DE1542213B2

DE1542213B2 - Rohrförmiger Reaktor

Info

Publication number: DE1542213B2
Application number: DE1542213A
Authority: DE
Inventors: Richard Babington Knebworth Winn (Grossbritannien)
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1964-08-06
Filing date: 1965-08-06
Publication date: 1974-07-04
Also published as: US3434804A; AT264474B; DE1542213C3; GB1089397A; CH437218A; DE1542213A1

Description

Die Erfindung betrifft einen rohrförmigen Reaktor mit achsenparallel angeordnetem, sich im wesentlichen über die Rohrlänge erstreckendem Rührer für die Durchführung chemischer Prozesse, wobei der Rührer wenigstens zwei miteinander verbundene radial angeordnete Schenkel besitzt, die sich parallel entlang der Rührerachse erstrecken und deren Breite derart ist, daß bei der Drehung des Rührers der äußere Durchmesser des durch die Drehung der Schenkel um die Rührerachse gebildeten Ringes mindestens 60% des Rohrinnendurchmessers und die Dicke des Ringes mindestens 50% des Rohrinnenradius beträgt.

Eine solche Vorrichtung ist in der USA.-Patentschrift 2 844 607 beschrieben. Beim kontinuierlichen Betrieb von rohrförmigen Reaktoren ist es erwünscht, daß das einer Umsetzung zu unterwerfende Material möglichst gleichmäßig durch den Reaktor hindurchgeht, d. h. also, daß alle Materialteilchen zu jedem Zeitpunkt die gleiche Geschwindigkeit aufweisen. Diese Bedingungen eines idealen rohrförmigen Reaktors werden in der Praxis nur näherungsweise erreicht. Dies gilt insbesondere dann, wenn während der Reaktion gerührt werden muß, d. h. also, daß im rohrförmigen Reaktor ein Rührer angeordnet ist. Versuche haben gezeigt, daß bei einem gerührten rohrförmigen Reaktor der in der USA.-Patentschrift 2 844 607 beschriebenen Art die Strömungsbedingungen weit vom Idealzustand entfernt sind.

Der vorliegenden Erfindung lag nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen rohrförmigen Reaktor der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, der wesentlich besser den Bedingungen eines idealen rohrförmigen Reaktors angenähert ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem rohrförmigen Reaktor der eingangs bezeichneten Art an der Außenkante jedes Schenkels ein Flansch vorgesehen ist.

Unter dem Wort »Flansch« sind gemäß dem Lexikon »Brockhaus« abstehende Teile im weitesten Sinne zu verstehen.

Von den zahlreichen möglichen Flanschformen wird diejenige bevorzugt, bei der die der Innenwand des rohrlörmigen Reaktors zugewandte Oberfläche der Flansche gekrümmt ist. Dabei wird es besonders bevorzugt, daß die Krümmung der der Innenwand des rohrförmigen Reaktors zugewandten Oberfläche der Flansche der Zylindermantelfläche entspricht, die beim Drehen des Rohres durch die Außenkante der Schenkel beschrieben wird.

Um die bessere Annäherung an ein ideales Strömungsverhalten in einem rohrförmigen Reaktor, das gemäß der Erfindung erreicht wird, zu zeigen, wurde ein rohrförmiger Reaktor mit einer Länge von etwa 108 cm und einem Innendurchmesser von etwa 6,4 cm mit Wasser unter einer Geschwindigkeit von 40 cnVVh beschickt. Dabei wurde der Rührer mit 500 u/min in Drehung versetzt. Bei dem Versuch gemäß dem Stande der Technik wurde ein der Achslänge des rohrförmigen Reaktors entsprechender Rührer verwendet, der lediglich 4 von der Achse abstehende plattenförmige Schenkel aufwies. Beim erfindungsgemäßen Versuch wurde ein ähnlicher Rührer verwendet, der jedoch nur 3 Schenkel aufwies, wobei an einem jeden Schenkel gemäß der Erfindung ein Flansch vorgesehen war. Dem Wasser wurde ein Tropfen eines Markierungsfarbstoffes zugesetzt, und dann wurde der Austritt des Farbstoffes aus dem Reaktor in dem den Reaktor durchströmendem Wasser beobachtet. Beim erfindungsgemäßen Rührer ergab sich eine mittlere Verweilzeit von etwa 80 Sekunden. Die ersten Farbstoffspuren waren nach 50 Sekunden und die letzten Farbstoffspuren nach 140 Sekunden zu sehen. Der Farbstoffaustritt dauerte also 90 Sekunden, was dem 1,125-fachen der mittleren Verweilzeit entspricht. Demgegenüber wurde beim Rührer des Standes der Technik eine mittlere Verweilzeii von 60 Sekunden festgestellt. Die ersten Farbstoffspuren traten bereits nach 15 Sekunden und die letzten Farbstoffspuren nach 175 Sekunden auf. Der Farbstoffdurchgang dauerte also hier 160 Sekunden, was das 2,7-fache der mittleren Verweilzeit bedeutet. Es ist also ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Rührer eine Strömung ergibt, die wesentlich mehr der Strömung in einem idealen rohrförmigen Reaktor entspricht.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigt"

Fig. 1 eine Ausführungsform eines Rührers für einen erfindungsgemäßen Reaktor,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Reaktor, in welchen der Rührer von F i g. 1 eingesetzt ist,

Fig. 3 einen Querschnitt an der Linie A-A von Fig. 2,

Fig. 4 einen anderen Rührer eines erfindungsgemäßen Reaktors in perspektivischer Darstellung,

Fig. 5 einen Längsschnitt-durch einen erfindung'igemäßen Reaktor in welchem ein Rührer eingesetzt ist, der in seiner äußeren Form dem Rührer von F i g. 4 entspricht, ^! ·

F i g. 6 eine weitere Ausführungsform eines Rührers für einen erfindungsgemäßen Reaktor,

Fig. 7—10 Querschnitte durch spezielle Rührerformen.

Der Rührer von Fig. 1 besitzt zwei Schenkeil, die jeweils mit einem Ende an einer Stange 2 befestigt sind, welche auf einer Welle 3 sitzt. Jeder Schenkel besitzt an seiner äußeren Kante einen

Mansch 3 Α.. ·:.ο daß jeder gaiair-xLn- :idu.nkci einen ϊ-förmigen Querschnitt besitzt. Der Reaktor von Fig. 2 besitzt die Form eines Rohres 4, das mit einer Einlauföffnung 5 sowie einer Auslaßöffnung 6 versehen ist. Der Rührer, der demjenigen von F i g. L entspricht, sitzt mit seiner Welle 3 in Lagern 7, welche in den Stirnwänden 8 des rohrförmigen Reaktors angeordnet sind. Beim Drehen wird ein Ring 9 erzeugt, der in Fig. 3 in gestrichelten Linien dargestellt ist. Der Ring besitzt einen Außendurchmesser (2 χ A) von wenigstens 60% des Innendurchmessers des rohrförmigen Reaktors (2 χ B). Wenn der Außendurchmesser des Ringes kleiner als 60% ist, dann wird das Strömungsverhalten im rohrförmigen Reaktor schlechter. Aus dem gleichen Grunde ist es erforderlich, daß die Dicke des Ringes C wenigstens 50% des Radius des rohrförmigen Reaktors beträgt. Der Außendurchmesser des Ringes 9 sollte wenigstens vorzugsweise 75 % und insbesondere 85 bis 98 % des Innendurchmessers des rohrförmigen Reaktors betragen. Es wird weiterhin bevorzugt, daß die Dicke des Ringes C wenigstens 60 % und insbesondere wenigstens 75 % des Radius des rohrförmigen Reaktors ausmacht.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines Reaktors, bei der der Raum zwischen den Schenkeln mit einem Kern aufgefüllt ist, um zu vermeiden, daß Teile des durch den Reaktor hindurchgehenden Materials nicht gerührt werden. Die geflanschten Schenkel 11 des Rührers sind einstückig mit einem Kern 12 ausgebildet.

Der Kern braucht jedoch nicht einstückig mit den Schenkeln ausgebildet zu sein, und es ist außerdem nicht nötig, daß er starr mit dem Rührer verbunden ist.

Der Kern kann hohl sein, um den Durchtritt eines Heiz- oder Kühlmediums zu ermöglichen, oder um das Reaktionsmedium zu- oder abzuführen. Fig. 5 zeigt eine entsprechende Ausführungsform, bei dem ein rohrförmiger Reaktor 13 mit einem zentralen hohlen Stator 14 versehen ist, durch den das Reaktionsmedium in das Gefäß eintreten kann. Eine Auslaßöffnung 15 ist in der Stirnwand 16 des Reaktors vorgesehen, so daß das Medium an der selben Seite des Reaktors eingeführt und abgenommen werden kann. Der Rührer, der auch hier zwei geflanschte Schenkel aufweist, wird über einen Ring 18 von einem Lager 19 gehalten. Am anderen Ende wird der Rührer durch eine.Scheibe 20 gehalten, welche mit einer in einem Lager 22 gelagerten Welle 21 verbunden ist. Die Scheibe 20 ist mit einem zentralen kegelförmigen Vorsprung 23 versehen, der dafür sorgt, daß das aus dem hohlen Stab 14 austretende Reaktionsmedium in radialer Richtung in den Reaktor umgelenkt wird.

Wenn ein Kern vorhanden ist, so sollte dieser vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen und einen Durchmesser von weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% des Innendurchmessers des rohrförmigen Reaktors haben.

Die bi:in./ beschriebenen Rüh/vciriehiungcn weisen lediglich zwei geflanschte Schenkel auf. Es können natürlich auch mehrere Schenkel mit Flanschen vorhanden sein. Es wurde insbesondere gefunden, daß Systeme mit 3 oder 4 gleichmäßig verteilten geflanschten Schenkeln gute Ergebnisse zeitigten. Insbesondere besitzen Rührer mit 3 Schenkeln, die an einem festen Kern angebracht sind, ein gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Ein derartiger

ίο Rührer ist in Fig. 6 perspektivisch und in Fig. 7 im Querschnitt dargestellt.

Der Rührer von Fig. 6 besitzt drei Schenkel 24, die um einen zentralen Kern verteilt angeordnet sind, der zugleich als Achse dient. Jeder Schenkel besitzt an seiner äußeren Kante einen Flansch 26.

Die Fig. 8 bis 10 zeigen weitere Querschnitte durch weitere Ausführungsformen von Rührern für den erfindungsgemäßen Reaktor.

Die Außenflächen der Flansche sind bei den

ao Fig. 8 bis 10 gekrümmt. Sie sind mit ihrer Krümmung der Innenwand des Reaktors angepaßt. Bei Rührern mit Querschnittsformen von Fig. 7 und Fig. 8 können bei der Stelle 28 leicht Totstellen, d. h. nicht von der Rührwirkung betroffene Stellen" auftreten. Vorzugsweise sollen deshalb'die unteren Kanten der Flansche derart geneigt sein, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Eine besonders gute und von Totstellen freie Rührwirkung wird durch einen Rührer mit einem Querschnitt gemäß Fig. 10 erhalten.

Die Schenkel können perforiert sein. Hierdurch wird der Grad der Vermischung des Mediums erhöht und das Gewicht des Rührers verringert.

Die Geschwindigkeit, mit der die Rührvorrichtung gedreht wird, hängt natürlich von verschiedenen Faktoren ab, wie z. B.

a) der Art des durchzuführenden Verfahrens;

b) der Beschaffenheit, insbesondere der Viskosi- ^₀ tat, des Reaktionsmediums;

c) dem Betrag der Scherwirkung, dem das Reaktionsmedium ausgesetzt werden soll; und

d) den Abmessungen und der Größe des Reaktors.

Generell sollte der Rührer mit solcher Geschwindigkeit gedreht werden, daß das Reaktionsmedium in eine turbulente Strömung gerät. Durch einfache Versuche läßt sich die optimale Geschwindigkeit für ein beliebiges Verfahren leicht bestimmen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders zum Ausführen chemischer Reaktionen und insbesondere für Polymerisationsreaktionen. Ein erfindungsgemäßer Reaktor für die Verwendung bei Polymerisationen kann entlang seiner Länge Zuführöffnungen, beispielsweise für Katalysatoren, Farbstoffe u. dgl. enthalten.

Bei Systemen, bei denen eine Gasphase und eine flüssige Phase vorhanden sind, übt der Rührer einen »Spritzeffekt« aus, der einen guten Kontakt zwischen dem Gas und der Flüssigkeit gewährleistet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rohrförmiger Reaktor mit achsenparallel angeordnetem, sich im wesentlichen über die Rohrlänge erstreckendem Rührer für die Durchführung chemischer Prozesse, wobei der Rührer wenigstens zwei miteinander verbundene radial angeordnete Schenkel besitzt, die sich parallel entlang der Rührerachse erstrecken und deren Breite derart ist, daß bei der Drehung des Rührers der äußere Durchmesser des durch die Drehung der Schenkel um die Rührerachse gebildeten Ringes mindestens 60% des Rohrinnendurchmessers und die Dicke des Ringes mindestens 50⁰Ai des Rohrinnenradius beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenkante jedes Schenkels ein Flansch vorgesehen ist.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Innenwand des rohrförmigen Reaktors zugewandte Oberfläche der Flansche gekrümmt ist. ao

3. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der der Innenwand des rohrförmigen Reaktors zugewandten Oberfläche der Flansche der Zylindermantelfläche entspricht, die beim Drehen des Rohres durch die Außenkante der Schenkel beschrieben wird.