DE3876426T2 - Ein reaktor zum vermischen von fluessigkeiten. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor zum Vermischen von Flüssigkeiten oder zum Mischen unterschiedlicher Phasen in eine Flüssigkeit unter Verwendung einer Doppelscheifenströmung, die unterhalb der Oberflächenzone des Reaktors erzeugt wird, um eine intensive Vermischung zu erreichen. Es ist ein charakteristisches Merkmal dieser Doppelschleifenströmung oder "toroidalen Bodenrolle" oder auch dieses BTR-Prinzips, daß der verwendete Mischer einen starken Zug von unten her erzeugt und die Materialien schräg nach unten drückt, und daß das von ihm erzeugte Strömungsmuster in einer eindeutig festgelegten Weise gesteuert wird. Der Strahl des Mischers trifft den Zylindermantel bzw. die Zylinderoberfläche des Reaktors, wonach der Strahl in zwei nahezu gleiche Teile aufgeteilt wird. Die Aufteilung wird gemäß der Erfindung mittels eines Rückflußführungsteils durchgeführt, welches oberhalb des Mischers angeordnet ist. Die in dem Reaktor auftretende Kreisströmung wird mittels spezieller Prallflächen oder Prallplatten gesteuert. Die Anordnung der Prallflächen parallel zum Reaktorradius ist aus der GB-A-1 563 704 bekannt.
• Generell werden die Materialien gemischt unter Anwendung des sogenannten Rückmischprinzips, das besagt, daß alle unterschiedlichen Phasen kontinuierlich miteinander vermischt werden. Es ist ein typisches Merkmal der Mischeranordnung der vorliegenden Erfindung, daß der Mischraum in zwei Zonen aufgeteilt wird. Die Zone unterhalb des Rückflußführungsteils wird intensiv durchmischt, wogegen die Zone über dem Rückflußführungsteil in einer kontrollierten Weise beruhigt ist. Das Strömungsmuster der oberen Zone wird eingestellt in Übereinstimmung mit dem entsprechenden Strömungsmuster der unteren Zone, wie nachfolgend noch näher ausgeführt wird. Wenn der Mischraum nicht in einer gänzlich einheitlichen Weise durchmischt wird, sondern aus zwei toroidalen Zonen unterhalb des Rückflußführungsteils und der beruhigten Zone oberhalb des Rückflußführungsteils besteht, ist es möglich, die Verweilzeitverteilung des dem Mischraum zugeführten Materials zu beeinflussen. Das nahe dem Boden des Reaktors zugeführte Material wird von dem Bodentoroid ergriffen, von wo es nur schrittweise gegen die von dem Toroid ausgeführte Rollbewegung in das obere Toroid und entsprechend, wenn es daraus losgelassen wird, in den oberen Raum des Reaktors hinübergleitet. Der Auslaß eines kontinuierlich betriebenen BTR-Reaktor ist als Überlauf im oberen Raum oder unterhalb der Oberfläche ausgebildet. In letzterem Fall wird das Volumen der im Reaktor enthaltenen Stoffe durch eine separate Oberflächensteuerung eingestellt. Die wesentlichen neuen Merkmale der Erfindung sind aus dem unabhängigen Anspruch dieser Erfindung ersichtlich.
• Das BTR-Prinzip wird in vielen Bereichen der Prozeßindustrie angewandt, wo eine Durchmischung benötigt wird, die stärker als bei den normalen Rückmischtypen ist, um einen bestimmten Mischungsgrad zu erreichen oder um chemische Reaktionen näher zu ihrem Endzustand oder in ihr Gleichgewicht zu überführen. Bei der Anwendung des Prinzips der vorliegenden Erfindung ist es möglich, unterschiedliche Reaktoren für verschiedene Bereiche der Technik zu konstruieren.
• Unter den praktischen Vorteilen, die mit dem BTR-Prinzip erreicht werden, ist herauszustellen, daß das Mischorgan an einer wesentlich höheren Stelle als in Standardinstallationen angeordnet werden kann. Üblicherweise wird empfohlen, daß der Durchmesser des Mischorgans das 0,33-fache des Durchmessers des Reaktors betragen sollte und daß der Mischer in einem Abstand vom Boden angeordnet wird, der seinem eigenen Durchmesser entspricht. Wenn man das BTR-Prinzip anwendet, können diese Regeln ignoriert und große Mischer verwendet werden, die einen Durchmesser vom 0,33 bis 0,50-fachen des Reaktordurchmessers aufweisen und in einem Abstand vom 0,50 bis 1,5-fachen des Mischerdurchmessers vom Boden angeordnet werden können. Unter Anwendung dieses neuen Abmessungssystems wird die Antriebswelle des Mischers kürzer, was bei der Konstruktion größerer Reaktoren beachtenswerte Vorteile für die Materialstärken mit sich bringt.
• Ein anderer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß der größere Teil der Wellenkraft in den Reaktorraum unterhalb des Rückflußführungsteils verteilt wird. Auf diese Weise wird die Wellenkraft pro Volumen in der Mischzone des Reaktors erhöht, ohne den gesamten Energiebedarf des Reaktors entsprechend zu erhöhen. Wenn der Reaktor einige Feststoffmaterialien zusätzlich zur Flüssigkeit enthält, wird die Fluidisierung des Feststoffmaterials im Bodenbereich des Reaktors verbessert, und gleichzeitig bleibt der Reaktorboden leichter sauber. Das Feststoffmaterial im Bodenbereich befindet sich in einer besseren Bewegung als in Reaktoren mit dem (back mixed) Rückmischsystem. Zusätzlich tritt eine gewisse Feinzerkleinerung auf, wenn die Feststoffteilchen in den gegeneinander rotierenden Toroiden miteinander kollidieren und wenn sie unmittelbar im Bereich des Mischers intensiv gemischt werden.
• Die Klassifizierung, die in dem Mischraum stattfindet, kann sowohl durch die Einstellung der Abmessungen des Rückflußführungsteils als auch durch die Einstellung des Abstands zwischen dem Rückflußführungsteil und dem Reaktorüberlauf kontrolliert werden. Ein kontinuierlich betriebener BTR-Reaktor kann entsprechend seiner eigenen klassifizierenden Eigenschaften z.B. zur Behandlung von Feststoffmaterial verwendet werden, wenn das Feststoffmaterial in dem Reaktor in einer kontrollierten Weise gesammelt worden ist.
• Wenn ein BTR-Reaktor verwendet wird, kann der Feststoffgehalt in dem Reaktor hoch gehalten werden, so daß die Flüssigkeit den Reaktor mit einer kürzeren Verweilzeit durchwandert als das Feststoffmaterial. All dies geschieht jedoch auf dem Wege der Bodenzuführung über die toroidalen Schleifen ohne die Möglichkeit von Abkürzungen. Diese Tatsache kann zunutze gemacht werden, wenn Sofortlöse-, Prezipitations- oder Zementreaktoren konstruiert werden.
• Generell ist es vorteilhaft, einen BTR-Reaktor in Fällen zu benutzen, in denen eine effektive Durchmischung der Flüssigkeit erzielt werden soll, und wenn es wichtig ist, das gesamte dem Reaktor zugeführte Material in einer einheitlichen Weise zu behandeln und um eine ungenügende Behandlung irgendeines dieser Materialien zu vermeiden. Ein derartiges Fallbeispiel sind die in der metallurgischen Industrie verwendeten Konditionierungstanks, in denen für den nächsten Prozeßschritt benötigte Chemikalien, im allgemeinen für eine Flotation, in einen Erzschlamm gemischt werden. Speziell in großen Konditionierungstanks, in denen es schwierig ist, den gesamten Inhalt der Tanks gleichförmig zu bearbeiten, ist es vorteilhaft, einen Konditionierungstank zu verwenden, der nach dem vorliegenden Rückmisch- Prinzip betrieben wird.
• Die Erfindung wird nachfolgend detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
• Fig. 1 einen vertikalen Querschnitt des BTR-Reaktors,
• Fig. 2 eine nach dem BTR-Prinzip betriebene Flotationszelle in einer teilweise quergeschnittenen Ansicht unter einer geneigten Achse,
• Fig. 3 einen BTR-Reaktor und mit einem vorteilhaften Rückflußführungsteil in einem teilgeschnittenen geneigten Querschnitt,
• Fig. 4 einen vertikalen Querschnitt eines BTR-Reaktors in seiner Verwendung als Gasreaktor, und
• Fig. 5 einen vertikalen Querschnitt eines BTR-Reaktors als Fermentierer zeigt.
• Fig. 1 zeigt, daß der BTR-Reaktor der Erfindung aus einem Reaktor 1 besteht, der vorzugsweise die Form eines vertikalen Zylinders aufweist. Das zu mischende Material wird dem Bodenraum des Reaktors über die Zuführleitung 2 zugeführt. Es ist vorteilhaft, in dem BTR-Reaktor ein Kraftmischorgan 3 mit einem starken Zug von unten zu verwenden, welches in einem außergewöhnlich großen Abstand vom Boden angeordnet ist und einen großen Durchmesser aufweist.
• Die radialen Prallflächen bzw. Prallplatten 4 der BTR-Konstruktion sind breiter als normale Prallflächen. Ihre Breite beträgt das 0,10 bis 0,50-fache des Reaktordurchmessers, während die Breite normaler Prallflächen in Standardanordnungen üblicherweise um das 0,08-fache des Reaktordurchmessers beträgt und im Bereich des 0,05 bis 0,10-fachen des Reaktordurchmessers variiert. Der Abstand der Prallflächen von der Zylinderoberfläche beträgt in üblichen Standardeinstellungen nur das 0,017-fache des Reaktordurchmessers. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Zweck der Prallflächen die Verbesserung der Rotationsbewegung des zu mischenden Materials in dem Reaktor und die weitgehende Erhaltung der Bewegungsenergie dieses Materials. Deshalb wird ein zusätzlicher Raum, ungefähr ein Drittel der Oberfläche des Reaktors, für die Strömung zwischen den Prallflächen und der Zylinderoberfläche der Wand bereitgestellt. So kann die Strömung kraftvoll über den gesamten Strömungsbereich aufgebaut werden, soweit wie die Zylinderoberfläche des Reaktors reicht. Die Anzahl der Prallflächen in BTR-Reaktoren liegt üblicherweise zwischen 2 und 8, vorzugsweise bei 4.
• Das horizontale kreisförmige Rückflußführungsteil 5 ist vertikal über dem Mischer 3, aber an der Außenseite der Prallflächen 4 angeordnet. Um Toträume zu vermeiden, ist zwischen der äußeren Oberfläche des Rückflußführungsteils und der Zylinderoberfläche des Reaktors eine Öffnung oder ein Spalt freigelassen, die bzw. der zumindest so breit ist wie die Öffnung der Standardprallflächen, die üblicherweise im Bereich des 0,01 bis 0,03-fachen des Reaktordurchmessers liegt. Die innere Kante des Rückflußführungsteils erstreckt sich höchstens soweit wie die äußere Kante der Prallflächen. Es ist jedoch empfehlenswert, einen gewissen Abstand zwischen dem Rückflußführungsteil und den Prallflächen bzw. Prallblechen zu lassen. Dieser Abstand wiederum beträgt höchstens das 0,04-fache des Reaktordurchmessers.
• Ein Vorteil des BTR-Prinzips ist die Anordnung des Rückflußführungsteils in der Nähe des Mischers. Hierdurch wird die doppelt toroidale Zirkulation intensiviert, während die Mischenergie in einen stark begrenzten Reaktorraum verteilt wird. Die Position des Rückflußführungsteils in bezug auf den Mischer kann eingestellt werden. Üblicherweise ist es mit einem Abstand vom 0,05 bis 0,20-fachen, vorzugsweise vom 0,09-fachen des Reaktordurchmessers über dem Mischer angeordnet. Somit wird auch die Rotationsgeschwindigkeit der Materialien in den Toroiden gleichzeitig eingestellt.
• Aus der obigen Spezifikation ist ersichtlich, daß es vorteilhaft ist, die BTR-Konstruktion mit einem Kraftmischorgan mit einer starken, von unten nach oben gerichteten Zug- bzw. Saugwirkung auszurüsten, welches Mischorgan in einem außergewöhnlich großen Abstand vom Boden angeordnet ist und einen großen Durchmesser aufweist. Ein Beispiel dieses vorteilhaften Mischertyps ist der in der U.S. Patentschrift 4,548,765 beschriebene GLS-Mischer. Der GLS-Mischer aus Fig. 2 hat zwölf Rührblätter. Die geraden inneren Blätter 6 des Mischers erzeugen die erforderliche zum Boden gerichtete Zug- oder Saugwirkung und die äußeren abgeschrägten Blätter 7 erzeugen eine intensive Mischströmung. Der Mischer ist geeignet sowohl für zu fluidisierende Feststoffe gemäß dem Prinzip der Erfindung und zum Dispergieren von Gas in eine Flüssigkeit, die gegebenenfalls Feststoffe enthält. Es ist selbstverständlich klar, daß der Mischer mit Bezug auf den beschriebenen GLS-Mischer modifiziert werden kann.
• Aufgrund der kombinierten Wirkung des Rückflußführungsteils und des GLS-Mischers wird in dem Reaktor unterhalb des Rückflußführungsteils ein Doppeltoroid erzeugt, das in Fig. 1 mit Pfeilen dargestellt ist. Die Flüssigkeit oder eine Mischung aus Flüssigkeit und Feststoffen, die über die Zuführungsleitung 2 zugeführt worden ist, rotiert zuerst in dem unteren Bodentoroid I und wandert dann Schritt für Schritt in das obere Toroid II. Von da aus steigt die gut durchrührte Suspension in die Zone einer gemäßigten und kontrollierten Strömung oberhalb des Rückflußführungsteils und die Suspension wird von da aus als Überlauf durch die Öffnung 8 abgeführt. Wenn Gas aus der Suspension abgeführt wird, wird ein Gasauslaßrohr 9 in dem Reaktordeckel angeordnet. Die Erzeugung der Doppeltoroide und der beruhigten Zone ist experimentell verifiziert worden.
• Drastische Modifikationen, wie z.B. das Wechseln zu einem Mischer mit lediglich geneigten Blättern, sind nicht anwendbar in Verbindung mit einem BTR-Reaktor, da diese keine Zirkulation vom Boden weg verursachen, die gemäß unseren beispielhaften Experimenten unerläßlich ist. Auch kann eine Rushton-type Turbine mit nur geraden Blättern nicht verwendet werden, weil diese einen horizontal verlaufenden Mischstrom erzeugt, der zu stark abgeschwächt wird, wenn er auf die Zylinderoberfläche des Reaktors auftrifft. Wenn dieser Mischer verwendet wird, kann der sich nach oben abgelenkte Teil des Strahls nicht mittels des Rückflußführungsteils gesteuert werden, das in unmittelbarer Umgebung des Mischers angeordnet ist. Jedoch muß die Wirkung des Mischers mehr oder weniger über den gesamten Reaktor gleichmäßig verteilt werden können. Somit werden keine starken Bodentoroide erzeugt, die in entgegengesetzte Richtung rotieren, wie es der Fall war bei der Verwendung des GLS-Mischers. Ein Rushton-type Mischer zum Dispergieren ist weiterhin nicht geeignet zum Fluidisieren von Feststoffmaterialien, weil dies eine beträchtliche Erhöhung der der Welle zugeführten Energie mit sich bringen würde. Der GLS-Mischer ist ein dispergierender Mischer, der weniger Antriebsenergie benötigt als der Rushton- type Mischer, und der als wirkungsvoller Fluidisierer in dem BTR-Mischverfahren funktioniert und so eine kräftige doppeltoroidale Zirkulation erzeugt. Der wesentliche Punkt besteht darin, daß ein Teil des ursprünglichen Strahls entlang des Bodens zum Zentrum geführt wird. So kann z.B. die Ausgestaltung 10 des Bodens in Fig. 4 verwendet werden, um die Zirkulation zu intensivieren.
• In der obigen Spezifikation haben wir erklärt, in welcher Weise das BTR-Prinzip zur Anwendung in Mischverfahren für Flüssigkeiten oder Schlämme geeignet ist, wo es wichtig ist, sicherzustellen, daß das gesamte dem Reaktor zugeführte Material eine einheitliche Mischbehandlung durchläuft, ohne daß eine Chance besteht, daß das Material auf einer Abkürzung durch den Reaktor gelangt. Als Beispiel haben wir Konditioniertanks erwähnt, die in der Behandlung von Erzschlamm eingesetzt werden, wo unterschiedliche, in den Schlamm einzumischende Chemikalien zugegeben werden.
• Weil ein Reaktor mit BTR-Struktur einen dispergierenden GLS- Mischer umfaßt, kann das BTR-Prinzip bei der Behandlung gasenthaltender Flüssigkeiten oder Schlämme eingesetzt werden. Die Reaktoren des BTR-Typs können immer dann verwendet werden, wenn ein guter Kontakt zwischen Flüssigkeit und Gas erforderlich ist, oder wenn die Verweilzeit der Gasblasen in der Reaktion erhöht werden soll. In der Tat verbleibt das Gas bei der Rollbewegung in den Toroiden und wird lediglich schrittweise freigegeben, wenn neues Gas dem Reaktor zugeführt wird. Ein intensiver Kontakt und eine erhöhte Verweilzeit erhöhen jedoch die Ausbeute, das ist die Effizienz des Gases, wenn das Gas an einer chemischen Reaktion teilnimmt oder in einer Flüssigkeit absorbiert wird. Ein gutes Beispiel für die Anwendbarkeit des BTR-Prinzips ist die Flotationszelle aus Fig. 2. Es hat sich herausgestellt, daß diese eine effiziente Trennung von Konzentraten aus Erzschlämmen ermöglicht, speziell in Fällen, in denen ein Anstieg des Redox-Potentials aufgrund eines effektiven Luft-/Schlammkontakts die Flotation verbessert. Fig. 2 zeigt, daß die Flotationszelle der Erfindung aus dem Reaktor 1 besteht. Der Erzschlamm wird dem Bodenbereich des Reaktors durch ein Zufuhrrohr zugeführt. Das Zufuhrrohr erstreckt sich bis zur äußeren Kante des Prallblechs 4, wo der zuzuführende Erzschlamm in das Bodentoroid eingeführt wird, weil hier die Strömung parallel zum Einlaß des Zufuhrrohres verläuft. Das Bodentoroid wird durch den Mischer 3 erzeugt, der eine starke, gegen den Boden gerichtete Saugwirkung ausübt. Der Mischer ist in einem derartigen Abstand von dem Boden 11 angeordnet, daß der Mischerstrahl, der schräg nach unten austritt, die Zylinderoberfläche der Flotationszelle auf einer Höhe trifft, die zwischen dem Boden und einer vorgegebenen Höhe, z.B. der Hälfte des Mischerdurchmessers, liegt.
• In horizontaler Ebene ist der Boden des Reaktors vorteilhafterweise eben oder ausgebaucht. In diesem Fall ist es vorteilhaft, sich an einen Boden zu halten, der die Form des unteren Teil eines Balles (low ball bottom) hat. Diese Form bewirkt, daß das Bodentoroid sich nicht über ein so großes Bodenvolumen erstreckt, daß die toroidale Zirkulation zu stark geschwächt wird.
• Ein wesentlicher Teil der Flotationszelle ist die Luftzufuhrleitung 12, die vertikal in der Mitte der Zelle unter dem Mischer und in dessen unmittlebarer Nähe angeordnet ist. Die horizontale rotierende Mischerplatte des Mischers verteilt die zugeführte Luft und den Rest der Luft, der entlang des Bodentoroids in jeder Richtung rotiert, um von den geraden inneren Blättern 6 und den geneigten äußeren Blättern 7 des Mischers dispergiert zu werden. Die Luft strömt in Blasen zusammen mit dem von dem Mischer erzeugten Schlammstrahl und wird nahe dem Zellenboden in der Nähe der Zylinderoberfläche in das Bodentoroid und das obere Toroid aufgeteilt. Die Größe der Blasen kann über einen Wechsel der der Welle zugeführten Leistung eingestellt werden.
• Der Einflußbereich des oberen Toroids ist nach oben hin begrenzt durch das kreis- bzw. ringförmiges Rückflußführungsteil 5, welches oberhalb des Mischers und an der Außenseite der Prallflächen angeordnet ist. Der Zweck des Rückflußführungsteils ist die Einstellung der Rotationsstärke des oberen Toroids. Hierbei können sowohl die Verteilung von Luft über die Querschnittsfläche der Zelle als auch das Hochsteigen der Luft in den oberen Bereich der Zelle eingestellt werden. Gleichzeitig beeinflußt das Rückflußführungsteil die von dem Mischer im oberen Bereich des Reaktors erzeugte Bewegung und verbessert somit die Flotationsabscheidung. Durch Verwendung des beschriebenen Rückflußführungsteils mit einer kreisförmigen Öffnung kann das Strömungsmuster in der Flotationszelle in der Mitte leicht nach oben verschoben und an der Oberfläche derart eingestellt werden, daß eine Strömung von der Mitte nach außen stattfindet. So kann der Konzentratsschaum in einer gleichmäßigen Strömung zur Konzentratrinne 13 geleitet werden, die über den Umfang der gesamten Zelle herausragt, und von dort durch das Auslaßrohr 14 abgeführt werden. Der Abfall bzw. die Schlakke wird durch das Rohr 15 abgeleitet.
• Fig. 2 zeigt auch ein anderes Rückflußführungsteil, das die Kontrolle des Strömungsmusters im oberen Bereich der Flotationszelle erlaubt. Je mehr der obere Ring 16 des Führungsteils dem Hauptring 5 angenähert wird, desto mehr wird die Strömung in Richtung auf die Mitte geleitet und desto geringer ist der Bedarf an Luft zur Intensivierung der Oberflächenströmung in der Zelle vom Zentrum nach außen. Zur gleichen Zeit kann die Stärke der aufsteigenden zentralen Strömung erhöht werden, wodurch die Abscheidung im Flotationsverfahren beeinflußt werden kann. Weiterhin kann die Verweilzeit des Gases im Reaktor mit Hilfe des Hauptrings 5 und des oberen Rings 16 des Führungsteils eingestellt werden. Je breiter der Hauptring 5 ist, und je mehr der obere Ring 16 dem Hauptring angenähert wird, desto länger verweilt das Gas zirkulierend in den toroidalen Schleifen. Gleichzeitig steigt der Gasgehalt im Reaktor bei einer vorgegebenen Gaszufuhr an.
• Fig. 3 zeigt eine Modifikation des Hauptrings des Rückflußführungsteils, dessen innere Kante mit je einer Erweiterung 17 in einem Sektor von 10 bis 30º in der Nähe der Prallflächen 4 versehen ist, und zwar auf der Seite jeder Prallfläche, wo die zirkulierende Strömung, die durch die Rotation des Mischers verursacht wird, mit der Prallfläche kollidiert und somit nach einem Wechsel der Strömungsrichtung zu einer aufsteigenden Strömung die Kraft auf das Rückflußführungsteil erhöht.
• Ein typisches Merkmal des BTR-Reaktors sind starke Zirkulationsströmungen in den Doppeltoroiden. In der Flotationszelle werden die starken Toroide verwendet, um Luft zu dispergieren und im Schlamm zu verteilen. Dies ist ein überlegter Weg zur Vermeidung irgendwelcher Schwächungen der Mischintensität, die oft durch Statorstrukturen im Bereich des Zellenbodens um den Mischer herum verursacht werden. Mit Hilfe des GLS-Mischers wird eine ausreichende Dispersion der Luft in der BTR-Struktur erreicht, umso mehr als die Toroide, die in entgegengesetzte Richtungen rotieren, die Dispersion verbessern. Die Strömungsprallflächen, die in Zellen mit einer konventionellen Struktur verwendet werden, behindern zu sehr die Vermischung der Strömung im Bereich des Zellenumfangs. Jedoch sind die Prallflächen der vorliegenden Erfindung weiter vom Umfang beabstandet als konventionelle Strömungsprallflächen. Die verwendeten Prallflächen bzw. Prallbleche sind radial angeordnet und breiter als herkömmliche Standardströmungs-Prallbleche.
• Die oben beschriebene Struktur hat den Vorteil, daß die Dispersion und Verteilung von Luft mittels der doppelten Walzenströmung über den gesamten Bodenbereich erfolgt, was die Festlegung der Abmessungen auch von großen Flotationseinheiten von 50 bis 100 m³ nach dem BTR-Prinzip ermöglicht. Dieses Prinzip hängt nicht ab von irgendeiner lokalen Dispersion der Luft in einer gegebenen Mischer-/Statorstruktur, weshalb es insbesondere für große Flotationseinheiten gut geeignet ist. Es ist vorteilhaft, daß die Dicke der Schlammschicht auf dem Rüchflußführungsteil nicht im gleichen Maßstab erhöht werden muß wie andere Abmessungen. Dies vermindert die Druckanforderungen für die Flotationsluft.
• Die gleiche BTR-Struktur wie in der Flotationszelle kann auch in anderen Reaktoren zur Behandlung von Gasen und Flüssigkeiten oder Gasen und Suspensionen in Fällen verwendet werden, in denen ein guter Kontakt zwischen dem Gas und dem Rest des Reaktorinhalts wichtig ist, und wenn es gleichzeitig erwünscht ist, die Gasausbeute (Effizienz der Gasverwendung) zu verbessern, um eine vorgegebene chemische Reaktion oder den Lösungsvorgang des Gases zu unterstützen. Fig. 4 zeigt eine Darstellung des Prinzips eines derartigen Gasreaktors. Die Art der Zuführung der Flüssigkeit oder Suspension bzw. des Gases ist ähnlich zu dem vorstehend in Verbindung mit der Flotationszelle erlaüterten Ausführungsbeispiel. Sowohl die Struktur und Installation des Mischers als auch des Rückflußführungsteils und der Prallflächen sind ähnlich zu den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen. Die Form des Bodens kann entweder eben oder wie in Fig. 4 ausgebuchtet sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft, ein Bodendesign 10 zu verwenden, das die toroidale Bodenströmung leitet bzw. ausrichtet.
• Zur Erhöhung des Flotationsraums kann der obere Teil des Reaktors mit einer Kante versehen sein, die höher als die oben beschriebene ist. Rinnen werden üblicherweise nicht an dem Reaktorumfang benutzt. Im kontinuierlichen Betrieb werden die Stoffe von dem Reaktor z.B. über einen Überlauf 8 abgeführt. Die Abfuhr kann ebenfalls von unterhalb der Oberfläche durchgeführt werden, indem ein Auslaßrohr in der Zylinderoberfläche im oberen Bereich des Reaktors angeordnet wird. Der Reaktor kann auch für diskontinuierliche Prozesse verwendet werden, wobei in diesem Fall sowohl die Zuführung als auch die Abführung durch den Bodenbereich erfolgen kann.
• Der oben beschriebene Reaktor kann z.B. als oxidierender Reaktor vorteilhaft verwendet werden, wenn das oxidierende Gas Sauerstoff, Ozon oder Chlor ist. Der Reaktor ist sehr gut geeignet für Fälle, in denen es erwünscht ist, Gas in einer Flüssigkeit oder Suspension zu absorbieren oder zu lösen. Dann können als Gas CO&sub2;, Chlor, Hydrogensulfid oder andere Gase verwendet werden, die sich in der fraglichen Flüssigkeit lösen. Das Gas kann auch ein chemisches Prezipitationsreagenz, wie z.B. Hydrogensulfid oder Wasserstoff sein. Entsprechend kann Luft, Sauerstoff oder Chlor als Gas verwendet werden, das an einem chemischen Lösungsprozeß teilnimmt. Die Lösung oder Reoxidierung kann auch unter Druck durchgeführt werden. In diesem Fall wird das BTR-Prinzip nach dem autoklaven Prinzip realisiert.
• Fig. 5 zeigt einen Reaktor, der aus mehreren übereinander angeordneten BTR-Einheiten besteht. Die Verweilzeit des Gases in diesem Reaktor ist beträchtlich erhöht. Dieser Reaktor ist insbesondere gut als Fermentierer zur Produktion von Biomasse geeignet. In den Prozessen ist ein gute und gesteuerter Nutzungsgrad der Luft bzw. des Sauerstoffs gefragt, weil das zu verwendende sterilisierte Gas einen beträchtlichen Kostenfaktor darstellt. Eine gute Gasdispersion und eine einstellbare Abfuhr des erzeugten Kohlendioxid aus dem Reaktor erhöht die Produktionskapazität bei der Erzeugung der Biomasse. Die Mischintensität kann entsprechend der Mischzeit des poduzierten Biogewebes eingestellt werden.
• In einem vielfach einsetzbaren Gasreaktor, z.B. einem Fermentierer, wird das Gas durch das Rohr 12 dem untersten BTR-Bereich zugeführt, dessen Struktur vom Boden hinauf bis zum Rückflußführungsteil der Struktur des Gasreaktors aus Fig. 4 oder der Flotationszelle aus Fig. 2 entspricht. Über dem untersten BTR-Bereich ist mindestens ein weiterer BTR-Bereich. Jeder zusätzliche Bereich ist mit einem GLS-Mischer versehen, der auf der gleichen Achse montiert ist. Der Abstand dieses Mischers von dem Rückflußführungsteil des darunter gelegenen Bereichs ist genauso groß wie der Abstand des Mischers des Bodenbereichs vom Reaktorboden. Die gleichen gleichförmigen Prallflächen erstrecken sich vom Reaktorboden nach oben durch alle Bereiche. Jeder Bereich hat sein eigenes Rückflußführungsteil, dessen Abstand vom dem Führungsteil des darunter gelegenen Bereichs gleich dem Abstand des Führungsteils des Bodenbereichs vom Boden ist. In den oberen Bereichen trifft der vom Mischer erzeugte Mischerstrahl die Zylinderoberfläche in einer Höhe, die zwischen dem Rückflußführungsteil des darunter gelegenen Bereichs und einer Höhe liegt, die dem halben Mischerdurchmesser entspricht. Daher wird in jedem BTR-Bereich ein Doppelwalzen-Strömungsmuster erzeugt, wie es durch Pfeile in Fig. 5 dargestellt ist. Die Zeichnung zeigt, daß die toroidalen Kreisströmungen der benachbarten Bereiche in gleicher Richtung verlaufen und sich daher gegenseitig verstärken.
• Die vorgeschlagene Reaktorkonstruktion ist bemerkenswert effizient, um die Verweilzeit des Gases als auch einer Flüssigkeit, eines Feststoffs oder einer Suspension zu erhöhen, die dem Bodenbereich zugeführt worden sind, und um ein gerades Eindringen dieser Stoffe in den Reaktor zu verhindern, weil die toroidalen Kreisströmungen übereinander angeordnet und damit in Serie geschaltet sind und separate Reaktionszonen bilden. Die Durchmischung von einer Reaktionszone zur anderen verläuft langsamer als in den toroidalen Zirkulationswalzen selbst.
• Der beschriebene Reaktor kann für eine kontinuierliche Betriebsweise verwendet werden, in der es vorteilhaft ist, alle Reaktorzuführungen im Bodenbereich und alle Abführungen in einem separaten oberen Bereich anzuordnen. Die Struktur des Reaktors kann ähnlich dem oberen Teil des Gasreaktors aus Fig. 4 ausgebildet sein. Wenn der Reaktor als Fermentierer dient, wird er üblicherweise chargenweise betrieben. In diesem Fall kann sowohl die Zufuhr als auch die Abfuhr durch die Leitung 19 im untersten Bereich erfolgen. Das Gas wird durch die Leitung 18 im oberen Teil des Reaktors abgeführt.
• Das Rückfluß- oder Rückströmungsführungsteil aus Fig. 2 kann in allen Reaktoren verwendet werden. Jedoch ist in einigen Fällen die Verwendung einer zusätzlichen Hilfsführung 16 empfehlenswert.

Claims (10)

1. Reaktor zum Vermischen zweier oder mehrerer Flüssigkeiten oder zum Mischen unterschiedlicher Phasen in eine Flüssigkeit, mit einem oder mehreren koaxial angeordneten Kraftmischern (3), die einen starken Bodenzug erzeugen, und mit parallel zum Reaktorradius angeordneten Prallflächen (4),

dadurch gekennzeichnet,

daß die horizontale Querschnittsfläche des Reaktors, die zwischen der äußeren Kante der Prallflächen (4) und dem Zylindermantel des Reaktors verbleibt, ungefähr ein Drittel der gesamten Querschnittsfläche des Reaktors beträgt,

daß der Reaktor mindestens ein Rückflußführungsteil (5) für jeden Mischer (3) aufweist, welches vertikal über dem Mischer (3) und horizontal zwischen dem Zylindermantel des Reaktors und den Prallflächen (4) angeordnet ist, und daß der Mischer als GLS- Mischer mit einem starken Zug von unten ausgebildet ist, der Materialien schräg nach unten preßt, wobei der Durchmesser des Mischers 0,33 bis 0,5 mal so groß wie der Durchmesser des Reaktors (1), und der Abstand dieses Mischers (3) vom Reaktorboden ungefähr 0,7 bis 1,5 mal so groß wie der Durchmesser des Mischers ist.

2. Reaktor nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Breite der Prallflächen (4) 0,10 bis 0,15 mal so groß wie der Durchmesser des Reaktors (1) ist.

3. Reaktor nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß über dem Hauptring (5) des Rückflußführungsteils ein vertikal bewegbarer oberer Ring (16) des Führungsteils angeordnet ist.

4. Reaktor nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Spalt zwischen den Prallflächen (4) und dem Rückflußführungsteil (5, 16) nicht größer als das 0,04-fache des Reaktordurchmessers ist.

5. Reaktor nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Spalt zwischen den Rückflußführungsteilen (5, 16) und dem Zylindermantel des Reaktors das 0,01 bis 0,03-fache des Reaktordurchmessers beträgt.

6. Reaktor nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Hauptring (5) des Rückflußführungsteils über dem Mischer in einer Entfernung von dem 0,05 bis 0,20-fachen des Durchmessers des Reaktors (1) angeordnet ist.

7. Reaktor nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Hauptring (5) des Rückflußführungsteils mit Erweiterungen (17) versehen ist, die in Sektoren von 10 bis 30º und benachbart zu jeder Prallfläche (4) angeordnet sind.

8. Reaktor nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Reaktor aus mindestens zwei übereinander angeordneten Bereichen besteht, wobei jeder Bereich mit einem eigenen Mischer (3) und einem Rückflußführungsteil (5) versehen ist.

9. Reaktor nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet,

daß in den Bereichen über dem Bodenbereich der Abstand des Mischers vom Rückflußführungsteil (5) des weiter unten gelegenen Bereichs gleich dem Abstand des Mischers des Bodenbereichs vom Boden (11) ist.

10. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Rollgeschwindigkeit der Materialien in den Bodentoroiden und der Zone beruhigten Flusses über dem Rückflußführungsteil (5) einstellbar ist, indem die Position des Rückflußführungsteils in bezug auf den Mischer (3) eingestellt wird.