DD274981A1 - Reaktor mit internem filter fuer kontinuierliche suspensionsprozesse - Google Patents

Abstract

Reaktor mit internem Filter fuer kontinuierliche Suspensionsprozesse, der zur Durchfuehrung von Dreiphasenprozessen mit suspendiertem feinkoernigem Katalysator angewendet werden kann. Mit dem Ziel der kontinuierlichen Durchfuehrung von Suspensionsprozessen ohne Katalysatoraustragung aus dem Reaktor, war die Aufgabe der Entwicklung eines Reaktors zu loesen, der eine andauernde Gleichverteilung von Gas, Fluessigkeit und Feststoff bewirkt und der eine interne Einrichtung zur Abtrennung des Feststoffes von den Fluidphasen ohne Stoerung der Kontinuitaet des Fluessigproduktstromes hat. Die Loesung besteht in einem Reaktor mit internem Filter und Ruehrer, dessen Filter als Filterelement einen duennen, in einem als Bewehrung dienenden Gewebepaket eingelagerten, stabilen Filterkuchen besitzt, dessen Dicke durch die vom Ruehrer erzeugte Stroemung konstant gehalten wird und der dadurch eine gleichbleibende Filtrierleistung und -qualitaet bewirkt. Der Reaktor ist zur Durchfuehrung von heterogenkatalytischen Suspensionsprozessen und zur Eindickung von Suspensionen bei kontinuierlicher Betriebsweise in der Chemischen Industrie anwendbar. Fig. 1

Description

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, chemische Dreiphasenprozesse unter Anwendung sehr feinkörniger suspondierter Katalysatoren bei kontinuierlichem Durchsatzbetrieb großtechnisch in einer solchen Weise durchzuführen, daß dabei der Katalysator einschließlich seines hochaktiven Feinkornanteiles im Reaktor zurückgehalten wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die zur kontinuierlichen Durchführung von Suspensionsprozessen ohne Katalysatoraustragung zu lösende A'.fgabe besteht in der Entwicklung eines Reaktors, der eine gleichm' !ye Verteilung des feinkörnigen Katalysators in seinem Sssper.sionsraum bewirkt und in seinem Innenraum eine Einrichtung zu.' Flüssigkeits-Feststoff-Trennung hat, die eine kontinuierliche Austragung von feststofffreiem Flüssigprodukt ohne Störung c'er Kontinuität des Ausgangsstronvs ermöglicht. Die Aufgabe wird gelöst durch einen Reaktor mit internem Filter und Rührer, wobei erfindungsgemäß das Filterelement aus einem Filterkuchen besteht, der sich innerhalb der Hohlräi"r,e mehrorer oder eines einzelnen als Bewehrung dienenden dünnen Gewebepaketes befindet, welches aus mehreren dicht übereinanderliegenden Gewebelagen feinmaschiger Gewebe, vorzugsweise Metallgaze besteht, dessen Maschenweite in der Fließrichtung des Filtratstromes immer kleiner wird, das Gewebepaket auf der Filtratseite von einem porösen Stützelement getragen wird, dessen Poren etwas größer sind als die Maschen der grobmaschigsten Gewebelage des Gewebepaketes, das Gewebepaket an dem Stützelement dicht anliegend an diesem fixiert ist, und das Gewebepaket samt Stützelement sowie der Rührer in einer solchen Form und Nähe zueinander angeordnet sind, daß der im Suspensionsraum des Reaktors vorhandene Fluidstrcm einen Ouerstrcm zum Filterkuchen dargestellt.

Die Bewegung des Rührers bewirkt im Suspensionsraum des Reaktors eine Kreislaufströmung des Fluids, ein Teil des Fluids strömt entlang der dem Suspensionsraum zugewandten Fläche der oberen Gewebelage des Gewebupaketes, reißt dort angelagerte Feststoffteilchen mit, und >>s strömt ein Teil des Fluids in das Gewebepaket ein, der innerhalb der Maschen des Gewebepaketes vorhandene Filterkuchen hält die mit dem Fluid einströmenden Feststoffteilchen zurück, wobei auf der Eingangsseite angestaute Feststoffteilchen von dem quer zum Gewebepaket verlai.'enden kraftvollen Suspensionsstrom ständig losgerissen und in das Innere des Suspenäionsraumes zurückgespült werden, so daß e.n nach innen wachsender Filterkuchen nicht entsieht und feststofffreies Filtrat in einem !'ontinuierlichen Strom aus dem Filterkuchen fließt, das Stützelement passiert und auc dem Reaktor ausströmt.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird an zwei Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Zeichnungen dargelegt. Die Figur 1 stellt eine erfindungsgemäße Reaktorausführung dar, boi welcher das interne Filter aus einom großflächigen ebenen Filterelement besteht.

Der Reaktor hat einen druckfesten, zylindrirchen Mantel 1, der unten mit einem Flansch versehen ist und mit dem Flansch des druckfesten Rea!,torbodens 2 dicht verbunden ist. Im Reaktorinnenraum ist am unteren Flansch des Mantels der Tragring 3 eines Filters fest verspannt, der mit dor Dichtung 4 am unteren Flansch des Mantels abgedichtet ist. Der Tragring des Filters het innen ein mit ihm formschlüssig verbundenes Traggitter 5, welches an der oberen Kante des Tragringes eine horizontale Ebene mit der oberen Ringfläche des Tragringes bildend abschließt. Auf dem Tragring und dem Traggitter ist eine poröse Scheibe 6 fixiert, deren Poren eine Größe zwischen 80 bis 100 Mikrometer haben und die eine Porösität von 30 bis 45% oesitzt. Die poröse Scheibe ist mit einem Gewebepaket 7 belegt, welches insgesamt sechs dicht übereinar,derliegende Gewebelagen aus geflochtenem Metallgewebe enthält und 0,5mm dick ist, wobei unten unmittelbar über der porösen Scheibe zwei Gewebelagen der Maschenweite 30 Mikrometer, darüber zwei Gewebelagen der Maschenweite 40 Mikrometer und darauf zwei Gewebelagen der Maschenweite 63 Mikrometer eben übereinander liegen. Dieses Gewebepaket und die poröse Scheibe sind am äußeren Rand miteinander und mit dem Tragring des Filters formschlüssig verbunden. Das Gewebepaket und die poröse Scheibe sind außerdem durch Flachkopfniete 8 an den Stegen des Traggiiters befestigt, um ein Flattern der Gewebelagen zu verhindern. Innerhalb der Maschen der Gewebelagen befindet sich ein Filterkuchen, der aus dem für den Prozeß verwendeten Feststoff besteht. Der untere Rührarm 9 des Rl 'irers 10 hat eine zu dem Gewebepaket parallel verlaufende Unterkante mit dem Abstand von 10mm zu der oberen Gewebelagu. Unmittelbar unter der porösen Scheibe sind zwei sich kreuzende und in der gleichen Querschnittsebene durch die Stege des Traggitters durch den Tragring und den Flansch des Mantels horizontal verlaufende Entiüftungskanäle 11 angeordnet. Im Mantel sind zwei sich gegenüberliegende Entleerungsstutzen 12 angebracht, und in den Suspensionsraum 13 ragen vier Gaszuführungsrohre 14 von oben hinein, die um einen Winkel von 90° zueinander vorsetzt sind. Diese Einspeisung der Flüssigkeit, des Gases und des festen Katalysators erfolgen von oben, wobei die flüssigen und gasförmigen Komponenten kontinuierlich zufließen, während der feste Katalysator diskontinuierlich eingegeben wird. Die durch die Rührerbewegung erzeugte Kreislaufströmung bewirkt eine Gleichverteilung aller drei Phasen innerhalb dos Suspensionsraumes 13, wobei der unere Rühr—m 9 das Fluid über dem Gewebepaket 7 in eine Strudelbewegung versetzt, deren Umfangsgeschwindigkeit der des Rührarmes etwa gleich ist und zwischen dem Fluid und der oberen Gewebelage des Gewebepakefes Reibungskräfte entstehen. Ein Teil des unter Übeidruck stehenden Fluids strömt ständig in das Gewehepaket von oben ein, und der innerhalb des Gewebepaketes vorhandene oder bei der Anfahrperiode aus dem Feststoff im Gewebepaket gebildete Filterkuchen hält die Feststoffteilchen zurück, während das feststoff'reie Filtrat in den Reaktorboden 2 abläuft. Die vom Filterkuchen auf dessen Eingangsseite zurückgehaltenen Feststoffteilchen stauen sich dort nicht zu einem nach oben wachsenden Filterkuchen an, weil die Querströmung des Fluids die über dem Gewebepaket angeschwemmten Feststoffteilchen ständig mit sich reißt und in den Suspensionsraum rückvermisch!. Dadurch bleibt die Dicke des Fiiterkuchens konstant, und dieser hat eine gleichbleibende Durchlässigkeit, so daß das in den Reaktorboden einströmende Filtrat als kontinuierlicher Produktstrom aus dem Reaktor fließt.

Die Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Reaktoraust'ührung mit einem internen Filter, das aus mehreren einzelnen gekrümmten Filterelementen besteht. Das Reaktorgehäuse besteht aus einem zylindrischen Druckmantel 15 mit konischem Boden, der einen zentralen Entleerungskanal 16 hat.

Die Rührerwelle 17 besitzt einen Gaskanal 18 und ragt tief in den Suspensionsraum 19 hinein. Am unteren Ende der Rührerwelle ist die Mischturbine 20 befestigt. Im Höhenbereich der Mischturbine ragen Filterkerzen 21, von welchen in der Zeichnung nur eine einzelne dargestellt ist, durch den Druckmantel in den Suspensionsraum hinein. Diese Filterkerzen sind in einer oder mehreren horizontalen Reihen entlang des Druckmatelumfanges angeordnet und außen am Mantel dicht verspannt. Die Filterkerzen haben eine im Suspensionsraum liegende dru^kfeste poröse Buchse 22, an der außen ein rohrförmiges Gewebepaket 23 fixiert ist. Das Gewebepaket und die poröse Buchse sind miteinander und mit dem am Druckmantel befestigten, den Filtratabflußkanal 24 bildenden Teil der Filterkerze sowie mit dem Kerzenderkel formschlüssig verbunden. Das Gewebepaket ' ist zusätzlich mit dem Spannring 25 an der porösen Buchse fixiert. Die poröse buchse besitzt Poren der Größe von 50 bis 75 Mikrometer und hat eine Porösität von etwa 40%. Das Gewebepaket besteht aus sechs eng und straff aufeinanderliegender! Gewebelagen-aus Metallgewebe, wob ?i die Maschenweite der drei inneren Lagen 30 Mikrometer und die Maschenweite der drei äußeren Lagen 63 Mikrometer betragen. Die Dicke des Gewebepaketes beträgt 0,4mm. In dem Gewebepaket befindet sich ein Filterkuchen aus dem Feststoff, der für den Prozeß verwendet wird.

Die Eintragung der gasförmigen, flüssigen und festen Stoffe in den Reaktor erfolgt von oben.

Bei der Drehbewegung der Mischturbine 20 wird im Suspensionsraum 19 eine Kreislaufströmung des Fluids unter Vermischung der drei Phasen erzeugt, wobei die Mischturbine durch den Gaskanal 18 der Rührerwelle strömendes Gas und gasbeladene Suspension ansaugt und einen radial zum Druckmantel 15 des Reaktors gerichteten kraftvollen Fluidstrom bewirkt, der die ringförmig angeordneten Filterkerzen 21 berührt und die Reibungskräfte auf die äußere Gewebelage des Gewebepaketes 23 ausübt. Ein Teil des unter Überdruck stehenden Fluids strömt in das Gewebepaket ein und der Filterkuchen im Gewebepaket hält die Feststoffteilchen zurück, während das feststofffreie Filtrat kontinuierlich in den Filtratabflußkanal 24 abströmt. Die vom Filterkuchen an der Suspensionsseite zurückgehaltenen Feststoffteilchen werden vom Fluidstrom weggespült, so daß die Dicke des Filterkuchens konstant bleibt und ein kontinuierlicher Flüssigproduktstrom vom Reaktor abgeführt werden kann.

Claims (1)

1. Reaktor mit internem Filter für kontinuierliche Suspensionsprozesse, der ein internes Filter und einen Rührer hat, gekennzeichnet dadurch, daß das Filterelement aus einem Filterkuchen besteht, der sich innerhalb der Hohlräume mehrerer oder eines einzelnen als Bewehrung dienenden dünnen Gewebepaketes befindet, welches aus mehreren dicht übereinanderliegenden Gswebelagen feinmaschigei Gewebe, vorzugsweise Metallgaze besteht, dessen Maschenweita in dt r Fließrichtung des Filtratstromes immer kleiner wird, das Gewebepaket auf der Filtratseite von einem porösen· Stützelement getragen wird, dessen Poren etwas größer sind als die Maschen der grobmaschigsten Gewebelage des Gewebepaketes, das Gewebepaket an dem Stützelement dicht anliegend an diesem fixiert ist, und das Gewebepaket samt Stützelement sowie der Rührer in einer solchen Form und Nähe zueinander angeordnet sind, daß der im Suspensionsraum des Reakiors vorhander eFluidstrom einen kräftigen Querstrom zum Filterkuchen darstellt.

   Hierzu i. Seiten Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Der Reaktor ist zur kontinuierlichen Durchführung von Dreiphasenprozessen mit suspendie¹ tem, feinkörnigem Katalysator unter Überdruck und zur Eindickung von Suspensionen, die einen formbeständigen und nicht \ erklebenden Festste 'f enthalten, anwendbar.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Es ist eine Reihe von Reaktoren zur Durchführung von Stoffumwandlungsprozessen mit suspendiertem Katalysator bekannt. Da das technische Problem der Abtrennung des meist langlebigen Katalysators vom Flüssigprodukt, insbesondere der Abtrennung seines hochaktiv :>n Feinkornanteils, bisher nicht befriedigend gelöst ist, werden Suspensionsprozesse häufig diskontinuierlich betrieben. Aber es sind auch kontinuierlich betriebene Reaktoren bekannt, die für Suspensionsprozesse in der Industrial erfolgreich angewendet werden. Diese Reaktoren arbeiten meist in der Weise, daß die aus dem Fiüssigprodukt und aus dem Katalysator bestehende Suspension aus dem Reaktor kontinuierlich ausgeschleust wird, die Abtrennung eines Teiles des Flüssigproduktes außerhalb des Reaktors mit Hilfe von Filtern, Hydrozyklonen, Dekantern oder Absetzbehältern unter dafür geeigneten, reaktionsfremden Bedingungen erfolgi und der Katalysator oder eine eingedickte Suspension entweder vollständig oder teilweise in den Reaktor zurückgeführt wird. Diese Rea' (oren mit externen Trenneinrichtungen haben die gemeinsamen Nachteile eines sehr großen apparativen und damit ökonomischen Aufwandes und einer erhöhten mechanischen Beanspruchung des Katalysators, welche dessen Lebensdauer varmindert.

   Durch die DE 3245318 A1 ist ein Reaktor für Suspensionsprozesse mit einem externen Mikrofilter bekannt, welches bei hohen Drücken und bei Temperaturen bis 473K betrieben werden kann. Er hat gegenüber anderen Reaktoren mit externem Filter den Vorteil, daß bei Reaktionsprozessen zwischen 353K und 473K der externe Suspensionsumlauf einschließlich der Eingangsseite des Filters wie ein Teil des Reaktionsraumes wirkt und die mechanische Beanspruchung des Katalysators geringer sein kann. Der Suspensionsumlauf errordert gegenüber Reaktoren mit internem Filter aber einen größeren technisch-ökonomischen Aufwand. Ein weiterer Nachteil bestellt in der Temperaturbegrenzung des Filters, so daß bei seiner Anwendung für tine Vielzahl von Suspensionsprozessen, die bei höheren oder tieferen Temperaturen betrieben werden, der externe Siispensionsumlauf nicht nur nicht mehr vorteilhaft wie ein Teil des Reaktorinnenraumes wirki, sondern in ihm bei einer Arbeitstemperatur des Filters zwischen 353K und 473K sogar ein unerwünschter Reaktionsablauf wegen verminderter Katalysatoraktivität und/oder •Selektivität bewirkt oder begünstigt werden kann.

   In der DE 3233726 A1 ist ein Reaktor für diskontinuierliche, zeitlich genau limitierte Suspensionsprozesse dargestellt, mit welchem „ohno Zeitverzug nach Reaktionsende das Reaktionsprodukt über die Filterelemente vom Katalysator getrennt wird". Die als „flache Teilstücke oder als Filterkerzen" ausgeführten Filterelemente sind strahlenförmig am zentralen Ablaufdom innerhalb des Reaktorbodens befestigt. Weil mit diesem Reaktor „auf Filterelementen abgeschiedener Katalysator in der Reaktionsflüssigkeit suspendiert wird", kann er prinzipiell auch kontinuierlich ohne Verstopfung der Filterelemente betrieben werden. Die Wirkung des Reaktors, auf den Filterelementen abgeschiedene Katalysatorteilchen aufzuwirbeln, verhindert die Ausbildung eines für die "ollständige Abtrennung von Mikroteilchen notwendigen gleichmäßigen und stabilen Filterkuchens, so daß ein geringer Feststoffverlust bei der über lange Zeit andauernden kontinuierlichen Fahrweise zur Verarmung an vorwiegend hochaktiven Mikroteüchen im Reaktor führt. Der für die diskontinuierliche Betriebsweise erstrebte Effekt einer schnellen Filtration durch Freispülen der Filterelemente ist ein Nachteil für die kontinuierliche Betriebsweise. Es besteht außerden ι bei diesem Reaktor der von der Betriebsweise unabhängige Nachteil, daß die Filterelelemte den Reaktorinnenraum zum Boden hin abschirmen und deshalb im Bodenbereich eine Sedimentation an Feststoff auftreten kann.