DE2354296A1

DE2354296A1 - Polyphase dispersing-mixing agitator - has several stages of biconical shape with stirring arms in central cylindrical section

Info

Publication number: DE2354296A1
Application number: DE19732354296
Authority: DE
Inventors: Heinz Prof Dr Ing Brauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-10-25
Filing date: 1973-10-25
Publication date: 1975-05-07

Abstract

A polyphase agitator for the completion of heat or material transport processes with(out) chemical reactions includes several stages, each with a dispersive element. Each of the mixing stages has a changing cross-sectional area, the inlet and outlet of each stage representing the smallest sections. This achieves an intensive mixing of the inflow components, and a sepn. of the streams of material at the outflow from each stage. It also prevents axial reflux mixing from one stage to another which reduces the process efficiency.

Description

rrofessor Dr.-Ing. Heinz Brauer, 1. Berlin 37, Jänickestr. oo Dr.-Ing. Henner Schmidt-Traub, 1 Berlin 42, M.v.Richthofensxr. 15Professor Dr.-Ing. Heinz Brauer, 1. Berlin 37, Jänickestr. oo Dr.-Ing. Henner Schmidt-Traub, 1 Berlin 42, MvRichthofensxr. 15th

Kehrphnsen stirred reactor

Die Erfindung bezieht sich auf einen ein- oder mehrstufigen ■ ".hrrcaktor, in dem mehrere Phasen durch Rühreleinente dispergiert und vermischt werden, um Wärme— oder Stofftransportprozesse sowie chemische Reaktionen vorteilhaft durchführen zu können.The invention relates to a single or multi-stage .hrrcaktor, in which several phases are dispersed by stirring elements and mixed in order to be able to carry out heat or mass transport processes and chemical reactions in an advantageous manner.

In dem Reaktor können mehrere Phasen derart miteinander vermischt werden, daß eine flüssige Phase kontinuierlich und mindestens eine weitere Phase diskontinuierlich verteilt sind. Nach de~ Eintritt in jeweils eine Stufe erfolgt die Dispergierung der -o_ .c-' nenten unter Erzeugung einer großen und gleichzeitig einer _'-... eien Phasengrenzfläche, während die Komponenten im Austritt eine::- ö-cui'e durch besondere Strömungsführung wieder weitgehend voneinander getrennt sind.Several phases can be mixed with one another in this way in the reactor be that a liquid phase is continuous and at least another phase are distributed discontinuously. After the entry the -o_ .c- 'is dispersed in one stage each nents generating a large and at the same time a _'-... eien Phase interface, while the components in the exit have a :: - ö-cui'e due to a special flow guidance again largely from each other are separated.

Es sind Mehrphasenreaktoren bekannt, bestehend aus einem im allgemeinen zylindrischen Behälter, in dem die am Prozeß beteiligten Phasen mit Hilfe eines Rührelementes dispergiert werden. Bei diesen Bauförmen und mit einem über die Höhe unveränderlichen Gefäßquerschnitt können axiale Rückvermischungen, die den Wirkungsgrad der Wärme- oder Stoffübertragung vermindern, nicht; verhindert werden. Ist das Behältervolumen sehr groß, werden häufig mehrere Rührorgane auf einer Welle angebracht.' Diese Bauweise hat den Fachteil, daß, bedingt, durch die Strömung im Behälter, die Rührer nicht gleichmäßig an der Dispergierung der verschiedenen Phasen beteiligt sind, und ein großer Teil der zugeführten Energie nutzlos dissipiert.There are known multiphase reactors, consisting of one in general cylindrical container in which the phases involved in the process are dispersed with the aid of a stirring element. at these types of construction and with a height that is unchangeable Axial backmixing, which reduces the efficiency of the heat or mass transfer, cannot occur in the vessel cross-section; prevented will. If the container volume is very large, several agitators are often attached to one shaft. This construction has the technical part that, due to the flow in the container, the stirrer does not evenly disperse the various Phases are involved, and a large part of the supplied energy is uselessly dissipated.

Weiterhin sind mehrstufige Durchlaufmischer bekannt, die im Zuge von Rohrleitungen eingebaut werden, um Zusatzkomponenten dem geförderten Fluid beizumischen. Bei diesen Durchlaufmischern wird am Austritt einer Stufe keine Trennung der durch ein Rührorgaii vermischten Komponenten angestrebt. Ebenso sind ein Wärme- oder Stofftransport zwischen den beteiligten Phasen und eine Trennung der Komponenten nach Abschluß des Prozesses nicht vorgesehen.Furthermore, multi-stage continuous mixers are known, which in the course be installed by pipelines in order to mix additional components with the pumped fluid. In these continuous mixers at the exit of a stage no separation of the by a stirring device aimed at mixed components. There is also a heat or mass transfer between the phases involved and a separation of the components not intended after the process has been completed.

Der erfindungsgemäße mehrstufige Mehrphasenrührreaktor vermeidet die Kachteile bekannter Mehrphasenreaktoren dahingehend, daßThe multistage multiphase stirred reactor according to the invention avoids the Kachteile of known multiphase reactors to the effect that

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einerseits in jeder Stufe eine intensive Durchmischung der zugeführten Komponenten erzielt wird und andererseits die Stoffströme beim Verlassen einer Stufe wieder voneinander getrennt werden. Han erhält somit eine für den Wärme- oder Stofftransport vorteilhafte Durchmischung der "beteiligten' Komponenten in jeder • Stufe. Durch die Querschnittsveränderung zwischen den Stufen wird gleichzeitig eine axiale Vermischung von Stufe zu Stufe vermieden.on the one hand, an intensive mixing of the supplied in each stage Components is achieved and, on the other hand, the material flows are separated from each other again when leaving a stage will. Han thus receives a thorough mixing of the "involved" components in each one, which is advantageous for heat or material transport • Step. The change in cross-section between the stages also results in an axial mixing from stage to stage avoided.

Die kontinuierlich verteilte/ Flüssigkeit kann den Mehrphasenrührreaktor durchströmen oder in diesem bis zum Abschluß äes gewünschten Prozesses verweilen. Im Gegenstrom oder Gleichstrom dazu können gasförmige, flüssige und feste Phasen geführt v/erden, die von den Rührorganen dispergiert werden. Bei einstufiger Bauweise kann die feste Phase ebenfalls in dem Behälter verweilen.The continuously distributed / liquid can use the multi-phase stirred reactor flow through or in this until the conclusion aes desired Linger in the process. In countercurrent or cocurrent, gaseous, liquid and solid phases can be grounded, which are dispersed by the agitators. With single-stage construction the solid phase can also linger in the container.

Fig. 1-3 zeigen einen'gemäß der Erfindung gestalteten Mehrphasen-' rührreaktor. Er ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rührorgane (1) auf einer durchgehenden Welle (2) befestigt sind. Die einzelnen Stufen (3) haben hier die Form eines Doppelkegels mit einem zylindrischen Zwischenstück. In der oberen Stufe ist der Nahwirkungsbereich des ßührorgans (5) schraffiert dargestellt. Hier erfolgt die intensive Durchmischung der beteiligten Phasen. Es ist vorteilhaft, die Behälterwand in diesem Bereich mit Stromlenkern auszustatten. Diese Stromlenker können vertikal oder geneigt zur Vertikalen angebracht sein. Durch Neigung der Stromlenker kann die Strömung in der Stufe so beeinflußt werden, daß der Bereich guter Dispergierung oberhalb oder unterhalb des Rührorgans ausgedehnt wird. Ferner haben die Stromlenker die Aufgabe, die Umfangsgeschwindigkeit des mehrphasigen Systems im Nahwirkungsbereich (5) des Rührers zu vermindern. Dadurch werden Zentrifugalkräfte, die eine Entmischung der Phasen bewirken, verringert. Im nicht schraffierten Fernwirkungsbereich (12) des Rührers sind keine StTom\enl<er . vorhanden, dadurch kann sich hier die Umfangsgeschwindigkeit des Fluids voll ausbilden.1-3 show a multi-phase stirred reactor designed according to the invention. It is characterized in that the stirring elements (1) are attached to a continuous shaft (2). The individual steps (3) here have the shape of a double cone with a cylindrical intermediate piece. In the upper stage, the close range of action of the ßührorgans (5) is shown hatched. This is where the phases involved are intensively mixed. It is advantageous to equip the container wall with current guides in this area. This current guide can be mounted vertically or inclined to the vertical. By inclining the flow guide, the flow in the stage can be influenced in such a way that the range of good dispersion above or below the agitator is extended. Furthermore, the current guide has the task of reducing the circumferential speed of the multiphase system in the close range (5) of the stirrer. This reduces centrifugal forces that cause the phases to segregate. In the non-hatched remote action area (12) of the stirrer, there are no torques. available, so that the peripheral speed of the fluid can develop fully here.

Das dadurch hervorgerufene Zentrifugalkraftfeld dient zur Trennung der im Nahwirkungsbereich intensiv vermischten Phasen.The resulting centrifugal force field is used for separation the intensely mixed phases in the close-up area.

Als Dispergxerorgan können bekannte Rührertypen eingesetzt werden. Vorteilhaft sind schnell laufende Lochscheibenrührerir Die Rührer-Known types of stirrer can be used as the dispersing element. Fast-running perforated disc stirrers are advantageous.

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Torrn ist allerdings nicht Gegenstand der Erfindung. Die Welle (2), auf der die Rührorgane befestigt sind, wird durch einen Motor (6) getrieben, der je nach den Erfordernissen des Betriebes oberhalb oder unterhalb des Rührreaktors angebracht ist. Je nach Länge der Welle (2) und den K'onstruktionsbedingungen kann die Welle (2) außer an ihren Enden zusätzlich in den Verbindungsstücken (1J) zwischen den einzelnen Stufen gelagert sein (7).Torrn, however, is not the subject of the invention. The shaft (2) on which the agitators are attached is through a motor (6) driven, which is mounted above or below the stirred reactor, depending on the requirements of the operation is. Depending on the length of the shaft (2) and the construction conditions the shaft (2) can also be supported at its ends in the connecting pieces (1J) between the individual stages his (7).

Der Durchfluß der Phasen durch den Reaktor erfolgt unter Wirkung des natürlichen Gefälles. Falls die Wärme- oder Stofftransportbedingungen eine längere oder kürzere Verweilzeit der durchströmenden Phase erfordern, kann diese durch Auswahl geeigneter Rührer oder durch geneigte Stromlenker beeinflußt werden.The phases flow through the reactor under action of the natural gradient. If the heat or mass transfer conditions require a longer or shorter dwell time of the phase flowing through, this can be achieved by selecting a suitable stirrer or influenced by inclined current guides.

Die Zu- und Abführung (8,9) der durch den Rührreaktor strömenden Phasen ist im allgemeinen am Kopf.und am Fuß der mehrstufigen Anlage vorzunehmen. Falls es für den Prozeß vorteilhaft ist, können die einzelnen Stufen auch mit Anschlüssen versehen werden.The feed and discharge (8, 9) of the phases flowing through the stirred reactor is generally at the top and bottom of the multi-stage To make the investment. If it is beneficial to the process, you can the individual stages can also be provided with connections.

Wird der Prozeß mit flüssiger und gasförmiger Phase betrieben, ist es gemäß der Erfindung vorteilhaft, in der oberen Kammer (10) des Reaktors, in der sich beide Phasen trennen, kein Rührorgan vorzusehen und/oder diese mit wirkungsvollen Stromlenkern (11) auszustatten. Dadurch wird verhindert, daß die Strömung in der darunterliegenden Stufe des Mehrphasenrührreaktors durch, eine Trombe beeinflußt wird.If the process is operated with liquid and gaseous phase, According to the invention, it is advantageous not to have a stirrer in the upper chamber (10) of the reactor, in which the two phases separate to be provided and / or to equip them with effective current guides (11). This prevents the flow in the underlying stage of the multi-phase stirred reactor through, a Trombe is affected.

Claims

Claims ■ -. . ''"

* Multi-phase stirred reactor for carrying out heat or mass transfer processes with and without chemical reactions, characterized by a single or multi-stage design and a dispersing element (1) in each stage / 3).

2. Multi-phase stirred reactor according to claim 1, characterized in that the mixing stages (3) have a variable cross section, the inlet and outlet of a stage having the smallest diameter. .

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5. Multi-phase stirred reactor according to claim 1 and 2, characterized by a vertical design, with no backmixing from stage to stage taking place and the stirring elements (1) are arranged on a drive shaft (2).

4 ·. The individual mixing stages of the multi-phase stirred reactor according to claims 1 and 2 are designed in such a way that a large and fresh phase interface between the components involved in the process is generated in the close-up area (5) of the agitator (Ό) the phases are separated again, so that after the flow has passed through the connecting pieces (13), redispersion takes place in the following stage.

5. Apparatus according to claim 4-, characterized in that in the close range (5) of the stirrer, the flow is influenced by flow guide (4 ·).

6. Multi-phase stirred reactor according to claim. 1-6, characterized in that perforated disks and other known Rünrertypes are used as a dispersing and conveying element (1).

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