DD155141A1 - Verfahren und vorrichtung zur optimalen durchfuehrung von chemischen reaktionen in ruehrmaschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optimalen Durchfuehrung von chemischen Reaktionen in Ruehrmaschinen. Die Erfindung bezieht sich auf Reaktionen, die in Ruehrmaschinen nur bedingt durchfuehrbar sind und fuer die auch andere Reaktoren ungeeignet sind. Die Erfindung hat das Ziel, das Einsatzgebiet der Ruehrmaschine auf solche schwer durchfuehrbaren Reaktionen zu erweitern. Dazu muss eine intensive Vermischung der Reaktanden von Beginn des Fuellvorganges an gesichert werden. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass die Ruehrmaschine mit einer speziell konstruierten Mischkammer sowie einem Loesungsmittelkreislauf kombiniert wird.

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren und Vorrichtung zur optimalen Durchführung von chemischen Reaktionen in Rührmaschinen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Durchführung chemischer Reaktionen in Rührmaschinen, bei denen Suspensionen hoher Zähigkeiten mit zum Teil nichtnewtonschem Verhalten entstehen oder vorliegen, die Stöchiometrie ständig gewahrt s_;.ein muß und eine gute Anfangsvermischung wesentlich ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für chemische Reaktionen in flüssigen Phasen bzw· in Suspensionen sind je nach Anwendungsfall vielfältige Reaktoren entwickelt worden (Reaktionstechnik Band 1 und 2, Verlag Grundstoffindustrie Leipzig, 1976» Grundriß chemischer Reaktionstechnik, Weinheim, 1958).

Grundtypen sind die Rührmaschine, der Schlaufenreaktor und das Strömungsrohr, die jeweils charakteristisches Verweilzeitverhalten aufweisen und ihr spezielles Einsatzgebiet haben·

Vielfältig wird die Rührmaschine als Reaktor eingesetzt, vorzugsweise für diskontinuierliche Reaktionen. Sie ist eine

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der Hauptausrüstungen in Produktionsanlagen, die der Erzeugung chemischer und besonders chemisch-pharmazeutischer Zwischen- und Endprodukte dienen«

Die Bohrmaschine bringt bei dieser Betriebsweise einige Kachteile mit sichs ...

- Je nach Bauart ist ein bestirntes Füllvolumen notwendig, bis die vorhandene Rühreinrichtung überhaupt wirksam wird und ein weiteres_? bis durch vollständiges Eintauchen von Rührer und Strömstörern eine ausreichende Rührintensität vorliegt© '...''.

- Die begrenzten Wärmeaustauschflächea_s verbunden mit der vor allem bei zähen Medien oft unzureichenden Rührwirkung, führen.zu langen Zulauf·» und Reaktionszeiten bei exothermen Prozessenο

Die Rührmaschinen sind damit besonders für Reaktionen ungeeignet j bei denen - - ..

- eine intensive Vermischung der Reaktionspartner von Beginn an notwendig ist, .. ' > .

- die Reaktionspartner ständig im konstanten stöchiometri~ sehen Verhältnis vorliegen müssen,

- der Zulauf der Reaktionspartner bei Reaktionstemperatur erfolgen muß, . .. ,..,',..

- hohe Reaktionsgeschwindigkeiten und Exothermie vorliegen,

- unter diesen Bedingungen zusätzlich eine Suspension hoher Zähigkeit vorliegte .

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, das Einsatzgebiet der diskontinuierlich arbeitenden Standard=-Rührmaschine auf solche Reaktionsbedingungen zu erweitern, die bisher in Rührmaschinen nicht beherrschbar sind und die sich gewöhnlich auch in kontinuierlichen Reaktoren nur sehr schwierig realisieren lassene

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rührreaktor Und ein Verfahren zur Arbeit mit diesem.zu schaffen, womit Reaktionen, insbesondere von nieht~newtonseben Flüssigkeiten und Suspensionen, ermöglicht werden, die der intensiven Durchmischung über den gesamten Reaktionszeitraum bedürfen, ein konstantes stöchiometrisches Verhältnis der Reaktions-· partner erfordern, hohe Reaktionsgeschwindigkeiten und erhöhte Wärmetönung aufweisen»

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem die Rührmaschine mit einer speziell dafür konstruierten Mischkammer kombiniert wird. ·...... Die erfindungsgemäße Mischkammer besteht aus einem Hohlzyiinder mit einer Riihrwelle, auf der mehrere Rührelemente gleicher oder unterschiedlicher Bauart befestigt sind. Vorzugsweise werden dafür Schaufelrührer eingesetzt. Der Hohlzylinder ist mit einem mehrfach unterteilten Doppelmantel versehen, der es gestattet, sowohl die Reaktionswärme durch Wärmeträger als auch durch die Reaktanden selbst zu- und abzuführen» Dadurch wird es möglich, daß die Reaktanden mit Reaktionstemperatur in den Reaktor eintreten, ohne daß ein Verlust an Wärmeaustauschkapazität eintritt. Es ist zu diesem Zweck auch möglich, daß die Reaktanden über Reaktandenzufuhrungen, die als Tauchrohre ausgebildet sein können, zur Mischstelle strömen. Diese Einbauten dienen dann gleichzeitig als Stromstörer. Die Mischkammer ist so konstruiert, daß sie auf die Rührmaschine oder unmittelbar daneben plaziert werden kann. Es ist auch möglich, anstelle einer Rührmaschine einen anderen geeigneten Apparat, z. B. eine Riihrkesselkaskade oder Kolonne zum Ausreagieren einzusetzen· Ein Auslauf dient zum Abführen des Gutes.

Erfindungsgemäß gelangen die Reaktanden nach dem Passieren

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einer Semperierzone, in der sie ζ_β B* durch Reaktionswärme auf Reaktionstemperatur gebracht v/erden, in eine Mischzone. Dort erfolgt eine intensive und schnelle Vermischung der Komponenten und der Beginn der Reaktion* Die Eeaktionsmasse verläßt die Mischkammer nach kurzer Verweilzeit über den Auslauf j ohne ausreagiert zu sein«

Der weitaus größere Teil der Reaktionszeit wird in der Rührmaschine realisiert j in die die Reaktionsmasse als bereits homogene Mischung gelangte Die Rührmaschine wird kontinuierlich über die Mischkammer gefüllt» Kach der Füllung wird die Reaktion durch die entsprechende Verweilzeit in der Rührmaschine beendete

Es ist praktisch unmöglich, eine nicht-newtonsehe, nicht ausreagierte Suspension durch eine Rohrleitung zu fördern, da infolge unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten über dem Querschnitt die Suspension nicht gleichmäßig ausreagiert ist und der durch die Reaktion entstehende Feststoff die Leitung schnell zusetzt» Das Verfahren besteht darin, die Zudosierung und Vermischung vorzugsweise im unteren Teil der Mischkammer vorzunehmen und das unfertige Reaktionsprodukt am oberen Ende im freien Fall in die Rührmaschine zu entlassen«"Der Freistrahl garantiert ein gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil über dem Querschnitte Er kann von einem Schutzrohr umgeben sein» Desweiteren ist vorgesehen, das Rohr durch einen teilweise inneren Lösungsmittelkreislauf freizuhalten, indem aus der Rührmaschine ein Teil des Lösungsmittels abdestilliert und über Kondensator und Rohr wieder zurückgeführt wird·

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

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Figur 1: die Mischkammer,

Figur 2: die Mischkammer mit nachgeschalteter Rührmaschine.

Figur 1 zeigt den senematischen Aufbau der Mischkammer· Die Stutzen A und B sind die Leitungen für die Zuführung der Komponenten« Die Doppelmäntel 1 und 2 dienen zur Zu-. bzw* Abfuhr von Reaktionswärme in unterschiedlichem Maße» Durch die Rührwelle 3» die mit Schaufelrührern bestückt ist·, werden die.-Reaktanden im. Ho hl zylinder 8 intensiv und

schnell miteinander vermischt« -

Das Reaktionsgemisch verläßt die Mischkammer über den Auslauf 4. Die Abdichtung der Rührwelle 3 erfolgt durch die Stopfbuchse fj>. Position 6 ist der Antrieb der Rührwelle 3, die in 6 und dem Lager 7 gelagert ist«

Figur 2 zeigt die Verfahrensweise für eine optimale Durchführung chemischer Reaktionen in .Rührmaschinen* Die Komponenten, strömen in den Leitungen A und B durch die Mischkammer 11· Sie werden dadurch auf Reaktionstemperatur temperiert. An ihrer Austrittsstelle am unteren Ende der Mischkammer 11 erfolgt eine sofortige und intensive Durchmischung der Komponenten. Die Reaktionstemperatur wird durch die Doppelmäntel 1 und 2 gewährleistet. Durch die Förderung der Stoffströme gelangt das Gemisch unter ständiger Rührung an den Auslauf 4 am oberen Ende der Mischkammer 11. Über den Auslauf 4 kommt das Gemisch im freien Fall in die Rührmaschine 9· Hier erfolgt die Nachreaktion. .

Um ein Zusetzen des Auslaufes 4 zu verhindern, wird die Leitung über einen inneren Lösungsmittelkreislauf 10 freigehalten.

Claims (1)

1. -6» Z2 5 9 2 2

   Erfindungsansprach

   1_e Verfahren zur optimalen Durchführung von chemischen . Reaktionen in Rührmaschinen_f dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanden auf Eeaktionstemperatur gebracht, intensiv •vermischt und als nicht ausreagiertes Eeaktionsgemisch aus der Mischkammer (11) im freien Fall über den am oberen Ende befindlichen Auslauf (4·), der über einen inneren Lösungsmittelkreislauf (10) freigehalten wird, in die· Rührmaschine (9) entlassen werden*

   2<* Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanden mittels Tauchrohren im unteren Teil der Mischkammer (11) zudosiert und vermischt γ/erden.

   Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionswärme sowohl durch Wärmeträger als auch durch die Reaktanden über den unterteilten Doppelmantel (1, 2) zu~ und „abgeführt wirdβ

   4·· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer Rührmaschine (9) eine Mischkammer (11), bestehend aus einem Hohlzylinder (8) mit ringförmig angeordnetem, mehrfach unterteiltem Doppelmantel (1, 2), einer mittig angeordneten Rührwelle (3) mit Rührelementen, einer Reaktandenzuführung (A, B), die gegebenenfalls als Tauchrohr ausgebildet ist und einem Auslauf (4·) mit gegebenenfalls anschließendem Schutzrohr, sowie ein Lösungsmittelkreislauf (10) vorgeordnet sind.

   5· Vorrichtung nach Punkt 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührelemente Schaufelrührer sind.

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   6. Vorrichtung nach Punkt 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (11) unmittelbar auf der Rührmaschine (9) aufgebaut ist·

   7« Vorrichtung nach Punkt 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Biihrniaschine (9) eine Eiihrkesselkaskade bzw. Kolonne ist. · ·

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