor 2 zudem eine Stromversorgungseinheit 21 für die Widerstandsheizschlange 12 und eine Kühlmediumversorgungseinheit 13 für die Rohrleitungsschlange 5 auf.

   Die Kühlmediumversorgungseinheit 13 fördert im vorliegenden Fall einen Kühlmedium-Hauptstrom 6 mit konstanter Kühlmitteltemperatur über eine Zuführleitung 10 zu einem elektrisch betätigbaren 3/2-Wege-Ventil 9. Mit dem 3/2-Wege-Ventil 9 kann der Kühlmedium-Hauptstrom 6 durch intervallweises Hin- und Herschalten zwischen den beiden Schaltpositionen des Ventils 9 in einen ersten Teilstrom 7, der zur Abführung von Wärme vom Heiz- und/oder Kühlmantel 1 durch die Rohrleitungsschlange 5 und danach wieder zur Kühlmediumversorgungseinheit 13 zurückgeleitet wird, und einen zweiten Teilstrom 8, der über eine Umgehungsleitung 11 direkt zur Versorgungseinheit 13 zurückgeleitet wird, aufgeteilt werden.

   Dabei ist die Anlage derartig ausgelegt bzw. abgeglichen, dass die am Ventil 9 wirksam werdenden Strömungswiderstände der beiden Strömungswege bei dem von der Versorgungseinheit 13 bereitgestellten Volumenstrom praktisch gleich gross sind, so dass beim Hin- und Herschalten der Gegendruck für die Versorgungseinheit 13 im Wesentlichen konstant bleibt. Das Verhältnis der Volumenströme der beiden Teilströme 7, 8 und damit auch der Volumenstrom des ersten Teilstroms 7, welcher die am Heiz- und/oder Kühlmantel 1 wirksam werdende Kühlleistung bestimmt, ist durch Änderung des Verhältnisses der Verweilzeiten des Ventils 9 in der einen und der anderen Schaltposition einstellbar.

   Diese Einstellung erfolgt bei dem gezeigten Reaktor 2 über eine computergestützte Prozessführungseinheit 14, welche mittels eines Temperaturfühlers 22 die Temperatur an den Begrenzungen der Aufnahmeöffnung 3 ermittelt, diese Temperatur mit einem in der Prozessführungseinheit 14 gespeicherten Temperatur-Sollwert oder -Sollwertprofil vergleicht und bei einer Abweichung einen Regeleingriff zur Angleichung der Temperatur der Begrenzungen an den Sollwert vornimmt, indem sie das Ventil 9 mit geänderten Verweilzeiten in den Schaltpositionen hin- und herschaltet und/oder die Widerstandsheizschlange 12 über die Stromversorgungseinheit 21 mit einer bestimmten Heizleistung betreibt.

   Da in der Prozessführungseinheit 14 anlagenspezifische Algorithmen verwendet werden, welche die thermischen Trägheiten der Systemkomponenten berücksichtigen, kann auf diese Weise eine Zieltemperatur schnell und präzise eingeregelt werden. Wie bereits erwähnt wurde, weist im vorliegenden Fall die Kühlmediumversorgungseinheit 13 eine konstante Kühltemperatur auf und zirkuliert einen im Wesentlichen konstanten Volumenstrom eines Kühlmediums in einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf.

   Auch wenn die Kühlmediumversorgungseinheit 13 hier eine selbstregelnde Einheit ist, so ist es auch vorgesehen, deren Regelung in die automatisierte Prozessführung der Prozessführungseinheit 14 mit einzubeziehen.

[0027] Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, welche das 3/2-Wege-Ventil 9 im Schnitt zeigt, wird der von der Zuführleitung 10 bereitgestellte Kühlmediumstrom 6 bei stromlosem Ventil 9 vorübergehend vollumfänglich als zweiter Teilstrom 8 in die Umgehungsleitung 11 geleitet, von welcher er direkt zur Kühlmediumversorgungseinheit 13 zurückgeleitet wird. Bei einer Strombeaufschlagung der Spule 23 des Ventils 9 wird die Kolbenstange 24 nach oben gezogen, wodurch die Verbindung zwischen Zuführleitung 10 und Umgehungsleitung 11 unterbrochen wird und der Kühlmediumstrom 6 vorübergehend vollumfänglich als erster Teilstrom 7 zur Rohrleitungsschlange 5 geleitet wird.

   Durch das intervallweise Hin- und Herschalten zwischen diesen beiden Schaltpositionen entstehen die beiden Teilströme 7, 8 als quasi-kontinuierlich bis pulsierend fliessende Kühlmediumströme mit Volumenströmen, die in der Summe gleich dem Volumenstrom des über die Zuführleitung 10 zugeführten Kühlmediumstroms 6 sind.

   Um Ventilschaltzeiten für das Hin- und Herschalten des Ventils 9 von kleiner als 20 ms zu erzielen, welche für eine feine Temperaturregelung wichtig sind, ist das vorliegende Ventil 9 mit einer besonders starken Schliessfeder 25 ausgestattet und wird zudem zu seiner Betätigung von der Prozessführungseinheit 14 jeweils mit einem speziellen Wechselstromsignal angesteuert, und zwar derart, dass die Spule 23 zum Auslösen der Hubbewegung kurzzeitig mit Überlast betrieben wird und sodann zum Halten der Kolbenstange 24 in der angehobenen Position bei normaler Last betrieben wird. Um die durch diese Betriebsweise entstehende Wärme abzuführen, ist das Ventil 9 mit einer Kühlhaube 26 mit einer Kühlspirale 27 versehen, welche ebenfalls von der Kühlmediumversorgungseinheit 13 mit Kühlmittel versorgt wird.

   Soll der Volumenstrom des ersten Teilstroms und damit die Kühlleistung des Heiz- und/oder Kühlmantels erhöht werden, wird die Kolbenstange 24 länger in der angehobenen Position gehalten, soll die Kühlleistung verringert werden, so wird diese Zeit verkürzt. Der Gegendruck an der Zuführleitung 10 und der Volumenstrom des Kühlmittelstroms 6 in der Zuführleitung 10 ändern sich hierbei praktisch nicht. Da das Ventil 9 für einen Temperaturbereich von -100 deg. C bis +300 deg. C vorgesehen ist, ist der gesamte Ventilinnenbereich aus Metall gefertigt und in geeigneter Weise toleriert.

Claims (22)

1. Verfahren zur Steuerung der Kühl- und/oder Heizleistung eines Heiz- und/oder Kühlmantels (1) eines Reaktors (2) für die Durchführung chemischer Reaktionen unter kontrollierten Temperaturbedingungen, wobei der Heiz- und/oder Kühlmantel (1) eine Aufnahmeöffnung (3) zur Aufnahme des Reaktorgefässes (4) und eine in Windungen um die Aufnahmeöffnung herumgeführte Rohrleitungsschlange (5) aufweist, welche zum Zuführen und/oder Abführen von Wärme mit einem Kühl- oder Heizmedium durchströmbar ist, gekennzeichnet durch die Schritte: a) Bereitstellen eines Kühl- oder Heizmediumstromes (6); b) Aufteilen des Kühl- oder Heizmediumstromes(6) in mindestens einen ersten Teilstrom (7) und einen zweiten Teilstrom (8); c) Durchströmen der Rohrleitungsschlange (5) mit dem ersten Teilstrom (7); und d) Einstellen des Volumenstroms des ersten Teilstroms (7).

2. Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend die Schritte: e) Messen einer Temperatur, insbesondere in Bereich der Begrenzungen der Aufnahmeöffnung (3) des Heiz- und/oder Kühlmantels (1); f) Vergleichen der gemessenen Temperatur mit einem Sollwert; g) Einstellen des Volumenstroms des ersten Teilstroms (7) in Abhängigkeit von der Abweichung der gemessenen Temperatur vom Sollwert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilstrom (7) nach dem Durchlaufen der Rohrleitungsschlange (5) mit dem zweiten Teilstrom (8) zusammengeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dass der Kühl- oder Heizmediumstrom (6) als Teil eines geschlossenen Kühl- oder Heizmediumkreislaufs bereitgestellt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilstrom (7) über ein einstellbares Drosselorgan vom Kühl- oder Heizmediumstrom (6) abgezweigt wird, wobei zur Einstellung des Volumenstroms des ersten Teilstroms (7) die Drosselwirkung des Drosselorgans eingestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Drosselorgan ein Drosselventil verwendet wird, dessen Ventilquerschnitt eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilstrom (7) durch intervallweises Öffnen eines Absperrventils vom Kühl- oder Heizmediumstrom (6) abgezweigt wird, wobei zur Einstellung des Volumenstroms des ersten Teilstroms (7) die Anzahl der Ventilöffnungen pro Zeiteinheit und/oder die Öffnungsdauer pro Ventilöffnung eingestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 2 und nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beide Teilströme (7, 8) durch abwechselndes Öffnen eines ersten und eines zweiten Absperrventils vom Kühl- oder Heizmediumstrom (6) abgezweigt werden, wobei zur Einstellung des ersten Teilstroms (7) das Verhältnis der Ventilöffnungsdauern des ersten und zweiten Absperrventils eingestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Absperrventil von einem einzigen 3/2-Wege-Ventil (9) gebildet werden und zum Einstellen des Verhältnisses der Öffnungsdauern der Absperrventile die Anzahl der Schaltvorgänge pro Zeiteinheit und/oder die Öffnungsdauer des ersten Absperrventils (9a) pro Schaltintervall eingestellt wird.

10. Reaktor (2) für die Durchführung des Verfahrens nach einem den vorangehenden Patentansprüche umfassend einen Heiz- und/oder Kühlmantel (1) mit einer Aufnahmeöffnung (3) zur Aufnahme eines Reaktorgefässes (4) und mit einer in Windungen um die Aufnahmeöffnung herumgeführten Rohrleitungsschlange (5) sowie umfassend eine Zuführleitung (10), die von einem Kühl- oder Heizmediumstrom (6) durchströmt oder durchströmbar ist, wobei Rohrleitungsschlange (5) und Zuführleitung (10) derartig miteinander verbunden oder verbindbar sind, dass ein Kühl- oder Heizmediumstrom (7) von der Zuführleitung in die Rohrleitungsschlange (5) eingeleitet wird oder einleitbar ist zum Zuführen und/-oder Abführen von Wärme zu den Begrenzungen der Aufnahmeöffnung (3) hin oder von den Begrenzungen der Aufnahmeöffnung (3) weg, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umgehungsleitung (11)

vorhanden ist und einstellbare Verteilermittel (9), mit welchen der über die Zuführleitung (10) zugeführte oder zuführbare Kühl- oder Heizmediumstrom (6) in einen ersten Teilstrom (7) durch die Rohrleitungsschlange (5) und einen zweiten Teilstrom (8) durch die Umgehungsleitung (11) aufteilbar ist, wobei das Verhältnis der beiden Teilströme (7, 8) zueinander mit den einstellbaren Verteilermitteln (9) einstellbar ist.

11. Reaktor (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einstellbaren Verteilermittel (9) mindestens ein einstellbares Drosselorgan umfassen, insbesondere ein Drosselventil, über welches einer der beiden Teilströme, insbesondere der erste Teilstrom, von der Zuführleitung abgezweigt ist oder abzweigbar ist.

12. Reaktor (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die einstellbaren Verteilermittel (9) mindestens ein intervallweise schaltbares Absperrorgan (9) umfassen, insbesondere ein elektrisch ansteuerbares Absperrventil (9), über welches einer der beiden Teilströme (7, 8), insbesondere der erste Teilstrom (7), durch intervallweises Öffnen und Schliessen des Absperrorgans (9) von der Zuführleitung (10) abgezweigt ist oder abzweigbar ist.

13. Reaktor (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilstrom (7) über ein erstes Absperrorgan und der zweite Teilstrom (8) über ein zweites Absperrorgan jeweils durch intervallweises Öffnen und Schliessen der Absperrorgane von der Zuführleitung (10) abgezweigt sind oder abzweigbar sind und insbesondere, dass die ersten und zweiten Absperrorgane derartig miteinander gekoppelt oder koppelbar sind, dass bei geöffnetem ersten Absperrorgan das zweite Absperrorgan geschlossen ist und umgekehrt.

14. Reaktor (2) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Absperrorgan von einem einzigen, insbesondere elektrisch ansteuerbaren 3/2-Wege-Ventil (9) gebildet sind.

15. Reaktor (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrorgane (9) derartig ausgestaltet sind, dass sie in weniger als 20 ms, insbesondere in weniger als 10 ms vollständig geöffnet und wieder geschlossen werden können.

16. Reaktor (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Windungen der Rohrleitungsschlange (5) Windungen einer insbesondere elektrische Heizschlange (12) angeordnet sind.

17. Reaktor (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 16, des Weiteren umfassend eine Versorgungseinheit (13) zur Versorgung der Zuführleitung (10) mit einem Kühl- oder Heizmediumstrom (6) mit im Wesentlichen konstanter Temperatur und/oder im Wesentlichen konstantem Volumenstrom.

18. Reaktor (2) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (2) derartig ausgestaltet ist, dass die aus der Rohrleitungsschlange (5) und der Umgehungsleitung (11) austretenden ersten und zweiten Teilströme (7, 8) zur Versorgungseinheit (13) zurückgeführt werden.

19. Reaktor (2) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgehungsleitung (11) und die Rohrleitungsschlange (5) dem von der Versorgungseinheit (13) bereitgestellten Kühl- oder Heizmediumstrom (6) im Wesentlichen gleich grosse Strömungswiderstände entgegensetzen.

20. Reaktor (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 19, des Weiteren umfassend insbesondere computergestützte Regelungsmittel (14) mit einem oder mehreren Temperatursensoren (22), die mit den einstellbaren Verteilermitteln (9) wirkverbunden sind zur Regelung der Temperatur im Reaktorgefäss (4) auf einen Sollwert oder auf einen Sollverlauf durch Regelung des ersten Teilstroms (7).

21. Reaktor (2) nach Anspruch 16 und Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsmittel (14) ausgestaltet sind zum gleichzeitigen Regeln der einstellbaren Verteilermittel (9) und der Heizschlange (12).

22. Reaktor (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 21, des Weiteren umfassend ein Reaktorgefäss (4), insbesondere aus Glas oder Metall, wobei der Heiz- und/-oder Kühlmantel (1) und das Reaktorgefäss (4) derartig dimensioniert sind, dass im Betrieb zwischen dem Reaktorgefäss (4) und den Begrenzungen der Aufnahmeöffnung (3) ein Radialspiel von höchstens zwei Zehntel Millimetern, insbesondere von höchstens einem Zehntel Millimenter vorhanden ist.