DE1792246A1

DE1792246A1 - Apparat zur Durchfuehrung von chemischen Vorgaengen unter Hochtemperaturen und -druecken

Info

Publication number: DE1792246A1
Application number: DE19681792246
Authority: DE
Inventors: Wisnewskij Nikolaj J; Baranowskij Wladimir M; Dorofejew Sergej N
Original assignee: BARANOWSKIJ WLADIMIR M; DOROFEJEW SERGEJ N; WISNEWSKIJ NIKOLAJ J
Current assignee: BARANOWSKIJ WLADIMIR M; DOROFEJEW SERGEJ N; WISNEWSKIJ NIKOLAJ J
Priority date: 1968-08-09
Filing date: 1968-08-09
Publication date: 1972-02-10
Also published as: DE1792246B2

Description

APPARAT ZUR DURCHRÜHRUNG VON CHEMISCHEN VORGÄNGEN UNTER HOCHTEMPERATUREN UND-DRÜCKEN Die vorliegende E rfindung betrifft Apparate zur Durchführung von chemischen Vorgängen unter Hochtemperaturen und -drücken bei kräftigem Durchmischen, das den intensiven Wärmeaustausch zwischen Reaktionsmittel und Wärmeträger zur Folge hat.
Es sind Kolonnenapparate zur Durchführung von chemischen Vorgängen unter Hochtemperaturen und -drücken bekannt, die ein zylindrisches Gehäuse mit in dessen Innern angeordneter Einrichtung zur Erzeugung des Zwangumlaufs des Reaktionsmittels im erwähnten Gehäuse enthalten. Diese Einrichtung hat eine Schraube (Propeller) mit luStdichtem packungslosen Antrieb, die im Diffusor, welcher ins Umlaufrohr übergeht, angeordnet ist. Das Gehäuse ist mit einem Mantel umgeben, in dem sich der Wärmeträger bewegt (siehe z.B. das Buch von N.E. Wischnewsky, N.P Gluchanow und I.S. Kowalew "Hochdruckapparatur mit luftdichtem Antrieb", Moskau-Leingrad, I960, S. 225...227, Bild 115).
Die erwähnten Apparate sind einfach in ihrem Aufbau und zuverlässig im Betrieb. Jedoch beträgt die Wärmendurchgangszahl der Wärmeaustauschoberfläche infolge einer verhälnismäßig großen Dicke der Gehäusewände höchstens kcal 100 Dieser Umstand erschwert den Ensatz m2 h.grd. der Apparate in chemischen Betrieben unter den Bedingungen eines intensiven Wärmeaustausches.
Es sind auch Kolonnenapparate mit Zwangumlauf des Arbeitsmittels bekannt, bei denen der Wärmeaustauschteil in Schlangenform aus in Rohrböden (Platten) befestigten dünnwandigen Rohren oder Field-Doppelrohren ausgeführt ist.
Jedoch ist die Anwendung von Rohrschlangen für Hochdruckapparate großtechnisch begrenzt, da bei einer großen Wärmeaustauschfläche die Rohrschlange bei kleinem Rohrquerschnitt eine erheliche Länge aufweist. Im Falle der Abkühlung des Reaktionsmittels einer Flüssigkeit verdampft die letztere rasch in der Rohrschlange und die Wärmeentnahme erfolgt dann nur durch Überhitzung der Flüssigkeitsdämpfe, d.h. mit einer sehr niedrigen Wärmedurchgangszahl, die höchstens 20 kcal beträgt m2 h.grd.
Wird das Reaktionsmittel mit Dampf erwärmt, so bilden sich Kondensatpfropfen, welche für die Unversehrtheit der Rohrschlange gefährliche starke Stoßerscheinungen hervorrufen. Darüber hinaus werden die Spalträume zwischen den benachbarten Schlangenwindungen bei Queranströmung durch das Reaktionsmittel mit der festen Phase verstopft, wodurch e jJJ Teil der Wärmeaustauschfläche ausfällt, In den Wärmeaustauschern mit Doppelrohren wird eine hohe Intensität des Wärmeaustausches erreicht, doch sind diese im Aufbau kompliziert und eines hohen Materialeinsatzes bedürfen, da die inneren Rohre am Wärmeaustausch nicht teilnehmen.
Der Einsatz solcher Apparate in der Industrie ist Mitteldruckbereich (bis 50 at) beschränkt, da bei einem höheren Druck die Rohrbodendicke übermäßig vergrößert werden müßte.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Beseitigung der erwähnten Schwierigkeiten und in der Entwicklung eines solchen Apparates zur Durchführung von chemischen Vorgängen unter Hochtemperatur und -drücken, in dem einerseits die Vorteile aller obenerörterten Apparatearten vereinigt. werden und andererseits ein bei den früher bekannten Bauarten nicht erreichter intensiver Wärme austausch zwischen Reaktionsmittel und Wärmeträger unter Beibehaltung der isothermischen Verlaufsbedingungen für die erwähnten Vorgänge gewährleistet ist.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch errecht, daB die Rohre des Wärmeaustauschteils des Kolonnenapparates entlang den inneren Wänden des Apparatgehäuses angeordnet und durch Zwischenwände miteinander verbunden sind, die Rohrenenden aber mit ringförmigen Sammlern ul Verbindung stehen. Die Rohre und Zwischenwände des Wärmeaustauschteils bilden einen Zylinders durch den sowie durch die Einrichtung zur Erzeugung des Zwangumlaufs ein gerichteter, die Wärmeaustauschflächen umspülender Strom des Reaktionsmittels entwickelt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Apparates ist es erfindungsgemäß zweckmäßig, die Rohre des Wärme-. austauschteils mit Längsrippen auszuführen und die Enden dieser Rippen in den ringförmigen Sammlern zu befestigen.
Durch die Rippen wird der Wärmeaustauschteil versteift und die Wärmeaustauschfläche vergroßert.
Die Einrichtung zur Erzeugung des Zwangumlaufs ist zweckmaßig so an einem der Wärmeaustauschteilenden aufzustellen, daß sie den Strom des Reaktionsmittels in den Spalt zwischen dem Wärmeaustauschteil und den Innenwänden des Apparatgehäuses leitet und weiter in das Zylinderinnere des Wärmeaustauschteils.
In den beigelegten Zeichnungen ist eine Ausführungsbauart des erfindungsgemäßen Apparates zur Durchführung von chemischen Vorgängen unter Hochtemperaturen und -drücken dargestellt.
In g. 1 ist der Langsschnitt durch den Apparat gezeigt.
In Fig. 2 ist der Schnitt II-II der. Fig. 1 gegeben.
Der Apparat enthält den Wärmeaustauschteil 1 (Fig.
1 und 2), deren Rohre 2 entlang den Innenwänden des Apparatgehäuses 3 angeordnet und durch die Zwischenwände 4 miteinander verbunden sind; die rohrenden stehen mit den Ringsammlern 5 in Verbindung. Somit bildet der gesamte Rohrensatz einen Zylinder. Am oberen Ende dieses Zylinders ist die Einrichtung 6 zur Erzeugung des Zwangsumlaufs des Reaktionsmittels montiert, die in einer bestimmten Reihenfolge den packungslosen elektromagnetischen Antrieb 7, die Welle 8 und die Schraube 9 enthält. Die Schraube 9 sitzt im Inneren des DiffusorsIO, der in den erwähnten Zylinder übergeht. An der Druckseite der Schraube 9 ist die Schaufelleitvorrichtung 11 angeordnet. Die Schraube 9 wird durch eleict;romagnetischen Antrieb 7 mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 1000 oder 1500 U/min angetrieben und gewährleistet eine Umlaufgeschwindigkeit des Reaktionsmittels von ca. 1 m/s; dabei wird eine Durchmischungsintensität erreicht, welche durch die reynoldssche Zahl Re # 100000 und die Wärmedurchgangszahl k=1000 kcal und darüber gekennzeichnet wird. m h. grd.
Beim Betrieb erfolgt ein mehrfacher Umlauf des dem Apparat ununterbrochen zugeführten Reaktionsmittels (in der Zeichnung sind der Ein- bzw. Auslaufstutzen nicht gezeigt) entlang Wärmeaustauschfläche in der durch die Pfeile angegebenen Richtung im Spalte zwischen dem Wärmeaustauschteil 1 und den Innenwänden des Apparatgehäuses, 3 und weiter durch das Innere des Wärmeaustauschteils worauf das Reaktionsmittel aus dem Apparat abgeführt wird.
Gleichzeitig mit der Zufuhr des Reaktionsmittels in den Apparat wird dem Wärmeaustauschteil durch einen der Rohrstutzen 12 oder 13 der Wärmeträger zugeführt, der nach dem Hindurchlaufen in allen Rohren 2 durch den anderen Rohrstutzen abfließt, wodurch die isothermischen Bedingungen für den Ablauf des chemischen Prozesses, der sich mit einem großen Thermoeffekt abwickelt, gesichert sind0 Die Rohre 2 sind mit den Längsrippen I4, deren Enden am Sammler 5 befestigt sind, versehen. Diese Rippen vergrößern die Wärmeaustauschfläche und versteifen den Wärmeaustauschteil 1.
Beispiel Ein Reaktionsapparat mit 2 m7 Fassungsvermögen für die Oxosynthese ist für einen Druck von 320 at Ueberdruck bei 2000C berechnet. Die Anwendung von Wärmeaustauschrohren mit einer 6 mm-Wandstärke gewährleistet bei einer Umlaufgeschwindigkeit des Reaktionsmittels von 1 m/s die isothermischen Bedingungen für den Ablauf der Oxosynthese mit einer großen Ausbeute an höheren Aldehyden.
Für andere chemische Prozesse sind Reaktionsapparate mit 5 m3-Fassungsvermögen für einen Druck von 200 at Überdruck und mit 16 m3-Fassungsvermögen für einen Druck von 40 at ueberdruck entwickelt worden.
Bei allen diesen Apparaten steigt im Vergleich zu den üblichen die Leistung des Reaktionsraumes proportional der Vergrößerung der Wärmedurchgangszahl, d.h. um etwa das Zehnfache an.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Kolonnenapparat zur Durchführung von chemischen Vorgängen unter Hochtemperaturen und -drüchen, in dem ein Wärmeaustauschteil aus Rohren und eine Einrichtung zur Erzeugung des Zwangumlaufs des Reaktionsmittels angeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Rohre (2) des Wärmeaustauschteils (1) den nnenwänden des Apparatgehäuses (3) entlang angeordnet und durch die Zwischenwände (4) miteinander verbunden sind, und, daß die Enden der Rohre (2) mit den ringförmigen Sammlern (5) in Verbindung stehen.
2. Apparat nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß die Rohre (2) des Wärmeaustauschteils (l) mit Längsrippen (I4), deren Enden an den ringförmigen Sammlern (5) befestigt werden, versehen sind.
3. Apparat nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß die Einrichtung (6) zur Erzeugung des Zwangumlaufs an einem der Enden des. Wärmeaustauschteils (1) so aufgestellt wird, daß der Reaktionsmittel strom durch die Sinrichtung im Spalt zwischen dem Wärmeaustauschieil (1) und den Innenwänden des Apparatgehäuses (3) und weiter in das Zylinderinnere des Wärmeaustauschteils (1) geleitet wird.