DD245366A1

DD245366A1 - Ruehrreaktor

Info

Publication number: DD245366A1
Application number: DD28676486A
Authority: DD
Inventors: Juergen Dunkel; Walter Leipnitz; Gerhard Kamenz; Juergen Koppe; Heinz List; Guenter Freyer; Hermann Schindler; Holger Hermann
Original assignee: Buna Chem Werke Veb
Priority date: 1986-02-05
Filing date: 1986-02-05
Publication date: 1987-05-06

Abstract

Ziel der Erfindung ist, einen Ruehrreaktor zu entwickeln, bei dem ein Waermeaustausch durch die Wandung stattfinden kann. Die Aufgabe wird erfindungsgemaess so geloest, dass ein duennwandiger, druckuebertragender Behaelter in einen dickwandigen, druckaufnehmenden Behaelter angeordnet wird, wobei die duennwandige Wand in Form eines Faltenbalges axial gefaltet ist, auch im Bereich des gekruemmten Bodens und diese nur mit den aeusseren Kanten des Faltenbalges die Innenwand des aeusseren Behaelters beruehrt, oben in einen breiten, duennen Flansch uebergehend, der zwischen Deckel und einem Ring mit Rohrdurchfuehrungen, der seinerseits auf den Topfflansch des Ruehrreaktors liegt, angeordnet ist, unten in einen Stutzen, der seinerseits in einen Stutzen des druckaufnehmenden Behaelters ragt, endet und sich im oberen Teil des Ruehrreaktors ein Turbinenruehrer befindet, dessen aeusserer Durchmesser so gross ist, dass der Querschnitt des Ruehrreaktors genau geteilt wird (Durchmesser Ruehrer0,7 Durchmesser Ruehrreaktor) und unter dem Ruehrer ein Ansatzrohr, das bis kurz vor den Boden des Innenbehaelters reicht und im oberen Teil eine Einschnuerung besitzt, angeordnet ist und im Stutzen des druckaufnehmenden Behaelters am Boden mindestens 3 Rohrleitungen, um den Umfang verteilt, seitlich befestigt sind, die mit einer Ringleitung fuer ein Heiz- bzw. Kuehlmedium verbunden sind.

Description

Darlegung des Wesens der Erfindung'

— Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelost wird

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rührreaktor, in dem eine unter Druck ablaufende Polymerisationsreaktion mit Wärmeaustausch durch die Wandung hindurch stattfinden kann und die obigen Bedingungen erfüllt, zu entwickeln.

— Merkmale der Erfindung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem in einem dickwandigen, druckaufnehmenden Außenbehälter ein dünnwandiger, korrosionsfester und druckübertragender Innenbehälter angeordnet wird, wobei die dünnwandige Wand in Form eines Faltenbalges axial gefaltet ist, auch im Bereich des gekrümmten Bodens und diese nur mit den äußeren Kanten des Faltenbalges die Innenwand des druckaufnehmenden Außenbehälters berührt, oben in einen breiten, dünnen Flansch übergehend, der sich zwischen Deckel und einem Ring mit Rohrdurchführungen, der seinerseits auf dem Topfflansch des druckaufnehmenden Außenbehälters liegt, befindet, unten in einen Stutzen, der seinerseits in einen Stutzen des druckaufnehmenden Außenbehälters am Boden ragt, endend und sich im oberen Teil des Rührreaktors ein Turbinenrührer befindet, dessen äußerer Durchmesser so groß ist, daß der Querschnitt des Rührreaktors genau geteilt wird (Durchmesser Rührer = 0,7 Durchmesser Rührreaktor) und unter dem Rührerein Ansatzrohr (Durchmesser Ansatzrohr = 0,7 Durchmesser Rührreaktor) angeordnet ist, das bis kurz vor den Boden des Innenbehälters reicht und im oberen Teil, dicht unter dem Turbinenrührer, eine Einschnürung auf 0,55 bis 0,60 Reaktordurchmesser besitzt und im Stutzen des druckaufnehmenden Behälters am Boden mindestens 3 Rohrleitungen um den Umfang verteilt seitlich befestigt sind, die mit einer Ringleitung für ein Kühl- bzw. Heizmedium verbunden sind.

Ausführungsbeispiel

Ein 1 m³-Rührreaktor (0:L = 1:2,5) besteht aus dem druckaufnehmenden Außenbehälter 1, dem druckübertragenden Innenbehälter 2 mit dem Flansch 3, dem Ring 4 mit den Rohrdurchführungen, dem Deckel 5, dem Turbinenrührer 6, dem Ansatzrohr 7, das am Deckel 5 angeschweißt ist, dem Stutzen 8 des Außenbehälters amßoden mit den eingeschweißten Rohren, wie in der Abb. 1 schematisch dargestellt ist. Der Innenbehälter besteht aus VA-Material (2,5 mm Wandstärke) und ist, wie in Abb. 2 schematisch dargestellt, axial gefaltet. Die Faltung setzt sich auch am gekrümmten Boden fort, wobei zum Stutzen am Boden hin die Tiefe der Falten stetig bis auf 0 abnimmt. Auf dem Innenumfang des Außenbehälters liegen insgesamt 125 Falten (Abstand 20 mm) des Innenbehälters auf. Die Tiefe einer Falte beträgt 25 mm. Damit vergrößert sich die zur Verfügung stehende Kühlfläche im Rührreaktor auf 225%. Infolge der nur kurzen Wegstrecke vom Ringraum 9 im Stutzen 8 am Boden bis zum Ring mit den Rohrdurchführungen, dem erheblichen Querschnitt des Durchtritts für das Kühlmedium (ca. 300cm², vergleichbarer Rohrdurchmesser ca. 19,5cm) ist bei entsprechender Geschwindigkeit (0,4m/s) des Kühlmediums die Erwärmung gering, so daß fast das Dreifache der Wärmeenergie, die durch die normale glatte Wand abgeführt werden kann, abgeleitet wird.

Die Rührung erfolgt durch einen Turbinenrührer 6 im oberen Bereich des Rührreaktors. Der Turbinenrührer besitzt 3 Schaufeln, die die Flüssigkeit aus dem Ansatzrohr herausheben und an die Wand schleudern. Da durch das Ansatzrohr dicht über dem Boden (Abstand Boden bis Unterkante Ansatzrohr 150 mm) aus dem äußeren Raum angesaugt wird, wird die vom Rührer in Richtung Wand geschleuderte Flüssigkeit sofort nach unten gesaugt. Es entsteht dadurch ein Flüssigkeitsumlauf ohne Gaseinschluß und ohne Thrombenbildung. Infolge der Faltung der Wandung des Innenbehälters in axialer Richtung wirkt die gesamte Wand als Stromstörer, so daß eine gerichtete Strömung mit 1 bis 4m/s auftritt.

Sechs weitere kleine Schaufeln am Umfang desTurbinenrührers wirken infolge der scharfen, außenliegenden Kanten, an denen große Scherkräfte auftreten, suspendierend oder emulgierend.

Der äußere Durchmesser desTurbinenrührers liegt im vorliegenden Fall bei 0,56 m bei einem Reaktorinnendurchmesser von

Die Höhe der Schaufeln beträgt am Außendurchmesser desTurbinenrührers 15 cm, an der Achse 30 cm. Die 6 weiteren kleinen Schaufeln sind ebenfalls 15cm hoch am äußeren Durchmesser des Rührers. Sie sind aber nur 10cm lang in radialer Richtung und in axialer Richtung verstellbar.

Bei einem 1 m³ Kessel alter Bauart (Mantelkühlung außen) läßt sich der Kesselinhalt von 0,95 m³ Wasser in 8,1 min von 20⁰C auf 55°C erwärmen, wenn durch den Mantel Wasser (10m³ χ h~¹) mit 95⁰C Eingangstemperatur geleitet wird. Die Übertragungsleistung beträgt 45kW χ h"¹ χ (m²)"¹).

Der gleiche Kessel nach EP 0012410 (Stand der Technik) umgebaut, würde durch Verbesserung der Wärmeübertragung die gleiche Erwärmung in 4,5min bewirken. Die Ubertragungsleistung beträgt 82kW χ h"¹ χ (m^z)~¹.

Bei erfindungsgemäßer Bauart des 1 m³ Kessels werden 13OkW χ h"¹ χ (m²)"¹ übertragen und die Aufheizung in 2,8 min

vollzogen, vorausgesetzt, die zugeführte Menge an Wasser mit 95⁰C Eingangstemperatur wird auf 2Om³* χ h"¹ erhöht.

Gegenüber dem Stand der Technik erhöht sich die Übertragungsleistung auf 158,5%.

Bei der Kühlung konnten folgende Ergebnisse erzielt werden:

Die Mantelkühlung (1 m³ Kessel alter Bauart) ließ sich mit einer Wassermenge von 21,6 m³ χ h"¹ beaufschlagen bei einer Eingangstemperatur von 22⁰C. Der Kesselinhalt von 0,95 m³ Wasser wurde auf 55°C vorgewärmt, dann das Kühlwasser angestellt und eine solche Menge Dampf eingeleitet, daß die Kesseltemperatur konstant bei 55⁰C blieb. Im stationären Zustand beträgt die Temperaturdifferenz zwischen Kühlwassereingang und -ausgang 9 K. Damit überträgt die Wand eine Leistung von 27 kW χ fr¹ χ (m²r¹.

Beim Umbau des Kessels nach EP 0012410 (Stand der Technik) würde unter gleichen Bedingungen eine Leistung von 47 kW x h~¹ x (m²)"¹ übertragen werden können.

Bei erfindungsgemäßer Bauart muß die Kühlwassermenge"auf 43,2m³ χ h~¹ erhöht werden, um ein möglichst hohes Temperaturgefälle einzuhalten. Die Eingangstemperatur des Kühlwassers betrug 19°C. Die Temperaturdifferenz zwischen Kühlwassereingang und-ausgang betrug 13,5K. Damit wurde eine Übertragungsleistung von 8OkW χ h~¹ χ (m²)"¹ möglich.

Gegenüber dem Stand der Technik erhöht sich die Übertragungsleistung auf 170%. Zum Vergleich wurde immer die Fläche des Kessels alter Bauart herangezogen, in diesem Fall 6,3 m².

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Rührreaktor zur Durchführung einer Polymerisationsreaktion unter Druck mit Wärmeaustausch durch die Wandung, dadurch gekennzeichnet, daß in einem dickwandigen, druckaufnehmenden Außenbehälter (1) ein dünnwandiger, druckübertragender Innenbehälter (2) angeordnet ist, wobei die dünnwandige Wand des Irinenbehälters (2) in Form eines Faltenbalges axial gefaltet ist, auch im Bereich des gekrümmten Bodens und diese nur mit den außen liegenden Kanten des Faltenbalges die Innenwand des Außenbehälters (1) berührt, oben in einen breiten, dünnen Flansch (3) übergeht, der zwischen Deckel (5) und einem Ring (4) mit Rohrdurchführungen, der seinerseits auf dem Topfflansch des Au ßenbehältersd) aufliegt, unten in einem Stutzen, der in einen Stutzen (8) des Außenbehälters (1) ragt, endet und sich im oberen Teil des Rührreaktors ein Turbinenrührer (6) befindet, dessen äußerer Durchmesser so groß ist, daß der Querschnitt des Rührreaktors genau in der Hälfte geteilt wird und unter dem Turbinenrührer (6) ein am Deckel (5) befestigtes Ansatzrohr (7) angeordnet ist, das bis kurz vor den Boden des Innenbehälters reicht und im oberen Teil eine Einschnürung auf 0,55 bis 0,60 Reaktorinnendurchmesser besitzt und im Stutzen (8) des Außenbehälters am Boden mindestens 3 Rohrleitungen, um den Umfang verteilt, seitlich befestigt sind, die mit einer Ringleitung für ein Heiz- bzw. Kühlmedium verbunden sind.

2. Rührreaktor zur Durchführung einer Polymerisationsreaktion unter Druck mit Wärmeaustausch durch die Wandung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (9) zwischen Bodenflansch des Innenbehälters (2) und dem Bodenflansch (8) mit Rohren als Zuführungen am Außenbehälter (2) der Einlaß für das Heiz- oder Kühlmedium ist.

3. Rührreaktor zur Durchführung einer Polymerisationsreaktion unter Druck mit Wärmeaustausch durch die Wandung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (4), der auf dem Topfflansch des Außenbehälters (1) aufliegt, mit Abführungen für das Kühl- bzw. Heizmedium versehen ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Rührreaktor zur Durchführung einer Polymerisationsreaktion unter Druck mit Wärmeaustausch durch die Wandung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Nach dem Stand der Technik werden Rührreaktoren, die beispielsweise für die Polymerisation von Monomeren verwendet werden, mit einem speziellen Rührwerk und mit einer äußeren Mantelkühlung versehen, um die freiwerdende Wärmeenergie abzuführen. Die Mantelkühlung kann durch Maßnahmen wie die Führung des Kühlmediums in Halbrohrschlangen oder durch Eindüsen in den Kühlmantel im Effekt etwas erhöht werden. Eine grundsätzliche Verbesserung wird durch das EP 0012410 vorgeschlagen. Die Halbrohrschlangen werden danach nicht auf der Außenseite, sondern auf der Innenseite des Rührreaktors aufgeschweißt. Die Kühlleistung steigt dadurch erheblich (bis zu etwa 180%) an. Nachteilig ist die Verwendung eines Impellerrührers mit einigen Stromstörem, wodurch unnötig Energie eingetragen werden muß und wobei auch an Stellen mit geringer Flüssigkeitsbewegung Anbackungen auftreten können. Weiterhin ist von Nachteil, daß das Kühlmedium in der Kühlschlange einen erheblichen Weg zu rücklegen muß, auf dem es sich relativ stark erwärmt. Weiterhin ist von Nachteil, daß die Fertigung der Halbrohrschlangen und das Einschweißen aufwendig und die Oberfläche bestenfalls auf 160% gegenüber der glatten ansteigt.

Nach DE 2852622 werden in einem Großreaktor mit unten liegendem Impellerrührer am Dom hängend zwei zylindrische Verdrängungskörper als Stromstörer angebracht. Damit wird die Thrombenbildung verringert und eine verstärkte Wärmeabfuhr durch die glatte Wand ermöglicht. Nachteilig sind der unnötig hohe Energieeintrag durch das Rühren, die starken an den Verdrängungskörpern angreifenden Kräfte und die noch immer vorhandene Thrombenbildung. Nach DE 2451695 werden Stromstörer und Rührer in einem Rührreaktor hohl und kühlbar ausgerüstet. Damit wird eine Erhöhung der Wärmeabfuhr durch die gekühlten Stromstörer und den Rührer möglich und gleichzeitig wird die Belagsbildung herabgesetzt. Auch hier tritt wie in den anderen Fällen ein zu hoher Energieeintrag durch den Rührer auf. Außerdem ist die Gestaltung des gekühlten Rührers kompliziert, technisch aufwendig und störanfällig.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, die den bekannten Rührreaktoren für Polymerisationsreaktionen unter Druck mit Wärmeaustausch durch die Wandung anhaftenden Nachteile wie unnötig hoher Energieeintrag, zu geringer Wärmeaustausch durch die Wandung, zu lange Wege des Kühlmediums, zu hoher technischer Aufwand und die Thrombenbildung zu beseitigen.