DE2514129B2

DE2514129B2 - Device for achieving a uniform flow profile

Info

Publication number: DE2514129B2
Application number: DE19752514129
Authority: DE
Inventors: Ernst 6520 Worms Dietrich; Ernst 6700 Ludwigshafen Guenther; Werner Dipl.-Chem. Dr. 6700 Ludwigshafen Hoerauf; Eckart 6710 Frankenthal Neumann; Hans Dipl.- Chem. Dr. 6710 Frankenthal Pirzer
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1975-03-29
Filing date: 1975-03-29
Publication date: 1978-06-29
Also published as: CH606820A5; FR2306356B1; NL174387B; FR2306356A1; GB1555804A; CA1083012A; NL7603222A; JPS51117319A; NL174387C; DE2514129A1; ES446430A1; DE2514129C3; BE840167A; IT1056965B

Description

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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Erzielung eines gleichmäßigen Strömungsprofils stark viskoser Flüssigkeiten beim Durchfluß durch Röhren oder Reaktionsräume unter Verwendung von quer zur Strömungsrichtung angeordneten Scheiben mit öffnun- so gen.The invention relates to an apparatus for achieving a uniform flow profile strong of viscous liquids when flowing through tubes or reaction spaces using transverse to Disks with openings arranged in the direction of flow.

Beim Durchfluß von Flüssigkeiten mit hoher Viskosität durch Röhren oder Reaktionsräume ist es schwierig, ein gleichmäßiges Strömungsprofil, d. h. eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit über den gesamten Querschnitt zu erhalten. Durch den Einfluß der Wand wird die Fließfähigkeit so beeinflußt, daß der in der Mitte befindliche Teil der viskosen Flüssigkeit voreilt. Dies hat zur Folge, daß die Verweilzeit der einzelnen Flüssigkeitsteilchen in dem Rohr oder Reaktionsraum unterschiedlich ist und ein großer Anteil der Flüssigkeit erst nach längerer Zeit das Rohr oder den Reaktionsraum verläßt als die Anteile der Flüssigkeit aus der Mittelzone. Dies ist besonders unerwünscht, wenn in der Flüssigkeit eine Reaktion vor sich geht, deren Fortschreiten von der Verweilzeit abhängig ist. Besonders bei Polymerisations- oder Polykondensationsreaktionen, z. B. der Herstellung von Polycaprolac-When fluids with high viscosity flow through tubes or reaction chambers, it is difficult to a uniform flow profile, d. H. a uniform flow rate over the entire To obtain cross-section. By the influence of the wall, the flowability is so influenced that the in the Part of the viscous liquid located in the middle leads. This has the consequence that the residence time of the individual Liquid particles in the tube or reaction space is different and a large proportion of the liquid only after a longer time leaves the tube or the reaction chamber than the proportions of the liquid from the Middle zone. This is particularly undesirable when a reaction is taking place in the liquid, such as Progress is dependent on the residence time. Especially in polymerization or polycondensation reactions, e.g. B. the production of polycaprolac tam, beeinträchtigt eine unterschiedliche Verweilzeit ein wesentlich breiteres Spektrum an höher- und niedermolekularen Anteilen.tam, a different residence time affects a much broader spectrum of higher and lower molecular weight fractions.

Aus der DT-PS 11 36 310 ist bereits eine Vorrichtung zur Erzielung eines gleichmäßigen Strömungsprofils bekannt, wobei in hexagonaler Anordnung zu Scheiben zusammengeheftete zylindrische Füllkörper mit in das Innere hineinragenden Wandausschnitten versehen sind und die Scheiben in den durchströmten Rohr- oder Reaktionsräumen in Abständen senkrecht zur Strömungsrichtung eingebaut sind Die Herstellung solcher Scheiben ist jedoch technisch sehr aufwendig, da zunächst die einzelnen zylindrischen Füllkörper hergestellt werden müssen und dann eine Vielzahl dieser Füllkörper zusammengeheftet werden müssen. Zudem hat die Vorrichtung den Nachteil, daß bei einer einmal gewählten Größenordnung der Füllkörper eine Abänderung nur durch Auswechseln sämtlicher Füllkörper möglich ist, d. h. eine völlig neue Scheibe gebaut werden muß.From DT-PS 11 36 310 there is already a device known for achieving a uniform flow profile, with disks in a hexagonal arrangement stapled cylindrical filler bodies are provided with wall cutouts projecting into the interior and the disks are installed in the pipe or reaction spaces through which the flow passes at intervals perpendicular to the direction of flow Discs is, however, technically very complex, since the individual cylindrical filler bodies have to be produced first and then a large number of these Packing must be stapled together. In addition, the device has the disadvantage that once Chosen order of magnitude of the packing a change only by replacing all packing is possible, d. H. a completely new disc can be built got to.

Es war die technische Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die es gestattet, einer stark viskosen Flüssigkeit bei Durchfluß durch Röhren oder Reaktionsräume von Anfang an ein gleichmäßiges Strömungsprofil zu geben und die leicht den Anforderungen gemäß angepaßt werden kann.It was set the technical task, a To provide a device that allows a highly viscous liquid to flow through To give tubes or reaction spaces a uniform flow profile from the start and that is easy can be adjusted according to requirements.

Es wurde nun gefunden, daß man beim Durchfluß stark viskoser Flüssigkeiten durch Röhren oder Reaktionsräume dadurch ein gleichmäßiges Strömungsprofil unter Verwendung von quer zur Strömungsrichtung angeordneten Scheiben mit Öffnungen erzielt, wenn die Scheiben als ringförmige Bänder mit steigendem Durchmesser ausgebildet sind, die in Abständen konzentrisch auf einem Rost angeordnet sind, wobei die Wände der ringförmigen Bänder parallel zur Strömungsrichtung verlaufen.It has now been found that when flowing through of highly viscous liquids through tubes or reaction chambers, a uniform flow profile is achieved using disks with openings arranged transversely to the direction of flow, if the disks are designed as annular bands with increasing diameter, which in Distances are arranged concentrically on a grate, with the walls of the annular bands parallel run towards the direction of flow.

Ferner wurden weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gefunden, die in Unteransprüchen beschrieben sind.Furthermore, further configurations of the device according to the invention were found, which are described in the subclaims.

Die neue Vorrichtung hat gegenüber der aus der DT-AS 11 36 310 bekannten Vorrichiung den Vorteil, daß sie auf einfache Weise aus Halbzeug für die Herstellung von Füllkörpern hergestellt werden kann. Zudem lassen sich die Abmessungen z. B. die Abstände, in denen die ringförmigen Bänder angeordnet sind, wesentlich einfacher abändern, ohne daß eine völlig neue Vorrichtung hergestellt werden muß. Gegenüber der Vorrichtung entsprechend der DL-PS 95 189 hat die neue Vorrichtung den Vorteil, daß von Anfang an ein gleichmäßiges Strömungsprofil erzielt und nicht ein zuerst ausgebildetes ungleiches Strömungsprofil nachträglich korrigiert wird.The new device has the advantage over the device known from DT-AS 11 36 310 that it can be produced in a simple manner from semi-finished products for the production of packing elements. In addition, the dimensions z. B. the distances at which the annular bands are arranged, Much easier to modify without having to manufacture a completely new device. Opposite to the device according to the DL-PS 95 189 has the new device has the advantage that from the beginning a uniform flow profile is achieved and not a uneven flow profile formed first is subsequently corrected.

Bevorzugte stark viskose Flüssigkeiten sind z. B. Schmelzen von Polylactamen, die bei der Polykondensation von Lactamen mit 5 bis 13 Ringgliedern bei Temperaturen von 140 bis 250⁰C erhalten werden. Besondere technische Bedeutung hat die Vorrichtung bei der Herstellung von Polycaprolactam.Preferred highly viscous liquids are, for. B. melting polylactams obtained in the polycondensation of lactams having from 5 to 13 ring members, at temperatures from 140 to 250 ⁰ C. The device is of particular technical importance in the production of polycaprolactam.

Die ringförmigen Bänder haben vorteilhaft eine Breite von 1,5 bis 10 cm, insbesondere von 3,5 bis 8 cm. Sie werden auf einem Rost, ζ. B. einem Kreuzrost oder einer spinnenartigen Unterkonstruktion, konzentrisch in Abständen mit steigendem Durchmesser zu einer durchbrochenen Scheibe angeordnet Die Abstände betragen vorteilhaft 1,75 bis 5 cm. In der Regel sind die Abstände zwischen den einzelnen ringförmigen Bändern gleich. Es ist jedoch auch möglich, daß die ringförmigen Bänder mit zunehmendem DurchmesserThe annular bands advantageously have a width of 1.5 to 10 cm, in particular 3.5 to 8 cm. They will be on a grate, ζ. B. a cross grate or a spider-like substructure, concentric at intervals of increasing diameter to one perforated disc arranged The distances are advantageously 1.75 to 5 cm. Usually they are The distances between the individual ring-shaped bands are the same. However, it is also possible that the annular bands of increasing diameter

in größeren oder kleineren Abständen angeordnet sind, um verändertes Fließverhalten der Schmelze, wie sie z. B. durch zusätzliches Heizen innen oder außen verursacht wird, auszugleichen. Um ein Voreilen der viskosen Flüssigkeit im Zentrum der Scheibe zu verhindern, wird dort vorteilhaft ein Verdränger angeordnet, der zweckmäßig kegelförmige Enden hat.are arranged at greater or lesser intervals in order to alter the flow behavior of the melt, as they do z. B. caused by additional heating inside or outside to compensate. To advance the viscous liquid in the center of the disc prevent, a displacer is advantageously arranged there, which expediently has conical ends.

Es ist vorteilhaft, zwei oder mehrere Scheiben gegenseitig versetzt anzuordnen. Die Abstände zwischen den einzelnen Scheibenpaaren betragen im allgemeinen 34 bis 20 cm. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, in Reaktionsräumen je Meter Länge 4 bis 10 Scheiben anzuwenden. Bei einer anderen vorteilhaften Anordnung sind die versetzt angeordneten Scheiben lediglich durch die Unterkonstruktion als Distanzstücke voneinander getrennt.It is advantageous to arrange two or more disks offset from one another. The distances between the individual pairs of discs are generally 34 to 20 cm. It has been found to be functional proven to use 4 to 10 discs per meter length in reaction chambers. Another advantageous one The staggered panes are only arranged as spacers through the substructure separated from each other.

Es versteht sich, daß sich die Scheiben jeweils über den gesamten Querschnitt der Rohre oder Reaktionsräume erstrecken. It goes without saying that the discs each over extend the entire cross-section of the tubes or reaction chambers.

AJs besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die ringförmigen Bänder mit Wandausschnitten (wie bei bekannten Füllkörperringen) versehen sind, die senkrecht zur Strömungsrichtung in die Abstände zwischen den einzelnen ringförmigen Bändern hineinragen. In der Regel kommen auf 1 Meter Band 40 bis 125 Wandausschnitte. Ein guter Effekt beim Durchströmen der stark viskosen Flüssigkeiten wird auch erzielt, wenn man die senkrecht zur Strömungrrichtung angeordneten Wandausschnitte dreidimensional pflugscharähnlich ausgestaltet. Die Ausschnitte können von Scheibe zu Scheibe und Band zu Band alternierend im Sinn eines Linksdralles oder eines Flechtsdralles pflugscharähnlich verwunden sein. Eine besonders vorteilhafte Anordnung sieht so aus, daß die Wandausschnitte von Scheibe zu Scheibe alternierend nach innen oder außen gerichtet sind. Es hat sich auch bewährt, daß die Wandausschnitte so gestaltet sind, daß sie als Distanzstücke zwischen den einzelnen ringförmigen Bändern dienen.AJs have been found to be particularly beneficial when the annular bands are provided with wall cutouts (as in known packing rings) which are perpendicular to the direction of flow protrude into the spaces between the individual annular bands. In the As a rule, there are 40 to 125 wall cut-outs for 1 meter of tape. A good effect when flowing through of the highly viscous liquids is also achieved if one is arranged perpendicular to the direction of flow Wall cut-outs designed three-dimensionally similar to ploughshare. The cutouts can be made from slice to Disc and tape to tape alternating in the sense of a left twist or a braided twist similar to a ploughshare be wounded. A particularly advantageous arrangement is that the wall cutouts from the disc to Disc are directed alternately inwards or outwards. It has also been proven that the wall cutouts are designed to act as spacers between the individual annular bands.

F i g. 1 zeigt den Querschnitt durch eine Scheibe mit einem Verdränger 1, ringförmigen Bändern 2, Wandausschnitten 3 und der Unterkonstruktion 4. F i g. 2 zeigt Ausschnitte der Aufsicht und zwei gegeneinander versetzte Scheiben A und B mit jeweils einem Verdränger 1, ringförmigen Bändern 2 und Wandausschnitten 3. F i g. 3 zeigt den Wandausschnitt aus einem ringförmigen Band 2 min pflugscharähnlich verwundenen Wandausschnitten 3 und der Unterkonstruktion 4.F i g. 1 shows the cross section through a disk with a displacer 1, annular bands 2, wall cutouts 3 and the substructure 4. FIG. 2 shows details from the top view and two disks A and B offset from one another, each with a displacer 1, annular bands 2 and wall sections 3. FIG. 3 shows the wall section from an annular band 2 min wall sections 3 twisted like a ploughshare and the substructure 4.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Vorrichtung zur Erzielung eines gleichmäßigen Strömungsprofils stark viskoser Flüssigkeiten beim DurchfluB durch Röhren oder Reaktionsräume unter Verwendung von quer zur Strömungsrichtung angeordneten Scheiben mit öffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (A, B)als ringförmige Bänder (2) mit steigendem Durchmesser ausgebildet sind, die in Abständen konzentrisch auf ι ο einem Rost angeordnet sind, wobei die Wände der ringförmigen Bänder parallel zur Strömungsrichtung verlaufen.1. Device for achieving a uniform flow profile of highly viscous liquids when flowing through tubes or reaction spaces using disks with openings arranged transversely to the direction of flow, characterized in that the disks (A, B) are designed as annular bands (2) with increasing diameter which are arranged concentrically at intervals on a grate, the walls of the annular bands running parallel to the direction of flow.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zwei oder mehrere Scheiben (A, B) gegenseitig versetzt angeordnet sind.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that two or more discs (A, B) are arranged mutually offset.

3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Bänder (2) mit Wandausschnitten versehen sind, die senkrecht zur Strömungsrichtung in die Abstände zwischen den einzelnen ringförmigen Bändern (2) hineinragen.3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the annular bands (2) with Wall cutouts are provided that are perpendicular to the direction of flow in the distances between the individual ring-shaped bands (2) protrude.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandausschnitte pflugscharähnlich dreidimensional ausgestaltet sind.4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that the wall cutouts Are designed like ploughshare three-dimensional.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandausschnitte von Band zu Band und Scheibe zu Scheibe alternierend im Sinn eines Links- und eines Rechtsdralles pflugscharähnlich verwunden sind.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the wall sections of tape to Band and disc to disc are twisted like a ploughshare alternating in the sense of a left and a right twist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandausschnitte von Scheibe zu Scheibe alternierend nach innen oder außen gerichtet sind.6. Device according to claims 1 to 3, characterized in that the wall cutouts are directed alternately inwards or outwards from pane to pane.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum der Scheibe (A, B) ein kegelförmig abgestumpfter Verdränger (1) angeordnet ist.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that a truncated conical displacer (1) is arranged in the center of the disc (A, B).

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandausschnitte als Distanzstücke zwischen den einzelnen ringförmigen Bändern (2) ausgebildet sind.8. Device according to claims 1 to 7, characterized in that the wall cutouts are designed as spacers between the individual annular bands (2).