DD140426A1

DD140426A1 - APPARATUS FOR IMPLEMENTING HEAT AND STOCK EXCHANGE PROCESSES WITH THE PARTICIPATION OF A LIQUID

Info

Publication number: DD140426A1
Application number: DD20825578A
Authority: DD
Inventors: Alexandr V Shafranovsky; Viktor M Olevsky
Original assignee: Alexandr V Shafranovsky; Viktor M Olevsky
Priority date: 1978-10-03
Filing date: 1978-10-03
Publication date: 1980-03-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Apparat zur Durchführung von Wärmeund Stoffaustauscnprozessen mit.Beteiligung einer Flüssigkeit, der mindestens eine Sprüheinrichtung enthält, die im Gehäuse drehbar um die eigene Achse angeordnet ist und aus Finnen besteht, welche in Form einer von der Achse der Sprüheinrichtung aus divergierenden mehrgängigen Spirale gekrümmt sind. Gemäß der Erfindung sind zumindest die peripherischen Abschnitte von mindestens zwei Rinnen 9 je nach der Entfernung der Abschnitte von der Achse der Sprüheinrichtung 7 in der zur Achse der Sprüheinrichtung 7 parallelen Richtung verschoben, derart, daß die perjpherisehen Enden 13 der.Rinnen 9 in verschiedenen, zur Achse der Sprüheinrichtung 7 senkrechten Ebenen liegen. Der Apparat gewährleistet die Erhöhung der Effektivität des Stoffaustausches und die Vergrößerung der Wärmeübertragung:;zahl zwischen dem Flüssigkeitsfilm und der zu benetzenden Oberfläche. - Fig.1 -The invention relates to an apparatus for carrying out heat and Stoffausausauscnprozessen mit.Beteiligung einer Flüssigkeit, die includes at least one spraying device rotatable in the housing to its own axis is arranged and consists of Finns, which in Shape of a diverging from the axis of the sprayer from curved multi-start spiral. According to the invention at least the peripheral portions of at least two gutters 9 depending on the distance of the sections from the axis of Spraying device 7 in the axis of the spray 7th shifted parallel direction, such that the perjpherisehen Ends 13 der.Rinnen 9 in different, to the axis of the spray 7 vertical levels lie. The device provides increase Efficiency of substance exchange and increase in Heat transfer:; number between the liquid film and the too wetting surface. - Fig.1 -

Description

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Apparat zur Durchführung von Wärme- und Stoffaustauschprozessen unter Beteiligung einer FlüssigkeitApparatus for carrying out heat and mass transfer processes involving a liquid

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ausrüstung zur Durchführung von Wärme- und Stoffaustauschprozessen, die unter Beteiligung einer Flüssigkeit verlaufen, beispielsweise zur Dünnschichtverdampfung einer Flüssigkeit, Destillation, Rektifikation, chemischen Reaktionen, die von der Wärmeentwicklung begleitet werden, zur Kühlung und Vorwärmung von Gasen und Flüssigkeiten, zur Absorption und zur Befeuchtung von Gasen. Das besonder» bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Verdampfung und Destillation von Stoffen, die gegenüber erhöhten Temperaturen empfindlich sind, z« B. von Laktamen, Fettsäuren, mehrwertigen Alkoholen, Äthanolaminen, schwersiedenden Estern, verschiedenen ölen, Nahrungsmitteln und pharmazeutischen Produkten«The invention relates to equipment for carrying out heat and mass transfer processes which involve a liquid, for example for thin film evaporation of a liquid, distillation, rectification, chemical reactions accompanied by the evolution of heat, for cooling and preheating gases and liquids , for the absorption and humidification of gases. The particular preferred field of application of the invention is the evaporation and distillation of substances which are sensitive to elevated temperatures, for example lactams, fatty acids, polyhydric alcohols, ethanolamines, high-boiling esters, various oils, foodstuffs and pharmaceutical products.

Characteristic of the known technical solutions

Bekannt ist ein Apparat zur Durchführung von Wärme- und Stoffaustauschprozessen unter Beteiligung einer Flüssigkeit (s. den UdSSR-Urheberschein Nr. 203621), der ein Gehäuse mit Mitteln zur Zuführung von am Prozeß beteiligten Produkten in und zur Abführung von Endprodukten aus dem Gehäuse enthält. Das Gehäuse weist ferner mehre-Known is an apparatus for carrying out heat and mass transfer processes involving a liquid (see the USSR Certificate No. 203621), which contains a housing with means for supplying products involved in the process into and for discharging end products from the housing. The housing also has several

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re Sprüheinrichtungen, die um die eigene Achse drehbar angeordnet sind, sowie mit dem Gehäuse verbundene Mittel" für die Flüssigkeitszuführung zu den zentralen Teilen der Sprüheinrichtungen auf. Jede der Sprüheinrichtungen besteht aus untereinander verbundenen Rinnen, die in Form einer von der Achse der Einrichtung divergierenden mehrgängigen Spirale gekrümmt ausgeführt sind. Die Rinnen jeder Sprüheinrichtung sind zwischen horizontal angeordneten Radialstangen eingespannt, die mit einer zentralen Sitzbuchse starr verbunden sind. Die peripheren Rinnenenden.der Sprüheinrichtung sind verengt ausgebildet und in ein und derselben Ebene angeordnet, die senkrecht zur Achse der Sprüheinrichtung orientiert ist. Der bekannte .Apparat besitzt eine Vertikalwelle, an der die genannten Sprüheinrichtungen übereinander befestigt sind. Außerdem ist der bekannte Apparat mit Mitteln zum überströmen der Flüssigkeit von einer Einrichtung zur anderen versehen. Diese Mittel sind als an der inneren Seitenwand des Gehäuses befestigte Ringtaschen ausgeführt, die zur Aufnahme der von der Sprüheinrichtung versprühten Flüssigkeit dienen, sowie Überlaufmulden, die sich im Raum zwischen den Sprüheinrichtungen befinden. Die Aufnahmeenden der Mulden stehen mit den Ringtaschen zur Aufnahme der von den darüberliegenden Sprüheinrichtungen ablaufenden Flüssigkeit in Verbindung, Die Abflußenden der Mulden befinden sich über den darunterliegenden Sprüheinrichtungen. Somit erfüllen diese Mulden die Funktion von Mitteln zur Flüssigkeitszuführung zu den zentralen Teilen der Sprüheinrichtungen,Each of the spraying devices consists of interconnected channels, which are in the form of a multi-passage diverging from the axis of the device The channels of each spraying device are clamped between horizontally arranged radial bars which are rigidly connected to a central seat bushing The peripheral gutter ends of the spraying device are narrowed and arranged in one and the same plane oriented perpendicular to the axis of the spraying device The known apparatus has a vertical shaft to which said spraying devices are attached one above the other, and the known apparatus is provided with means for overflowing the fluid from one device to the other executed inner side wall of the housing attached ring pockets, which serve to receive the sprayed by the spray liquid, and overflow wells, which are located in the space between the sprayers. The receiving ends of the troughs are in communication with the ring pockets for receiving the liquid discharged from the overlying spraying devices. The trough ends of the troughs are located above the underlying spraying devices. Thus, these troughs fulfill the function of liquid supply means to the central parts of the sprayers,

Das Gehäuse des Apparates kann von außen mit einem Mantel für ein Heiz- oder Kühlmittel versehen sein.The housing of the apparatus can be provided from the outside with a jacket for a heating or cooling medium.

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Bei Betrieb des bekannten Apparates strömt die Flüssigkeit dem zentralen Teil jeder Sprüheinrichtung zu, die sich um die. eigene Achse dreht. Unter der Wirkung von Zentrifugalkräften gelangt die Flüssigkeit in die Vertiefungen der spiralförmig gekrümmten Rinnen. Desweiteren strömt die Flüssigkeit in der Vertiefung längs der Rinne entlang einer Spiralbahn vom Zentrum zum Umfang der Sprüheinrichtung. Vom Umfang der rotierenden Sprüheinrichtung wird die Flüssigkeit auf die Innenfläche des Apparatgehäuses in Form von Tropfen und Strahlen verteilt. Bei der vertikalen Anordnung des Apparatgehäuses und der Achse der Sprüheinrichtung läuft die Flüssigkeit unter der Schwerkraft als Film an der Innenfläche des Gehäuses ab. Hierbei wird der Film intensiv am engen ringförmigen Streifen der Innenwand des Gehäuses verwirbelt, der den Umfang der Sprüheinrichtung unmittelbar umfaßt.In operation of the known apparatus, the liquid flows to the central part of each sprayer, which surrounds the. own axis turns. Under the action of centrifugal forces, the liquid enters the depressions of the spirally curved grooves. Furthermore, the liquid in the depression along the groove flows along a spiral path from the center to the periphery of the spray device. From the periphery of the rotating spray device, the liquid is distributed to the inner surface of the apparatus housing in the form of drops and jets. In the vertical arrangement of the apparatus housing and the axis of the spray, the liquid drains under gravity as a film on the inner surface of the housing. Here, the film is intensively swirled on the narrow annular strip of the inner wall of the housing, which includes the scope of the spray directly.

Der Apparat kann zum Kontaktieren zwischen Gas und Flüssigkeit verwendet werden, was bei der Durchführung solcher Prozesse wie Rektifikation, Absorption, Befeuchtung und Abkühlung von Gasen, Abkühlung von Flüssigkeiten durch teilweise Verdampfung in den Gasstrom notwendig ist. In diesem'Fall gelangt das Gas durch einen Stutzen im unteren Teil seines Gehäuses in den Apparat, überquert alle Sprüheinrichtungen, indem es durch die Spalten zwischen den Rinnen strömt, und wird durch einen Stutzen im oberen Teil seines Gehäuses aus dem Apparat abgeführt. Die Flüssig-The apparatus can be used for contacting between gas and liquid, which is necessary in carrying out such processes as rectification, absorption, humidification and cooling of gases, cooling of liquids by partial evaporation in the gas stream. In this case, the gas passes through a nozzle in the lower part of its housing in the apparatus, crosses all sprayers by flowing through the gaps between the gutters, and is discharged through a nozzle in the upper part of its housing from the apparatus. The liquid

obersten Sprüheinrichtung zugeführt. Die von der untersten Sprüheinrichtung verteilte Flüoeigkeit wird durch einen Stutzen im unteren Teil des Gehäuses aus dem Apparat abgeführt. Der Wärme- und Stoffaustaubch zwischen Gas undsupplied to the top sprayer. The Flüoeigkeit distributed by the bottom sprayer is discharged through a nozzle in the lower part of the housing from the apparatus. The heat and Stoffaustaubch between gas and

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Flüssigkeit in der Säule findet in den Spalten zwischen den Rinnen, in der den Raum zwischen den Sprüheinrichtungen und den Gehäusewänden füllenden Spritzerwolke sowie an der Oberfläche des die Innenfläche des Gehäuses benetzenden Filmes statt,Liquid in the column takes place in the gaps between the grooves, in the splash cloud filling the space between the spraying devices and the walls of the housing, and on the surface of the film wetting the inner surface of the housing.

Palis das Gehäuse von außen mit einem Mantel versehen ist, in dem ein Heiz- oder Kühlmittel zirkuliert, können an der Gehäuseinnenfläche die Prozesse der Abkühlung, Erwärmung »oder Verdampfung des Flüssigkeitsfilmes durchgeführt werden. Hierbei können Mittel zur Zu- und Abführung der Gasphase aus dem Apparat fehlen, wenn der Apparat nur zur Anwärmung der Flüssigkeit eingesetzt wird. Wird der Apparat zur Verdampfung der Flüssigkeit verwendet, muß er mit einem Stutzen zur Abführung der Gasphase (Dampfphase) versehen sein, wobei ein Stutzen zur Einführung der Gasphase in den Apparat nicht notwendig ist.Palis the housing is provided from the outside with a jacket in which a heating or cooling medium circulates, on the housing interior processes of cooling, heating or evaporation of the liquid film can be performed. In this case, means for supplying and removing the gas phase from the apparatus may be omitted if the apparatus is used only for heating the liquid. If the apparatus is used to evaporate the liquid, it must be provided with a stub for evacuation of the gas phase (vapor phase), with a nozzle for introducing the gas phase into the apparatus is not necessary.

Ein Nachteil des bekannten Apparates zur Durchführung von Wärme- und Stoffaustauschprozessen unter Beteiligung einer Flüssigkeit ist ein eng lokalisierter Zerstäubungsstrahl der von der Sprüheinrichtung verteilten Flüssigkeit, Bei der Verwendung des Apparates während des Kontaktierens von Gas und Flüssigkeit zeigt sich das in einer unzureichend entwickelten dispersen Kontaktfläche, die von der Sprüheinrichtung formiert wird.A disadvantage of the known apparatus for carrying out heat and mass transfer processes involving a liquid is a closely localized atomizing jet of the liquid distributed by the spraying device. When the apparatus is used during the contacting of gas and liquid, this results in an insufficiently developed disperse contact surface. which is formed by the sprayer.

Beim Einsatz des Apparates als Verdampfer führt der eng lokalisierte Zerstäubungsstrahl der Flüssigkeit zu einem ungenügend hohen Verwirbelungsgrad des Films der an der beheizten Innenfläche des Gehäuses ablaufenden Flüssigkeit, Der Flüssigkeitsfilm wird nur an dem engen ring-When the apparatus is used as an evaporator, the narrowly localized atomizing jet of the liquid leads to an insufficiently high degree of turbulence of the film of the liquid draining off the heated inner surface of the housing. The liquid film is applied only at the narrow ring.

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förmigen Streifen der Innenfläche des Gehäuses intensiv verwirbelt, der den Umfang der Sprüheinrichtung unmittelbar umfaßt. Der beträchtliche Teil der Gehäusewänäe des Apparates ist von einem ruhig ablaufenden unverwirbelten Plüs3igkeitsfilra bedeckt. Dies hat eine Verminderung der lokalen Intensität des Wärmeaustausches zwischen der heißen Gehäunewand und dem Flüssigkeitsfilm zur Folge*shaped strip of the inner surface of the housing intensively swirled, which includes the scope of the spray directly. The considerable part of the housing walls of the apparatus is covered by a calmly flowing, untwisted plastic film. This results in a reduction of the local intensity of heat exchange between the hot shell wall and the liquid film *

Ziel der Erfindung Aim of the invention

Das Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Effektivität des Wärme-- und Stoffaustauschprozesses·The aim of the invention is to increase the effectiveness of the heat and mass transfer process.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, einen solchen Apparat zur Durchführung von ТШипе- imd Stoffaustauschprozessen unter Beteiligung einer Flüssigkeit zu schaffen, in dem die Sprüheinrichtung einen breiteren Zerstäubungsstrahl gewährleistet.The invention is based on the object to provide such an apparatus for performing ТШипе- and mass transfer processes involving a liquid in which the spray ensures a wider atomizing jet.

wird dadurch erreicht, daß im Apparat zur Durchführung von Wärme- und Stoffauotauschprozessen unter Beteiligung einer Flüssigkeit, der ein Cehäuas mit Mitteln zur Zuführung von am Prozeß beteiligten Ausgangsprodukten in und Abführung von Endprodukten aus dem Gehäuse enthält und ±ώ dem mindestens eine Sprübeinrichtung vorgesehen xst_$ is achieved in that in the apparatus for performing heat and Stoffauotauschprozessen involving a liquid containing a Cehäuas with means for supplying process-related starting materials in and discharge of end products from the housing and ± ώ the at least one sprinkler provided xst _$

Rinnen besteht, die in Form einer von der Achse der Sprüheinrichtung aus divergierenden mehrgängigen Spirale mit Zwischenräumen zwischen ihren Windungen, gekrümmt ausgeführtGullies, which are executed in the form of a diverging from the axis of the sprayer multi-start spiral with spaces between their turns, curved

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sind, sowie ein Mittel für die Flüssigkeitszuführung zum zentralen Teil der Sprüheinrichtung vorgesehen ist, Er-findungsgemäß sind mindestens die peripheren Abschnitte von mindestens zwei Rinnen je nach Entfernung der Abschnitte von der Achse der Sprüheinrichtung in der zur Achse der Sprüheinrichtung parallelen Richtung derart verschoben, daß die peripheren Rinnenenden in verschiedenen, zur Achse der Sprüheinrichtung senkrechten Ebenen liegen.According to the invention, at least the peripheral portions of at least two grooves are displaced in the direction parallel to the axis of the sprayer, depending on the distance of the portions from the axis of the sprayer, in such a way that the peripheral gutter ends lie in different planes perpendicular to the axis of the sprayer.

Die Verwendung einer solchen Sprüheinrichtung im Stoffaustauschapparat gewährleistet durch die Bildung einer Spritzerwolke im gesamten Arbeitsvolumen des Apparates eine entwickelte Kontaktfläche zwischen Flüssigkeit und. Gas. In Ergebnis dieser Lösung erhöht sich die Effektivität des Stoffaustausches.The use of such a spraying device in the mass transfer apparatus ensures a developed contact surface between liquid and liquid through the formation of a spray cloud in the entire working volume of the apparatus. Gas. As a result of this solution, the effectiveness of the mass transfer increases.

Die Verwendung einer derartigen Sprüheinrichtung in einem Apparat, der mit einem Mantel mit darin zirkulierenden Heiz- oder Kühlmittel versehen ist, verbessert die Verteilung und Vermischung der Flüssigkeit an der benetzten Manteloberfläche. Dies führt zur Vergrößerung der Wärmeübertragungszahl zwischen dem Flüssigkeitsfilm und der benetzten Oberfläche.The use of such a spraying device in an apparatus provided with a jacket with heating or cooling agent circulating therein improves the distribution and mixing of the liquid at the wetted surface of the shell. This leads to an increase in the heat transfer coefficient between the liquid film and the wetted surface.

Zweckmäßigerweise werden die Abflußabschnitte der peripheren Rinnenenden der Sprüheinrichtung verengt ausgeführt und unter verschiedenen Winkeln zu der zur Achse der Sprüheinrichtung senkrechten Ebene angeordnet. Dadurch wird ein besser gerichtetes und kontrollierbares Abschleudern der Flüssigkeit von der Sprüheinrichtung gewährleistet. Die Verwendung einer solchen Konstruktion der Sprüheinrichtung in einem Stoffaustauschapparat ermöglicht die FormierungConveniently, the drainage portions of the peripheral gutter ends of the sprayer are made narrower and arranged at different angles to the plane perpendicular to the axis of the sprayer. This ensures a better directional and controllable centrifuging of the liquid from the spraying device. The use of such a sprayer design in a mass transfer apparatus enables formation

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des Zerstäubungsstrahls in der gewünschten Richtung· Im Wärmeaustauschapparat trägt das zu einer gleichmäßigeren Flüssigkeitsverteilung an der beheizten Oberfläche bei.the atomizing jet in the desired direction · In the heat exchange apparatus, this contributes to a more uniform distribution of liquid on the heated surface.

Es ist vorteilhaft, daß die Sprüheinrichtung Rinnen enthält, die sich durch den Grad der Entfernung ihrer peripberen Enden von der Achse der Sprüheinrichtung unterscheiden und um die Achse in einer sich periodisch wiederholenden Reihenfolge angeordnet sind. Da sind die peripheren Rinnenenden, die näher zur Achse der Sprüheinrichtung liegen, ungefähr an die mittleren Abschnitte der benachbarten Rinnen herangeführt, die von der Achse der Sprüheinrichtung weiter entfernte periphere Enden aufweisen,,It is advantageous that the spray means include grooves which differ in the degree of removal of their peripterous ends from the axis of the spray means and are arranged around the axis in a periodically repeating order. There are the peripheral gutter ends, which are closer to the axis of the spray, approximately brought to the central portions of the adjacent gutters having more distant from the axis of the sprayer peripheral ends ,,

In diesem Fall kann man die Anzahl von Rinnen vergrößern, die im zentralen Teil der Sprüheinrichtung beginnen, im Vergleich mit der Rinnenanzahl vergrößern, die am Umfang der Sprüheinrichtung enden. Dadurch wird es möglich, die Flüssigkeit unmittelbar den zentralen Rinnenenden ohne Verwendung spezieller Verteilungshülsen zuzuführen, weil das Retentionsvermögen der Rinnen mit der Vergrößerung ihrer Zahl zunimmt. Auf diese Weise wird die Flüssigkeitszufuhr zum zentralen Teil der Sprüheinrichtung erleichtert und die vorzeitige Verteilung der Flüssigkeit von der Sprüheinrichtung ausgeschlossen.In this case, it is possible to increase the number of grooves starting in the central part of the spraying device, in comparison with the number of grooves ending in the circumference of the spraying device. This makes it possible to supply the liquid directly to the central gutter ends without the use of special distribution sleeves, because the retention capacity of the gutters increases with the increase in their number. In this way, the liquid supply to the central part of the spray is facilitated and precludes the premature distribution of the liquid from the spray.

Es ist auch möglich, daß die Zwischenräume zwischen den benachbarten Ringen 5 η der Ebene, die zur Achse der Sprüheinrichtung senkrecht oteiit, xn zentralen i'eii аегаех^еп kleiner sind als am Umfang, Dadurch '.vird ebenfalls die Zufuhr der Flüssigkeit zur Sprüheinrichtung erleichtert und der Verbrauch an Kon^truktionsv/erkstcff durch VergröjSe-It is also possible that the spaces between the adjacent rings 5 η of the plane oteiit perpendicular to the axis of the spray device, xn central i'eii аегаех ^ еп are smaller than at the periphery, This' also .vird supplying the liquid to the spraying facilitated and the consumption of construction equipment by

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rung der Zwischenräume an derjenigen Stelle (am Umfang) der Sprüheinrichtung verringert, wo die Größe der Zwischenräume auf die Arbeitsqualität des Apparates keinen Einfluß hat.tion of the spaces at the location (on the periphery) of the spray reduced where the size of the gaps on the quality of work of the apparatus has no effect.

Erfindungsgemäß kann das Mittel für die Flüssigkeitszufuhr zum zentralen Teil der Sprüheinrichtung in Form . eines Stutzens ausgeführt sein, der unter einem solchen Winkel zur Innenfläche der Rinnen angeordnet ist, der die Drehung der Sprüheinrichtung unter der Wirkung des aus dem Stutzen ausströmenden Flüssigkeitsstrahls gewährleistet.According to the invention, the means for the supply of liquid to the central part of the spray in the form. a nozzle, which is arranged at an angle to the inner surface of the grooves, which ensures the rotation of the spray under the action of the liquid jet flowing out of the nozzle.

Dadurch kann auf einen Spezialantrieb zur Drehung der Sprüheinrichtung um ihre Achse verzichtet werden. Die kinetische Energie des Flüssigkeitsstrahls gewährleistet bei dessen ausreichend hoher Geschwindigkeit im genannten Stutzen von sich aus die Drehung der Sprüheinrichtung während des Zusammenstoßes des Strahls mit den Rinnen.As a result, it is possible to dispense with a special drive for rotating the spraying device about its axis. The kinetic energy of the jet of liquid at its sufficiently high velocity in the said neck, by itself, ensures the rotation of the spray during the collision of the jet with the gutters.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die Achse der Sprüheinrichtung vertikal angeordnet ist und die peripheren Rinnenabschnitte der Sprüheinrichtung je nach ihrer Entfernung von der Achse der Sprüheinrichtung nach unten verschoben sind.It is also advantageous if the axis of the spraying device is arranged vertically and the peripheral channel sections of the spraying device are displaced downwards, depending on their distance from the axis of the spraying device.

Auf diese Weise wird nicht nur die Fliehkraft zur Beschleunigung der Flüssigkeit auf den Rinnen ausgenutzt, die bei der Drehung der Sprüheinrichtung entsteht, sondern auch die Schwerkraft. Hierbei ist der relative Beitrag der Schwerkraft zur Flüssigkeitsbesclileunigung auf den Rinnen der rotierenden Sprüheinrichtung um so größer, je kleiner die Winkelgeschwindigkeit dieser EinrichtungIn this way, not only the centrifugal force is exploited to accelerate the liquid on the grooves, which arises during the rotation of the spray, but also the gravity. In this case, the smaller the angular velocity of this device, the greater the relative contribution of gravity to liquid cleavage on the grooves of the rotating spray device

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ist und je niedriger die peripheren Rinnenenden abgesenkt sind· Die Fallgeschwindigkeit der Flüssigkeitstropfen und -strahlen auf die zu benetzende Oberfläche ist gleich der geometrischen Summe der linearen Geschwindigkeit des peripheren Rinnenendes und der Bewegungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit bezüglich der. Rinne selbst. Die letztere Geschwindigkeit skomponent e ist ausschlaggebend bei geringen Drehgeschwindigkeiten der Sprüheinrichtung. Somit gewährleistet der erfindungsgemäße Apparat gegenüber den bekannten Apparaten bei geringen Winkelgeschwindigkeit der Sprüheinrichtung eine höhere Bewegungsgeschwindigkeit der Flüssigkeitstropfen und -strahlen im Augenblick ihres Fallens auf die rotierende Oberfläche und folglich einen größeren Verwirbelungsgrad des Flüssigkeitsfilms durch Ausnutzung von Schwerkräften zur zusätzlichen Beschleunigung der Flüssigkeit auf den' Rinnen der Sprüheinrichtung. Im Endergebnis erhöht sich damit die Effektivität des Wärme*- und Stoffaustauschprozesses an der zu benetzenden Oberfläche des Apparates.The falling velocity of the liquid drops and jets on the surface to be wetted is equal to the geometric sum of the linear velocity of the peripheral groove end and the speed of movement of the liquid with respect to the. Gutter itself. The latter speed skomponent e is crucial for low rotational speeds of the sprayer. Thus, the apparatus of the present invention, as compared to the known apparatuses, ensures a higher speed of movement of liquid drops and jets at the moment of their falling onto the rotating surface, and consequently a greater degree of swirling of the liquid film by utilizing gravitational forces to further accelerate the liquid on the gutters the spraying device. As a result, the effectiveness of the heat and mass transfer process on the wetted surface of the apparatus increases.

Die Erfindung zeichnet sich weiter dadurch aus₅ daß die Rinnen der Sprüheinrichtung Unterbrechungexi aufweisen, die die Rinnen in eine Reihe von aufeinanderfolgend angeordneten Abschnitten aufteilen, wobei die näher zur Achse der Sprüheinrichtung angeordneten Rinnenabschnitte sich in einer gemeinsamen, zur Achse der Sprüheinrichtung senkrechten Ebene befinden, indem sie eine ebene SpiraleThe invention is further characterized in ₅ that the grooves of the spraying device having Unterbrechungexi which divide the troughs into a series of successively arranged portions, the disposed closer to the axis of the spraying chute sections are located in a common plane perpendicular to the axis of the spray plane, by making a plane spiral

richtung weiter entfernten benachbarten Rinnenabschnitte aufweiten. Dadurch wird die Herstellung der Sprüheinrichtung erleichtertewiden direction further away adjacent gutter sections. This facilitates the production of the spray device

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Vorzugsweise enthält die Sprüheinrichtung gesonderte Gruppen von Rinnen, die sich durch den Grad der Entfernung ihrer zentralen Enden von der Achse der Sprüheinrichtung unterscheiden. Ferner ist das Mittel für die Flüssigkeitszuführung zum zentralen Teil der Sprüheinrichtung in Form von Verteilungsvorrichtungen ausgeführt, die den Flüssigkeitsablauf auf die gesonderten Rinnengruppen gewährleisten«Preferably, the sprayer includes separate groups of troughs that differ in the degree of removal of their central ends from the axis of the sprayer. Furthermore, the means for the liquid supply to the central part of the spraying device in the form of distribution devices designed to ensure the flow of liquid on the separate gutter groups «

Hierbei können die Verteilungsvorrichtungen für die Zuführung von Flüssigkeiten unterschiedlicher chemischer Art zu den verschiedenen Gruppen ein und derselben Sprüheinrichtung ausgenutzt werden. Dadurch ermöglicht es die Konstruktion des Apparates, die Vermischung verschiedener chemischer Reagenzien unmittelbar an der zu kühlenden Gehäuseoberfläche im Augenblick der Entwicklung der Reaktionswärme sicherzustellen. Der erfindungsgemäße Apparat ist bei der Durchführung von exothermen chemischen Reaktionen sehr effektiv, wobei durch seinen Einsatz die tibermäßige Temperaturerhöhung des Reaktionsgemisches ausgeschlossen wird.In this case, the distribution devices can be used for the supply of liquids of different chemical nature to the different groups of one and the same spray device. Thus, the construction of the apparatus makes it possible to ensure the mixing of different chemical reagents directly on the surface of the housing to be cooled at the moment of the evolution of the heat of reaction. The apparatus according to the invention is very effective in the performance of exothermic chemical reactions, the tibermäßige temperature increase of the reaction mixture is excluded by its use.

Ausführunffsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an den konkreten Ausführungsbeispielen eines Apparates zur Verdampfung der Flüssigkeit, eines Apparates zur Rektivikation und Destillation und eines Apparates, der zur Durchführung von exothermen Reaktionen geeignet ist, näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt;The invention will be explained in more detail below with reference to specific embodiments of an apparatus for evaporating the liquid, an apparatus for reactivation and distillation and an apparatus suitable for carrying out exothermic reactions. In the accompanying drawing shows;

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Pig· 1: einen erfindungsgemäßen Apparat zur Durchführung von Wärme- und Stoffaustauschprozessen unter Beteiligung einer Flüssigkeit, im Längsschnitt;Pig · 1: an apparatus according to the invention for carrying out heat and mass transfer processes involving a liquid, in longitudinal section;

Fig. 2: einen Schnitt II-II nach Fig. 1;Fig. 2: a section II-II of Fig. 1;

Fig· 3: einen erfindungsgemäßen Apparat zur Durchführung von Wärme- und Stoffaustauschprozessen, der mehrere Sprüheinrichtungen und Mittel zum Überströmen der Flüssigkeit zwischen den Sprüh« einrichtungen, im Längsschnitt;FIG. 3 shows an apparatus according to the invention for carrying out heat and mass transfer processes, the apparatus having a plurality of spray devices and means for overflowing the liquid between the spray devices, in longitudinal section;

Fig· 4: einen Schnitt IV-IV nach Fig. 3;FIG. 4 shows a section IV-IV according to FIG. 3; FIG.

Fig· 5: einen erfindungsgemäßen Apparat zur Durchführung von Wärme- und Stoffaustauschprozessen unter Beteiligung einer Flüssigkeit in einer Modifikation, der zur Durchführung von exothermen chemischen Reaktionen eingerichtet ist, im Längsschnitt;Fig. 5: a longitudinal section of an apparatus according to the invention for carrying out heat and mass transfer processes involving a liquid in a modification adapted to carry out exothermic chemical reactions;

Fig. 6:.einen Schnitt VI-VI nach Fig. 5·6 shows a section VI-VI according to FIG. 5.

Der Apparat zur Durchführung von Wärme- und Stoffaustauschprozessen unter Beteiligung einer Flüssigkeit in einer speziell zur Verdampfung der Flüssigkeit eingerichteten Modifikation besitzt ein waagerechtes zylindrisches Genautje l k.i-^rig· IJ xaix иххъге±и ^ur ^ui.uaruu& νύχι аш rroxvii beteiligton Ausgangsproduk-üen in und zur Abführung von Endprodukten aus dem Gehäuse. Diese Mittel schließen einen Stutzen 2 für die Zuführung der zu verdampfenden Flüssig-The apparatus for carrying out heat and mass transfer processes involving a liquid in a specially designed for the vaporization of the liquid modifier comprises a horizontal cylindrical Genautje l ki ^r ig · IJ XAIX иххъге ± и ^ for ^ ui.uaruu & νύχι аш rroxvii beteiligton starting products üen in and for the discharge of end products from the housing. These means include a nozzle 2 for the supply of the liquid to be evaporated.

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keit in den Apparat, einen Stutzen 3 zur Abführung des nicht verdampften Flüssigkeitsrestes und einen Stutzen für die Ableitung von sich bildenden Dämpfen ein· Im Gehäuse 1 ist koaxial eine Horizontalwelle 6 mit Hilfe von lagern 5 drehbar angeordnet. Auf der Welle 6 ist eine Sprüheinrichtung 7 befestigt· Sie besteht aus Rinnen 8 und 9 (Fig. 1| 2) unterschiedlicher Länge, die mit einer zentralen Sitzbuchse 10 (Pig· 1) verbunden und die in Form einer von ihr aus divergierenden mehrgängigen Spirale gekrümmt ausgeführt sind. Alle kurzen Rinnen 8 auf ihrer gesamten Länge, darunter auch ihre zentralen Enden 11 (Fig· 2) und die peripheren Enden 12, sind in ein und demselben Querschnitt des Gehäuses angeordnet, d· h· sie bilden eine ebene archimedische Spirale. Die peripheren Abschnitte der Rinnen 9 sind je nach der Entfernung der peripheren Abschnitte von der Achse der Sprüheinrichtung 7 in der zur Achse der Sprüheinrichtung, d· h· zur Welle 6, parallelen Richtung derart verschoben, daß sich die peripheren Enden 13 der Rinnen 9 in verschiedenen Ebenen befinden, die zur Achse· der Sprüheinrichtung 7 senkrecht stehen. Dadurch wird bei Drehung der Sprüheinrichtung 7 ein breiter Zerstäubungsstrahl der Flüssigkeit gewährleistet.in the apparatus, a nozzle 3 for discharging the non-evaporated liquid residue and a nozzle for the discharge of forming vapors · In the housing 1 coaxial with a horizontal shaft 6 by means of bearings 5 is rotatably arranged. On the shaft 6 a spraying device 7 is attached · It consists of channels 8 and 9 (Fig. 1 | 2) of different lengths, which are connected to a central seat bushing 10 (Pig · 1) and in the form of a diverging from her multi-start spiral are executed curved. All of the short grooves 8 along their entire length, including their central ends 11 (Fig. 2) and the peripheral ends 12, are disposed in one and the same cross section of the housing, forming a plane Archimedean spiral. The peripheral portions of the grooves 9 are shifted depending on the distance of the peripheral portions from the axis of the sprayer 7 in the direction parallel to the axis of the sprayer, ie the shaft 6, in such a way that the peripheral ends 13 of the grooves 9 in FIG different levels that are perpendicular to the axis · the sprayer 7. As a result, upon rotation of the spraying device 7, a wide atomizing jet of the liquid is ensured.

Die peripheren Enden 13 der langen Rinnen 9 sind mittels Bügel 14 an einer schraubenförmigen Rippe 15 befestigt. Diese Rippe 15 ist über Speichen 16 mit einer unter den Rinnen 8; 9 befindlichen Scheibe 17 verbunden. Die Scheibe 17 steht mit der zentralen Sitzbuchse 10 der Sprüheinrichtung 7 in Verbindung. Über die Scheibe 17 sind auch die Rinnen 8; 9 mit der zentralen Sitzbuchse 10 verbunden·The peripheral ends 13 of the long grooves 9 are fixed by means of bracket 14 to a helical rib 15. This rib 15 is above spokes 16 with a below the grooves 8; 9 located disc 17 connected. The disc 17 is in communication with the central seat 10 of the sprayer 7. About the disc 17 and the grooves 8; 9 connected to the central seat bush 10 ·

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Die peripheren Enden 13 der Rinnen 9 Bind im Abfluöabschnitt verengt ausgeführt und unter verschiedenen Winkeln zu der zur Welle 6 senkrechten Ebene angeordnet. Damit wird eine kontrollierbare Verteilung der Flüssigkeit von den Rinnen 9 der Sprüheinrichtung 7 auf die Wände des Gehäuses 1 gewährleistet, άαε von außen mit oinem beheizten Hantel 18 und mit Stutzen 19 für die Zu- und Abführung eines Wärmeträgors versehen ist» Die peripheren Enden 12 (Pig· 2) der kurzen Rinnen B befinden sich in einem kleineren Abstand von der Welle 6 als die peripheren Enden 13 der langen Rinnen 9. Die kurzen Rinnen 8 und die langen Rinnen 9 sind um die Sitzbuchse 10 in einer sich periodisch wiederholenden Reihenfolge angeordnet. Hierbei sind die peripheren Enden 12 der kurzen Rinnen 8 ungefähr an die mittleren Abschnitte der benachbarten langen Rinnen 9 herangeführt. Die Gangzahl der Spirale im Zentrum der Sprüheinrichtung 7, die in Fig. 1 dargestellt ist, ist vierundeechzig, am Umfang derselben aber sechzehn. Hierbei sind die Zwischenräume 20 (Fig. 2) zwischen den benachbarten Rinnen 8; 9 im zentralen Teil der Sprüheinrichtung 7 kleiner als die Zwischenräume 21 am Umfang derselben.The peripheral ends 13 of the troughs 9 Bind executed in Abfluöabschnitt narrowed and arranged at different angles to the plane perpendicular to the shaft 6 level. This ensures a controllable distribution of the liquid from the grooves 9 of the spray device 7 on the walls of the housing 1, άαε is provided from the outside with a heated dumbbell 18 and nozzle 19 for the supply and discharge of a heat transfer "The peripheral ends 12 (FIGS. Pig * 2) of the short grooves B are located at a smaller distance from the shaft 6 than the peripheral ends 13 of the long grooves 9. The short grooves 8 and the long grooves 9 are arranged around the seat sleeve 10 in a periodically repeating order. Here, the peripheral ends 12 of the short grooves 8 are approximately brought to the middle portions of the adjacent long grooves 9. The number of turns of the spiral in the center of the sprayer 7, which is shown in Fig. 1, is four-and-a-half, but sixteen on the circumference thereof. Here, the gaps 20 (Figure 2) between the adjacent grooves 8; 9 in the central part of the sprayer 7 is smaller than the gaps 21 at the periphery thereof.

Die Stutzen'2 (Fig. 1) für die Zuführung der Flüssigkeit in den Apparat dient auch als Mittel für die Flüssigkeitszufuhr zum zentralen Teil der Sprüheinrichtung 7· Das Ende 22 des Stutzens 2 ist dicht an da3 Zentrum der Sprüheinrichtung 7 herangeführt. Dabei ist das Ende 22 des Rtiit^.o^P! о unter e-ipPTi я ritt 7. en WvpV^T. zur* Ouerf chnittö— ebene des Gehäuses 1 und unter einem Winkel zur lmieniiäcbe der Rinnen 8} 9 angeordnet» In bezug auf die Achse der Sprüheinrichtung 7 ist das Ende 22 dey Stutzens 2 so gerichtet j daß die Bahn des Strahls der unter Druck aus demThe nozzle 2 (FIG. 1) for feeding the liquid into the apparatus also serves as a means for supplying liquid to the central part of the spraying device 7. The end 22 of the nozzle 2 is brought close to the center of the spraying device 7. At the same time, the end of the rtiit ^ .o ^ P! о under e-ipPTi я rode seventh en WvpV ^ T. to the outer surface of the housing 1 and at an angle to the lumen of the grooves 8} 9. With respect to the axis of the sprayer 7, the end 22 of the nozzle 2 is directed so that the path of the jet is under pressure from the nozzle

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- 14 - 8. 2. 1979- 14 - 8. 2. 1979

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Stutzen 2 ausströmenden Flüssigkeit die genannte Achse nicht schneidet.Stutzen 2 outflowing liquid does not cut the said axis.

Hierdurch wird die kinetische Energie des Strahls der aus dem Stutzen 2 ausströmenden Flüssigkeit in Drehbewegung der Sprüheinrichtung 7 umgewandelt.As a result, the kinetic energy of the jet of effluent from the nozzle 2 liquid is converted into rotational movement of the spray device 7.

Der gemäß der Erfindung ausgeführte Apparat zur Durchführung von Wärme- und Stoffaustauschprozessen unter Beteiligung einer Flüssigkeit, der mehrere Sprüheinrichtungen enthält, die gleichachsig übereinander angeordnet sind, besitzt ein senkrechtes zylindrisches Gehäuse 23 (Fig. 3)» in dem koaxial eine Vertikalwelle 24 mit an ihr befestigten Sprüheinrichtungen 25 drehbar angeordnet ist» In der Zeichnung wird nur ein Teil des Apparates gezeigt, weshalb die Mittel zur Zuführung von am Prozeß beteiligten Ausgangsprodukten in und zur Abführung von Endprodukten aus den Apparat in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Zur Überströmung der Flüssigkeit von einer Sprüheinrichtung 25 zur anderen werden im Apparat Mittel verwendet, die aus Ringtaschen 26 und Überlaufmulden 27; 28; 29 (Fig. 4) bestehen und die ebenfalls als Mittel für die Flüssigkeitszufuhr zum zentralen Teil der Sprüheinrichtungen 25 dienen.The apparatus according to the invention for carrying out heat and mass transfer processes involving a liquid containing a plurality of sprayers coaxially stacked has a vertical cylindrical housing 23 (Figure 3) coaxially with a vertical shaft 24 at it In the drawing, only a part of the apparatus is shown, which is why the means for supplying starting material involved in the process in and for the discharge of end products from the apparatus are not shown in the drawing. To overflow the liquid from one spray device 25 to the other means are used in the apparatus, consisting of ring pockets 26 and overflow wells 27; 28; 29 (Fig. 4) and which also serve as means for the supply of liquid to the central part of the spray means 25.

Die Sprüheinrichtung 25 besteht aus Rinnen 30; 31; 32; 33, die um die Welle 24 in Form einer mehrgängigen Spirale gedreht sind.The spray device 25 consists of grooves 30; 31; 32; 33, which are rotated about the shaft 24 in the form of a multi-start spiral.

Die peripheren Enden 34; 35; 36; 37 der Rinnen 30; 31; 33 sind in verschiedenen Höhen angeordnet. Die zentralen Enden 38; 39; 40; 41 der Rinnen 30; 31; 32; 33 liegen aufThe peripheral ends 34; 35; 36; 37 of the grooves 30; 31; 33 are arranged at different heights. The central ends 38; 39; 40; 41 of the grooves 30; 31; 32; 33 are up

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auf ein und demselben ITiveau. Ungefähr im mittleren Teil weisen die Rinnen 30; 31> 32; 33 Unterbrechungen auf, die sie in aufeinanderfolgende Abschnitte 42 und 43 aufteilen. Die Abschnitte 42 der Rinnen 30; 31; 32; 33 bilden in ihrer Gesamtheit eine viergängige Spirale, die sich in der Horizontalebene entfaltet, d. h. eine ebene Spirale. Die Abschnitte 43 der Rinnen 30; 31; 32; 33 bilden in ihrer Gesamtheit auch eine viergängige Spirale, aber зіе sind derart nach unten geneigt, daß bei der Drehung der Sprüheinricht\uig 7 die Flüssigkeit sich nicht nur von der Welle 24 entfernt, sondern auch von der Horizontalebene, in der die Abschnitte 42 der Rinnen 30; 31; 32; 33 angeordnet sind, nach unten sinkt, d. h. die peripheren Abschnitte der Rinnen 30; 31; 32; 33 sind je nach ihrer Entfernung von der Achse der Sprüheinrichtung 25 nach unten verschoben. Eine derartige Form der Sprüheinrichtung 25 trägt dazu bei, daß zur Beschleunigung der Flüssigkeit auf den spiralförmig gekrümmten Rinnen 30; 31; 32; 33 nicht nur die Fliehkraft, sondern auch die Schwerkraft ausgenutzt wird. Hierbei ist der relative Anteil der Schwerkraft zur Flüssigkeitsbeschleunigung auf den Rinnen 3Oi 31» 32; 33 um so höher, je kleiner die Drehgeschwindigkeit der Welle 24 ist und je niedriger die peripheren Enden 34» 35; 36; 37 der Rinnen 30; 31 j 32; 33 abgesenkt sind. Die Fallgeschwindigkeit von Flüssigkeitstropfen und -strahlen auf die zu benetzende Innenfläche des Gehäuses 23 ist gleich der geometrischen Länge der linearen Geschwindigkeit des peripheren Endes 34; 35» 36; 37 der Rinne 30; 31; 32; 33 und der Flüssigkeit sgesctr.vindigkeit bezüglich der Rinne 30; 31; 32; 33 selbst, wobei die letztere Geschwindigkeitskomponente im Falle der geringen Winkelgeschwindigkeiten der Sprüheinrichtung 25 ausschlaggebend ist. Die ebeneat one and the same IT level. Approximately in the middle part, the grooves 30; 31>32; 33 interruptions, which divide them into successive sections 42 and 43. The sections 42 of the grooves 30; 31; 32; 33 in their entirety form a four-start spiral, which unfolds in the horizontal plane, ie a plane spiral. The sections 43 of the grooves 30; 31; 32; 33 also form a four-turn spiral in their entirety, but they are inclined downwardly so that upon rotation of the sprayer 7 the liquid moves away not only from the shaft 24 but also from the horizontal plane in which the sections 42 of FIG Grooves 30; 31; 32; 33 are arranged, sinks down, ie the peripheral portions of the grooves 30; 31; 32; 33 are shifted depending on their distance from the axis of the sprayer 25 down. Such a form of the spray device 25 contributes to the acceleration of the liquid on the spirally curved grooves 30; 31; 32; Not only the centrifugal force, but also gravity is exploited. Here, the relative proportion of gravity to the liquid acceleration on the grooves 3Oi 31 »32; 33, the higher the smaller the rotational speed of the shaft 24 and the lower the peripheral ends 34 »35; 36; 37 of the grooves 30; 31 j 32; 33 are lowered. The falling speed of liquid drops and jets on the inner surface of the housing 23 to be wetted is equal to the geometric length of the linear velocity of the peripheral end 34; 35 »36; 37 of the channel 30; 31; 32; 33 and the liquid sgesctr.vindigkeit with respect to the channel 30; 31; 32; 33 itself, the latter speed component in the case of the low angular velocities of the spray device 25 is crucial. The level

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Spirale, die aus den Abschnitten 42 der Rinnen 30; 31; 32; 33 besteht, ist an einer ringförmigen Hülse 44 (Pig. 3) mit äußerer Seitenwand 45 (Pig· 4) und zentraler Sitzbuchse 46 mit Hilfe von radialen Rippen 47; 48 (Pig. 3) befestigt. Eine der Mulden 27 (Pig. 4) ist zur Plüssigkeitszufuhr zum Inneren der ringförmigen Hülse 44 bestimmt« Die Mulden 28; 29 sind für die unmittelbaren Plüssigkeitszufuhr zu den Abschnitten 42 der Rinnen 30; 31; 32; 33 vorgesehen. Somit erfüllen die Überströmmulden 27; 28; die Punktionen eines Mittels für die Plüssigkeitszufuhr zum zentralen Teil der Sprüheinrichtung 25. Zur Befestigung der Abschnitte 43 der Rinnen 30; 31; 32; 33 werden Längsstäbe 49 (Pig. 3) und Radialleisten 50 verwendet, die mit den Stäben 49 verbunden sind. An den Stoßteilen Bind die Abschnitte 42 und 43 mit den radialen Rippen verbunden. Die genannten Stoßteile gewährleisten das Überströmen der Flüssigkeit von den Abschnitten 42 auf die Abschnitte 43 der Rinnen 30; 31; 32; 33 (Pig. 4). Die Längsstäbe 49 (Pig. 3) sind über die radialen Rippen 48 mit der ringförmigen Hülse 44 und über die radialen Rippen 51 mit der Sitzbuchse 52 verbunden. Die Sprüheinrichtung 25 wird mit Hilfe der ringförmigen Hülse 44 und der Sitzbuchse 52 an der Welle 24 montiert.Spiral consisting of the sections 42 of the grooves 30; 31; 32; 33 is attached to an annular sleeve 44 (Pig. 3) with outer side wall 45 (Pig. 4) and central seat bushing 46 by means of radial ribs 47; 48 (Pig. 3) attached. One of the troughs 27 (Fig. 4) is intended to supply the liquid to the interior of the annular sleeve 44. "The troughs 28; 29 are for the direct supply of liquid to the sections 42 of the grooves 30; 31; 32; 33 provided. Thus meet the Überströmmulden 27; 28; the punctures of a means for supplying the liquid to the central part of the spraying device 25. For fastening the sections 43 of the grooves 30; 31; 32; 33 longitudinal bars 49 (Pig. 3) and radial strips 50 are used, which are connected to the rods 49. At the buttocks bind the sections 42 and 43 connected to the radial ribs. The abovementioned abutment parts ensure the overflow of the liquid from the sections 42 to the sections 43 of the grooves 30; 31; 32; 33 (Pig 4). The longitudinal bars 49 (FIG. 3) are connected to the annular sleeve 44 via the radial ribs 48 and to the seat bushing 52 via the radial ribs 51. The sprayer 25 is mounted to the shaft 24 by means of the annular sleeve 44 and seat sleeve 52.

Wenn das Gehäuse 23 des Apparates mit einem Außenmantel 53 versehen ist, in dem ein Wärmeträger zirkuliert, kann im Apparat neben dem Stoffaustausch auch die Verdampfung der Flüssigkeit an der Innenfläche des Gehäuses 23 durchgeführt werden. Falls der Apparat hauptsächlich als Verdampfer eingesetzt wird, besteht keine Notwendigkeit, die Zwischenräume zwischen den Rinnen 30; 31» 32; (Fig. 4) in der zur Welle 24 senkrechten Ebene gleichIf the housing 23 of the apparatus is provided with an outer jacket 53 in which a heat transfer medium circulates, the evaporation of the liquid on the inner surface of the housing 23 can be carried out in the apparatus in addition to the mass transfer. If the apparatus is mainly used as an evaporator, there is no need to clear the spaces between the grooves 30; 31 »32; (Fig. 4) in the plane perpendicular to the shaft 24 level

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beizubehalten. Beispielsweise überschreiten die Zwischenräume 54 zwischen den peripheren Enden 34; 35J 36; 37 der Binnen 30; 31» 32; 33 größenmäßig die Zwischenräume 55 zwischen den zentralen Enden 38; 39; 40; 41 derselben Rinnen 30; 31; 32; 33 beträchtlich.maintain. For example, the gaps 54 between the peripheral ends 34; 35J 36; 37 of the inland 30; 31 »32; 33, the spaces 55 between the central ends 38; 39; 40; 41 of the same channels 30; 31; 32; 33 considerably.

Der erfindurigsgemäße Apparat zur Durchführung von Wärne- und Stoffaustauschprozessen unter Beteiligung einer Flüssigkeit, besitzt in der speziell zur Durchführung von exothermen Reaktionen eingerichteten Modifikation ein senkrechtes Gehäuse 56 (Fig. 5) mit Stutzen 57j 58 für die Zuführung von verschiedenen flüssigen Reagenzien, mit einem Stutzen 59 für die Abführung des Reaktionsgemisches und einem Stutzen 60 für die Ableitung von im Verlaufe der chemischen Reaktionen sich bildenden Gasen und Dämpfen aus dem Apparat· Im Gehäuse 56 ist mit Hilfe von Lagern 61 koaxial eine Vertikalwelle 62 drehbar angeordnet* An der Welle 62 ist eine Sprüheinrichtung 63 befestigt. Dia für die Flüssigkeitszufuhr zum Apparat verwendeten Stutzen 57; 58 gehören zugleich zum Mittel für dio Flüssigkeitszufuhr zum zentralen Teil der Sprüheinrichtung 63. Die Sprüheinrichtung 63 besteht aus Rinnen 64 und 65 (Fig. 5» 6), die in einer sich periodisch wiederholenden Reihenfolge um die Welle 62 angeordnet sind.The apparatus according to the invention for carrying out heat and mass transfer processes involving a liquid has, in the modification specifically set up to carry out exothermic reactions, a vertical housing 56 (FIG. 5) with nozzles 57j 58 for the supply of various liquid reagents, with a nozzle 59 for the discharge of the reaction mixture and a nozzle 60 for the removal of gases and vapors from the apparatus forming in the course of the chemical reactions. A vertical shaft 62 is coaxially arranged in the housing 56 by means of bearings 61 Sprayer 63 attached. Slide port 57 used to supply fluid to the apparatus; 58 also belong to the means for supplying liquid to the central part of the spraying device 63. The spraying device 63 consists of channels 64 and 65 (FIG. 5, FIG. 6) which are arranged around the shaft 62 in a periodically repeating order.

Die Rinnen 64 und 65 unterscheiden sich vor allem dadurch, daß ihre zentralen Snden 66 bzw. 67 (Fig. 6) sich in verschiedener Entfernung von der Welle 62 befinden. Die Zwischenräume zwischen den Rinnen 64 und 65 sind zumindest von oben her durch Ablenker 68 (Fig. 5, 6) teilweise überdeckte Im Zentrum der Sprüheinrichtung 63 (Fig. 5) ist eine ringförmige Hülse 69 vorgesehen. Die Ablenker 68The grooves 64 and 65 differ mainly in that their central sears 66 and 67 (Figure 6) are at different distances from the shaft 62. The spaces between the channels 64 and 65 are at least partially covered by deflectors 68 (FIGS. 5, 6) at the top. An annular sleeve 69 is provided in the center of the spraying device 63 (FIG. 5). The deflectors 68

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bilden gemeinsam mit der ringförmigen Hülse 69 und den Stutzen 57; 58 Verteilungsvorrichtungen, die den Ablauf der Flüssigkeit auf zwei gesonderte Gruppen der Rinnen 64» 65 gewährleistet (die eine Gruppe vereinigt die Rinnen 64 und die andere die Rinnen 65).together with the annular sleeve 69 and the nozzle 57; 58 distributing devices providing liquid flow on two separate groups of channels 64 »65 (one group unites channels 64 and the other channels 65).

Tatsächlich gewährleistet das Abflußende des Stutzens 57, da es über der ringförmigen Hülse angeordnet ist, nur die Flüssigkeitszufuhr zu den Rinnen 64» die eine gesonderte Rinnengruppe bilden. Der andere Stutzen 58 ist aber von oben an die Ablenker 68 herangeführt, so daß der Ablauf der Flüssigkeit aus ihm nur auf die zentralen Enden 67 (Fig. 6) der Rinnen 65 möglich ist, die ebenfalls eine gesonderte Rinnengruppe bilden.In fact, as the outlet end of the nozzle 57 is located above the annular sleeve, it ensures only the supply of liquid to the channels 64 which form a separate group of channels. However, the other nozzle 58 is brought from above to the deflector 68, so that the flow of liquid out of it only on the central ends 67 (Fig. 6) of the channels 65 is possible, which also form a separate group of channels.

Die Verteilungsvorrichtungen, die aus den Ablenkern 68, der ringförmigen Hülse 69 (Fig. 5) und den Stutzen 57» 58 bestehen und den Ablauf der Flüssigkeit auf die gesonderten Rinnengruppen gewährleisten, erfüllen die Funktion eines Mittels für die Flüssigkeitszufuhr zum zentralen Teil der Sprüheinrichtung 63· Das Gehäuse 56 ist von außen mit einem Mantel 70 versehen, in dem ein Kühlmittel, z. B. Wasser, zirkuliert, damit die von den peripheren Enden 71 ; 72 der benachbarten Rinnen 64; 65 abgeworfene. Flüssigkeit momentan abgekühlt wird. Die peripheren Enden 71; 72 der benachbarten Rinnen 64; 65 sind paarweise so vereinigt, daß die Abflußkanten irgendeines Paares der Rinnen 64; 65 gegen ein und denselben zu benetzenden Abschnitt der Innenfläche des Gehäuses 56 gerichtet sind. Gleichzeitig weisen verschiedene Paare der Rinnen 64» 65 die peripheren Enden 71; auf, die sich in verschiedenen Querschnitten des Gehäuses befinden. Dadurch werden Flüssigkeiten unterschiedlicherThe distribution devices, which consist of the deflectors 68, the annular sleeve 69 (Fig. 5) and the nozzle 57 »58 and ensure the drainage of the liquid on the separate channel groups, perform the function of a means for supplying liquid to the central part of the spray 63rd · The housing 56 is provided from the outside with a jacket 70 in which a coolant, for. B. water, circulates, so that from the peripheral ends 71; 72 of the adjacent channels 64; 65 discarded. Liquid is currently cooled. The peripheral ends 71; 72 of the adjacent channels 64; 65 are paired so that the drainage edges of any pair of grooves 64; 65 directed against one and the same to be wetted portion of the inner surface of the housing 56. At the same time, different pairs of grooves 64 »65 have the peripheral ends 71; on, which are located in different cross-sections of the housing. This will make liquids different

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chemischer Art unmittelbar an der zu kühlenden Wand und dabei an der gesamten Oberfläche derselben vermischt. Die zentralen Enden 66 (Pig. 6) der Rinnen 64 stehen mit der ringförmigen Hülse 69 (Pig. 5) in Verbindung. Die Rinnen 64; 65 sind an einem unteren Ring 73 befestigt, der mittels radialen Rippen 74 mit einer Sitzbuchse 75 in "Verbindung steht, die in einem Stück mit der ringförmigen Hülse 69 ausgeführt ist. Die peripheren Enden 71; 72 der Rinnen 64t 65 sind mit einer schraubenförmigen Zwischenwand 76 verbunden, 'die ihrerseits mittels Speichen 77 an der Sitzbuchse 75 befestigt iot.chemical type directly on the wall to be cooled and thereby mixed on the entire surface thereof. The central ends 66 (Fig. 6) of the grooves 64 communicate with the annular sleeve 69 (Fig. 5). The gutters 64; 65 are attached to a lower ring 73 which is in radial communication by means of radial ribs 74 with a seat sleeve 75 which is integral with the annular sleeve 69. The peripheral ends 71, 72 of the channels 64t 65 are provided with a helical partition 76 ', which in turn by means of spokes 77 attached to the seat bushing 75 iot.

Zur Realisierung der vorliegenden Erfindung sind weder die Form noch die Anordnung de3 Apparatgehäuses wesentlich, welches zylindrisch, konisch, hemisphärisch oder von anderer beliebiger Gestalt sein kann.For the realization of the present invention, neither the shape nor the arrangement of the apparatus housing is essential, which may be cylindrical, conical, hemispherical or of any other shape.

Die Rinnen können in der Draufsicht eine mehrgängige Spirale beliebiger Art, wie z. B. eine archimedische, logarith* mische, hyperbolische Spirale u. ä. bilden. Ebenfalls kann die Drehrichtung der Sprüheinrichtung in Abhängigkeit von der konkreten Ausführung des erfindungsgemäßen Apparates so oder so gewählt werden. Das Verfahren zur Rinnenbefestigung ist für die Realisierung der vorliegenden Erfindung gleichfalle nicht wesentlich, ebenso wie die Form des Rinnenquerschnitts, der trogförmig, halbrund u. ä. sein kann, sowie die Ausrichtung der Seitenränder der Rinnen hinsichtlich der Achse der Sprüheinrichtung.The gutters can in plan view a multi-start spiral of any kind, such. B. an Archimedean, logarithmic, hyperbolic spiral u. form a. Likewise, the direction of rotation of the spraying device can be selected one way or the other depending on the specific embodiment of the apparatus according to the invention. The method of gutter mounting is not essential for the realization of the present invention, as well as the shape of the gutter cross section, the trough, half round u. Ä., And the orientation of the side edges of the grooves with respect to the axis of the spray device.

Der Apparat zur Durchführung; von Warne- und Stoffe.ustauschprozecsen unter Esteiiigung еігзег Flüssigkeit, der in Pig. 1, 2 dargestellt ist, arbeitet fol/jendennaßen:Apparatus for carrying out; of warning and substances.exchange processes with increase еігзег liquid dissolved in Pig. 1, 2, operates f ol / jendennaßen:

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Die Flüssigkeit wird unter dem Druck einer in der Zeichnung nicht abgebildeten Pumpe durch den Stutzen 2 (Pig.1) in Form eines dichten Geschwindigkeitsstrahls auf die Innenfläche der Rinnen 8; 9 im zentralen Teil der Sprüheinrichtung 7 geleitet, wodurch diese in Drehbewegung versetzt wird. Die Drehrichtung der Sprüheinrichtung 7 ist so, daß die peripheren Enden 13 der Rinnen 9nach der Seite ausgerichtet sind, die ihrer Bewegungsrichtung entgegengesetzt ist. Unter der Wirkung von Fliehkräften wird die Flüssigkeit -längs der Rinnen 8; 9 verschoben und dann auf die Innenfläche des von außen.beheizten Gehäuses 1 abgeworfen. Hierbei wird die genannte Innenfläche mit einem ununterbrochenen Flüssigkeitsfilm bedeckt, der durch Tropfen und Strahlen der Flüssigkeit stets verwirbelt wird. Ein Teil der Flüssigkeit verdampft dabei teilweise. Der unverdampfte Flüssigkeitsrest wird aus dem Gehäuse 1 durch den Stutzen 3 abgeführt. Die gebildeten Dämpfe ziehen aus dem Gehäuse 1 durch den Stutzen 4 ab. Der Apparat kann z. B. zur Verdampfung von Kaprolaktam bei einem Restdruck von 1-3 Torr,. Spuren von Wasser und leichtsiedenden Gemischen eingesetzt werden, die in einer geringen Menge (2-5 %) im Ausgangsprodukt - in Roh-Kaprolaktam - enthalten sind.The liquid, under the pressure of a pump not shown in the drawing, passes through the nozzle 2 (Pig. 1) in the form of a dense velocity jet onto the inner surface of the grooves 8; 9 passed in the central part of the sprayer 7, whereby this is set in rotary motion. The direction of rotation of the sprayer 7 is such that the peripheral ends 13 of the grooves 9 are aligned to the side opposite to their direction of movement. Under the action of centrifugal forces, the liquid -long the troughs 8; 9 shifted and then dropped onto the inner surface of the extern..heated housing 1. In this case, the said inner surface is covered with a continuous liquid film, which is always swirled by drops and jets of liquid. Part of the liquid evaporates partially. The unvaporized liquid residue is removed from the housing 1 through the nozzle 3. The vapors formed are withdrawn from the housing 1 through the nozzle 4. The apparatus can z. B. for the evaporation of caprolactam at a residual pressure of 1-3 Torr. Traces of water and low-boiling mixtures are used, which are contained in a small amount (2-5 %) in the starting material - in crude caprolactam -.

Der Apparat zur Durchführung von Wärme- und Stoffaustauschprozessen unter Beteiligung einer Flüssigkeit, der in Fig. 3, 4 dargestellt ist, arbeitet folgendermaßen:The apparatus for performing heat and mass transfer processes involving a liquid shown in Figs. 3, 4 operates as follows:

Mittels eines in der Zeichnung nicht dargestellten Antriebs wird die Welle 24 in Drehung versetzt. Hierbei sind die peripheren Enden 34; 35; 36; 37 (Fig. 4) der Rinnen ЗО; 31* 32; 33 in Bewegungsrichtung derselben ausgerichtet.By means of a drive, not shown in the drawing, the shaft 24 is rotated. Here, the peripheral ends 34; 35; 36; 37 (Figure 4) of the gutters ЗО; 31 * 32; 33 aligned in the same direction.

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Die Flüssigkeit gelangt über die Überlaufmulden 27» 28; entweder unmittelbar von oben her (Mulden 28;.29) oder durch, die ringförmige Hülse 44 (Mulde 27) zum zentralen Teil der Sprüheinrichtung 25. Unter der Y/irkung von Fliehkräften strömt danach die Flüssigkeit über die Rinnen 30; 31» 32; 33s wird bezüglich dieser Rinnen beschleunigt und wird darauf auf die Innenwände des Gehäuses 23 mit einer absoluten Geschwindigkeit abgeworfen, die die Umfangsgeschwindigkeit an der Peripherie der Sprüheinrichtung 25 übersteigt. Von den Wänden des Gehäuses 23 läuft die Flüssigkeit in die Ringtasche 26 und gelangt von dort in die darunterliegenden tiberlaufmulden 27; 28; 29· Von den Überlaufinulden 27; 28; 29 wird die Flüssigkeit auf der anderen Sprüheinrichtung 25 verteilt. Der Dampf bewegt sich im Gehäuse 23 von unten nach oben, indem er mit der Flüssigkeit kontaktiert· Im Falle der Rektifikation findet der Wärme- und Stoffaustausch auf den Rinnen 30; 31» 32j 33 selbst, in der Spritzerwolke und an der zu benetzenden Wand des Gehäuses 23 statt« Falls dem Hantel (Fig. 3) ein Wärmeträger zugeführt wird, kann der Apparat als Verdampfer verwendet werden. Hierbei verdampft die Flüssigkeit an den beheizten Wänden des Gehäuses 23· Der Apparat kann beispielsweise zur Rektifikationsreinigung von Kaprolaktam unter Vakuum oder zur Destillation von Kaprolaktam verwendet werden.The liquid passes through the overflow wells 27 »28; either directly from above (troughs 28, 29) or through, the annular sleeve 44 (trough 27) to the central part of the spray device 25. Thereafter, under the influence of centrifugal forces, the liquid flows over the troughs 30; 31 »32; 33s is accelerated with respect to these grooves and is then dropped onto the inner walls of the housing 23 at an absolute speed exceeding the peripheral speed at the periphery of the sprayer 25. From the walls of the housing 23, the liquid flows into the ring pocket 26 and from there into the underlying tiberlaufmulden 27; 28; 29 · From the overflow inlets 27; 28; 29, the liquid is distributed on the other spray device 25. The steam moves in the housing 23 from bottom to top, by contacting with the liquid · In the case of rectification, the heat and mass transfer takes place on the grooves 30; 31 »32j 33 itself, in the splash cloud and on the wall of the housing 23 to be wetted instead of« If a heat transfer medium is supplied to the dumbbell (Fig. 3), the apparatus can be used as an evaporator. In this case, the liquid evaporates on the heated walls of the housing 23. The apparatus can be used, for example, for the rectification purification of caprolactam under vacuum or for the distillation of caprolactam.

Die Arbeitsweise des in Fig. 5» 6 dargestellten Apparates zur Durchführung von exothermen Reaktionen kann am Beispiel einer Reaktion der Umlagerung von Zyklohexanonoxim in Kaprolaktam dargestellt werden. Diese Reaktion verläuft unter V/ärmeentwicklung, wobei die Reaktion, wenn die Wärme nicht gleich aus dem reagierenden flüssigen Oeinicch abge-The operation of the apparatus shown in Fig. 5 »6 for carrying out exothermic reactions can be illustrated by the example of a reaction of the rearrangement of cyclohexanone oxime in caprolactam. This reaction is under thermal evolution, with the reaction, if the heat is not readily removed from the reacting liquid oil.

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leitet wird, zu stürmisch und sogar explosiv ablaufen kann· Polglich ist diese Reaktion zweckmäßigerweise in dem zu verwirbelnden Film an der gekühlten Oberfläche durchzuführen. Das Kühlmittel, z. B. Wasser, zirkuliert im Mantel 70 (Pig· 5)· Innerhalb des Gehäuses 56 herrscht dabei atmosphärischer Druck. Konzentrierte Schwefelsäure gelangt durch den Stutzen 58 auf die Rinnen 65· Die konzentrierte Lösung von Zyklohexanonoxim wird durch den Stutzen 57 und die ringförmige Hülse 69 den Rinnen 64 zugeführt.This reaction is conveniently carried out in the film to be fluidized on the cooled surface. The coolant, for. As water, circulates in the jacket 70 (Pig · 5) · Within the housing 56 there is atmospheric pressure. Concentrated sulfuric acid passes through the nozzle 58 onto the channels 65. The concentrated solution of cyclohexanone oxime is fed through the nozzle 57 and the annular sleeve 69 to the channels 64.

An den gekühlten Wänden des Gehäuses wird die Oximlösung mit der Schwefelsäure vermischt. Das flüssige Reaktionsgemisch bildet an den Wänden des Gehäuses 56 einen PiIm. Dieser Film wird durch Spritzer und Strahlen verwirbelt und abgekühlt· Hierbei bildet sich ein Produkt der Umlagerung von Zyklohexanonoxim, dessen Lösung durch den Stutzen 59 aus demApparat abgeführt wird.On the cooled walls of the housing, the oxime solution is mixed with the sulfuric acid. The liquid reaction mixture forms a PiIm on the walls of the housing 56. This film is vortexed and cooled by splashes and jets. This forms a product of the rearrangement of cyclohexanone oxime, the solution of which is removed from the apparatus through port 59.

Claims

208 255 - 23 - 8, 2. 1979 54 317 16 Claim for invention

An apparatus for carrying out heat and mass transfer processes involving a liquid comprising a housing with means for supplying starting materials involved in the process into and discharging end products from the housing, and in which there is at least one spray device rotatable around its own Axis is arranged and consists of grooves, which are designed in the form of a diverging from the axis of the sprayer multi-start spiral with spaces between their turns, and a means for supplying the liquid to the central part of the spraying device is provided, characterized in that at least the peripheral sections of at least two channels (9) are displaced in the direction parallel to the axis of the spray device (7), depending on the distance of the sections from the axis of the spray device (7), such that the peripheral ends (13) of the channels (9) 9) in different, to the axle e of the spraying device (7) are vertical planes,

2 · Apparatus according to item 1 _? characterized in that the outflow portions of the peripheral ends (13) of the grooves (9) are narrowed and oriented at different angles to the plane perpendicular to the axis of the spray means (7).

3 # Apparatus according to points 1 -?, Characterized in that its spraying device (7) contains internal (8 and 9), characterized by the degree of removal of their peripheral

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Distinguish ends (12 and 13) from the axis of the spraying device (7) and arranged around the axis in a periodically repeating order, the peripheral ends (12) of the grooves (8) being closer to the axis of the spraying device (7). are approximately brought to the central portions of the adjacent grooves (9), the more distant from the axis of the spray device (7) peripheral ends (13),

Apparatus according to the points 1 to 3, characterized in that the spaces (20) between the adjacent grooves (8; 9) in the plane perpendicular to the axis of the spraying device (7) are smaller in the central part of the latter Interspaces (21) at their circumference are ·

Apparatus according to points 1 to 4, characterized in that the means for supplying the liquid to the central part of the spraying means (7) are in the form of a nozzle (2) which is inclined at an angle to the inner surface of the grooves (8; 9) is arranged, which ensures the rotation of the spray device (7) under the action of the jet of liquid flowing out of the nozzle (2).

6. Apparatus according to points 1 to 5, characterized in that the axis of the spray device (7) is oriented vertically and the peripheral portions of the grooves (3Oj 31; 32; 33) d ^e after their removal from the axis of the spray device (7 ) are shifted downwards ·

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· 7. Apparatus according to any of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the inlands (30; 31; 32; 33) have interruptions separating the channels (30; 31; 32; 33) into a series of successive sections (42 and 43) in which the sections (42) of the channels (30; 31; 32; 33) which are located closer to the axis of the spray device (25) are located in a common plane perpendicular to the axis of the spray device (25), by forming a planar spiral, and having drains on the adjacent portions (43) of the grooves (30; 31; 32; 33) farther from the axis of the spraying device (25).

8, Apparatus according to items 1 to 7 »characterized; in that the spraying device (63) contains separate groups of grooves (64 and 65) which differ in the degree of removal of their central ends (66,, 67) from the axis of the spraying device (63), and the means for feeding the liquid is supplied to the central part of the spraying device in the form of distributing devices which ensure that the liquid flows to the separate groups of channels (64; 65) *

K! Erzu_.3 pages drawings