DE1078545B

DE1078545B - Vorrichtung zur Durchfuehrung von chemischen Reaktionen zwischen gasfoermigen und fluessigen Medien

Info

Publication number: DE1078545B
Application number: DEB29032A
Authority: DE
Inventors: Hans Raeder
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1953-12-28
Filing date: 1953-12-28
Publication date: 1960-03-31

Description

Vorrichtung zur Durchführung von chemischen Reaktionen zwischen gasförmigen und flüssigen Medien Wird in einem Gefäß ein Gas mit einer Flüssilgkeit zwecks Vermischung oder zur Ausführung von Reaktionen zusammengebracht, so perlen meist Idie Gasblasen durch die Flüssigkeit, ohne daß eine vollständige Berührung stattfindet. Besonders nachteilig ist dies, wenn Reaktionen in Gegenwart eines Katalysators ausgeführt werden sollen, weil dann das Gas nur unvollständig mit dem Katalysator in Berührung kommt. Man hat daher schon vorgeschlagen, das Gas durch poröse Platten oder tangential angeordnete Düsen oder andere besondere Vorrichtungen in das die Flüssigkeit enthaltende Misch- bzw. Reaktionsgefäß einzubringen, um eine möglichst weitgehende Verteilung in der Flüssigkeit stattfinden zu lassen, damit möglichst alle Flüssigkeits- und Gasteilchen miteinander in Berührung kommen. Derartige Anordnungen sind aber meist umständlich und nicht immer betriebssicher.
Es wurde nun gefunden, daß eine Vorrichtung zur Durchführung von chemischen Reaktionen zwischen gasförmigen und flüssigen Medien, bei der die Flüssigkeit unter Druck aus mindestens einer Düse oder einem engen - Spalt in,das Gas hineinversprüht wird, dann besonders gute Vermischung ergibt, wenn in das die versprühte Flüssigkeit sammelnde Gefäß eine oder mehrere unten offene Glocken eingebaut sind und unmittelbar in den - Glockenhohlraum Zuführungsleitungen für Gas und Flüssigkeit münden.
-In einer erprobten Ausführungsform werden z. B. gasdichte Glocken, zweckmäßig in mehreren Etagen, iibereinander angeordnet. Es können an Stelle der Glocken auch andere ähnliche Vorrichtungen, z. B. offene Kästen, verwendet werden. Unter diesen glockenähnlichen Vorrichtungen finden sich ,die Enden der Zuführungsleitungen für die Flüssigkeit und das Gas. Die Austrittsstelle für die Flüssigkeit ist dabei vorteilhaft derart schlitzförmig ausgebilgdet, ,daß diese als dünner Film oder Schleier in das Gefäß gepreßt wird. Man verwendet Idabei praktisch am besten Scheiben, die mittels Federn aufeinandergepreßt werden. Die Flüssigkeit wird unter Druck in die Zuführungsleitung eingebracht und entweicht nach tberwindung des Federdruckes der aufeinandergepreßten Scheiben mit großer Geschwindigkeit am äußeren Rand der Scheiben. Es ist zur Verringerung des Staudruckes vorteilhaft, die Flächen der Scheiben nicht genau planparallel zu halten, sondern nach ,der Mitte zu in einem spitzen Winkel auseinanderlaufen zu lassen und die innere Eintrittskante für die Flüssigkeit etwas abzurunden. Um eine gewünschte Strahlrichtung zu erzielen, kann man diese Flächen in kegelförmig gestalteten Scheiben unterbringen. Man kann- auch Idie Flächen in Wellen- oder Zickzackform so ausführen, daß sich die Scheiben gegenseitig zentrieren. Der austretende Flüssigkeitsstrahl wird vor teilhaft auf den Rand der glockenartigen Vorrichtung, kurz Glocke genannt, gerichtet. Zweckmäßig wird dieser zackenförmig ausgeführt, wodurch das Entweichen größerer Gasblasen vermieden wird. Der Glockenrand kann auch mit einem Drahtgeflecht versehen sein, dessen Maschenweite der Viskosität ,der Flüssigkeit angepaßt wird. Der zwischen den Scheiben austretende Flüssigkeitsstrahl schlägt dann durch die Mschen des Drahtbcefleehtes feinste Gasbläschen aus dem gasgefüllten Innenraum der Glocke. Bei dünnflüssigen Flüssigkeiten verwendet man ein engmaschiges Drahtgeflecht. In dem Gasraum unter der Glocke zwingt der scheibenförmige Flüssigkeitsstrahl ganzfeine Gasbläschen durch die engen Maschen des Drahtgeflechtes. Das Gas tritt innerhalb der Glocke aus der Zuführleitung, zweckmäßig über dem Flüssigkeitsstrahl, auS. Der Gasaustritt kann dabei auch aus mehreren tffnungen erfolgen. Auch kann das Gas unter Druck aus der Leitung herausgepreßt werden. Gas und Flüssigkeit- werden mittels dieser Vorrichtung unter der Glocke derart fein verteiIt, daß sämtliche-Teilchen der Flüssigkeit und des Gases miteinander in innige Berührung kommen. Das Gas kann auch gemeinsam mit ider Flüssigkeit durch einen dünnen Spalt herausgepreßt werden.
Es ist von Vorteil, die zweckmäßig übereinander angeordneten Glocken an einem etwa senkrechten Rohr anzubringen und von unten nach oben immer größer werden zu lassen, damit die zwischen den Glocken gebildeten größeren Blasen unter die darüberliegende Glocke gelangen und dort wieder zerschlagen wenden.
Bei Ausführung exothermer Reaktionen kann die Glocke mittels eines Kühlmediums gekühlt werden.
Mitunter genügt es auch, sie mit wärmeableitenden Rippen auf der äußeren Oberfläche zu versehen.
Man arbeitet zweckmäßig mit einem inneren Kreislauf, indem man das Misch- oder Reaktionsgefäß mit einem Zylinder umgibt. Die Flüssigkeit steigt dann in dem inneren Teil des Zylinders, in dem sich die Glocken befinden, auf und fließt durch den Raum zwischen der Innenwand des Gefäßes und der äußeren Wand des eingebauten Zylinders wieder zurück.
Zwischen Gefäß- und Zylinderwand können Kühl-oder Heizvorrichtungen, z. B. Rohrschlangen, angeordnet sein. Der Zylinder kann Öffnungen besitzen, die so angeordnet sind, daß aus wider zurückfließenden, gegebenenfalls kalten Flüssigkeit Teilströme in das Inneredes Rohres, nach Möglichkeit unterhalb einer Glocke gelangen. Dabei werden größere Blasen gezwungen, unter die Glocke zu steigen, wo sie zerteilt werden.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist besonders geeignet zur Durchführung von Oxydationen von Kohlenwasserstoffen, von Kohlenoxydreduktion in flüssiger Phase, von Oxoreaktion und anderen Reaktionen von Gasen in oder mit Flüssigkeiten.
An Hand der Abbildungen ist eine solche Vorrichtung als Ausführungsbeispiel näher erläutert: Abb. 1 zeigt den Unterteil eines Reaktionsrohres im Längsschnitt. Das am Boden gasdicht befestigte Standrohr e besitzt am oberen Ende eine Scheibe.
Auf dieses Standrohr werden mehrere Rohre b, b' usw., die an beiden Enden Scheiben besitzen, aufeinandergestellt. Die Scheibenpaare sind mit einer gemeinsamen Zugstange c in der Mitte der Rohre elastisch durch eine oben befindliche Stopfbüchse s und Federscheiben d auf das Standrohr e am unteren Rohrdeckel f gespannt. Die Glocken g, g' und g" sind über den Scheibenpaaren a, a', a" an den Rohren gasdicht befestigt. Die unter Druck bei h eingeführte Flüssigkeit steigt in den Rohren aufwärts und preßt sich ,durch die Schlitze der Scheibenpaare a, a' und a".
Dabei werden die Enden der Scheibenpaare, die in Ruhestellung fest aufeinanderliegen, leicht geöffnet, indem sie den Druck der Feder d überwinden. Die Flüssigkeit entweicht in Form eines dünnen Schleiers mit großer Geschwindigkeit. Das Gas wird jeder Glocke von unten durch die jeweils unter der Glocke mündenden Rohre 1, 1' und 1" zugeführt. Ein Teil der Flüssigkeit fließt außerhalb ides mit Flüssigkeit gefüllten Zylinders q durch den Raums zurück. Das obere Ende des Zylinders q läßt zwischen dem Deckel des Reaktionsrohres und der Umkehrstelle der Flüssigkeit einen Abstand für einen Beruhigungsraum oder eine Entgasungszelle. Kleine Teile davon gelangen durch Öffnungen, von denen eine als P bezeichnet ist, unterhalb der Glocken inden Innenraum und lenken aufsteigende Gasblasen unter die nächsthöhere Glocke.
Abb. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Glocke g mit einem Scheibenpaara. In diesem Fall wird das Gas durch das zentrale Rohr I eingeleitet. Dieses Rohr ist mit der oberen Scheibe a verbunden. Die Federn n pressen die untere Scheibe gegen die obere Scheibe.
Das eingeführte Gas mischt sich mit der bei h zuge führten Flüssigkeit zwischen den Scheiben. Das Gemisch tritt durch den Schlitz der Scheibenpaare a aus. Die Glocke besitzt auf oder Oberfläche Rippen r, die bei der Verwendung der Vorrichtung für exotherme Reaktionen od. dgl. die von jeder Glocke aufgenommene Wärme in an sich bekannter Weise rascher an die umgebende Flüssigkeit abzugeben gestatten, besonders auch um keine lokalen Überhitzungen am Glockenrand auftreten zu lassen.
Beispiel In ein zylindrisches Reaktionsgefäß von 4 m3 Inhalt ist ein Rohr eingesetzt, dessen Durchmesser um ein Fünftel kleiner ist als der Innendurchmesser des Gefäßes. Das eingesetze Rohr ist gegenüber der inneren Höhe des Reaktionsgefäßes um etwa ein Viertel kürzer und Iderart angeordnet, ,daß zwischen Uden Rohrenden und dem Bodentbzw. Deckel des Gefäßes etwa gleich große freie Räume verbleiben. Im Innern des eingesetzten Rohres sind, wie es in Abb. 1 dargestellt ist, drei Glocken angeordnet. Unter einem Druck von 30 at werden stündlich 5 m3 Cyclohexan, das auf 1100 C erwärmt ist, durch die Leitung h und 100 mm Luft durch die Leitungen I, l', 1" in die Glockenhohlräume eingeführt. Ein Teil des Oxydationsgemisches entweicht mit dem verbliebenen Gas am oberen Ende des Gefäßes und wird in einem Abscheider in flüssige und gasförmige Anteile zerlegt. Das flüssige Gemisch wird durch die nachfolgende Destillation in unverändertes Cyclohexan und das Oxydationsprodukt getrennt. Das Cyclohexan führt man unter Druck wieder der Vorrichtung zu.
Bei einem innerhalbsdes Reaktionsgefäßes aufrechterhaltenen Kreislauf beträgt die Reaktionstemperatur 1400 C. Durch Vakuumdestillation wird im Anschluß an die Behandlung in derVorrichtungldasOxydationsprodukt in Cyclohexanol und Cyclohexanon zerlegt.
Es wurde festgestellt, daß die gasförmigen Anteile bei einer Arbeitsweise mit der Vorrichtung nach der Erfindung um 50°/o weniger Sauerstoff enthalten als mit bisher üblichen Vorrichtungen zum Stoffaustausch.
PATENTANSPROCHE: 1. Vorrichtung zur Durchführung von chemischen Reaktionen zwischen gasförmigen und flüssigen Medien, bei der die Flüssigkeit unter Druck aus mindestens einer Düse oder einem engen Spalt in das Gas hinein versprüht und in einem Gefäß gesammelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in das die versprühte Flüssigkeit sammelnde Gefäß ein oder mehrere unten offene Glocken eingebaut sind und unmittelbar in den Glockenhohlraum Zuführungsleitungen für Gas und Flüssigkeit münden.

Claims

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ,daß in ein vorzugsweise zylindrisches die versprühte Flüssigkeit aufnehmendes Standgefäß mehrere nach unten offene Glocken von gegebenenfalls unterschiedlichem Durchmesser übereinander angeordnet sind, gdie die aus den Zuführungsleitungen austretenden, zu mischenden gasförmigen und flüssigen Medien kurzzeitig aufnehmen.

3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Flüssigkeit in jeden Glockenhohlraum über vorzugsweise kreisringförmige, etwa gegen den unteren Glockenrand gerichtete Spaltöffnungen (a) erfolgt, ,die aus z. B. paarweise konzentrisch übereinandergesetzten, gegebenenfall,s stumpfkegeligen Scheiben gebildet werden, wobei diese Scheiben von einem ein- oder mehrteiligen, senkrechten, der Zuführung der in die Glocken unter Überdruck einzubringenden Flüssigkeit dienenden Standrohr (b) getragen werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die kreisringförmigen Spaltöffnungen (a) bildenden, mit einem ein oder mehrteiligen Standrohr (b) verbundenen Scheiben im Sinne der Schließung der Spaltöffnung unter Federdruck stehen.

5. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Spaltöffnung (a) bildenden Scheiben zur Mittelachse hin in einem spitzen Winkel auseinanderlaufen und Idaß ihre Flächen oder lediglich ihre die Spaltöffnungen bildenden Ränder zickzack- oder wellenförmig ausgebildet sein können.

6. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Glockenrand zackenförmig ausgebildet oder mit einem Drahtgeflecht versehen ist.

7. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Glockenmantel, gegebenenfalls auch der Glockeuboden, mit wärmeableitenden Rippen versehen ist.

8. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der zu mischenden gasförmigen und flüssigen Medien über vorzugsweise konzentrisch ineinandergeschobene Rohre erfolgt und daß sie gemeinsam durch die kreisringförmige Spaltöffnung in den jeweiligen Glockenhohlraum gepreßt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 48 277, 361 642; französische Patentschrift Nr. 1 008 377; USA.-Patentschrift Nr. 2 527 689.