DD260602A3 - Bandreaktor zur durchfuehrung chemischer reaktionen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beinhaltet einen Bandreaktor zur Durchfuehrung solcher chemischer Reaktionen, bei denen das Reaktionsgemisch waehrend der Reaktion von dem fluessigen in den festen Zustand uebergeht. Das Reaktionsgemisch soll waehrend der Reaktion auf dem umlaufenden Band in einer gleichmaessigen Schichtdicke verbleiben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Herablaufen des fluessigen Reaktionsgemisches von dem umlaufenden Band zu verhindern. Dies wird erreicht, indem an den Kanten des umlaufenden Bandes in dessen Laengsrichtung einen Luftwall erzeugende Duesenkaesten angeordnet sind. Der Austrittswinkel der aus den Duesenkaesten austretenden Luft betraegt etwa 45. Der durch die austretende Luft erzeugte Luftwall bildet an den Kanten des Bandes eine Seitenbegrenzung fuer das fluessige Reaktionsgemisch. Der erfindungsgemaesse Bandreaktor wird insbesondere bei der Herstellung von Resolharzen angewendet.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung wird bei der Durchführung solcher chemischer Reaktionen angewendet, bei denen das Reaktionsgemisch am Reaktoreintritt im flüssigen Zustand vorliegt und noch im Reaktor in den festen Zustand übergeht, wobei gleichzeitig flüssige oder dampfförmige Reaktionsprodukte entstehen, die aus dem Reaktionsgemisch abzutrennen sind. Dies ist beispielsweise bei der Herstellung von Resolharzen der Fall.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Trockner bekannt, bei denen das zu trocknende Gut auf ein umlaufendes Band gegeben wird und auf diesem Band der Trocknungsvorgang stattfindet. Hierzu sind ober- und unterhalb des Bandes Düsenkästen angebracht, mit Hilfe derer erhitzte Luft auf das zu trocknende Gut geblasen wird. Die Düsenkästen sind im rechten Winkel zu den Kanten des Bandes, also quer zum Förderweg, angeordnet. Derartige Bandtrockner sind aus den DE-AS 1 629077 und 1 729443 bekannt.

In der DE-AS 1 239988 wird eine Vorrichtung zum berührungsfreien Halten einer schwebend zwischen mit Düsen versehenen Blaskästen geführten Gutbahn beschrieben, bei der jede Düsenreihe aus zwei im Abstand nebeneinander angeordneten Längsdüsen sowie dazwischen im Abstand voneinander angeordneten Querdüsen gebildet ist. Die Austrittsrichtung der Luft aus den Düsen ist senkrecht zur Gutbahn oder schräg einwärts zum Blaskasten gerichtet.

Diese Vorrichtungen dienen stets zum Trocknen von Feststoffen. Aus der DD-PS 77592 ist eine Vorrichtung zum Herstellen thermoplastisch verarbeitbarer Polyurethan-Kunststoffe bekannt, welche aus Dosierpumpen, einer Vor- und einer Hauptmisch kammer und aus einem umlaufenden Förderband besteht. Unterhalb des Bandes sind Rohre angeordnet, die in dem der Hauptmischkammer zugewandten Teil beheizt sind. Diese Rohre sind so angeordnet, daß das Band einen trogförmigen Querschnitt annimmt. Zum Temperaturhalten des Bandes wird von einem Ventilator Luft über ein System von Heizdrähten geblasen und danach dem Band zugeführt. An der der Abnahmeeinrichtung zugewandten Seite des Bandes wird ein Kühlluftstrom frei über die Oberfläche des Reaktionsgutes geleitet, wodurch dessen Reaktion auf Grund der Abkühlung unterbrochen wird.

Die trogförmige Ausbildung des Bandquerschnittes führt zu einer ungleichmäßigen Schichtdicke des Reaktionsgemisches auf dem Band. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Temperatur des Gemisches während des Reaktionsablaufes und damit zu einem ungleichmäßigen Endprodukt.

Weiterhin ist aus der DD-PS 155902 ein Verfahren zur Herstellung von festen Phenol-Formaldehyd-Resolen durch Polykondensation von Phenolen mit Formaldehyd bekannt, gemäß dem in einem Mehrkammerreaktor die Umsetzung des eingesetzten Formaldehyds bis zu mindestens 80% erfolgt und die Polykondensation auf einem umlaufenden endlosen Metallband zu Ende geführt wird. Dabei wird das Polykondensat auf eine Temperatur von 373 bis 430K erwärmt und auf einen Festkörpergehalt über 94% auf konzentriert. Anschließend wird das Polykondensationsproduktaüf dem umlaufenden, endlosen Metallband auf eine Temperatur unterhalb seines Schmelzpunktes gekühlt. Ausführungen über die konstruktive Gestaltung des umlaufenden Metallbandes und die Seitenbegrenzung des Reaktionsgemisches auf diesem Metallband sind in der DD-PS 155902 nicht enthalten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen Bandreaktor zu entwickeln, der so ausgebildet ist, daß das Reaktionsgemisch auf dem Band eine gleichmäßige Schichtdicke und das Endprodukt eine gleichmäßige Produktqualität aufweist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Bandreaktor das Herablaufen des aufgetragenen flüssigen Reaktionsgemisches von dem umlaufenden Band zu verhindern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an den Kanten des umlaufenden Bandes in dessen Längs- bzw. Förderrichtung einen Luftwall erzeugende Düsenkästen angeordnet sind. Der Austrittswinkel, der aus den Düsenkästen austretenden Luft beträgt in der Regel 40 bis 50°, zweckmäßigerweise 45°.

Der durch die aus den Düsenkasten austretenden Luft erzeugte Luftwall bildet eine Seitenbegrenzung auf dem umlaufenden Band und verhindert somit ein Herablaufen des Reaktionsgemisches von dem Band. Es bildet sich dabei, bedingt durch die . Oberflächenspannung, eine relativ scharfe Grenze aus. Der Abstand der Düsenkasten von der Flüssigkeitsschicht auf dem umlaufenden Band kann mit steigender Düsenaustrittsgeschwindigkeit größer werden.

Allerdings wird die Oberfläche der Flüssigkeit in der Randzone mit der Erhöhung der Düsenaustrittsgeschwindigkeit auch stärker in Bewegung gesetzt. Je kleiner der Abstand der Düsenkasten von der Flüssigkeitsschicht ist, um so geringer braucht die Düsenaustrittsgeschwindigkeit der Luft zu sein. Bedingt durch die Gefahr der Düsenverklebung bei einer Havarie (Aufschäumen des Reaktionsgemisches), sollte jedoch ein bestimmter Mindestabstand der Düsenkästen von dem Band eingehalten werden. Der Abstand der Düsenkästen von dem umlaufenden Band ist darüber hinaus von der Art der Flüssigkeit bzw. des Reaktionsgemisches und der Schichtdicke abhängig.

Die Geschwindigkeit des umlaufenden Bandes ist von der Geschwindigkeit der ablaufenden Reaktion und damit von der Dauer abhängig, die das Reaktionsgemisch auf dem Band verbleiben muß. Ist die Geschwindigkeit des umlaufendes Bandes so gering, daß an der Aufgabestelle des Reaktionsgemisches auch dessen Herablaufen entgegen der Förderrichtung des Bandes zu befürchten ist, so sind in der Förderrichtung des Bandes gesehen, vor der Aufgabestelle quer zur Förderrichtung ebenfalls ein oder mehrere einen'Luftwall erzeugende Düsenkasten angeordnet.

Bei bestimmten chemischen Reaktionen kann anstelle von Luft auch ein anderes Gas zur Anwendung kommen, um eine Seitenbegrenzung zu erreichen. So wird man bei der Durchführung von chemischen Reaktionen, die eine Inertgasatmosphäre erfordern, anstelle von Luft Stickstoff einsetzen und anstelle eines Luftwalles einen Stickstoffwall erzeugen. Das umlaufende Band ist auf seiner gesamten Länge und Breite genau waagerecht angeordnet und besitzt keinerlei Erhöhungen oderVertiefungen,dieein Herablaufen des Reaktionsgemisches von dem Band verhindern könnten. Die Seitenbegrenzung erfolgt allein durch den mit Hilfe der Düsenkasten erzeugten Luftwall. Auf diese Weise kann das Reaktionsgemisch als gleichmäßig starke Flüssigkeitsschicht auf dem Band geführt werden, wodurch die Voraussetzungen für die Bildung eines gleichmäßigen Endproduktes gegeben sind. Gleichzeitig wird die Abnahme des festen Reaktionsproduktes von dem umlaufenden Band sehr erleichtert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung ist ein Querschnitt durch einen Bandreaktor dargestellt.

Der beschriebene Bandreaktor soll zur Herstellung von Resolharzen dienen.

Der Bandreaktor befindet sich in dem Gehäuse 1. In diesem Gehäuse 1 ist das endlose, umlaufende Band 2 angeordnet, welches von den Rollen 3 getragen wird. Es besteht aus Edelstahl und ist über seine gesamte Länge und Breite genau waagerecht angeordnet und sehr straff gespannt (bis 10 kN/cm²). Mit Hilfe eines Schraubspindel-Stellgetriebes wird durch Verstellung einer der beiden Umlenkwalzen der Bandlauf reguliert. Die Bandgeschwindigkeit beträgt 3,1 m/min. An einem Ende des Bandes 2 ist eine Aufgabeeinrichtung für das Reaktionsgemisch vorgesehen, mit der das Reaktionsgemisch!als Flüssigkeitsschicht 4 auf dem Band 2 verteilt wird. Da das Band 2 genau waagerecht liegt, ist die Flüssigkeitsschicht 4 über die Breite des Bandes 2 gleichmäßig stark ausgebildet. Die Höhe der Flüssigkeitsschicht 4 beträgt 4mm. Das aus der Aufgabeeinrichtung austretende Reaktionsgemisch weist an dieser Stelle eine Viskosität auf, die mit der des Motorenöls bei Raumtemperatur vergleichbar ist. An den Kanten des Bandes 2 sind in Längsrichtung desselben die Düsenkasten 5 angeordnet. Diese weisen als Längsschlitze ausgebildete Düsen auf, durch die Luft mit einer Geschwindigkeit von etwa 20 m/s austritt. Der Austrittswinkel der Luft beträgt 45°. Die austretende Luft wird als dünner scharfer Strahl gegen die Flüssigkeitsschicht 4 geblasen und erzeugt dabei einen Luftwall. Der austretende Luftstrahl weist an keiner Stelle eine Unterbrechung auf. Um bei einer evtl. Havarie die Gefahr eines Düsenverklebens zu vermeiden, besteht zwischen den Düsenkästen 5 und dem Band 2 ein Abstand von 20 mm. Derauf dem Band 2 erzeugte Luftwall bildet eine Seitenbegrenzung für die Flüssigkeitsschicht 4 und verhindert somit deren Herablaufen von dem Band 2. Bei einer Bandbreite von 1 500 mm beträgt der flüssigkeitsfreie Randan den Kanten des Bandes 2 jeweils 10O mm. Die Düsenkasten 5 sind, in der Förderrichtung des Bandes 2 gesehen, auch vor der Aufgabeeinrichtung für das Reaktionsgemisch vorgesehen. Sie sind an dieser Stelle quer zur Förderrichtung angeordnet. Der von ihnen erzeugte Luftwall bildet eine Seitenbegrenzung an der Aufgabeeinrichtung, welche sich oberhalb der entsprechenden Umlenkwalze befindet. Auf diese Weise wird ein Herablaufen des Reaktionsgemisches von dem Band 2 an der Umlenkwalze verhindert. Die aus den Düsenkästen 5 austretende Luft wird von dem Ventilator 6 innerhalb des Gehäuses 1 angesaugt und über Verteilerleitungen direkt zu den Düsenkästen 5 gedrückt, ohne daß dabei eine Erwärmung der Luft vorgenommen wird. Der Motor des Ventilators 6 befindet sich außerhalb des Gehäuses 1.

Quer zur Förderrichtung des Bandes 2 sind oberhalb und unterhalb desselben mehrere Querstromdüsenkästen angeordnet, welche in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Aus diesem strömt erhitzte Luft, die die Flüssigkeitsschicht 4 auf die Reaktionstemperatur von 120 bis 140°C erwärmt, bei der die mit der Resolharzbildung verbundene Polykondensationsreaktion abläuft. Die Querstromdüsenkästen weisen gegenüber der Flüssigkeitsschicht 4 einen Abstand von 80mm auf. Die aus ihnen austretende Luft besitzt eine Austrittsgeschwindigkeit von 5,5 m/s. Bei dieser Geschwindigkeit entsteht kein Luftwall mit Stauwirkung für die Flüssigkeitsschicht 4. Die aus den Querstromdüsenkästen austretende Luft wird von Ventilatoren innerhalb des Gehäuses 1 angesaugt, durch Rippenrohrwärmeübertrager geführt, wobei sie auf 140°C erwärmt wird, und danach mit Hilfe der Ventilatoren zu den Querstromdüsenkästen gedrückt. Sowohl die aus den Querstromdüsenkästen als auch die aus den Düsenkasten 5 austretende Luft nimmt bei ihrer Berührung mit der Flüssigkeitsschicht 4 das bei der Reaktion gebildete Wasser' auf und entfernt dieses somit aus dem Reaktionsgemisch. Die zur Anwendung kommende Luft wird dabei innerhalb des Gehäuses 1 im Kreislauf geführt; ein Teil hiervon wird weggeführt und durch Frischluft ersetzt. Da die im Kreislauf geführte Luft neben dem Wasser auch einen geringen Anteil an nicht umgesetzten Reaktionskomponenten wie Formaldehyd und Methanol enthält, die die Umwelt belasten würden, wird der Bandreaktor so betrieben, daß in dem Gehäuse 1 stets ein geringer Unterdruck herrscht.

Die Anordnung von Querstromdüsenkästen und Düsenkästen 5, die mit Heißluft beaufschlagt werden, erstreckt sich über den Teil des Bandreaktors, in dem die Polykondensationsreaktion erfolgt und in dem eine Abkühlung der Flüssigkeitsschicht 4 mit gekühlter Luft vorgenommen wird. Sowohl durch die fortschreitende Polykondensationsreaktion als auch durch die Abkühlung

geht die Flüssigkeitsschicht 4 auf dem Band 2 in den festen Zustand über. Von dieser Stelle an ist eine Seitenbegrenzung durch die Anordnung von Düsenkasten 5 nicht mehr erforderlich. Die Düsenkasten 5 erstrecken sich somit über etwa 70% des umlaufenden Bandes 2.

Zur weiteren Abkühlung des gebildeten Resolharzes sind unterhalb des Bandes 2 Kühlwasserdüsen vorgesehen, mit Hilfe derer Kühlwasser gegen die Unterseite des Bandes 2 gesprüht wird. Dieses wird in einer darunterliegenden Wanne aufgefangen, abgekühlt und im Kreislauf erneut gegen die Unterseite des Bandes 2 gesprüht.

An der der Aufgabeeinrichtung gegenüberliegenden Umlenkwalze befindet sich eine Abnahmeeinrichtung für das feste Reaktionsprodukt. Diese Abnahmeeinrichtung besteht aus einem feststehenden Schaber, der dicht an dem Band 2 anliegt und das feste Resolharz von dem Band 2 entfernt.

In der Förderrichtung des umlaufenden Bandes 2 gesehen, wird vor der Aufgabe des Reaktionsgemisches ein Trennmittel auf das Band 2 aufgetragen. Als Trennmittel wird hierbei eine wäßrige Calciumstearatlösung verwendet.

Beim Betrieb des Bandreaktors werden 1000 kg/h Reaktionsgemisch, bestehend aus den Ausgangskomponenten Formaldehyd, Methanol und Phenol, die in einer vorgeschalteten Reaktionseinrichtung, wie in der DD-PS 155902 beschrieben, bereits bis zu einem Umsetzungsgrad von etwa 80% zur Reaktion gebracht wurden, mit Hilfe der Aufgabeeinrichtung in Form einer gleichmäßig starken Flüssigkeitsschicht 4 auf das umlaufende Band 2 gebracht. Das Reaktionsgemisch hat eine Temperatur von 108°C. Eswird durch die aus den Querstromdüsenkästen austretende erhitzte Luft auf die Reaktionstemperatur von 120 is 140⁰C erwärmt. Durch die aus den Düsenkästen 5 unter einem Winkel von 45° austretende Luft wird an den Kanten des Bandes 2 und, in der Förderrichtung des Bandes 2 gesehen, vor der Aufgabeeinrichtung ebenfalls ein Luftwall erzeugt, der eine Seitenbegrenzung bildet und ein Herablaufen der Flüssigkeitsschicht 4 von dem Band 2 verhindert. Da die aus den Düsenkästen 5 tretende Luft nach ihrem Ansaugen in dem Gehäuse 1 nicht mehr erwärmt wird, ist ihre Temperatur etwa um 5 bis 10⁰C niedriger als die Temperatur der aus den Querstromdüsenkästen austretenden Luft. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, daß die Viskosität der Flüssigkeitsschicht 4 in den Randzonen an den beiden Längskanten des Bandes 2 und hinter der Aufgabeeinrichtung eine etwas höhere Viskosität aufweist als in der Mitte. Dadurch wird die Bildung einer Seitenbegrenzung für die Flüssigkeitsschicht 4 verstärkt. Da in den Randzonen das Reaktionsgemisch mit der aus den Querstromdüsenkästen austretenden Luft und der aus den Düsenkästen 5 austretenden Luft angeblasen wird, erfolgt hier eine intensivere Entfernung des bei der Reaktion freiwerdenden Wassers. Dadurch wird das chemische Gleichgewicht so verschoben, daß sich die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht. Dieser Erhöhung wirkt die Absenkung der Reaktionsgeschwindigkeit entgegen, die sich aus der um 5 bis 1O⁰C niedrigeren Temperatur der aus den Düsenkasten 5 austretenden Luft in den Randzonen ergibt. Dadurch wird eine annähernd gleiche Reaktionsgeschwindigkeit in der Flüssigkeitsschicht 4 erzielt, wodurch sich eine gleichmäßige Produktqualität ergibt.

Nachdem die Polykondensationsreaktion abgeschlossen ist, wird das Reaktionsprodukt durch Aufblasen von gekühlter Luft und Besprühen der Unterseite des Bandes 2 mit Wassergekühlt, wobei durch die Polykondensationsreaktion und durch das Abkühlen das Reaktionsprodukt in den festen Zustand übergeht. Anschließend wird das feste Reaktionsprodukt mit Hilfe einer Abnahmeeinrichtung von dem Band 2 entfernt.

Claims (2)

1. Bandreaktor zur Durchführung chemischer Reaktionen, insbesondere zur Herstellung von Resolharzen, welcher eine Aufgabeeinrichtung für die flüssigen Ausgangskomponenten auf das umlaufende Band und eine Abnahmeeinrichtung für das feste Reaktionsprodukt aufweist und dem Band mit Luft beaufschlagte Düsenkästen zum Heizen und/oder Kühlen des Reaktionsgemisches zugeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß an den Kanten des Bandes (2) in dessen Längsrichtung einen Luftwall erzeugende Düsenkästen (5) angeordnet sind.

2. Bandreaktor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Austrittswinkel der aus den Düsenkästen (5) austretenden Luft 40 bis 50° beträgt.