DE3805908A1

DE3805908A1 - Reaktor fuer gas-fluessig-reaktionen

Info

Publication number: DE3805908A1
Application number: DE19883805908
Authority: DE
Inventors: Konrad Dr Matt
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1988-02-25
Filing date: 1988-02-25
Publication date: 1989-09-07
Anticipated expiration: 2008-02-26
Also published as: DE3805908C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor für Gas-flüssig-Reaktionen mit mindestens einem Zulauf und mindestens einem Ablauf für Flüssigkeit, einem dazwischenliegenden Reaktions- und Strömungsweg für die Flüssigkeit und mindestens einer Zuführung für Gas.

Derartige Reaktoren sind z.B. in Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie, 4. Auflage, Band 3, Seiten 357-392, beschrieben. Häufig entstehen bei Gas-flüssig-Reaktionen schwer lösliche Reaktionsprodukte, die den Reaktor verschlammen und somit einen ordnungsgemäßen Betrieb des Reaktors behindern. Oft sollen die Reaktionsprodukte auch als Wertstoffe gewonnen werden. So wird beispielsweise bei Einspeisung von CO₂ in metallsalzhaltiges Abwasser nicht nur eine pH-Absenkung erzielt, vielmehr findet durch in Lösung befindliche Carbonat-Anionen auch eine Fällung schwer löslicher Carbonate von Erdalkali- und insbesondere Schwermetallen statt. Die Abtrennung der schwer löslichen Reaktionsprodukte erfolgt gewöhnlich in nachgeschalteten, räumlich vom Reaktor getrennten Abscheideeinrichtungen. Dies hat zum Nachteil, daß nicht nur der Reaktor selbst verschlammt, sondern auch noch Verbindungensrohre verstopfen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Reaktor für Gas-Flüssig-Reaktionen so auszugestalten, daß einerseits eine weitgehende Abtrennung der schwer löslichen Reaktionsprodukte erreicht wird und andererseits keine Verschlammungsprobleme auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Reaktor zwischen Flüssigkeitszulauf und Flüssigkeitsablauf mindestens ein schraubenförmiger Einbau mit parallel zur Strömungsrichtung liegender Schraubenachse installiert ist, die Gaszuführung stromaufwärts vom schraubenförmigen Einbau angeordnet ist und stromabwärts vom schraubenförmigen Einbau mindestens ein Abzug für schwer lösliche Reaktionsprodukte und/oder im Zulauf mitgeführte Feststoffpartikel vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Verschlammungsprobleme dadurch beseitigt werden können, daß schwer lösliche Reaktionsprodukte und/oder im Zulauf mitgeführte Feststoffpartikel möglichst nahe an der Entstehungsstelle abgetrennt werden.

Durch Einbau einer Schraube, z.B. aus Blech, in einen herkömmlichen Reaktor der eingangs genannten Art, kann die Flüssigkeitsströmung im Reaktor in eine Tangentialströmung umgelenkt werden. Hierzu muß die Schraube so angeordnet werden, daß die Schraubenachse parallel zur Strömungsrichtung liegt.

Die Schraube besitzt vorzugsweise eine Ausdehnung in axialer Richtung von ca. 20 mm bis ca. 100 mm. Der Abstand zweier Schraubenebenen beträgt ca. 10 mm bis ca. 50 mm. Die Reynoldszahl in der Einlaufströmung sollte vorzugsweise größer als 10⁴ sein.

In dem stromaufwärts von der Schraube liegenden Reaktorteil vermischt sich das in den Reaktor eingespeiste Gas mit der Flüssigkeit. Entstehende schwer lösliche Reaktionsprodukte und/oder im Zulauf mitgeführte Feststoffpartikel treten mit der Flüssigkeitsströmung in die Schraube ein und werden aufgrund der dort induzierten Tangentialströmung an die Reaktorwand gedrängt. Im stromabwärts von der Schraube gelegenen Reaktorteil werden schwer lösliche Reaktionsprodukte und/oder im Zulauf mitgeführte Feststoffpartikel abgezogen.

Vorzugsweise ist der Abzug für schwer lösliche Reaktionsprodukte und/oder im Zulauf mitgeführte Feststoffpartikel als ein sich in Strömungsrichtung verengender Trichter ausgebildet. Die aufgrund der Tangentialströmung an die Reaktorwand gedrängten Partikel setzen sich am sich verengenden Trichterende ab und können durch eine Öffnung abgezogen werden.

Zweckmäßigerweise ist der Flüssigkeitsablauf axial zum schraubenförmigen Einbau angeordnet. Dadurch kann die Flüssigkeit vom Kern der Tangentialströmung abgezogen werden, während die an den Rand der Tangentialströmung gedrängten Partikel nicht mit der Flüssigkeit aus dem Reaktor ausgeschwemmt werden, sondern getrennt abgezogen werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Reaktor als vertikal angeordnete Säule ausgebildet, wobei der Flüssigkeitszulauf in einem oberen Teil und der Flüssigkeitsablauf in einem unteren Teil der Säule installiert ist. Durch diese Anordnung wird eine von oben nach unten gerichtete Flüssigkeitsströmung erreicht. Das über dem schraubenförmigen Einbau in den Reaktor eingeleitete Gas perlt entgegen der Flüssigkeitsströmung nach oben und vermischt sich intensiv mit der Flüssigkeit. Dadurch wird ein intensiver Stoffaustausch und eine weitgehende Fällung schwer löslicher Reaktionsprodukte erreicht.

Als besonders zweckmäßig erweist sich bei einem als vertikale Säule ausgebildeten Reaktor folgende Ausführungsform:

Der Flüssigkeitsablauf ist als ein zumindest unterhalb des schraubenförmigen Einbaus axial zur Schraube angeordnetes Rohr ausgebildet. Das Rohr beginnt unterhalb der Schraube, ist axial durch den schraubenförmigen Einbau hindurchgeführt und oberhalb der Schraube aus dem Reaktor herausgeführt. Ferner ist der Abzug für schwer lösliche Reaktionsprodukte und/oder im Zulauf mitgeführter Feststoffpartikel als ein unterhalb der Schraube angeordneter Trichter ausgebildet, der sich nach unten zur Schraubenachse hin verengt.

Diese Kombination von Merkmalen erlaubt eine besonders wirkungsvolle Trennung schwer löslicher Reaktionsprodukte und/oder eventuell im Zulauf mitgeführter Feststoffpartikel von der Flüssigkeit, ohne daß irgendwelche Verschlammungs- oder Verstopfungsprobleme auftreten.

Die Wirkung dieser besonders zweckmäßigen Ausführungsform ist folgende:

Die über den Flüssigkeitszulauf in den oberen Teil des Reaktors eingeleitete Flüssigkeit vermischt sich intensiv mit dem über der Schraube eingespeisten Gas. Die Flüssigkeitsströmung wird aufgrund der Schraube in eine Tangentialströmung umgeleitet, wodurch schwer lösliche Reaktionsprodukte und/oder im Zulauf mitgeführte Feststoffpartikel an die Reaktorwand gedrängt werden. Unterhalb der Schraube stellt sich somit eine Trennung von Flüssigkeit und Feststoffpartikeln ein.

Die Partikel sammeln sich an den Trichterwänden und können am unteren Ende des Trichters abgezogen werden. Die Flüssigkeit wird dagegen im Kern der Tangentialströmung durch ein axial zur Schraube angeordnetes Rohr nach oben durch die Spirale hindurch abgezogen und aus dem Reaktor abgeführt.

Vorzugsweise ist der Flüssigkeitszulauf oberhalb eines im Reaktor installierten Lochhodens angeordnet. Dies bewirkt eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit über den gesamten Reaktorquerschnitt und eine besonders intensive Vermischung mit dem eingespeisten Gas (Ausbildung einer Schlammzone).

Der erfindungsgemäße Reaktor eignet sich für alle Gas-Flüssig-Reaktionen, bei denen schwer lösliche Reaktionsprodukte entstehen oder im Zulauf Feststoffpartikel enthalten sind. Beispielsweise kann er zur Einspeisung von CO₂ in metallsalzhaltiges Abwasser verwendet werden. Dabei tritt einerseits eine pH-Absenkung und andererseits eine Fällung schwer löslicher Carbonate von Erdalkali- und insbesondere Schwermetallen auf. Im Unterlauf des Reaktors wird ein Gemisch aus gefällten Carbonaten und anderen sedimentierbaren Stoffen abgezogen.

Im folgenden sei die Erfindung anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert:

Die Figur zeigt einen Querschnitt durch einen als vertikale Säule ausgebildeten erfindungsgemäßen Reaktor.

Der Reaktor 1 weist einen Zulauf 2 und einen Ablauf 3 für die Flüssigkeit auf. Die Flüssigkeit wird durch den Lochboden 4 verteilt und strömt im Reaktor 1 nach unten. Im mittleren Teil des Reaktors 1 ist ein schraubenförmiger Einbau 5 mit vertikaler Achse angeordnet. Über der Schraube 5 ist eine Gaszuführung 6 installiert. Das eingespeiste Gas kann sich in dem oberhalb der Schraube 5 gelegenen Reaktorraum 1 a mit der nach unten strömenden Flüssigkeit intensiv durchmischen. Der für eine möglichst vollständige Reaktion nötige Strömungsweg und damit die Höhe des über der Schraube 5 angeordneten Reaktorteils 1 a hängt von den jeweiligen Reaktionspartnern ab. Der Durchmesser D des Reaktors 1 beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel ca. 200 mm.

Die Schraube 5 besitzt eine Höhe h von ca. 40 mm, wobei der vertikale Abstand a zweier Schraubenebenen ca. 20 mm beträgt.

In einem Abstand 1 von ca. 200 mm unterhalb der Schraube 5 ist der Abzug für schwer lösliche Reaktionsprodukte und/oder im Zulauf mitgeführte Feststoffpartikel angeordnet. Dieser ist als Trichter 7 ausgebildet, der sich nach unten hin verengt. Der Durchmesser des Reaktors verringert sich so innerhalb einer Strecke v von ca. 335 mm auf d = 15 mm. Die Zentrifugalbeschleunigung steigt dabei proportional 1/d ².

Oberhalb des Trichters 7 ist der Flüssigkeitsablauf 3 installiert. Dieser ist als ein axial zur Schraube 5 angeordnetes Rohr ausgebildet, das unterhalb der Schraube 5 beginnt und oberhalb der Schraube 5 aus dem Reaktor 1 herausgeführt ist.

Die im oberen Reaktorraum 1 a gebildeten schwer löslichen Reaktionsprodukte gelangen mit der Flüssigkeitsströmung in die Schraube 5. Diese lenkt die Strömung in eine Tangentialströmung um, so daß die schwer löslichen Reaktionsprodukte an die Reaktorwand gedrängt werden. Dadurch ist in dem unterhalb der Schraube gelegenen Reaktorteil 1 b eine Abtrennung schwer löslicher Reaktionsprodukte und/oder anderer Partikel nach Art eines Hydrozyklons möglich. Die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel angegebene Dimensionierung des Reaktors erlaubt dabei eine besonders effektive Abtrennung der schwer löslichen Reaktionsprodukte oder anderer Partikel.

Claims

1. Reaktor für Gas-Flüssig-Reaktionen mit mindestens einem Zulauf und mindestens einem Ablauf für Flüssigkeit, einem dazwischenliegenden Reaktions- und Strömungsweg für die Flüssigkeit und mindestens einer Zuführung für Gas, dadurch gekennzeichnet, daß

a) im Reaktor (1) zwischen Flüssigkeitszulauf (2) und Flüssigkeitsablauf (3) mindestens ein schraubenförmiger Einbau (5) mit parallel zur Strömungsrichtung liegender Schraubenachse installiert ist,
b) die Gaszuführung (6) stromaufwärts vom schraubenförmigen Einbau (5) angeordnet ist und
c) stromabwärts vom schraubenförmigen Einbau (5) mindestens ein Abzug (7) für schwer lösliche Reaktionsprodukte und/oder im Zulauf mitgeführte Feststoffpartikel vorgesehen ist.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzug (7) für schwer lösliche Reaktionsprodukte und/oder im Zulauf mitgeführte Feststoffpartikel als ein sich in Strömungsrichtung verengender Trichter (7) ausgebildet ist.

3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsablauf (3) axial zum schraubenförmigen Einbau (5) angeordnet ist.

4. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (1) als vertikal angeordnete Säule ausgebildet ist, wobei der Flüssigkeitszulauf (2) in einem oberen Teil (1 a) und der Flüssigkeitsablauf (3) in einem unteren Teil (1 b) der Säule installiert ist.

5. Reaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Flüssigkeitsablauf (3) als ein zumindest unterhalb des schraubenförmigen Einbaus (5) axial zur Schraube (5) angeordnetes Rohr (3) ausgebildet ist, das unterhalb des schraubenförmigen Einbaus (5) beginnt, axial durch den schraubenförmigen Einbau (5) hindurchgeführt und oberhalb des schraubenförmigen Einbaus (5) aus dem Reaktor (1) herausgeführt ist, und
b) der Abzug (7) für schwer lösliche Reaktionsprodukte und/oder im Zulauf mitgeführte Feststoffpartikel als ein unterhalb des Rohres (3) angeordneter sich nach unten zur Schraubenachse hin verengender Trichter (7) ausgebildet ist.

6. Reaktor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitszulauf (2) oberhalb eines im Reaktor (1) installierten Lochbodens (4) angeordnet ist.