DE1542402C

DE1542402C - Reactor for the continuous implementation of reactions

Info

Publication number: DE1542402C
Authority: DE
Inventors: Jean Francois Tarbounech Philippe Yvon Lyon Roget (Frankreich)
Original assignee: Rhone Poulenc SA
Current assignee: Rhone Poulenc SA
Publication date: 1971-05-13

Description

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Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur kontinuier- flüssige Reaktionspartner und in seinem äußeren Beuchen Durchführung von Reaktionen zwischen Gasen reich koaxial zu den äußeren Rohren jeweils in die und Flüssigkeiten oder zwischen Flüssigkeiten, bei beiden zugehörigen Reaktionsräume hineinragende denen Dampf entweicht. Rohrstutzen für den Gasdurchtritt besitzt.The invention relates to a reactor for continuously liquid reactants and in its outer bulge Carrying out reactions between gases rich in coaxial with the outer tubes in each case and liquids or between liquids, protruding in both associated reaction spaces from which steam escapes. Has pipe socket for gas passage.

Bekanntermaßen besteht ein Stufenreaktor aus einer 5 Ein derartiger Reaktor ist insbesondere für zwischenAs is known, a stage reactor consists of a 5 Such a reactor is particularly suitable for between

Anzahl von Kammern mit Rührern, in denen die Kon- Flüssigkeiten unter Dampffreisetzung ablaufendenNumber of chambers with stirrers in which the con liquids run off with the release of steam

zentration der verschiedenen Bestandteile an jeder Reaktionen und für Reaktionen zwischen einem Gascentering of the different constituents in every reaction and for reactions between a gas

Stelle der Kammer die gleiche ist, so daß das aus jeder und einer Flüssigkeit geeignet, wobei gegebenenfallsPlace of the chamber is the same, so that the one out of each and one liquid suitable, with optionally

Kammer abströmende Produkt die gleiche Zusammen- zusätzlich ein mehr oder wenig feinverteilter FeststoffThe product flowing out of the chamber has the same aggregate - in addition, a more or less finely divided solid

Setzung hat wie das sich im Inneren befindliche Produkt. io vorhanden sein kann, der aus der Reaktion selbstSettlement has like the product inside. io may be present from the reaction itself

Es gibt bereits verschiedene Arten von Vorrichtun- stammt oder mit den Reaktionspartnern eingeführtThere are already different types of device originating or introduced with the reactants

gen, die entweder für Extraktionen, Absorptionen wird, wie es bei katalytischen Reaktionen der Fall ist.genes that are either used for extractions or absorptions, as is the case with catalytic reactions.

oder chemische Reaktionen konstruiert sind und die Der erfindungsgemäße Reaktor gestattet eine hervor-or chemical reactions are constructed and the reactor according to the invention allows an excellent

man unter dem allgemeinen Begriff der Stufenreak- ragende Zirkulation der Reaktionspartner und einenone under the general term of the step-reacting circulation of the reactants and one

toren zusammenfassen kann. ' 15 ausgezeichneten Wärmeaustausch.goals can summarize. '15 excellent heat exchange.

So ist bereits eine Kolonne (deutsche Auslegeschrift Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Reak-1124 021), die aus übereinander angeordneten Kam- tors ist vorgesehen, daß der im zentralen Bereich des rnern bzw. Reaktionsräumen besteht, die durch Loch- Bodens angeordnete und nach unten ragende Rohrplatten getrennt sind. Eine solche Kolonne eignet sich stutzen jeweils trichterförmig ausgebildet ist.
insbesondere für die Gegenstromextraktion von Flüs- 30 Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sigkeiten oder zur selektiven Absorption von Gas- ist im Bereich jedes Reaktionsraumes oberhalb der bestandteilen mittels einer Flüssigkeit, die mit der zu Wärmeaustauscheinrichtungen jeweils ein Rührer anbehandelnden Phase nur unvollständig mischbar ist geordnet.So there is already a column (German Auslegeschrift In a preferred embodiment of the Reak-1124 021), which consists of superimposed chambers that consists in the central area of the inner or reaction chambers, the one arranged by a perforated base and downwards protruding tube plates are separated. Such a column is suitable for connecting pieces, each funnel-shaped.
especially for the countercurrent extraction of liquids or for the selective absorption of gas is arranged in the area of each reaction space above the constituents by means of a liquid which is only incompletely miscible with the phase that treats a stirrer in each case with a stirrer.

und sich in der Dichte von ihr unterscheidet. Bei einer An Hand der Zeichnungen werden beispielsweiseand differs from it in density. For example, when using the drawings

derartigen Kolonne ist eine besondere Vorrichtung 25 Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung näherSuch a column is a particular device 25 embodiments of the present invention in more detail

zum Beheizen oder Kühlen nicht vorgesehen. veranschaulicht.not intended for heating or cooling. illustrated.

Es ist weiterhin ein Reaktor für die kontinuierliche · F i g. 1 zeigt im Axialschnitt eine Reaktorstufe n; It is also a reactor for continuous · F i g. 1 shows in axial section a reactor stage n;

Behandlung von Flüssigkeiten, insbesondere von F i g. 2 zeigt einen Gegenstromreaktor;Treatment of liquids, in particular of FIG. 2 shows a countercurrent reactor;

Fetten und ölen, mit einer aus einer Welle und meh- F i g. 3 zeigt einen Gleichstromreaktor;Grease and oil, with one of a shaft and meh- F i g. 3 shows a direct current reactor;

reren an verschiedenen Stellen der Welle befestigten 30 F i g. 4 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform reren at different points of the shaft 30 fastened F i g. 4 shows a modified embodiment

Rühreinheiten bestehenden Rührvorrichtung bekannt des Trichters des mittleren Rohransatzes; ,Mixing units existing stirring device known of the funnel of the middle pipe socket; ,

(deutsche Patentschrift 955 411), bei der die Rühr- F i g. 5 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform(German Patent 955 411), in which the stirring F i g. 5 shows a modified embodiment

einheiten als einander gegenläufige Wendeln ausge- eines Reaktors mit einem Rührer; units as opposing coils from a reactor with a stirrer;

bildet sind. Außerdem hat der Reaktor Außenum- Fig. 6 ist ein Schnitt längs der Linie A-A vonforms are. The reactor also has an exterior circumference. FIG. 6 is a section along line AA of FIG

hüllungen für den Wärmeaustausch. Ein derartiger 35 Fig. 1. sheaths for heat exchange. Such a 35 Fig. 1.

Reaktor ist nur für Produkte mit einer ziemlich hohen Der in den F i g. 2 und 3 dargestellte erfindungs-The reactor is only suitable for products with a fairly high der in FIGS. 2 and 3 illustrated invention

Zähigkeit, beispielsweise öle oder Fette, einsetzbar. gemäße Reaktor ist eine aus mehreren Stufen zusam- Toughness, for example oils or fats, can be used. according to the reactor is one of several stages

Darüber hinaus ist mit ihm ein relativ großer Wärme- mengesetzte Kolonne, wie sie in F ig. 1 schematischIn addition, it is a relatively large heat-generating column, as shown in Fig. 1 schematically

austausch, insbesondere bei Kolonnen mit sich ändern- gezeigt ist. Die Stufen sind übereinander angeordnet exchange, especially in columns with changing is shown . The steps are arranged one above the other

den Durchmessern, nicht möglich. 40 und durch Böden 1 getrennt. Jeder Boden 1 ist mitthe diameters, not possible. 40 and separated by floors 1. Each floor 1 is with

Eine weitere bekannte Kolonne (USA.-Patentschrift einem mittleren Rohrstutzen für den Durchtritt von 2 833 527) ist eine Lochplattenkolonne für die Kon- Flüssigkeit und mit über einen Bereich konzentrisch taktierung von Flüssigkeit und Gas, die mit Rück- zu dem Rohrstutzen 2 verteilten Rohrstutzen für den laufrohren versehen ist. Die Platten sind mit Heiz- Durchtritt der Gasphase versehen. Die Rohrstutzen 3 schlangen versehen. Die Vorrichtung ermöglicht zwar 45 stehen auf jeder Seite des Bodens 1 vor. Ihr Durcheinen guten Wärmeaustausch, jedoch ist im Inneren messer ist kleiner als der des mittleren Rohrstutzens 2. jeder Stufe keine Einrichtung vorgesehen, mit der ein Der Rohrstutzen 2 erstreckt sich unter dem Boden 1 aktiver Flüssigkeitsumlauf erzielt werden könnte. über die Ansätze der Rohrstutzen 3 hinaus.Another known column (USA.-Patent specification a central pipe socket for the passage of 2 833 527) is a perforated plate column for the con-liquid and is concentric over one area clocking of liquid and gas, the pipe socket with back to the pipe socket 2 distributed for the running pipes is provided. The plates are provided with heating passage of the gas phase. The pipe socket 3 snake. Although the device allows 45 to stand on each side of the bottom 1. Their heat exchange is good, but the inside diameter is smaller than that of the middle pipe socket 2. No device is provided for each step by means of which a pipe socket 2 extends under the floor 1 active fluid circulation could be achieved. beyond the approaches of the pipe socket 3.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht Im Inneren einer jeden Stufe η ist im MittelteilThe object of the present invention is inside each step η is in the middle part

deshalb darin, einen Stufenreaktor zu schaffen, mit 50 ein Rohrbündel angeordnet, das in F i g. 6 in demtherefore, in creating a stage reactor, with 50 a tube bundle arranged, which is shown in FIG. 6 in the

dem eine sehr gute Homogenisierung der Reaktions- Schnitt A-A gezeigt ist und aus zu der Kolonnenachsewhich shows a very good homogenization of the reaction section AA and off to the column axis

teilnehmer und ein guter Wärmeaustausch bei Stufen- parallelen Rohren besteht, durch die sich ein Umlaufparticipants and a good heat exchange with stepped parallel pipes through which a circulation

reaktionen erzielbar ist. der Flüssigkeit einstellt. Das Bündel besteht aus einemreactions is achievable. the liquid adjusts. The bundle consists of one

Diese Aufgabe wird bei einem Reaktor, bestehend koaxial zum Rohr 2 verlaufenden Mittelrohr 4 undThis task is in a reactor, consisting coaxially to the pipe 2 extending central pipe 4 and

aus einer Kolonne mit einer Reihe von übereinander- 55 aus zu den Rohrstutzen 3 koaxialen Rohren 5. Diefrom a column with a number of tubes 5 one above the other, which are coaxial to the pipe socket 3

liegenden und durch Böden voneinander abgeteilten außerhalb der Rohre 4 und 5 gebildete Kammer 6 Chamber 6 located outside the tubes 4 and 5 and separated from one another by floors

Reaktionsräumen, wobei jeder Boden Stoffdurchtritts- des RohrbUndels ist mit zwei seitlichen Rohrstutzen 7Reaction chambers, with each bottom material passage of the tube bundle with two lateral tube connections 7

öffnungen und jeder Reaktionsraum Einrichtungen und 8 für den Umlauf eines Fluids versehen, das füropenings and each reaction space means and 8 for the circulation of a fluid provided for

zum Wärmeaustausch aufweist, dadurch gelöst, daß die Durchführung des gewünschten Wärmeaustauschesfor heat exchange, solved in that the implementation of the desired heat exchange

die Einrichtungen zum Wärmeaustausch jeweils den 60 geeignet ist.the heat exchange facilities are suitable for the 60's.

mittleren Bereich jedes Reaktionsraumes der Kolonne Der Reaktor besitzt außerdem eine Basis und einmiddle area of each reaction space of the column. The reactor also has a base and a

unter Ausbildung von parallel zur Kolonnenlängsachse Oberteil für die Kolonne, die im allgemeinen mitwith the formation of an upper part for the column parallel to the longitudinal axis of the column, which is generally with

ausgerichteten Rohrbündeln ausfüllen, welche jeweils üblichen Rohrstutzen für das Einführen und Ab-Aligned tube bundles fill in, each of which is the usual tube socket for insertion and removal

aus einem im zentralen Bereich angeordneten Rohr mit ziehen der flüssigen und gasförmigen Phasen versehenThe liquid and gaseous phases are drawn from a tube located in the central area

größerem Durchmesser und konzentrisch im äußeren 63 sind.larger diameter and concentric in outer 63 are.

Bereich angeordneten Rohren kleineren Durchmessers Eine Stufe η des erfindungsgemäßen Reaktors arbestehen, wobei jeder Boden in seinem zentralen Be- beitet folgendermaßen: Die in der Stufe/i—1 entreich einen nach unten ragenden Rohrstutzen für haltene Gasphase sammelt sich unter dem Boden 1 A stage η of the reactor according to the invention exists in the region of arranged pipes of smaller diameter, with each base in its central processing as follows: The pipe stub protruding downward in stage / i-1 for the gas phase that is held collects under the base 1

der Stufe η und tritt in sie durch die Rohrstutzen 3 ein. Die so erzielten Gasströme steigen im Inneren der Rohre 5 hoch und nehmen einen Teil der in dem unteren Teil der Stufe η vorhandenen Flüssigkeit mit. Im oberen Teil der Stufe η trennen sich die flüssige und gasförmige Phase, die gasförmige Phase sammelt sich wieder unter dem Boden der Stufe «+1 an, während die flüssige Phase durch das Rohr 4 in den anteren Teil der Stufe η zurückkehrt. Auf diese Weise wird eine intensive Zirkulation der im Inneren einer jeden Stufe vorhandenen Flüssigkeit geschaffen.the stage η and enters it through the pipe socket 3. The gas flows achieved in this way rise up inside the tubes 5 and take part of the liquid present in the lower part of the stage η with them. In the upper part of stage η the liquid and gaseous phases separate, the gaseous phase collects again under the bottom of stage «+1, while the liquid phase returns through tube 4 to the anterior part of stage η. In this way an intensive circulation of the liquid present inside each stage is created.

Dieser inneren Zirkulation in einer jeden Stufe überlagert sich eine allgemeine Zirkulation der Fluide im Inneren des Reaktors. Die Gasphase steigt von einer Etage zur anderen, während sich die flüssige Phase von einer Etage zur anderen durch die Rohrstutzen 2 entweder nach oben oder nach unten bewegt, je nachdem die flüssigen Produkte durch den Reaktor hindurchgehen, wenn sie an seiner Basis oder an seinem Oberteil eingeführt sind.A general circulation of fluids is superimposed on this internal circulation in each stage inside the reactor. The gas phase rises from one floor to another while the liquid Phase moved from one floor to the other through the pipe socket 2 either up or down, depending on the liquid products passing through the reactor, if they are at its base or are introduced on its upper part.

F i g. 2 zeigt schematisch einen solchen Reaktor für eine Reaktion zwischen einem Gas und einer FIüssigkeit im Gegenstrom. Man regelt den Gang des Reaktors so, daß die Flüssigkeit jeder Stufe ein bestimmtes Niveau nicht überschreitet, das zwischen dem Boden 1 und der unteren öffnung des Rohrstutzens 2 liegt und daß auf diese Weise im oberen Teil der Stufe genügend Raum gelassen ist, wo sich das Gas ansammeln kann, welches durch die Stufe hindurchgeht.F i g. 2 schematically shows such a reactor for a reaction between a gas and a liquid in countercurrent. The course of the reactor is regulated in such a way that the liquid in each stage is a certain one The level does not exceed that between the floor 1 and the lower opening of the pipe socket 2 and that in this way there is enough space left in the upper part of the step where the gas that passes through the step can accumulate.

F i g. 3 zeigt schematisch einen ähnlichen Reaktor für eine Reaktion zwischen Flüssigkeiten im Gleichstrom, die unten am Reaktor zugeführt werden, so daß je nach den Betriebsbedingungen eine gasartige Mischung entsteht. Gegebenenfalls kann der erfindungsgemäße Reaktor bzw. alle Reaktorstufen zusätzlich Zufuhrrohre in den einzelnen Stufen haben, um die Zuführung über die gesamte Länge des Reaktors entsprechend den Reaktionsbedingungen zu verteilen. F i g. 3 shows schematically a similar reactor for a reaction between liquids in cocurrent, which are fed in at the bottom of the reactor, so that, depending on the operating conditions, a gaseous one Mixture is created. If necessary, the reactor according to the invention or all reactor stages can additionally Feed pipes in the individual stages have to keep the feed over the entire length of the reactor to distribute according to the reaction conditions.

Auf Grund der intensiven Zirkulation, die in jeder Stufe infolge der Strömung des Gases bzwi des Dampfes vorhanden ist, erhält man mit Hilfe des Reaktors im Inneren einer jeden Stufe eine beachtliche Homogenität und einen verbesserten Stoff- und Wärmeaustausch. Der Reaktor arbeitet genauso, wenn die flüssige Phase seine Feststoffpartikeln in Suspension enthält. Wenn diese Partikeln der Flüssigkeit in ihrer Vorwärtsbewegung folgen, so können die Stufen entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ausgebildet sein. Wenn die Teilchen bei bestimmten Betriebsbedingungen dazu neigen, sich abzusetzen, verwendet man vorzugsweise Stufen, wie sie in F i g. 4 gezeigt sind. Diese Stufen unterscheiden sich von der in F i g. 1 gezeigten lediglich durch die Trichterform 10 des mittleren Rohransatzes für die Verbindung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stufen.Due to the intensive circulation that occurs in each stage as a result of the flow of gas or steam is present, with the help of the reactor inside each stage, considerable homogeneity is obtained and an improved mass and heat exchange. The reactor works the same when the liquid phase contains its solid particles in suspension. When these particles of liquid in their forward movement follow, the steps can be designed according to the embodiment shown in FIG being. If the particles tend to settle under certain operating conditions, used preferably stages as shown in FIG. 4 are shown. These levels are different from the in Fig. 1 shown only by the funnel shape 10 of the middle pipe socket for the connection between two successive stages.

Bei sehr dickflüssigen Fluiden kann der Reaktor mit einem Hilfsrührsystem 11 zusätzlich versehen werden, wie es in F i g. 5 dargestellt ist, das in jeder Stufe in dem Fluid über dem Rohrbündel rührt.In the case of very viscous fluids, the reactor can be additionally provided with an auxiliary stirring system 11, as shown in FIG. 5 is shown in each Stage stirs in the fluid above the tube bundle.

Der erfindungsgemäße Reaktor kann in seinen Abmessungen für Reaktionen unter Atmosphärendruck als auch für Druckreaktionen konstruiert werden. Seine Anwendung in der Verfahrenstechnik ist sehr vielseitig, er eignet sich beispielsweise für die Ausführung von Oxydationen, Reduktionen, Veresterungen, für die Hydrolyse, und die Polykondensation.The dimensions of the reactor according to the invention for reactions under atmospheric pressure as well as for pressure reactions. His Application in process engineering is very versatile, it is suitable, for example, for execution of oxidations, reductions, esterifications, for hydrolysis, and polycondensation.

Claims

Patent claims:

1. Reactor for the continuous implementation of reactions between gases and liquids or between liquids where vapor escapes, consisting of a column with a Series of superimposed reaction spaces separated from one another by floors, whereby every floor material passage openings and every reaction space means for heat exchange has ,, characterized in that the devices for heat exchange in each case the middle area of each reaction space of the column with the formation of parallel Fill in tube bundles aligned to the longitudinal axis of the column, each consisting of one in the central Area arranged pipe (4) with a larger diameter and concentrically in the outer area arranged pipes (5) of smaller diameter, each bottom (1) in its central Area a downwardly protruding pipe socket (2) for liquid reactants and in its outer region coaxially to the outer tubes (5) each protruding into the two associated reaction chambers pipe socket (3) for the Has gas passage.

2. Reactor according to claim 1, characterized in that the in the central region of the bottom arranged and downwardly protruding pipe socket is each funnel-shaped (10).

3. Reactor according to claim 1, characterized in that in the region of each reaction space A stirrer (11) is arranged in each case above the heat exchange devices.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings