DE2910074A1 - Vorrichtung zum inberuehrungbringen von in verschiedenen phasen befindlichen substanzen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

WUESTHOFF-v.PECHMANN ·BEHRENS-GOET2

professional representatives before the european patent office agxees pres l'office europeen des brevets

DR.-ING. FRANZ VUESTHOFF DR. PHIL. FREDA VUESTHOFF (1927-I9J6) DrPL.-ING. GERHARD PULS (1952-I971) DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN DR.-ING. DIETER BEHRENS DIPL.-ING.; DIPL.-VIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN SCHWEIGERSTRASSE

telefon: (089) 66 20 ji telegramm: protectpatent telex: 524070

1A-51 992 Rhone-Poulenc

Patentanmeldung

Anmelder:

RHONE-POULENC INDUSTRIES 22, avenue Montaigne 75 - Paris (8eme)
Frankreich

Titel:

Vorrichtung zum Inberührungbringen von in verschiedenen Phasen befindlichen Substanzen

S09838/086?

PATENTANWÄLTE

WUESTHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ

PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

MANDATAiREs agrees pres l'office europeen des brevets

DR.-ING. FRANZ TJTJESTHOFF DR. PHIL. FREDA \CUESTHOFF (1927-I956) DIPL.-ING. GERHARD PULS (1952-1971) DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN DR.-ING. DIETER BEHRENS DIPL.-ING.; DIPL₁-VIRTSCH₁-INg₁RUPERT GOETZ

291007«

D-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2 telefon: (089) 66 20 51 telegramm: protectpatent telex: 524070

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Rhone-Poulenc

Beschreibung

In der FR-PS 2 257 326 und DE-OS 24 29 291 wird ein Verfahren zum Inberührungbringen von mehrphasigen Systemen beschrieben, bei dem eine symmetrische schraubenförmige Strömung erzeugt und mindestens eine Phase in der Rotationsachse bis zu der durch die schraubenförmige Strömung erzeugten Depressionszone eingeführt -wird, wobei die Geschwindigkeit der axialen Phase 0,03 bis 3 m/s, und die Bewegungsgröße der schraubenförmigen Strömung mindestens das 100-fache, vorzugsweise das 1 000- bis 10 000-fache der Bewegungsgröße der axialen Phase bzw. geradlinigen Strömung beträgt, so daß diese geradlinige Strömung durch die schraubenförmige Strömung aufgeteilt wird.

Dieses Verfahren bietet den großen Vorteil, daß eine gezielte Dispersion erzeugt werden kann, während die bekannten Verfahren nur eine zufällige und damit unregelmäßige Berührung der beiden Phasen bewirkten und damit zu Unterschieden in der Behandlung führten, die sowohl in technischer als auch in chemischer Hinsicht nachteilig sind.

Zur Durchführung des bekannten Verfahrens wird in der FR-PS 2 257 326 eine Vorrichtung beschrieben, die innerhalb einer zumindest teilweise zylindrischen und zum Auslaß hin verengten Ummantelung ein perforiertes Hüllrohr

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vorsieht, das mit der Ummantelung einen Ringraum bildet, in welches zumindest ein Rohr tangential mündet, so daß eine symmetrische schraubenförmige Strömung erzeugt wird.

Zwar ermöglicht eine solche Vorrichtung vor allem, daß man eine ausreichend beständige symmetrische Strömung erzielt; sie ist aber begrenzt, insbesondere hinsichtlich der Möglichkeit, bei hohen Temperaturen zu arbeiten.

Um diese Nachteile zu beheben, hat man daran gedacht, feuerfeste Werkstoffe oder Systeme mit doppeltem Mantel und darin umlaufender Flüssigkeit zu verwenden. Hierbei treten aber Probleme durch thermische Trägheit auf, sowie Verschleißprobleme bei bestimmten Werkstoffen und Probleme des Wärmeschocks. Außerdem ist die Geometrie des Systems nicht für Überstärken geeignet.

Außerdem erfüllt in der bekannten Vorrichtung der Gasverteiler für die symmetrische Strömung eine mechanische Funktion, indem er zur Steifigkeit oder Starrheit des Ganzen beiträgt. Infolgedessen kann er nur schwer auf einfache und wirksame Weise gekühlt werden.

Schließlich besteht Bedarf nach einem möglichst großen kinetischen Moment, um hohe Umfangsgeschwindigkeiten zu erhalten bzw. erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Nachteile zu vermeiden. Sie bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Inberührungbringen von Substanzen, die sich in verschiedenen Phasen befinden; sie umfaßt mindestens einen Rotationskörper mit zum Auslaß hin verengtem Durchtritt und mindestens eine axiale Leitung, die im Bereich des verengten Durchtrittes in einer Entfernung zumindest annähernd gleich dem Radius des verengten Durchlasses mündet. Weiterhin ist ein mit Bezug auf die gleiche Symmetrieachse wie die axiale Zuleitung rotationssymmetrischer

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Verteiler und mindestens eine tangentiale Einführung in den Raum vorgesehen, der durch den Rotationskörper mit verengtem Durchtritt begrenzt ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper mit verengtem Durchtritt ein starres ununterbrochenes Bauteil mit axialer Symmetrie ist, das einen mit Ausnahme seines stromabwärts gelegenen Teils geschlossenen Rotationsraum begrenzt, und das durch den Verteiler, der von dem starren Bauteil mechanisch unabhängig ist, in zwei Bereiche geteilt wird.

Vorteilhafterweise schneidet der Verteiler das starre Bauteil an seiner der Rotationssymmetrieachse des Systems am nächsten liegenden Wand.

Vorteilhafterweise besteht das starre Bauteil oder der starre Mantel aus einem doppelwaniigen rotationssymmetrischen Körper, so daß ein Ringraum vorhanden ist, in den die tangentiale(n) Zuführung(en) mündet (münden). Auch ist eine axiale Ausnehmung vorgesehen, in welcher eine achssymmetrische Leitung angeordnet ist, beispielsweise ein zylindrisches oder kegelstumpfförmiges Rohr, das in den; Bereich der in Strömungsrichtung weisenden Öffnung des starren Mantels mündet und zwar in einer Entfernung, die dem Radius dieser Öffnung mehr oder weniger gleich ist»

Vorzugsweise weist der begrenzte Ringraum einen in Strömungsrichtung der tangential eingeführten Phase abnehmende Querschnitt auf, wobei diese Phase allgemein aus einem Gas besteht, das gegebenenfalls beladen ist.

Der starre Mantel wird auf einfache Weise in seinem stromabwärts gelegenen Bereich durch zwei konvergierende konzentrische/koaxiale Kegelstümpfe abgeschlossen, die die Zufuhrleitung für die axiale Phase umgeben. Der durchbrochene Verteiler besteht aus einem Rotationszylinder, der zumin-

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dest einen der beiden Kegel schneidet. Dieser Verteiler ist vorzugsweise abnehmbar.

Die Anordnung der Teile nach der Erfindung, d.h. die axialen Zufuhrungen für feste, flüssige oder halbflüssige Phasen, den Ringraum mit verengtem Durchschnitt und der auf der Schnittlinie und auswechselbar angeordneten Verteiler ist durch eine Konfiguration gegeben, die eine Erhöhung des Anfangsdralls und damit der Umfangsgeschwindigkeit des Mediums und ein einfaches Kühlen der Wände mit einer umlaufenden Flüssigkeit ermöglicht.

Die erste Bedingung kann erfüllt werden durch einen Doppelmantel von einfacher geometrischer Rotationsform, der einen Rotationsraum einschließt, beispielsweise einen Ringraum, der nach unten hin durch einen Rotationsraum verlängert ist, zum Abströmen des Gases dient und durch einen doppelten Kegelstumpf erhalten wird, wobei diese beiden Teile der Vorrichtung durch den Verteiler getrennt sind, der seinerseits ein Rotationselement ist, bezogen auf die gleiche Symmetrieachse wie der Ringraum»

Die zweite Bedingung wird durch ein übliches Kühlsystem ■-erfüllt unter Anwendung eines Kühlmediums wie Wasser und zwar außen um den Mantel; der Verteiler braucht nicht gekühlt zu werden.

Wie bereits gesagt, ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung, das in der FR-PS 2 257 326 beschriebene Verfahren so auszuführen, daß sich die Tröpfchen der zerstäubten Phase durch Übertragung von Bewegungsgröße bilden.

Man kann auch mehrere Phasen koaxial und mehrere Phasen schraubenförmig einführen. In allen diesen Fällen kann die als Reaktionsbehälter dienende Vorrichtung zum Inberührungbringen nach der Erfindung hinsichtlich der Entwicklung des Systems im Hinblick auf Konzentration und gleichmäßige Tem-

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peratur als Kolben angesehen werden.

Einer der Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß der halbe Scheitelwinkel des in bezug auf das Hyperboloid asymptotischen Kegels vergrößert werden kann zu einer Hüllkurve, welche die Gesamheit der Bahnen aus der schraubenförmigen Strömung darstellt, welche Volumelemente der axialen Strömung mitführt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich auf vielfältige Weise nutzen, beispielsweise für die Schnellverdampfung von flüchtigen Verbindungen, zum Trocknen von Produkten oder Stoffen, die in wässriger Suspension oder Emulsion vorliegen, zum Konzentrieren (Einengen) von Lösungen und anderes mehr.

Wie in der FR-PS 2 257 326 beschrieben, können auch Pulvergemische hergestellt werden, man kann Teilchen unter Unwandlung in feine Kügelchen verfestigen und gegebenenfalls eine Veränderung von deren Oberflächenstruktur vornehmen. Es können auch übliche chemische Reaktionen durchgeführt werden, beispielsweise solche, die sonst in einem Reaktor oder Zerstäuber ausgeführt werden. So läßt sich vorteilhafterweise Natronlauge direkt mit einem CO^ enthaltenen Gas in das Carbonat umwandeln,,

Ein anderes Anwendungsgebiet stellt die Behandlung von wärmeempfindlichen Stoffen dar, wie sie in der DE-OS 28 28 442 beschrieben ist.

Man kann die Vorrichtung auch mit nachgeschaltetem Venturi-Rohr zur Wärmebehandlung einer Gasphase anwenden, wie dies in der französischen Anmeldung 77 29 002 beschrieben ist.

Die axiale bzw. geradlinige Strömung besteht im allgemeinen aus einer flüssigen Phase, kann aber auch beladen sein, d.h. halbflüssig oder pastenartig.

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Man kann insbesondere zwei flüssige oder halbflüssige axiale Ströme mit der schraubenförmigen Strömung in Berührung bringen und sie dadurch gleichzeitig zerstäuben.

In diesem Falle kann die schraubenförmige Strömung chemisch aktiv oder inaktiv sein. Eine solche Vorgangsweise ist von besonderer Bedeutung bei gleichzeitig ablaufenden Reaktionen, beispielsweise beim gemeinsamen Aus fäll en eines Latex und von Kieselsäure aus deren Lösung, wie dies in der französischen Anmeldung 76 35883 beschrieben ist.

Eine besonders interessante Anwendung der vorliegenden Erfindung liegt auf dem Gebiete der Abwasseraufbereitung und beim Umweltschutz.

Es kommt auch die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf das in der französischen Anmeldung 77 31554 beschriebene Verfahren zur Behandlung von Abwässern unter gleichzeitiger Zerstäubung und Oxidation infrage. Bei all diesen Verfahren zur Reinigung von Abwässern, Abgasen und dergleichen muß für ausreichende Wirksamkeit bei sehr hoher Temperatur gearbeitet werden, dies ist jedoch mit Hilfe der bekannten Vorrichtungen nicht, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung jedoch sehr wohl möglich.

Eine weitere interessante Anwendung der Erfindung ist das

Trocknen kristalliner Alkalialuminiumsilicate, vor allem. ο axial/

vom Typ 4 Ä. Dazu wird die zu trocknende Suspension/und die Trockenluft bei Temperaturen von mehreren 10O⁰C, ζ·.Β. 500 bis 700⁰C tangential eingeführt. Die Suspension kann auf beliebige bekannte Weise hergestellt worden sein. Besonders geeignet sind die Verfahren entsprechend den französischen Anmeldungen 77 16991 oder 76 39527 und 77 08932.

Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen halbseitig gezeichneten Schnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung:

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Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform.

Gemäß Fig. 1 ist ein starres Element, das eine schraubenförmige Strömung einschließt, von Doppelmantel 1 und 2 gebildet, der in Strömungsrichtung zu einem Doppelkegel verlängert ist, von dem nur der oberste Teil 4 gezeigt ist.

Diese durchgehende Ummantelung weist in ihrem am weitesten stromaufwärts gelegenen Teil eine ringförmige Ausnehmung mit großem Querschnitt auf, verlängert durch einen Ringraum, der durch zwei in Strömungsrichtung konvergierende Kegelstümpfe 6 und 7 begrenzt ist.

Durch eine tangentiale Zuleitung 8 wird eine schraubenförmige Strömung zugeführt. Die Bildung der symmetrischen

schraubenförmigen Strömung wird durch einen Verteiler 3 sichergestellt, der beweglich unc mechanisch unabhängig von dem starren Bauteil 1 ist.

Die axiale Strömung wird durch eine Leitung 9 zugeführt; bei dieser Ausführungsform ist im Inneren der Leitung 9 ein Schaft 10 vorgesehen. Weiterhin sind zwei zusätzliche Kühlschächte 11 und 12 vorgesehen, der letzgenannte zwischen dem Konus 7 und der Leitung 9.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 hat einen Durchmesser über alles von 1 210 mm und der zylindrische Verteiler weist 5 Reihen je 36 Öffnungen mit 0 20 mm auf.

Bei einer Lufteinspeisung von 10 bis 11 t/h bei 800 bis 900⁰C betrug die Geschwindigkeit im Bereich der Öffnungen 100 bis 120 m/s.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der das starre Element einen Mantel 13 aufweist, der nur am Auslaß 14 offen ist und die Form einer ununterbrochenen Kurve aufweist, die von einem Verteiler 15 geschnitten wird.

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Claims (6)

1. DR.-1 NG. F RANZ WUESTHOF F

   PATENTANWÄLTE _{DR pHIL}_ _{FREDA WESTHOPP} (!927-1956)

   WUESTHOFF -v. PECHMANN -BEHRENS- G OETZ dipu-incgerhard puls (x_M*-wi)

   DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE DR.-ING. DIETER BEHRENS

   MANDATAIRES AGREES PRES l'oFFICE EUROPEEN DES BREVETS DIPL.-1NG.} DIPL.-WIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

   D-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2

   telefon: (089) 66 20 ji

   TELEGRAMM: PROTECTPATENT

   telex: J24070

   ΙΑ-SI 992

   Rhone-Poulenc

   Patentansprüche

   Vorrichtung zum Inberührungbringen von in verschiedenen Phasen befindlichen Substanzen, insbesondere bei der Abwasseraufbereitung oder zum Sprühtrocknen, insbesondere von Alkalialuminiumsilicat-Suspensionen, mit mindestens einem rotationssymmetrischen Körper, der in seinem stromabwärts angeordneten Bereich einen verengten Durchtritt aufweist und mindestens einer axialer Zuleitung, die auf der Höhe des verengten Durchtritts bzw. in einer Entfernung mündet, die dem Radius des verengten Auslasses zumindest annähernd gleich ist, sowie einem bezogen auf die gleiche Symmetrieachse wie die axiale Zuleitung rotationssymmetrischen Verteiler und zumindest einem Mittel zur tangentialen Einleitung in den von dem Rotationskörper mit verengtem Auslaß und dem Verteiler begrenzten Raum, dadurch gekennzeichnet , daß der Rotationskörper mit verengtem Auslaß von einem durchgehend starren Element mit axialer Symmetrie gebildet ist, das einen Rotationsraum begrenzt, welcher mit Ausnahme seines stromabwärts gelegenen Teils geschlossen ist und von dem Verteiler (3;15), der von dem starren Element mechanisch unabhängig ist, in zwei Bereiche geteilt wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das starre Element einen Mantel

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   (1,2;13) aufweist, der einen Ringraum begrentzt, in welchen die tangentiale Zuleitung (8) mündet, sowie eine axiale Ausnehmung, in welcher eine axialsymmetrische Leitung (9) angeordnet ist, die auf der Höhe des Auslasses des starren Mantels in einer Entfernung mündet, die dem Radius des Auslasses zumindest annähernd gleich ist.
3. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Verteiler (3;15) abnehmbar montiert ist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das starre Element in seinem unteren Bereich von zwei konvergierenden Kegelstümpfen (6,7) abgeschlossen wird, die koaxial die Zuleitung für die axiale Phase umgeben, und daß der Verteiler (3) einen perforierten Rotationszylinder aufweist, der zumindest einen der Kegel schneidet.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das starre Element einen Mantel (1,2;13) aufweist, in welchem eine Kühlflüssigkeit umläuft.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß sie am Ausgang mit einem Venturi-Rohr gekoppelt ist.

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