DE2306557A1 - Reaktor fuer reaktionen zwischen zwei fluida - Google Patents

Reaktor fuer reaktionen zwischen zwei fluida

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Description

DIPL-ING. H. FINK PATENTANWALT ■ 7300 ESSLINGEN (NECKAR) - HINDENBURGSTRASSE
. Patentanwalt FINK ■ D7300 Enlingen (Neckar), Hind«nburgstro8e 44 ·
10.Februar 1973
p 6070
ETABLISSiMiMT 6AKOIHIER, 5. Rue du Commandant Pilot, r-92 MEDILLT-SUR-SEIKE, Frankreich
"Reaktor für Reaktionen zwischen zwei Fluida"
Beansprucht« Priorität der französichen Patentanmeldung 72·33 271 tob 20.September 1972
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor für Reaktionen anriechen zwei Fluida, mit einen zylinderföraigen Mantel, mit einer Rohrleitung mit einem Ei» laarohransatz für ein erstes Fluid und mit einer zweiten, koaxial in der ersten verlaufenden Rohrleitung mit einem EinlaBrohransatz für ein zweites Fluid, und mit Einrichtungen, mittels denen die beiden Fluida zu ihrer Vermischung eine schraubenartige Bewegung erhalten.
In bekannten Reaktoren dieser Art, die insbesondere zum Mienen und für eine Reaktion von Ammoniak und Phosphorsäure verwendet werden, sind Einrichtungen, mittels denen die Flüssigkeit eine schraubenartig verlaufende Bewegung erhalten, in Form zumindestena eines Kanals
- 2 - ■
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ORIGINAL INSPECTED
10.2.1973
vorgesehen) der zwischen einem am Umfang eines Drehkörpers angebrachten schraubenförmigen Halses und einem zylinderförmigen Mantel auegebildet ist! hei dieser Ausführung»form werden di® beidan Flüssigkeiten in den Kanal eingespeist.
Diese bekannten Reaktoren weisen &hmr verschiedene Nachteils auf. Vor allem die in dem Drehkörper vorgesehenen, schraubenförmigen Ansätze sind empfindlich gegenüber Korrosion und veratopfen leichte sobald die Durehflußmenge der Grundstoffe einen kritischen ¥ert überschreitet; hierdurch sind mber die Antrendumgsmöglichkeiten dieser Reaktoren sehr begrenzt» Auch, können Reaktoren mit schraubenförmig ausgebildeten Ansätzen nur schwer verwendet werden, wenn mehr als 5 Tonnen pro Stunde Ammonium-Phosphat erzeugt werden sollen«
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher« diese Nachteile zu beseitigen« Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Reaktor der eingangs beschriebenen Art dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen, mittels denen die Pluida eine schraubenartige Bewegung erhalten, durch die Anordnung der Rohransätze gebildet sind, die tangential in die jeweilige Rohrleitung einmünden.
Aufgrund dieser Anordnung strömen die in den Reaktor eingeleitetem Pluida jeweils von selbst auf einer schraubenförmig verlaufenden Bahn, wie an sich bekannt ist. Auf diese Weise sind bei dem gemäß der Erfindung vereinfacht ausgebildeten Reaktor die oben angeführten, durch Korrosion, das Verstopfen oder ein Verschmutzen entstehenden Schwierigkeiten beseitigt; auch ist der Reaktor in sehr großem Maße im Hinblick auf die Zufuhrmenge an Grundstoffen anpassungsfähig.
. - 3 4098U/078 7
«λλργγπ 10.2.1973
Somit ist «in Iemktor geschaffen, der gegenüber Reaktoren «it einer schraubenförmig ausgebildeten Kammer vor alle« bei Produktionsmengen von mehr als 5 Tonnen pro Stunde bevorzugt wird.
Hierbei können die Ein laßrohransätze für die beiden Fluide so angeordnet sein« daß die Ströme entweder in derselben Richtung« beispielsweise beide im Uhrzeigerdrehsinn, oder in entgegengesetzten Richtungen auf schraubenförmigen Bahnen verlaufen.
Vorteilhafterweise mündet der Einlaßrohransatz der ersten Rohrleitung« in Strömungsrichtung der Fluida gesehen, vor de« freien Ende der zweiten Rohrleitung. Infolgedessen kommt das zweite Fluid schon beim Einströmen in den Reaktor mit de« ersten Fluid in Kontakt, das bereits in eine schraubenförmige Bewegung versetzt ist.
Bei einer Ausführungsform des Reaktors gemäß der Erfindung ist die eine Seite der zweiten Rohrleitung durch einen «ittels eines Handrads verschiebbaren Kolben verschlossen« durch den die öffnung mehr oder weniger versperrt werden kann« über die der Einlaßrohransatz für das zweite Fluid mit der entsprechenden Rohrleitung in Verbindung steht. Mittels dieses Kolbens kann die Menge des zweiten Fluids bezüglich der Menge des ersten Fluids eingestellt werden.
Schließlich weisen die Einlaßrohransätze zum Vorwärmen und Reinigen des Reaktors vorzugsweise jeweils Einlaßeinrichtungen für warmes Wasser oder Wasserdampf auf.
nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die anliegen-
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η inn cc π 10.2.1973
den Zeichnungen erläutert. Ee zeigen: Fig.i einen Längsschnitt, und
Fig.2 eine Seitenansicht des Reaktors gemäß der Erfindung ·
Der in Fig.1 dargestellte Reaktor weist drei Hauptteil· auf, nämlich ein Teil 1 mit den Einlaßrohrleitungen für die Grundstoffe* eine Reaktbnskammer 2 und eine AuAaA-einrichtung 3 für die erzeugten Produtt·.auf.
Der Teil 1 weist im wesentlichen zwei koaxial· Rohrleitungen 4 und 5 »it tangential verlaufenden Rohransätzen oder -stutzen 5 bzw. 6 auf; der an der äußeren Rohrleitung 4 vorgesehene Rohransatz 5 erfindet, in Strömung«richtung der Fluide gesehen, vor dem freien Ende der Rohrleitung 6.
Außerdem weisen die Rohransätze oder -stutzen Leitungen 10 und 11 auf, über die warmes Wasser oder Dampf eingeleitet werden kann; die innere Rohrleitung 5 ist durch einen mittels eines Handrads 9 verschiebbaren und verstellbaren Kolben 8 verschließbar·
Die Reaktionskammer 2 weist im wesentlichen einen in der Verlängerung der Rohrleitung 4 verlaufenden, zylindrischen Mantel auf. Schließlich weist die Auslaßeinrichtung eine Reduzierkammer 12 und eine Auslaßöffnung 13 auf.
Zur Herstellung von 800 kg/h trockenen Ammonium-Phosphat kann beispielsweise ein Reaktor aus rostfreiem Stahl verwendet werden, der folgende Abmessungen und Werte besitztt
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oonrrr7 10.2.1973
23UbDb/ ρ 6070 '
Eine Gesamtlänge von ^ 80cm, einen Außendurchmesser von £f 12cm, eine Reaktionskammer mit einem Durchmesser von 2f 10cm und ein Gesamtgewicht von etwa 20 bis 30kg.
Der Reaktor arbeitet dann folgendermaßen: Zum Vorwärmen des Reaktors wird über die Leitungen 10 und 11 Dampf eingeleitet. Dann werden gasförmiges Ammoniak und pulverisierte Phosphorsäure, deren Konzentration in P0O- sich von 28% bis βθ% ändert, über die Rohransätze 5 bzw· 7 eingeleitet» Die Fluide ereichen in dem Reaktor einander entsprechende Drucke die im allgemeinen zwischen 2 und 10 Bar liegen; mitunter wird ein leichter Überdruck der Phosphorsäure bezüglich des Ammoniaks bevorzugt· Mittels des durch das Handrad 9 verstellbaren Kolbens ° wird die Menge an Phosphorsäure bezüglich der Ammoniakmenge eingestellt.
Die beiden Pluida erhalten beim Einströmen in den Reaktor in tangentialer Richtung einen Impuls, so daß sie eine schraubenförmig verlaufende Bahn beschreiben. Zn dem im Vergleich zu der Größe des Reaktors verhältnismäßig großen Reaktionsraum werden de Phosphorsäure und das Ammoniak sehr gut gemisäit, so daß die Zeit, während der eich die Fluida in der Reaktionskammer befinden, kurz ist. Genauer gesagt, diese Zeit ist ungefähr auf 1/10 bis 1 Sekunde eingestellt.
Am Ausgang der Reaktionskammer gelangt die Reaktionsrai schung in die Reduzierkammer 12, aus der das gebildete Ammonium-Phosphat in fein verteiltem, wasserfreiem, flüssigen Zustand fortwährend ausströmt. Wenn bei unter 120 C liegenden Temperaturen gearbeitet wird, erhält man Orthophosphate, die unmittelbar hinter dem Reaktorauslaß kristallisieren können.
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ο ο η η r r '"7 10.2. 1973
2 3 U b b b / ρ 6070
Wenn die Temperatur der gebildeten Produkte höher als 26O C ist, werden geschmolzene bzw« flüssige Ammoniumpolyphosphat e erhalten, die als Polyphosphor-Flüssigkelt verwendet werdeijAönnen. Nach dem Gebrauch des Reaktors wird zu saner Reinigung Dampf durch ihn hindurch· geleitet, der über die Leitungen. 10 und 11 zugeführt wird.
Ira folgenden werden einige Arwrendungsb ei spiele des Reaktors gemäß der Erfindung angegeben· Beispiel 1
Bei Einleiten von Phosphorsäure mit. einem Gehalt von weniger oder gleich 52% bezogen auf P0O und von gasförmigem Ammoniak werden in dem Reaktor Ortho-Phosphate mit Temperaturen von weniger oder gleich 150 C erhalten.
Mit 50#-iger Phosphorsäure bezogen auf Po0_ und gasförnix gem Ammoniak, die beide unter einem Druck von 6 bis 7 Bar stehen, können mittels des Reaktors gemäß der Erfindung ungefähr 800kg/h Ammonium-Monophosphat mit einem Gehalt von 12% N und 52% P0O mit einem Regelungsbereich von +_ 25% erhalten werden.
Beispiel 2
Bei Zuführung von hinreichend konzentrierter Phosphorsäure mit einem Gehalt von mehr oder gleich ^2% bezogen auf P„0_ und von gasförmigen, Ammoniak werden unmittelbar Ammonium-Polyphosphate erzeugt, wobei es aufgrund der Anwesenheit von organischen Stoffen in den Säuren, die von nicht gebrannten, von der Düngerindustrie gewähnlich verwendeten! sedimentären Phosphaterzen stammen« schwierig ist, die Schaumphase zu beseitigen.
Wenn 56#-ige Phosphorsäure und gasförmiges Ammoniak, die beide unter einem Druck von 7 Bar stehen, reagieren, wer-
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den 1 ^OOkg/h Asmonlua-Polypho£i>hote mit elneca Gehalt 1?· Ka und 58* P3O Polyphosphorsaure
von 11?· Ka und 58* P3O5 im Verhältnis
% in Abhängigkeit von der Temperatur der in den Reaktor eingeleiteten ftesgenxien erhalten. Da» Verhältnis lieft nahe bei 20$· wenn die PhoephorsHure und da· gasföneige Aeeoniak kalt «ind, vHhrend das Verhältnis grü> Her oder gleich 50?» ist( wenn die PhoephoreUure und dae gasförmige Amoniak auf 1000C vorgewärmt aind.
Der Becktor s*0^^ der Erfindung kann als llauptreaktor in Anlasen nur Hei Stellung von fJ U«eigen Düngemitteln verwendet werden« wobei er die erforderlichen Polyphosphate liefert.
Beispielsweise kann folgende· Unterauchun§eergebnie «ngeseben werden»
Man läßt 103 kg P«0« *n Poru von 35K-4ger Phoephoraäure
mit einer Temperatur von 0O°C und 25kg gasförmigen Ammoniak« «it einer Tee^pernt«r von 25°C, die beide unter
Druck von 7 hie 8 Bar stehen, in des Reaktor geaUi0 der Erfindung reagieren. Die Temperatur der erhaltenen Polyphoephate liegt dann hei 24o hie 260°C.
Von dem Reaktor wird unaittelbar ein Lo«ung«hehälter be-•chiokt, der 118 1 Vaeeer enthält, dem flüesige» Aswoniak (12kg) sugeführt wird· SohlieQlich wird eine Lösung von 302kg mit einem hohen Gehalt an jtolyphoaphat mit 10# K und Jk% P3O5 erhalten*
Der Reaktor gemäß der Erfindung karat aber auch ala Zumtsreaktor für herkönaliehe Granuliereinheiten mit einen •ich drehenden Rohr» sinr Auflage us*· verwendet werden, wenn Aanonium-Phosphat in Fora von Aeaxmiue-Ortho- oder PoIy-
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phosphaten geschaffen wird; dies stellt eine Ergänzung der sehr konzentrierten Produkte oder auch der für die Formulierung erforderlichen Menge an Ammoniumphosphat dar.
Beispielsweise kann folgendes Untersuchungeergebnis angegeben werdent
Ein Reaktor gemäß der Erfindung wird unmittelbar in einem sich drehenden Granulatorrohr untergebracht und wird mit einer 48j6-igen Säure bezogen auf Po0r und flüssigem Ammoniak beschickt, die beide unter einem Druck von 6 Bar stehen. Unter diesen Bedingungen werden 2OOkg/h Ammonium-Monophosphate mit einem Gehalt ναι 10% Nn und 52% P4O- erhalten, das unmittelbar auf das Granulatbett ausgestoßen wird, wobei 20t/h erzeugt werden.
0er Reaktor gemäß der Erfindung weist also folgende Vor- ■ teile auf:
Er ist einerseits leicht und sehr raumsparend und kompakt ausgebildet und andererseits leicht montierbar, zerlegbar und ohneweiteres zugänglich. Sr arbeitet in einem sehr großen Temperaturbereich sowohl bezüglich der Reagenzien wie der erhaltenen Produkte; auch findet bei ihm kein Wärmeaustausch mit der Umgebung statt· Darüber hinaus kann er fortwährend oder mit Unterbrechungen in Jeder Lage und ohne jede Neigung oder Schrägstellung betrieben werden, wobei ei/selbst in ein Bad von gelöstem oder geschmolzenem bzw. flüssigem Dünger eingetaucht ist, an das er Energie überträgt. Darüber hinaus kann mit dem Reaktor ein guter Ertrag an Ammonium-Phosphaten oder -Polyphoapha-
% MH ten erhalten werden, da das molekulare Verhältnis 3
H3PO4
unter oder nah« bei 1 liegt· Obwohl sich die vorstehend· Beschreibung auf Reaktionen mit Phosphorsäure bezieht, ist der Reaktor selbstverständlich für jede ander· Reaktion zwischen zwei Fluide, insbesondere für Reaktionen mit SaI-
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ο τ η c u c-7 1ο;2·ί973 230655/ ρ 6ο7ο
jeter■- und Schwefelsäuren, g
Patentansprüche
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Claims (4)

2 JUb DD / P 60/0 ■ Patentansprüche
1. Reaktor für Reaktionen zwischen zirei Fluida mit einem aylinderförraigsn Mangel,mit einer Rohrleitung mit einetü Einlaßrohr für ein erstes Fluid und mit einer zweiten, koaxial au der ersten verlaufenden ,Rohrleitung mit einem Einlaßrohr Tür ein zweites Fluid und mit Einrichtungen» mittels denen die beiden Fluide zu ihrer Vermischung eine schraubenförmige Bewegung erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen durch die Anordnung der .Rohransätze (5, 7) gebildet sind, die tangential in die entsprochende Rohrleitung (4 bzw* 6) münden,,
2. Reaktor nach Anspruch I, dadurch g β 2t e η η ζ e i c fane t, daß der Einlaßrohransatz in der ersten Rohrleitung (4), in Strömung sr ichtung- des Fluids gesehen, vor deiü freien Ende der zweiten Rohrleitung (6) mündet·
j. Reaktox* nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch & e & e u η ζ eich η et, daß die eine Sei ce aer zweiten KohrLeitung (6) durch einen mittels eines Handrads (9) verschiebbaren Kolben (β) verschlossen ist, durch den die Öffnung mehr oder weniger versperrt werden kann, über die derEinlaßrohransätz (7) £"ür das zweite Fluid mit der entsprechenden JÜohileitung in Verbindung steht.
4. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennz eich net, daß die Rohransätze (5t 7) Jeweils Einlaßeinrichtungen für' warmes Wasser oder Wasserdampf zum Vor erwärmen und Reinigen des Reaktors aufweisen.
4098U/0787
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