DE1442735A1 - Fluessigkeitsring-Kaskaden-Reaktor - Google Patents

Description

• Flüssigkeitsring-Kaskaden-Reaktor Ein Reaktionsgefäß zur Durchführung chemischer Reaktionen in flüssigem Grundmedium soll folgenden Anforderungen genügen: 1. Die Verweilzeit des Reaktionsgemisches soll beliebig gehalten werden können.
• 2. Das Verweilzeitspektrum soll möglichst schmal sein.
• 3. Der Wärmeübergang soll möglichst gut sein.
• 4. Es sollen sehr große Heiz- bzw. Kühlflächen vorhanden sein.
• 5. Das Reaktionsmedium soll eine sehr große Oberfläche haben.
• 6. Es soll ein intensiver Stoffaustausch möglich sein.
• 7. Der Inhalt an Reaktionsgemisch soll verändert werden können, womit auch eine veränderliche Verweilzeit bei gleichbleibendem Durchsatz, wie auch ein veränderlicher Durchsatz bei gleichbleibender Verweilzeit gegeben ist.
• 8. Es soll die Möglichkeit gegeben sein, neben Flüssigkeit auch Feststoffe einzutragen.
• Zur Lösung dieser Aufgabe sind bisher z.B. Rthrkesselkaskaden bekannt, wobei die Kaskade auch in einem Apparat, in Form von Überlaufkammern oder Böden untergebracht sein kann. Die geforderten guten thermodynamischen Verhältnisse werden durch besondere Einbauten, wie zusätzliche Wärmeaustauschflächen und sehr intensiv wirkende Rührorgane erreicht. Der. Aufbau wird dadurch meist sehr kompliziert.
• Stetige Anpassung des Durchsatzes wird in Überlaufkammern oder Böden nicht erreicht.
• Bekannt sind auch Kaskaden-Dünnschicht- und Sprühverdampfer, die zwar schmale Verweilzeitspektren gewEhrleisten, doch in der Gesamtverweilzeit auf kurze Zeiträume beschränkt sind.
• Außerdem eignen sie sich nicht für der Feststoffeintrag.
• Gegenstand der Erfindung ist ein Fiüssigkeitsring-Kaskaden Reaktor zur Durchführung chemischer Reaktionen in flüssigem Grundmedium mit einem äußeren Mantelraum für ein Wärmeaustauschmittel und Zu- und Ableitungen für die Reaktionsmedien, das dadurch gekennzeichnt ist, daß der Reaktorraum aus mehreren, übereinander angeordneten, durch zylindrische prabolisch abgestufte Einschnürungen miteinander verbundenen Ringkammern (3) besteht und daß in dem Reaktonsraum zentral eine mit an der Drehachse (12) befestigten, konische Ringe (4) tragenden und in die Ringkammern eintauchenden Flügel (1) ausgestattete Rührvorrichtung angeordnet ist.
• Die einzelnen Riflgkammern sind vorteilhafterweise mit Doppelmänteln 2a versehen, so daß sie beheizt oder gekühlt werden können, Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Ringkammern im Durchmesser von oben und unten stufenweise kleiner sind, so daß der Impeller als Ganzes von oben her eingebaut werden kann.
• Eine erfindungsgemäße Apparatur soll an Hand von Zeichnungen beschrieben werden. Dabei stellt Fig. 1 einen Flüssigkeitsring-Kaskaden-Reaktor im Schnitt und Fig. 2 ein Teil einer einzelnen Ringkammer ebenfalls im Schnitt dar.
• Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsring-Kaskaden-Reaktor besteht nach Fig. 1 aus einzelnen, durch die Drehung der Impellerflügel und die innern Wände 2 des Reaktors ge-@ldeten Ringkammern 3. Die Flügel 1 des Impellers tragen konische Ringe e 4 aus Blech, zwischen deren untern unten und den Kammerböden 5 bcpalten 6 offen bleiben, durch die das Reaktionsmedium hindurchtreton muss.
• Die einzelnen Kammern 3 können über die Zuleitung 7 und die Ableitung 8 geheizt oder gekühlt werden. Durch die Zuleitung 9 können in die einzelnen Kammern oder in die zwischen den Kammern sich befindenden Hälse irgendwelche flüssige oder gasförmige Su@stanz eingeführt werden. titer die Leitung 10 werden Abgase abgeführt, wArend die Leitung 11 dazu dient, Feststoffe gegbenenfalls. einzufLuircn.
• Der Irupcller stit den Flügeln 1 verzetzt das flüssige Roaktionsmedium in Rotation. Die Drehzahl des Impellers wird so gewählt, dass sich das entstehende Rotationsparaboloid der Oberfläche den parabolisch abgestuften Einschnürungen zwischen den Kammern anpasst und die aus der Flüssigkeitsoberfläche auftauchen lässt. So entsteht eine Xaskade ringförmiger, voneinander getrennter Flüssigkeitsvolumina.
• Sehr guter Wärmeübergang wird erreicht, als Folge der grossen Strömungsgeschwindigkeit entlang der Kammerwände 2. Infolge der Ringform der Kammern 3 werden Verhältnisse von benetzter Wandfläche zu Kammer-Nutzvolumen erreicht, die denen von Röhren-Wärmeaustauschern nahe kommen. Auch die VErbindungshälse zwischen den Kammern werden durch den Film des von einer in die nächste Kammer überlaufenden Produktes benetzt. Das Verhältnis von freier Oberfläche zu Nutzvolumen liegt zwischen den entsprechenden Werten fürgewöhniliche Rührwerksautoklaven und denen für Dünnschichtverdampfer. Die Hälse zwizchen den Kammern wirken als Dünnschichtverdampfer.
• Die Verhält=nisse für den Stoffaustausch liegen besonders günstig. weil instationkre Strömung vorliegt (wirbelbildung). Bei Versuchen mit einem Modell wirde die in Fig. 2 dargestellte, der Parabelform entgegengesetzte Oberflächenkrümmung des Reaktionsmediums ausserhalb der Impellerperipherie beobachtet. Diese Tatsache lässt darauf schliessen, dass die Strömung in der Kammer teilweise instationär ist, was wiederum einen guten Stoffaustausch erwarten lässt. Bei Zugabe einer färbenden Substanz zeigt es eich, dass tatsächlich eine äusserzt Gute und rasche Durchmischung erzielt wird.
• Verändert man den Produktinhalt des Roaktors, während der Durchsatz konstanz gehalten wird, so ändert sich im entsprechenden Masse die Verweilzeit. all der Durchsatz verändert werden, während die Verweilzeit unverändert bleibt, so kann dies auf gleiche Weise erreicht werden.
• Hierdurch ergibt sich eine flexible Anpassungsmöglichkeit des Reaktorbetriebes an den jeweiligen Betriebszustand eine Anlage, die mit dem Real-tor in VErbindung steht.
• Die Inhaltsänderung wird in einfacher Weise über die Impellerdrehzahl gesteuert, denn das Fassungsvermögen der Kammern ist von der letzteren abhängig. Fig. 2 zeigt eine die Formen verschiedener Flüssigkeitsoberflächen 12 die verschiedenen Drehzahlen (n1 <n2 <n3) und verschicdene Nutzinhalten entsprechen.
• Feststoffe können in üblicher Weise, wie bal einfachen Autoklaven bei Itl eingetragen werden. Sie fallen auf die oberste mit dem Impeller rotierenden konischen Scheiben 4a und gelangen von dort durch Flichkräfte in den obersein Flüssigkeitsring. Zur Zerkleinerung etwaiger Knollen kt;nnen geeignete Vorrichtungen la vorgeschen werden.
• Der Druchfluss den Reaktionsmediums geschicht von oben nach unten. Wird einer gefüllten Kammer zusätzlich Flüssigkeit oder reststoff zugeführt, z.D. bei ii in Fig. 1, so tritt gleich viel des Kammerinhaltes über die untere Kante 4 b der Kammer, als Film in den Verbindungshals und zur nächsten Kammer über. Die Kammerhälse wirken als Dünnschichtverdampfer.
• Durch die Besonderheit der Konzeption wird allen eingangs aufgezählten Forderungen in sehr hohem Mass entsprochen.
• Der beschriebene Apparat kann verwirklicht worden, unter ausschliesslicher Verwendung von Elementen, die scit langem im Bau von Rührwerksautoklaven üblich und daher erprobt sind. Die Impellerdrehzahlen übersteigen auch bei kleineren Auzführungen, z.B. bei 50 1 Nutzinhalt, nicht 200 UpM, so dass besondere Wellendichtungs- und Schwingungsprobleme nicht auftreten.

Claims (3)

1. P a t s n t a n s p r U e h e Flüssigkeitsring-Kaskaden-Reaktor zur Durchführung chemischer Reaktionen in flüssigem Grundmedium mit einem äußeren Mantelraum für ein Wärmeaustausehmittel und Zu- und AbleitunSon (9,10,11) für die Reaktionsmzdien, dadurch gekennzeichnot, daß der Reaktorraum aus mchreren, übereinander angeordneten, durch zylindrische parabolisch abgestufte Einschnärungen miteinander verbundenen Ringkammern (3) besteht und daß in der Reaktionsraum zentral eine mit an der Drchachse (12) befestigten, konische Ringe (4) tragenden und in die Ringkammern eintauchenden Flügel (1) ausgestattete Rührvorrichtung angeornct ist.
2. 2.) Flüssigkeitsring-Kaskaden-Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammern einzeln heiz- oder kühlbar sind.
3. 3.) Flüssigkeitzring-Kaskaden-Reakter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Ringkammern von oben nach unten stufonweise im Durchmesser kleiner werden