DE1136310B

DE1136310B - Vorrichtung zur Erzielung eines gleichmaessigen Stroemungsprofiles

Info

Publication number: DE1136310B
Application number: DEB57823A
Authority: DE
Inventors: Dr Georg Wiest; Dr Hermann Linge
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1960-05-12
Filing date: 1960-05-12
Publication date: 1962-09-13

Description

Vorrichtung zur Erzielung eines gleichmäßigen Strömungsprofiles Beim Durchfluß von Flüssigkeiten durch Röhren oder Reaktionsräume ist es schwierig, ein gleichmäßiges Strömungsprofil, d. h. eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit über den ganzen Querschnitt zu erhalten. Besonders bei Stoffen mit hoher Viskosität wird die von der Wand beeinflußte Randschicht so dick, daß die Verweilzeit der einzelnen Flüssigkeitsteilchen in dem Rohr- oder Reaktionsraum unterschiedlich ist und daß ein großer Anteil der Flüssigkeit erst nach längerer Zeit das Rohr oder den Reaktionsraum verläßt als die Anteile der Flüssigkeit aus der Mittelzone. Das ist in vielen Fällen unerwünscht, besonders dann, wenn beim Durchfließen des Rohres oder des Reaktionsraumes in der Flüssigkeit eine Reaktion vor sich geht, deren Fortschreiten von der Verweilzeit abhängig ist. Dies gilt z. B. für die meisten kontinuierlichen Polymerisations- oder Polykondensationsreaktionen bei der Herstellung hochmolekularer Verbindungen. Die austretende Schmelze besteht aus einer Mischung von höher- und niedermolekularen Anteilen und ist stark polymeruneinheitlich.
Es sind Versuche bekannt, in solchen Fällen ein gleichmäßigeres Strömungsprofil dadurch zu erzielen, daß man Störkörper einbaut. Als solche verwendet man Siebe, Blenden, Netze, Ringe oder andere Füllkörper, wie sie in Trennsäulen verwendet werden. Bei diesen Versuchen hat sich aber gezeigt, daß das Strömungsprofil trotzdem verzerrt bleibt oder aber, bei unregelmäßigen Füllungen, daß Flüssigkeitsbereiche in toten Winkeln zurückgehalten werden.
So ist es z. B. bekannt, zwei oder mehrere miteinander verbundene Hohlzylinder oder Hohlkörper eines beliebigen Profils zu einem Rohrbündel beliebiger Flächenausdehnung, vorzugsweise in sechseckiger Fläche, zu vereinigen, um die Randgängigkeit und Bachbildung in Füllkörpersäulen zu vermeiden.
Nachteilig hierbei ist aber, daß zwischen je drei aneinanderstoßenden Füllkörperringen enge Kanäle von etwa dreieckförmiger Gestalt entstehen. In diesen engen Kanälen werden Flüssigkeiten und zähe Schmelzen zurückgehalten, während sie durch den offenen Zylinderraum schneller hindurchströmen.
Es sind auch blockförmige Einbauten bekannt, die bei zähen Schmelzen im gleichen Sinne ungünstig wirken, weil die Schmelze infolge des Fehlens von seitlichen Durchbrüchen an den Wänden der blockförmigen Einbauten länger verweilt als in der Mitte. Dadurch tritt eine Störung der gleichmäßigen Strömung ein. Alle diese Anordnungen wirken daher bei der Durchströmung von hochviskosen Stoffen nur nachteilig.
Es wurde nun gefunden, daß man beim Durchfluß stark viskoser Flüssigkeiten durch Röhren oder Reaktionsräume dadurch ein gleichmäßiges Strömungsprofil unter Verwendung von in hexagonaler Anordnung zu Scheiben zusammengehefteten zylindrischen Füllkörpern erzielt, daß die Füllkörper in bekannter Weise mit in das Innere hineinragenden Wandausschnitten versehen sind und die Scheiben in den durchströmten Rohr- oder Reaktionsräumen in Abständen senkrecht zur Strömungsrichtung eingebaut sind, wobei die Scheiben aus zwei oder mehreren gegenseitig versetzten Schichten von mit Ausschnitten in der Wand versehenen Füllkörpern bestehen.
Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen bilden sich bei der Verwendung von Füllkörpern, die mit Ausschnitten in der Wand versehen sind, keine dreieckigen Kanäle aus, weil die Ausschnitte dies verhindern. Außerdem wird die durch die Vorrichtung fließende viskose Flüssigkeit durch die in das Innere des Füllkörpers hineinragenden Zungen an allen Stellen etwa gleich stark abgebremst.
Der Abstand dieser Scheiben soll zweckmäßig etwa das Doppelte der eigenen Dicke betragen, da sonst der Randeinfluß überkompensiert wird, d. h. daß sich die Flüssigkeit an der Wand schneller bewegt als in der Mitte. Für Fälle, in denen eine genaue Kompensation wichtig ist, ist der günstigste Abstand der einzelnen Scheiben durch Versuche festzustellen.
Die Scheiben müssen mindestens aus zwei Schichten bestehen, wobei die untereinanderliegenden Füllkörper gegenseitig versetzt sind.
Beispiel In einem senkrechten Glasrohr von 90 cm Länge und 8 cm Durchmesser werden 6 Scheiben aus hexagonal zusammengehefteten Füllkörpern mit Ausschnitten waagerecht angebracht. Die Füllkörper, aus denen die Scheiben bestehen, haben einen Durchmesser bzw. eine Höhe von 1,5 cm. Jede Scheibe besteht aus zwei Lagen dieser Füllkörper, so daß sie im Ganzen jeweils 3 cm dick ist. Der Abstand von Scheibe zu Scheibe beträgt 7 cm. Das Rohr wird mit einer farblosen, durchsichtigen Flüssigkeit von 250 Centipoise bis 15 cm oberhalb der obersten Scheibe gefüllt. Mit einer Kanüle wird nun 3 cm über der obersten Scheibe die gleiche Flüssigkeit, die mit Methylenblau angefärbt ist, so eingeführt, daß sie ein waagerecht liegendes Kreuz bildet. Dann läßt man aus einer Öffnung am unteren Ende des Rohres langsam Flüssigkeit auslaufen und füllt sie oben vorsichtig wieder nach. Die Auslaufgeschwindigkeit beträgt 100 cm pro Minute.
Die durch das Farbkreuz gekennzeichnete Flüssigkeitsschicht durchströmt nun innerhalb von 40 Minuten das Rohr, ohne sich stark zu verzerren.
An der unteren Scheibe angekommen, hat sie eine Schichtdicke von nicht mehr als 6 cm.
Wird der gleiche Versuch wie im vorstehenden Beispiel vorgenommen, jedoch ohne Einbauten, so verzerrt sich die gefärbte Flüssigkeitsschicht stark durch Voraneilen des mittleren Bereiches, so daß sich die gefärbte Schicht nach etwa 40 Minuten über die ganze Länge des Rohres verteilt hat.
Der Versuch wie im Beispiel wird wiederholt, jedoch mit sechs Schichten, bestehend aus Siebscheiben, im Abstand von 10 cm mit einer Maschenweite von 1 mm. Die gefärbte Flüssigkeitsschicht wird ebenfalls stark verzerrt, jedoch durch Voraneilen der Randzone und Zurückbleiben der Mittelzone.
Versuche mit unregelmäßiger Schüttung von Füllkörpem mit und ohne Ausschnitten in der Wand zeigen Verzerrungen der Flüssigkeitsschichtung durch Kanalbildungen, wie sie auch sonst aus Versuchen in Füllkörpersäulen bekannt sind; bei regelmäßiger Schichtung ohne Zwischenräume ergeben diese Füllkörper Verzerrungen durch Voraneilen der Randzonen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Vorrichtung zur Erzielung eines gleichmäßigen Strömungsprofils stark viskoser Flüssigkeiten beim Durchfluß durch Röhren oder Reaktionsräume unter Verwendung von in hexagonaler Anordnung zu Scheiben zusammengehefteten zylindrischen Füllkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllkörper in bekannter Weise mit in das Innere hineinragenden Wandausschnitten versehen sind und die Scheiben in den durchströmten Rohr- oder Reaktionsräumen in Abständen senkrecht zur Strömungsrichtung eingebaut sind, wobei die Scheiben aus zwei oder mehreren gegenseitig versetzten Schichten von mit Ausschnitten in der Wand versehenen Füllkörpern bestehen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 853 159; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 784 241; französische Patentschriften Nr. 542 902, 560 882.