DE388127C - Druckgefaess zur Durchfuehrung chemischer Reaktionen - Google Patents

Description

• Druckgefäß zur Durchführung chemischer Reaktionen.
• Die Erfindung betrifft die Herstellung betriebssicherer Druckgefäße für die großtechnische Ausführung chemischer Prozesse, die neben hohen Temperaturen die Anwendung schr hoher Drucke notwendig machen. Derartige Gefäße, die bei Reaktionstemperaturen von über 300° C auf Drucke von 50 Atm. und methr beansprucht werden und labei vollständig gasdicht sein müssen, werden aus geschmiedetem Stahl hergestellt. Ihre Herstellungsweise macht es notwendig, daß wenigstens eine Seite eines solchen Gefäßes mit einem sehr großen Verschlußstück versehen wird. Letzteres ist in vielen Fällen auch für die Durchführung des chemischen Verfahres erforderlich, um Hilfsvorrichtungen, z. B. Rührwerke, einhabuen zu können und die Reinigung des Innenraumes zu erleichtern.
• Zur Abdichtung derartiger großer Verschlußstücke sind die sonst benutzten Dichtungsstoffe wegn der in Betracht kommenden hohen Temperaturen nicht verwendbar. Vermeidet man Dichtungen und läßt man den Verschluß lekcel unmittelbar auf dam Reaktionsgefäß abdichten, so wird ein dauerndes Dichtbleiben des Gefäßes schwer zu erzielen sein, sobald erheblihce Temperaturunterschiede zwischen Deckel und Gefäß auftreten. Ein Undichtwerden eines solchen Gefä2ßes wäre besonders bei ununterbrochener Betriebsweise sehr unerwünscht.
• Ferner ist es bei großen Gefäßen für Drucke von mehreren hundert Atmosphären schwierig, die zum Verschließen des Deckels erfor lerlichen Schrauben unterzubringen, zumal wenn die Betriebstemperaturen 400°C übersteigen. Die Streckgrenze auch der besten zru Zeit bekannten Stahlroten ist bei Temperaturen von z. B. 500°C schon so gering, 1aß außerordentlich große Schraubenquerschnitte erforderlich sind.
• Alle diese Schwierigkeiten fallen fort, wenn man das Druckgefäß so einrichtet, daß seine Enden, an denen große Verschlußteile angebracht sind, ständig kühl liegen. Um dies ohne große Wärmeverluste zu erreichen, ist es notwendig, die Wärmeableitung aus jenem Teil des Gefäßes, in dem sich die chemische Realstion abspielt, möglichst zu verhindern. Nach der Erfinding wird zu diesem Zweck an dem Ende des Gefäßes, and dem ein Verschlußstück angebracht ist eine besondere Kammer angeordnet.
• Nach Abb. I ist in einem gewissen Abstand von den beiden Deckeln a je eine Sperresheibe b angebracht, so daß ein Mittelteil c und zwei Endkammern d entstehen. Rohranschlüsse am Mittelteil c dienen für die Zu- und Ableitung der zu verarbeitenden Stoffe. Füllt man die Kammern d mit einem hitzebeständigen schlechten Wärmeleiter aus, so sind die Wärme mengen, die durch den lichten Querschnitt des Gefäßes zum Deckel fließen, sehr gering. Bei genügender Länge der Kammern d können nur noch jene Wärmemengen auf die Deckel a wirken, die durch den Ringquerschnitt des Gefäßmantels und die Flanschen überströmen.
• Da durch einen eisernen Würfel von I m Seitenlänge bei einem Temp[eraturunterschie 1 von 1°C zwischen zwei gegenüberleigenden Fächen nur 56 Kalorien in der Stude überfließen, so ist die durch die Ringfläche des Manteils auf Iie Deckel a übergeleitete Wärmemenge bei genügender Länge der Kammern d außerordentlich klein. Es bereitet daher keine Schwiergkeiten, die Deckel a nebst ihren Verschlüssen durch natürliche oder künstliche Kühlung ohne besondere Wärmeverluste kühl zu halten. Es lassen sich auf diese Weise unter Verwendung von hochwertigem legierten Stahl Scllraubell von verhältnismäßig geringenl Querschnitt anordnen, so daß auch bei Drukken von mehreren hundert Atmosphären die Herstellung von betriebssicheren Druckgefäßen, bei denen der Innenraum mit seinem vollen Querschnitt zugänglich ist, möglich wird.
• Hat das Druckgefäß z. B. cinen lichten Durchmesser von etwa I m und eine Wandstärke von 90 mm, so beträgt der Ringquerschnitt des Eisenkörpers, durch den die Wärme übergeleitet wird, 0,28 qm. Bei einem Temperautrgefälle von 400°C werden, wenn man der Kammer d eine Länge von z. B.
• Im gibt, übergeleitet: 0,28 # 400 # 56 = 6250 W. E./Std. Der mit Schrauben an dem Flansch des Gefäßes befestigte Deckel wird einen Durchmesser von etwa I,5 m haben. Die wärmeabgebende Oberfläche ides Deckels nebst dem Flansch ist alsdann etwa 6 qm. Es genügt dann schon eine Übertemperatur von 500 des Deckels gegenüber der umgebenden Raumtemperatur, um die durch Iden Ringquerschnitt des Autoklaven übergeleitete Wärme an die Luft abzuführen. Die Dadurch den Querschnitt der Kammer d übergeleitete Wärmemenge ist bei Ausfüllung der Kammer d mit Isoliermaterial verschwindend gering, so daß bei dem gewählten Beispiel bereits ohne künstliche Kühlung der Deckel genügend kalt gehalten werden kann und die zum Befestigen indes Dekkels verwendeten Schrauben voll beansprucht werden können.
• Um die Dicke der Scheibe b klein zu halten, muß die Kammer d unter denselben Druck wie der Reaktionsraum c gesetzt werden. Der Druckausgleich kann zweckmäßig durch eine Rohrverbindung zwischen c und d geschehen, in die man eine besondere Kühlschlange e einschaltet, um bei Druck- oder Temperatur schwankungen ein Überströmen von heißen flüssigen oder dampfförmigen Stoffen aus dem Raum c nach den Kammern d zu verhüten.
• Der gleiche Druck zu beiden Seiten der Sperrscheibe b kann dadurch aufrechterhalten werden, daß man in idie Rohrverbindung zwischen den Räumen c und d eine Flüssigkeitssäule, einen Kolben, eine Membran oder ein ähnliches Hilfsmittel einschaltet.
• Weiterhin kann gemäß Abb. 2 ein dünnwan diges, gewöhnlich aus Eisen angefertigtes Innengefäß fein den mittleren Gefäßteil c eingeschaltet und der Zwischenraum zwischen dem Druckgefäß und Idem Innengefäß mit einem flüssigen oder gasfærmigen Medium gefüllt werden, das zur Entlastung der Gefäß wnad f unter gleichem oder fast gleichem Druck wie der Reaktionsraum selbst steht.
• Eine solche Anordnung wird zweckmäßig, sobald der eigentliche Reaktionsraum besonders beheizt werden muß, in welchem Falle man das flüssige oder gasförmige, auch unter Druck stehende Beizmittel den Zwischenraum durch strömen und Wärme von einer äußeren Wärmequelle auf das Gefäß f übertragen läßt. Die gleiche anordnung kann notwendig sein, falls die Gefäßwand durch die Reaktionstelnehmer oder durch die bei der Reaktion entstehenden Produkte angreifbar ist. In diesem Falle wird man das Gefäß f entweder aus einem Stoff herstellen, der unangreifbar ist, oder man wird das dünnwandige und deshalb nicht zu kostspielige Gefäß f von Zeit zu Zeit erneuern.
• Wenn ein solches Innengefäß angewendet wird, verbindet man die Kammern d in bereits oben geschilereter Weise zweckmäßig mit dem Zwischenraum zwischen dem Druckgefäß und dein Gefäß f.
• Die beschriebene Einrichtung hat im großen bereits Verwndung zur Hydrierung von Kohle und Kojhlenwaserstofen Gefunden, wobei es sich bekanntlch darum handelt, aus den genannten Stoffen niedrig siedende Spaltproedukte (Benzine usw.) zu gewinnen.
• Die Zwischenwände oder Sperrscheiben b werden in Idem Autoklaven durch Verschraubung befestigt, so daß eine gegen geringen Überdruck dichte Trennung der Räume c und d besteht. Die Kammern d können mit Diatomitsteinen, Schalkenwolle, Glaswolle oder ähnlichen Materialien gefüllt sein.

Claims (5)

1. PATENT-ANSPRÜSCHE: I. Druckgefäß zur Durchführung chemischer Reaktionen bei hoher Temperatur und hohem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß an dem mit einem Verschlußstück versehenen Gefäß ende eine besondere Kammer angeordnet ist, die durch eine Sperrscheibe gegen den Mittelteil des Reaktionsgefäßes abgeschlossen ist, um eine Wärmeübertragung nach dem Verschlußstück zu verhindern.
2. 2. Druckgefäß nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Endkammern mit einem schlecht wärmeleitenden Stoff angefüllt sind.
3. 3. Druckgefäß nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endkammern unter dem gleichen oder fast gleichen Druck stehen wie der Reaktionsraum des Gefäßes.
4. 4. Druckgefäß nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Mittelteil des Gefäßes und den Endkammer durch Rohrverbindungen hergestellt wird, in die Kühlschlanken eingeschaltet sind.
5. 5. Druckgefäß nach den Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem mittleren Teil des Gefäßes ein besonderes Innengefäß angeordnet und der Zwischenraum zwischen Idem Innengefäß und dem Druckgefäß mit einem Flüssigen oder gasförmigen Heizmittel gefüllt ist, das unter Idem gleichen oder fast gleichen Druck wie der Reaktionsraum steht, wobei die Eni kammern des Gefäßes mit diesem Zwischenraum in Verbindung stehen.