DE202018106088U1

DE202018106088U1 - Misch- und Dosiervorrichtung zum Mischen und Dosieren von flüssigen Chemikalien

Info

Publication number: DE202018106088U1
Application number: DE202018106088.0U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Hjorth Blum Anni Ch
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2018-11-16
Anticipated expiration: 2028-10-25
Also published as: WO2020084077A1

Abstract

Misch- und Dosiervorrichtung zum Mischen und Dosieren von flüssigen Chemikalien sowie Gewinnung eines flüssigen Reaktionsgutes unter Vakuumbedingungen umfassend:
einen Reaktor mit Chemikalien-Zufuhreinrichtungen (2, 3) sowie einer Spülflüssigkeits-Zufuhreinrichtung (4),
eine Reaktorleitung (5), die über ein Fallrohr (8) zu einem Vakuum-System führt,
eine Pumpe (39) zum Betreiben der Misch- und Dosiervorrichtung sowie eine Abflusseinrichtung (8) zum Entleeren der Misch- und Dosiervorrichtung,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Reaktorleitung als Kreislauf-Reaktorrohr (1) ausgebildet ist, in dem eine Kreiselpumpe (30) angeordnet ist und an dem die Abflusseinrichtung (8) angeschlossen ist, dass der Innendurchmesser des Kreislauf-Reaktorrohrs (1) und die Kreislaufpumpe (30) so ausgelegt sind, dass die Strömung innerhalb des Kreislauf-Reaktorrohrs (1) turbulent ist, und dass
der Innendurchmesser des Reaktors (5) so ausgelegt, dass die Strömung innerhalb des Reaktors (5) laminar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Misch- und Dosiervorrichtung zum Mischen und Dosieren von flüssigen Chemikalien sowie zur Gewinnung eines Flüssigen Reaktionsgutes unter Vakuumbedingungen.
Die DE 20 2011 050 903 U1 offenbart eine Misch- und Dosiervorrichtung zum Mischen und Dosieren von flüssigen Chemikalien sowie Gewinnung eines flüssigen Reaktionsgutes unter Vakuumbedingungen. In dieser Misch- und Dosiervorrichtung ist der Volumeninhalt so bemessen, dass die in die Vorrichtung eindosierten Chemikalien eine für die chemische Umsetzung ausreichende Verweilzeit haben, ein Staurohr, das den aus der Rohrschlange austretenden Kreislaufstrom unter Bildung einer Staustelle von dem Auslass der Rohrschlage zu einer Dosierleitung führt die zwischen dem Staurohr und dem Saugstutzen der Kreislaufpumpe angeordnet ist und wenigsten zwei Dosierventile umfasst, sowie ein Fallrohr, das mit dem Staurohr verbunden ist und einen Vakuumflansch zum Anschluss der Misch- und Dosiervorrichtung an eine Vakuumvorrichtung aufweist.
Da die chemische Zusammensetzung des Reaktionsgutes in der Misch- und Dosiervorrichtung in der gesamten Kreislaufförderstrecke gleich ist, wird ist eine lange Verweildauer von 60 bis 70 Reaktions-Halbwertzeiten der dosierten Chemikalien benötigt, wenn die chemische Reaktion zwischen den dosierten Ausgangstoffen erster oder zweiter Ordnung stattfindet, siehe O. Levenspiel „Chemical Reaktion Engineering“, dritte Auflage, Kapitel 6, Seiten 122 -124.
Außerdem ist die Vorlauf beim Einschalten der Misch- und Dosiervorrichtung lang, weil erst die gesamte Kreislaufförderstrecke befüllt werden muss, bevor die Abgabe des Reaktionsgutes erfolgen kann.
Da bei der Misch- und Dosiervorrichtung nach der DE 20 2011 050 903 U1 das Verhältnis der Menge des flüssigen Reaktionsgutes zur gesamten Flüssigkeitsmenge des jeweiligen Dosiervorganges hoch ist wird bis zum möglichen Dosierbeginn eine lange Vorlaufzeit benötigt.
Wenn die Vorrichtung nach der DE 20 2011 050 903 U1 zum Absatzweisen Mischen und Dosieren von Chemikalien benutzt wird, ist ein weiterer Nachteil dieser Vorrichtung, dass bei oder kurz vor Beendigung des Dosiervorganges das gesamte in der Misch- und Dosiervorrichtung vorhandene flüssige Reaktionsgut unkontrolliert abgelassen werden, muss um die Vorrichtung für den nächsten Absatzweisen Dosiervorgang bereitzustellen.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Misch- und Dosiervorrichtung zum Mischen und Dosieren von flüssigen Chemikalien sowie Gewinnung eines Flüssigen Reaktionsgutes unter Vakuumbedingungen bereit zu stellen, bei der ein Absatzweiser Betrieb der Misch- und Dosiervorrichtung sowohl bei der Produktion keiner Mengen an Reaktionsgut als auch die Produktion großer Mengen an Reaktionsgut ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Dazu ist die erfindungsgemäße Misch- und Dosiervorrichtung zum Mischen und Dosieren von flüssigen Chemikalien sowie Gewinnung eines flüssigen Reaktionsgutes unter Vakuumbedingungen umfassend: einen Reaktor mit Chemikalien-Zufuhreinrichtungen sowie einer Spülflüssigkeits-Zufuhreinrichtung, eine Reaktorleitung, die von dem Reaktor über eine Fallrohreinrichtung zu einem Vakuum-System führt, eine Pumpe zum Betreiben der Misch- und Dosiervorrichtung sowie eine Abflusseinrichtung zum Entleeren der Misch- und Dosiervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor als ein Kreislauf-Reaktorrohr ausgebildet ist, an dem eine Kreiselpumpe angeordnet ist, dass der Innendurchmesser des Kreislauf-Reaktorrohrs und die Kreislaufpumpe so ausgelegt sind, dass die Strömung innerhalb des Kreislauf-Reaktorrohrs turbulent ist, und dass der Innendurchmesser der Reaktorleitung so ausgelegt, dass die Strömung innerhalb der Reaktorleitung laminar ist. Die chemische Reaktion zwischen den flüssigen Chemikalien erfolgt daher in vorteilhafter Weise quasi in zwei Stufen stattfindet, nämlich in dem Kreislauf-Reaktorrohr, in dem durch die turbulente Hochschwindigkeits-Strömung eine innige Durchmischung und damit verbunden eine hohe Reaktionsrate der Chemikalien erzielt wird, und in der Reaktorleitung, in der aufgrund der laminaren Strömung eine abschließende Reaktionsphase stattfindet, sodass die Baueinheit aus Kreislauf-Reaktorrohr und Reaktorleitung keinbauend ausgelegt werden kann. Da die Strömung in der Reaktorleitung eine laminare Strömung ist, wird in vorteilhafter Weise das Reaktionsgut beruhigt in das Fallrohr eingeleitet.
Vorzugsweise ist die Misch- und Dosiervorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die dimensionslose Reynoldszahl der Strömung in dem Kreislauf-Rohrreaktor oberhalb 2300 vorzugsweise oberhalb 50000 liegt, und dass die dimensionslose Reynoldszahl der Strömung in dem Reaktor unterhalb 2300, vorzugsweise unterhalb 500 liegt. Bei diesen Strömungswerten lassen sich die erforderlichen Reaktionszeiten optimieren.
Eine besonders einfache und damit vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Misch- und Dosiervorrichtung ist dann gegeben, wenn der Reaktor eine Steigleitung und/oder eine Rohrschlange umfasst, wobei die beiden Abschnitte des Reaktors in vorteilhafter Weise variieren lässt, um die Reaktionszeit zu optimieren.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Misch- und Dosiervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislauf-Rohrreaktor aus geraden Rohrstücken besteht, die miteinander durch 90 Grad Rohrbogen verbunden sind, wobei der Kreislauf-Rohrreaktor eine rechteckige Kreislaufleitung bildet. Durch diesen modularen Aufbau kann der Kreislauf-Rohrreaktor in seinen Dimensionen an verschieden Anwendungen angepasst werden.
Indem in dem Kreislauf-Rohrreaktor eine Kreiselpumpe angeordnet ist, die so ausgelegt ist, dass die Reaktionsflüssigkeit im Innern des Kreislauf-Reaktorrohrs mit einer solchen Geschwindigkeit umgepumpt wird, dass bei vorgegebenen Innendurchmesser des Kreislauf-Reaktorrohrs eine Strömung mit einer Reynoldszahl oberhalb 2300 vorzugsweise oberhalb 50000 erreicht wird, wird in vorteilhafter Weise bereits in dem Kreislauf-Rohrreaktor eine intensive Reaktion der Reaktionsteilnehmer erreicht, sodass die Steigleitung und die Rohrschlange kürzer als in der Vorrichtung nach der DE 20 2011 050 903 U1 ausgeführt werden können.
Indem die Kreiselpumpe hermetisch abgedichtet ist und über Magnetkopplung durch ein Antriebsaggregat, vorzugsweise durch einen Pressluftmotor, angetrieben wird, ist der Kreislauf des Reaktionsguts über der gesamten Förderstrecke in vorteilhafter Weise gegeben.
Wenn das Innenvolumen des Kreislauf-Reaktorrohrs plus das Volumen der Kreiselpumpe so groß ist, dass der durch die Flansche zugeführte, flüssige Chemikalienstrom für etwa 0,4 bis 0,7 Halbwertszeit im Gesamtvolumen Kreislauf-Reaktorrohr plus Innenvolumen der Kreiselpumpe zirkuliert wird, ist gewährleistet, dass bereits in dem Kreislauf-Rohrrektor eine hohe Reaktionsquote der beteiligten Chemikalien erreicht wird.
Nach einer vorteilhaften Ausführung ist die Misch- und Dosiervorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Chemikalien-Zufuhreinrichtungen jeweilige Anschlussflansche, anschließende Druckhalte- und Regelventile und anschließende Ventile zur Zufuhr der Chemikalien über T-Rohrstücke in den Kreislauf-Reaktorrohr, insbesondere in ein unteres Rohrstück desselben, umfassen, wobei die Ventile in vorteilhafter Weis bei einem kompakten Aufbau ferngesteuert werden können. Dies gilt insbesondere, wenn die Spülflüssigkeits-Zufuhreinrichtung einen Anschluss-Vorschweißflansche, ein anschließendes Druckhalte- und Regelventil und ein anschließendes Absperrventil zur Zufuhr einer Spülflüssigkeit über ein T-Rohrstück in den Kreislauf-Reaktorrohr, insbesondere in ein oberes Rohrstück desselben, umfasst.
Nach einer vorteilhaften Ausführung ist die Misch- und Dosiervorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Steigleitung über ein T-Stück mit dem Kreislauf-Reaktorrohr verbunden ist und in einem unteren Ende einer unteren Rohrschleife der Rohrschlange endet, und dass ein oberes Ende einer oberen Rohrschleife an dem oberen Ende des Fallrohrs angeschlossen ist, wobei die Reaktionsflüssigkeit aus dem Verbund der Kreiselpumpe und dem Kreislauf-Rohrreaktor in die Steigleitung mündet und von dort über das obere Ende der oberen Rohrschleife in das obere Ende des Fallrohrs eingeleitet wird.
Vorzugsweise ist das Innenvolumen der Rohrschlange plus dem Innenvolumen der Steigleitung so groß dimensioniert, das der durch die Flansche zugeführte, flüssige Chemikalienstrom eine Aufenthaltsdauer von etwa 4 bis 6 Halbwertszeiten in der Steigleitung plus der Rohrschlange hat, wobei die Reaktion zwischen den Reaktionsstoffen in vorteilhafter Weise angeschlossene wird.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn der Durchmesser des Fallrohres so bemessen ist, dass aus der Rohrschlange ausgeleitetes, flüssiges Reaktionsgut als Flüssigkeitsfilm an der Innenseite des Fallrohres herabrieselt, wobei in dem Fallrohr ein Vakuum herrscht, wenn einem unteren Ende des Fallrohres eine Vakuumvorlage angeschlossen ist. Dadurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine störungsfreie Überleitung des flüssigen Reaktionsguts von der Misch- und Dosiervorrichtung an das angeschlossene Vakuum-System.
Vorzugsweise sind die die Ventile stopfbuchslose Ventile, die vorzugsweise in Form von Faltenbalgventilen ausgeführt sind und die jeweils mit einem pneumatischen Antrieb versehen sind, um eine automatische Steuerung der Vorrichtung zu ermöglichen.
In vorteilhafter Weise umfasst die Misch- und Dosiervorrichtung eine Abflusseinrichtung, die über ein T-Stück an das untere gerade Rohrstück des Kreislauf-Rohrreaktors angeschlossen ist und die mit einer Dosierpumpe verbunden ist, die über ein Druckhalte- und Regelventil hydraulische mit einem unteren Ende des Fallrohrs verbunden ist, wobei beim Abschalten der Misch- und Dosiervorrichtung in vorteilhafter Weise eine kontrollierte Entleeren der Reaktionsflüssigkeit aus dem Kreislauf-Reaktorrohr, aus der Kreiselpumpe, aus der Steigleitung und aus der Rohrschlange erfolgen kann.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung zeigen:

1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Misch- und Dosiervorrichtung; und
2 eine perspektivische Darstellung von einem Detail der erfindungsgemäßen Misch- und Dosiervorrichtung von 1.

Die Misch- und Dosiervorrichtung nach 1 umfasst einen Kreislauf-Rohrreaktor 1, in den Chemikalien-Zufuhreinrichtungen 2 und 3 sowie eine Spühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 4 münden. Die Misch- und Dosiervorrichtung umfasst ferner eine Steigleitung 5 und eine Reaktor-Rohrschlange 6, die über ein Fallrohr 7 bestimmungsgemäß zu einem Vakuum-System (nicht gezeigt) führt. Von dem Kreislauf-Rohrreaktor 1 führt eine Abflusseinrichtung 8 zu dem vakuumseitigen Ende des Fallrohrs 7
Die Chemikalien-Zufuhreinrichtungen 2 und 3 umfassen jeweilige Anschlussflansche 11 und 12, anschließende Druckhalte- und Regelventile 81 und 82 und anschließende Ventile 72 und 73 zur Zufuhr der Chemikalien über T-Rohrstücke 78 und 79 in den Kreislauf-Reaktorrohr 1, insbesondere in einen unteren Abschnitt 24 desselben.
Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, besteht der Kreislauf-Reaktorrohr 1 aus geraden Rohrstücken 22, 24, 26 und 28. Diese geraden Rohrstücke sind miteinander durch 90 Grad Rohrbogen 23, 25 und 27 verbunden, wobei der Kreislauf-Reaktorrohr 1 eine rechteckige Kreislaufleitung bildet. Die Reaktionsflüssigkeit im Innern des Kreislauf-Reaktorrohrs 1 wird mit hoher Geschwindigkeit durch eine Kreiselpumpe 30 umgepumpt. Ein Ausgangs-Druckflansch 32 an der Kreiselpumpe 30 ist über einen Vorschweißflansch 29 mit dem oberen Rohrstück 28 des Kreislauf-Reaktorrohrs 1 hydraulisch verbunden.
Die Kreiselpumpe 30 ist so montiert, das ihr Ansaugflansch 31 senkrecht nach unten zeigt. Damit ist gewährleistet, dass die Kreiselpumpe 30 ohne verbleibende Restflüssigkeit leerlaufen kann, wenn die Vorrichtung abgeschaltet wird. Der Ansaugflansch 31 der Kreiselpumpe 30 ist über einen Vorschweißflansch 20 und einen daran anschweißten Rohrbogen 21 mit einem geraden Rohrstück 22 des Kreislauf-Reaktorrohrs 1 hydraulisch verbunden. Die Kreiselpumpe hermetisch dicht und magnetgekuppelt mit einem Antriebsaggregat, vorzugsweise mit einem Pressluftmotor 33.
Bei der erfindungsgemäßen Misch- und Dosiervorrichtung ist der Innendurchmesser des Kreislauf-Reaktorrohrs 1 so ausgelegt, dass die Pumpenförderleistung so eingesellt ist, dass die Strömung innerhalb des Kreislauf-Reaktorrohrs 1 turbulent, ist d.h., dass die dimensionslose Reynoldszahl oberhalb 2300 vorzugsweise oberhalb 50000 liegt.
Das zu berechnende Innen-Volumen des Kreislauf-Reaktorrohrs 1 plus das vorgegebene freie Volumen der Kreiselpumpe 30 soll so groß sein, dass der durch die Flansche 11 und 12 zudosierte flüssige Chemikalienstrom für etwa 0,4 bis 0,7 Halbwertszeit im Gesamtvolumen Kreislauf-Reaktorrohr 1 plus Kreiselpumpen 30 Innervolumen zirkuliert wird. Durchmesser und Gesamtlänge der Rohrstücke des Kreislauf-Reaktorrohrs 1 sind über die Reynoldszahl, die Pumpenförderleistung und das vorausberechnete innere Rohrvolumen bestimmt.
In das obere, gerade Rohrstück 28 ist das T-Stück 77 eingeschweißt welches über das Ventil 71 und das Druckhalte- und Regelventile 83 zum Anschluss-Vorschweißflansch 13 führt. Dieser Anschluss-Vorschweißflansch 13 ist mit der Wasserleitung verbunden damit erforderlichen Falls die erfindungsgemäße neue Misch- und Dosiervorrichtung zum Absatzweisen Mischen und Dosieren von Chemikalien intern gespült werden kann.
Die Reaktionsflüssigkeit strömt aus dem Verbund der Kreiselpumpe 30 mit dem Rechtreckreaktor über das T-Stück 43 in die Steigleitung 5. Die Steigleitung 5 mündet verschweißt in das Ende 42 der unteren Rohrschleife der Rohrschlange 6. In der Steigleitung 5 und innerhalb der Rohrschlange 6 ist die Strömung der Reaktionsflüssigkeit laminar, d.h. die dimensionslose Reynoldszahl liegt unterhalb 2300, vorzugsweise unterhalb 500.
Das zu berechnende Innen-Volumen der Rohrschlange 6 plus dem Innenvolumen der Steigleitung 5 soll so groß sein, das der durch die Flansche 11 und 12 zudosierte flüssige Chemikalienstrom eine Aufenthaltsdauer von etwa 4 bis 6 Halbwertszeiten in der Steigleitung 5 plus in der Rohrschlange 6 hat. Der Innen-Durchmesser und Gesamtlänge der Steigleitung 5 plus die Länge der Rohrschlange 6 lassen sich bestimmen mit Hilfe der gewählten Reynoldszahl und der berechneten Aufenthaltsdauer.
Damit weist die erfindungsgemäße Vorrichtung bei gleicher Menge des zudosierten Chemikalienstroms nur etwa 10 Volumenprozent der Menge an Reaktionsflüssigkeit auf, die bei der Vorrichtung nach der DE 20 2011 050 903 U1 für den ordnungsgemäßen Betrieb erforderlich ist.
Das obere Ende der Rohrschlange 6 ist durch den Vorschweißflansch 44 mit dem Vorschweißflansch 62 zusammengeschraubt und an diesen ist ein Rohrbogen 61 und das Fallrohr 7 angeschweißt. Der Durchmesser des Fallrohres 7 ist so bemessen das aus der Rohrschlange 6 ausgeschleuste, flüssige Reaktionsgut nur als Flüssigkeitsfilm an der Innenseite des Fallrohres 7 herabrieselt. Infolgedessen herrscht im Fallrohr 7 Vakuum, wenn, wie erfindungsgemäß vorgesehen, am unteren Ende des Fallrohres 7, am Vakuumflansch 67 der Vorrichtung eine Vakuumvorlage angeschlossen ist.
Das Fallrohr 7 ist an einer geeigneten Stelle mit dem Ventil 74 unterbrochen und wird, beispielsweise mittels dem Vakuumflansch 67, an den Unterdruck aufweisenden Vakuum-Stutzen der Mischdüse nach EP 2 821 370 A1 angeschlossen.
Die Ventile 71, 72,73,74 sind stopfbuchslos und in Form von Faltenbalgventilen ausgeführt. Die Ventile 71,72,73,74 sind jeweils mit einem pneumatischen Antrieb 91,92,93,94 versehen, um eine automatische Steuerung der Vorrichtung zu ermöglichen.
Ein weiteres T-Stück 76 ist in das untere gerade Rohrstück 24 des Kreislauf-Reaktorrohrs 1 eingeschweißt. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist das T-Stück 76 über den Rohrbogen 64 und den Vorschweißflansch 68 hydraulisch mit dem Ansaugflansch 51 der Dosierpumpe 50 verbunden. Die Dosierpumpe 50 dient zum kontrollierten Entleeren der Reaktionsflüssigkeit aus dem Kreislauf-Reaktorrohr 1, aus der Kreiselpumpe 30, aus der Steigleitung 5 und aus der Rohrschlange 6.
Der Druckflansch 52 der Dosierpumpe 50 ist wiederum an einen Flansch 69 angeschlossen, welcher wiederum an einen Rohrbogen 65 angeschweißt ist, an dessen anderen Ende der Flansch 85 angeschweißt ist. Zwischen diesem Flansch 85 und dem Vorschweißflansch 86 ist erfindungsgemäß das Druckhalte- und Regelventil 84 nach DE 20 2 015 106 096 U1 montiert. Der Flansch 86 und der daran angeschweißte Rohrbogen 66 ist zusammen mit dem in das Fallrohr 7 eingeschweißte T-Stück 63 die hydraulische Verbindung zwischen der Dosierpumpe 50 und dem Fallrohr 7
Die Dosierpumpe 50 besitzt als Antrieb einen Pressluftmotor 53 und als Sensor für die Hubzahlregelung eine Druck-Messvorrichtung 54 nach DE 20 2015 105 132 U1 . Der Ansaugflansch 51 der Dosierpumpe 50 und deren Druckflansch 52 liegen erfindungsgemäß, wie in 1 zeigt ist, horizontal waagerecht auf einer Linie, um eine restloses Leerpumpen der Vorrichtung zu gewährleisten.
Beispiel 1 absatzweise Dosierung kleinster Dosiermenge
Die Vorrichtung ist zunächst ohne Reaktionsgut. Durch die Flansche 11 und 12 wird flüssiger Chemikalienstrom zudosiert bis das innere Volumen des Kreislauf-Reaktorrohrs und das innere Volumen der laufenden Kreiselpumpe 30 mit Flüssigkeit gefüllt sind. Nach Zeitablauf von nur 4 bis 6 Halbwertzeiten fördert die Dosierpumpe 50 das flüssige Reaktionsgut mit einer vorgegebenen Dosiergeschwindigkeit zum Fallrohr 7. Anschließend ist die Vorrichtung wieder ohne Reaktionsgut.
Beispiel 2 absatzweise Dosierung größerer Mengen
Die Vorrichtung ist ohne Reaktionsgut. Durch die Flansche 11 und 12 wird flüssiger Chemikalienstrom zudosiert, bis das gesamte innere Volumen der Vorrichtung aus Kreislauf-Reaktorrohr 1, Kreiselpumpe 30, Steigleitung 7 und die Rohrschlange 6 mit Flüssigkeit gefüllt sind. Die Dosiergeschwindigkeit des flüssigen Chemikalienstroms ist so geregelt, dass dessen Durchlaufzeit durch die Vorrichtung etwa 4,5 bis 6 Halbwertzeiten entspricht. Dies ist auch die Vorhaltezeit für den Beginn der Dosierung. Eine Vorhaltezeit vor Ende der Dosierung wird die Zufuhr des flüssigen Chemikalienstroms durch die Flansche 11 und 12 gestoppt. Danach beginnt die Dosierpumpe 50 das gesamte flüssige Reaktionsgut der Vorrichtung mit der eingangs vorgegebenen Dosiergeschwindigkeit geregelt in das Fallrohr 7 zu fördern. Anschließend ist die Vorrichtung wieder ohne Reaktionsgut.
Bezugszeichenliste

1: Kreislauf-Reaktorrohr
2: Chemikalien-Zufuhreinrichtung
3: Chemikalien-Zufuhreinrichtung
4: Spülflüssigkeits-Zufuhreinrichtung
5: Steigleitung
6: Reaktor-Rohrschlange
7: Fallrohr
8: Abflusseinrichtung
11: Zuflussflansch (Chemikalie 1)
12: Zuflussflansch (Chemikalie 2)
13: Zuflussflansch (Wasser)
20: Vorschweißflansch
21: Rohrbogen
22: Rohrstück
23: Rohrbogen
24: Unteres Rohrstück
25: Rohrbogen
26: Rohrstück
27: Rohrbogen
28: Oberes Rohrstück
29: Vorschweißflansch
30: Kreiselpumpe
31: Ansaugflansch Kreiselpumpe
32: Druckflansch Kreiselpumpe
33: Pressluftmotor
37: unteres Ende der Rohrschlange
38: untere Rohrschleife
39: obere Rohrschleife
42: Rohrbogen
43: T-Stück
44: Vorschweißflansch
45: oberes Ende der Rohrschlange
50: Dosierpumpe
51: Ansaugflansch Dosierpumpe
52: Druckflansch Dosierpumpe
53: Pressluftmotor
54: Druck-Messvorrichtung
55: unteres Ende des Fallrohrs
56: oberes Ende des Fallrohrs
61: Rohrbogen
62: Vorschweißflansch
63: T-Stück
64: Rohrbogen
65: Rohrbogen
66: Rohrbogen
67: Vorschweißflansch
68: Vorschweißflansch
69: Vorschweißflansch
71: Absperrventil
72: Absperrventil
73: Absperrventil
74: Absperrventil
76: T-Stück
77: T-Stück
78: T-Stück
79: T-Stück
81: Druckhalte- und Regelventil
82: Druckhalte- und Regelventil
83: Druckhalte- und Regelventil
84: Druckhalte- und Regelventil
85: Vorschweißflansch
86: Vorschweißflansch
91: Pneumatischer Antrieb
92: Pneumatischer Antrieb
93: Pneumatischer Antrieb
94: Pneumatischer Antrieb

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202011050903 U1 [0002, 0005, 0006, 0013, 0032]
EP 2821370 A1 [0033]
DE 202015106096 U1 [0036]
DE 202015105132 U1 [0037]

Claims

Misch- und Dosiervorrichtung zum Mischen und Dosieren von flüssigen Chemikalien sowie Gewinnung eines flüssigen Reaktionsgutes unter Vakuumbedingungen umfassend: einen Reaktor mit Chemikalien-Zufuhreinrichtungen (2, 3) sowie einer Spülflüssigkeits-Zufuhreinrichtung (4), eine Reaktorleitung (5), die über ein Fallrohr (8) zu einem Vakuum-System führt, eine Pumpe (39) zum Betreiben der Misch- und Dosiervorrichtung sowie eine Abflusseinrichtung (8) zum Entleeren der Misch- und Dosiervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktorleitung als Kreislauf-Reaktorrohr (1) ausgebildet ist, in dem eine Kreiselpumpe (30) angeordnet ist und an dem die Abflusseinrichtung (8) angeschlossen ist, dass der Innendurchmesser des Kreislauf-Reaktorrohrs (1) und die Kreislaufpumpe (30) so ausgelegt sind, dass die Strömung innerhalb des Kreislauf-Reaktorrohrs (1) turbulent ist, und dass der Innendurchmesser des Reaktors (5) so ausgelegt, dass die Strömung innerhalb des Reaktors (5) laminar ist.
Misch- und Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dimensionslose Reynoldszahl der Strömung in dem Kreislauf-Reaktorrohr (1) oberhalb 2300 vorzugsweise oberhalb 50000 liegt, und dass die dimensionslose Reynoldszahl der Strömung in dem Reaktor (5) unterhalb 2300, vorzugsweise unterhalb 500 liegt.
Misch- und Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (5) eine Steigleitung (7) und/oder eine Rohrschlange (6) umfasst.
Misch- und Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislauf-Reaktorrohr (1) aus geraden Rohrstücken (22, 24, 26, 28) besteht, die miteinander durch 90 Grad Rohrbogen (23, 25, 27) verbunden sind, wobei das Kreislauf-Reaktorrohr (1) eine rechteckige Kreislaufleitung bildet.
Misch- und Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreiselpumpe (30) so ausgelegt ist, dass die Reaktionsflüssigkeit im Innern des Kreislauf-Reaktorrohrs (1) mit einer solchen Geschwindigkeit umgepumpt wird, dass bei vorgegebenem Innendurchmesser des Kreislauf-Reaktorrohrs (1) eine Strömung mit einer Reynoldszahl oberhalb 2300 vorzugsweise oberhalb 50000 erreicht wird.
Misch- und Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreiselpumpe (30) hermetisch abgedichtet ist und über Magnetkopplung durch ein Antriebsaggregat, vorzugsweise durch einem Pressluftmotor (33), angetrieben ist.
Misch- und Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innen-Volumen des Kreislauf-Reaktorrohrs (1) plus das Volumen der Kreiselpumpe (30) so groß ist, dass der durch die Flansche (11, 12) zugeführte, flüssige Chemikalienstrom für etwa 0,4 bis 0,7 Halbwertszeit im Gesamtvolumen des Kreislauf-Reaktorrohrs (1) plus Innervolumen der Kreiselpumpe (30) zirkuliert wird.
Misch- und Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Chemikalien-Zufuhreinrichtungen (2, 3) jeweilige Anschlussflansche (11, 12), anschließende Druckhalte- und Regelventile (81, 82) und anschließende Ventile (72, 73) zur Zufuhr der Chemikalien über T-Rohrstücke (78, 79) in den Kreislauf-Reaktorrohr (1), insbesondere in ein unteres Rohrstück (24) desselben, umfassen.
Misch- und Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülflüssigkeits-Zufuhreinrichtung (4) einen Anschluss-Vorschweißflansch (13), ein anschließendes Druckhalte- und Regelventil (83) und ein anschließendes Absperrventil (71) zur Zufuhr einer Spülflüssigkeit über das T-Rohrstück (77) in das Kreislauf-Reaktorrohr (1), insbesondere in ein oberes Rohrstück (28) desselben, umfassen.
Misch- und Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigleitung (5) über ein T-Stück (43) mit dem Kreislauf-Reaktorrohr (1) verbunden ist und in einem Ende (37) einer unteren Rohrschleife (38) der Rohrschlange (6) endet, wobei die Reaktionsflüssigkeit aus dem Verbund der Kreiselpumpe (30) und dem Kreislauf-Reaktorrohr (1) in die Steigleitung (5) mündet.
Misch- und Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenvolumen der Rohrschlange (6) plus dem Innenvolumen der Steigleitung (5) so groß dimensioniert ist, dass der durch die Flansche (11, 12) zugeführte, flüssige Chemikalien-strom eine Aufenthaltsdauer von etwa 4 bis 6 Halbwertszeiten in der Steigleitung (5) plus der Rohrschlange (6) hat.
Misch- und Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Fallrohres (7) so bemessen ist, dass aus der Rohrschlange (6) ausgeleitetes, flüssiges Reaktionsgut als Flüssigkeitsfilm an der Innenseite des Fallrohres (7) herabrieselt, wobei in dem Fallrohr (7) ein Vakuum herrscht, wenn einem unteren Ende des Fallrohres (7) eine Vakuumvorlage angeschlossen ist.
Misch- und Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (71, 72, 73, 74) stopfbuchslose Ventile sind, die vorzugsweise in Form von Faltenbalgventilen ausgeführt sind und die jeweils mit einem pneumatischen Antrieb (91, 92, 93, 94) versehen sind, um eine automatische Steuerung der Vorrichtung zu ermöglichen.
Misch- und Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflusseinrichtung (8) ein T-Stück (76) in dem unteren geraden Rohrstück (24) des Kreislauf-Reaktorrohrs (1) umfasst, das mit einer Dosierpumpe (50) verbunden ist, die beim Abschalten der Misch- und Dosiervorrichtung zum kontrollierten Entleeren der Reaktionsflüssigkeit aus dem Kreislauf-Reaktorrohr (1), aus der Kreiselpumpe (30), aus der Steigleitung (5) und aus der Rohrschlange (6) dient.
Misch- und Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierpumpe (50) über ein Druckhalte- und Regelventil (84) hydraulische mit einem unteren Ende (56) des Fallrohrs (7) verbunden ist.