DE1542234B1

DE1542234B1 - Drehtrommelreaktor

Info

Publication number: DE1542234B1
Application number: DE19661542234
Authority: DE
Inventors: Gunter Goossens
Original assignee: Inventa AG fuer Forschung und Patentverwertung
Current assignee: Inventa AG fuer Forschung und Patentverwertung
Priority date: 1965-09-08
Filing date: 1966-09-01
Publication date: 1970-09-03
Also published as: CH444126A; NL139897B; NL6612590A; BE686567A; GB1108626A; SE313803B; NO117913B; ES330926A1; AT269811B; US3443909A

Description

ι 2

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dreh- zuhaltende Verweilzeiten erfordern. In Reaktoren trommelreaktor zur kontinuierlichen Durchführung mit mechanischer Förderung läßt sich die Verweilchemischer Reaktion in Flüssigkeiten bzw. Flüssig- zeit unmittelbar mit der Bewegungsgeschwindigkeit keitsgemischen, die Viskositäten bis zu mehreren der Fördereinrichtung beeinflussen, tausend Poisen aufweisen können und deren Vis- 5 In der französischen Patentschrift 1331071 sowie kosität während der Reaktion gegebenenfalls stark in der deutschen Auslegeschrift 1207 349 werden zunimmt, wie beispielsweise bei der Herstellung Vorrichtungen zur Durchführung von Reaktionen in hochviskoser Kunststoffschmelzen. Flüssigkeiten mit zunehmender Viskosität beschrie-

So ist es bekannt, daß Polykondensationsprozesse, ben, bei welchen in einem länglichen Reaktionsgefäß

etwa zur Herstellung von linearen, gesättigten und io eine innen rotierende Trommel vorhanden ist.

ungesättigten Polyestern, Polyamiden, Polycarbo- Die französische Patentschrift 771016 insbeson-

naten usw. in Chargen durchgeführt werden können, dere bezieht sich auf eine innerhalb einer rotieren-

daß diese Herstellungsart jedoch Mängel anhaften, den Trommel angebrachte Wendel zur Förderung

z. B. ungleichmäßiger Ausfall der einzelnen Chargen. der Reaktionsmasse.

In kontinuierlichen Verfahren, mit denen diese 15 Bekannt ist zum Beispiel eine Ausführung, bei Mängel ausgeschaltet werden sollen, sind entspre- welcher in das viskose Reaktionsmedium rotierende chend hohe Anforderungen an die Gleichmäßigkeit Scheiben eintauchen, die an ihrem Umfang Schauder Reaktionsbedingungen zu stellen. Besonders die fein tragen, die derart verdreht sind, daß sie axial Verweilzeiten müssen in den einzelnen Verfahrens- zu fördern vermögen. Die Verweilzeit kann auch bei stufen konstant sein und stets unter Kontrolle bleiben, 20 dieser Vorrichtung nicht genau reguliert werden, da was in der Schlußphase, in der bereits eine hoch- keine zwangläufige Förderung besteht, viskose Schmelze vorliegt, besondere Schwierigkeiten Verbesserte Ausführungen dieses Grundtyps bebereitet. Weitere Schwierigkeiten bereitet die An- sitzen statt der Scheibe und Schaufeln in Längsrichpassung dieser Verfahrensstufe an den jeweiligen Be- tung unterbrochene oder über die ganze Länge triebszustand der übrigen vor- und nachgeschalteten 25 durchgehende Schneckengänge, die eine Zwangs-Anlageteile. An einem Reaktor für diese Phase des förderung und damit genaue Regulierung der VerProzesses sind daher die im folgenden aufgezählten weilzeit erlauben. Forderungen zu stellen: Ebenfalls bekannt sind Ausführungen mit zwei

a) die Verweilzeit des Reaktionsmediums soll be- oder mehreren ineinandergreifende Schnecken, die liebig gehalten werden können; eine einmal ein- 30 eine gleichmäßigere Schichtdecke des Reaktionsgestellte Verweilzeit muß absolut konstant mediums sowie bessere Durchmischung bewirken, bleiben; Sie haben jedoch den Nachteil größerer Kompliziert-

b) das Verweilzeitspektrum soll möglichst schmal heit.

sein; Hauptnachteil solcher Reaktoren sind die Forde-

c) der Inhalt an Reaktionsmedium soll verändert 35 rangen, die an die Präzision bei ihrer Herstellung gewerden können, womit eine veränderliche Ver- stellt werden müssen.

weilzeit bei gleichbleibendem Durchsatz wie Damit keine nennenswerten Leckströmungen auf-

auch ein veränderlicher Durchsatz bei gleich- treten, die das Verweilzeitspektrum verbreitern

bleibender Verweilzeit erreicht werden können; könnten, darf der Spalt zwischen den Schnecken-

d) Wärme-Zu- oder -Abfuhr durch die Reaktor- 40 gangen und der sie ganz oder teilweise umschließenwand soll möglich sein; den Gefäßwand nur sehr klein sein. Diese Forderung

e) das Reaktionsmedium soll eine möglichst große, ist besonders schwierig zu erfüllen, wenn die Reakfreie Oberfläche haben; toren bei relativ hohen Temperaturen (z. B. zwischen

f) möglichst alle Teile des viskosen Reaktions- 200 und 400° C) arbeiten müssen, wo etwaige Demediums sollen für möglichst lange Zeit an die 45 formationen des Reaktorgefäßes infolge ungleichfreie Oberfläche bzw. in deren Nähe gelangen. mäßiger Erwärmung berücksichtigt werden müssen,

Die Forderungen a) bis d) bezwecken eine gute weil Berührungen der Schnecken mit der Gefäß-Regel- bzw. Steuerbarkeit des Reaktionsprozesses, wand nicht eintreten dürfen.

sowie Gewährleistung der oben gestellten Gleich- Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine mäßigkeitsbedingungen zu erreichen. Die Forderun- 5° Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung von gen e) und f) sollen das Verdampfen von leichter chemischen Reaktionen in Flüssigkeiten, deren Vissiedenden Nebenprodukten oder Lösungsmitteln er- kosität während der Umsetzung zunimmt, bestehend leichtern. aus einer in einem langgestreckten Reaktorgefäß

Die bisher bekannten Konstruktionen von Reak- rotierenden offenen Trommel, wobei das Reaktortoren für die gleichen Aufgaben lassen sich in zwei 55 gefäß einen Mantelraum für ein Wärmeaustausch-Gruppen gliedern: mittel und im Bereich des einen Trommelendes eine

a) Reaktoren, in denen das Reaktionsmedium Zuleitung für das Reaktionsmedium, sowie in der durch natürliches Gefalle gefördert wird, wie Reaktorwandung eine Ableitung für gasförmige Rez. B. Dünnschichtverdampfer; aktionsprodukte aufweist. Diese Vorrichtung ist da-

b) Reaktoren, in denen das Reaktionsmedium 60 durch gekennzeichnet, daß die Trommel (2) auf ihrer mechanisch gefördert wird. Innenseite eine eingeschweißte Blechwendel (3) ent-

Hauptnachteil der Reaktoren ohne mechanische hält und daß die Trommel auf der Seite, an welcher

Förderung ist die schlechte Regel- bzw. Steuerbarkeit die Zuleitung (5) für das Reaktionsmedium an die

der Verweilzeiten. Das Fließverhalten ändert sich mit Außenseite der Trommel vorgesehen ist, am Reaktor-

der Viskosität. Die Fließgeschwindigkeit kann von 65 gefäß abdichtend angebracht ist, wobei die Ableitung

außen nur schwer beeinflußt werden. Dieser Nachteil (6) der nicht gasförmigen Reaktionsprodukte mit

ist so schwerwiegend, daß Reaktoren dieser Gruppe dem Trommelinnenraum auf derselben Seite in Ver-

nicht anwendbar sind in allen ,Fällen, die genau ein- bindung steht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Blechwendel mindestens einmal unterbrochen.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die Innenwand der Drehtrommel zwischen den Gängen der Blechwendel mit Schaufeln oder anderen oberflächenvergrößernden Einbauten versehen ist.

F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt.

Die beiderseits offene Drehtrommel 2 enthält die innen eingeschweißte Blechwendel 3. Die Drehtrommel wird vom Reaktorgefäß 4 gänzlich umschlossen. Das Einhalten eines feinen Spaltes zwischen drehendem Teil und Reaktorwand ist im Gegensatz zu den Schneckenreaktoren des Standes der Technik nicht erforderlich, womit deren Hauptnachteil nicht mit übernommen wird. Da die Blechwendel auf ihrer ganzen Länge dicht mit der Trommelwand verschweißt ist, treten überhaupt keine Leckströmungen auf, was einen großen Vorteil gegenüber den oben beschriebenen Schneckenreaktoren bedeutet, vor allem in Anbetracht des Umstandes, daß gleichzeitig eine Zwangsförderung des Reaktionsmediums ermöglicht wird. Außerdem ist ein sehr hoher Füllungsgrad, d. h. eine sehr gute Ausnutzung des Innen- raumes durch das Reaktionsgemisch gegeben.

Die Viskosität des Reaktionsmediums kann während dessen Verweilzeit im Reaktor sehr stark zunehmen, z. B. um den Faktor 10, ohne daß irgendwelche Nachteile auftreten.

Das Produkt 1 tritt durch den Stutzen 5 in das Reaktorgefäß 4 ein, womit es sich zwischen dessen Wand und der Außenfläche der Drehtrommel 2 befindet. Es umspült die Trommel teilweise und überträgt Wärme zwischen den beiden Wänden. Reicht diese Wärmeübertragung nicht aus, so kann die Trommel gegebenenfalls gesondert beheizt oder gekühlt werden.

Das Reaktionsmedium gelangt von hier aus in den Raum la links vor der Trommel und damit in die Gänge, welche von der Wendel 3 gebildet werden. Da es von der langsam rotierenden Trommelwand stets abfließt und deren tiefster Stelle zustrebt, bildet sich eine Reihe von völlig voneinander getrennten Flüssigkeitsvolumina Ib aus, welche zwangsweise nach oben rechts gefördert werden und aus dem rechten Trommelende in den Raum Ic fließen, aus welchem sie mittels Austragapparat 7 durch den Produktaustrittsstutzen 6 aus dem Reaktor geschleust werden.

An Innen- und Außenwand der Trommel 2 sowie an der Blechwendel 3 bleibt stets ein Film aus Reaktionsmedium haften, der durch erneutes Eintauchen nach einer Umdrehung ausgewechselt wird (Fig. 3). Wie die in F i g. 3 eingezeichneten Pfeile veranschauliehen, ist die Umwälzung des kompakt bleibenden Mediums ebenfalls sehr gut, da eine gewisse Rollbewegung des im Trommelinnern befindlichen Mediums eintritt. Am Trommelein- und -austritt wird die Höhe der Blechwendel zu- bzw. abnehmend gestaltet (Fig. 2), wobei die Höhenzu- bzw. -abnähme auf 360 Winkelgrade verteilt wird, um Niveauschwankungen in den Räumen la und Ic durch plötzliches Schöpfen bzw. Freigeben der Flüssigkeitsvolumina 1 b zu vermeiden, wie es bei senkrechten Endkanten des Wendeis auftreten würde. Durch diese Maßnahme wird der Zu- und Abfluß der Trommel stetig.

F i g. 4 zeigt eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dargestellt ist lediglich die Drehtrommel im Querschnitt. An der Innenwand 13 sind in Längsrichtung verlaufende Schaufeln 14 eingeschweißt, die von den Gängen der Blechwendel 3 (Zeichnung 1) unterbrochen werden. Bei der Rotation der Trommel nehmen die Schaufeln einen Teil 16 des Reaktionsmediums 15 mit in die Höhe und lassen ihn dann in Form eines Filmes sowie dünner, frei fallender Fäden 17 wieder herablaufen. Hierbei wird die freie Oberfläche des Reaktionsgemisches stark vergrößert und außerdem die Durchmischung verbessert. Selbstverständlich können an Stelle der Schaufeln auch andere oberflächenvergrößernde Einbauten angebracht werden.

Der Drehtrommelreaktor gemäß F i g. 1 stellt ein Kaskadensystem aus drei Abteilungen la, Ib, Ic dar, in dessen mittlerer und größter Abteilung 1 b reine Pfropfenströmung herrscht. Es ist möglich, auch die Abteilung Ib in beliebig viele Kammern einer Kaskade aufzuteilen. Dies geschieht durch Unterbrechungen der Blechwendel.

Die bei der Reaktion entstehenden und abzuführenden Dämpfe und Gase werden durch den Stutzen 8 abgeleitet. Das gesamte Reaktorgefäß ist mit einem Heiz- oder Kühlmantel 9 umgeben. Das Heiz- bzw. Kühlmittel wird durch die Stutzen 10 zu- bzw. abgeführt.

Die Verweilzeit des Reaktionsmediums im Reaktor wird zur Hauptsache mit Hilfe der Trommeldrehzahl reguliert. Von ihr hängt die Verweilzeit in der weitaus größten Abteilung 1 b direkt ab. Die Verweilzeit in den Abteilungen la und Ic ist auch von der durchgesetzten Menge je Zeiteinheit abhängig. Letztere kann frei verändert werden. Steigt das Niveau 11 in Abteilung la, so steigt es auch in Ib bei gleichbleibender Förderzeit durch den Reaktor.

Die Füllstände in la (11) und Ic (12) können mit Hilfe von Niveaugebern, z.B. Schwimmern, gesteuert werden, wobei der Geber in 1 α den Zufluß und der in Ic die Leistung der Austragvorrichtung 7 regeln könnte. Damit sind Durchsatz und Verweilzeit weitgehend unabhängig voneinander steuerbar, so daß sich die Fahrweise des Reaktors dem jeweiligen Betriebszustand der übrigen Anlagenteile anpassen läßt.

F i g. 5 zeigt einen Reaktor, in dem eine Meßsonde 18 z. B. zur Überwachung der Viskosität des Reaktionsgemisches während des Durchlaufes durch den Reaktor angeordnet ist. Für die Sonde, die in das in der Trommel befindliche Reaktionsmedium eintaucht, ist die Blechwendel 19 unterbrochen.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung von chemischen Reaktionen in Flüssigkeiten, deren Viskosität während der Umsetzung zunimmt, bestehend aus einer in einem langgestreckten Reaktorgefäß rotierenden offenen Trommel, wobei das Reaktorgefäß einen Mantelraum für ein Wärmeaustauschmittel und im Bereich des einen Trommelendes eine Zuleitung für das Reaktionsmedium, sowie in der Reaktorwandung eine Ableitung für gasförmige Reaktionsprodukte aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (2) auf ihrer Innenseite eine eingeschweißte Blechwendel (3) enthält und daß die Trommel auf der Seite, an welcher die

Zuleitimg (5) für das Reaktionsmedium an die Außenseite der Trommel vorgesehen ist, am Reaktorgefäß abdichtend angebracht ist, wobei die Ableitung (6) der nicht gasförmigen Reaktionsprodukte mit dem Trommelinnenraum auf derselben Seite in Verbindung steht.

2. Vorichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechwendel mindestens einmal unterbrochen ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand der Drehtrommel zwischen den Gängen der Blechwendel mit Schaufeln oder anderen oberflächenvergrößernden Einbauten versehen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen