DE4314015A1 - Vorrichtung zur Abtrennung von Feststoffpartikeln aus Suspensionsreaktoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abtrennung von Fest­ stoffpartikeln aus Suspensionsreaktoren, in denen eine Kontaktie­ rung einer festen, flüssigen und gasförmigen Phase zum Zwecke der technischen Reaktionsführung realisiert wird und sich eine Fest­ stoffphase im Prozeß der Wechselwirkung der drei Phasen bildet.

Diese Vorrichtung kann in der Biotechnologie, aber auch der tech­ nischen Chemie, der Umweltschutztechnik und anderen Gebieten, wo aus einer begasten Suspension eine Feststoffphase effektiv und produktschonend abzutrennen ist, angewendet werden.

Es sind bereits unterschiedliche Suspensionsreaktoren bekannt, in denen eine Gasphase gemeinsam mit einer flüssigen Phase, in der Feststoffpartikel suspendiert sind, zum Zweck der chemisch-tech­ nischen oder biotechnologischen Reaktionsführung miteinander kon­ taktiert werden. Zu ihnen gehören Blasensäulen oder Wirbelbett­ reaktoren, bei denen die Zuführung beider fluider Phasen über Zweistoffdüsen in der Bodenzone des Reaktors erfolgt. Gleichzei­ tig wird ein intensiver Energieeintrag in die Bodenzone reali­ siert, der zu einem intensiven Phasenkontakt unter Bildung einer großen Stoffaustauschfläche der fluiden Dispersion führt. Es ist zweckmäßig, durch hohlzylinderförmige Einbauten im Reaktor eine gezielten Rezirkulationsströmung unter Ausbildung sogenannter Schlaufen zu erzeugen. Mittels dieser Leiteinrichtung wird es ermöglicht, die hydrodynamisch bedingte Verweilzeit für alle drei Phasen einer kinetisch bedingten Reaktionszeit optimal anzupas­ sen. Zur Intensivierung mehrphasiger, in Suspensionsreaktoren ab­ laufender Prozesse entspricht es einem dringenden ökonomischen Anliegen, periphere und außerhalb des Reaktors zu realisierende Teilvorgänge, wie die Phasentrennung, zum Zweck der optimalen Zielproduktgewinnung in den Reaktor selbst zu integrieren. So werden in der Biotechnologie systemintegrierte Filtrationsein­ heiten angeboten, die flüssige Produkte von suspendierten Fest­ stoffen innerhalb des Reaktors abtrennen und damit unerwünschte Neben- oder Folgereaktionen vermeiden.

Im Prozeß einer Feststoffbildung in Suspensionsreaktoren kann es jedoch nachteilig sein, insbesondere bei einem batch-Betrieb für die flüssige und die feste Phase, daß bereits voll ausgebildete Feststoffpartikel gemeinsam mit kleineren, sich bildenden und an­ wachsenden Partikeln ständig in der Strömungsschlaufe geführt werden. Im Falle schädlicher Einflüsse durch übermäßige Reifung oder Alterung dieser größeren Partikel kann sich deren Produkt­ qualität vermindern. Damit wird es erforderlich, größere Parti­ kelanteile aus der Suspension zu entfernen, wobei vergleichsweise kleinere Partikel noch im Reaktor verbleiben.

Insbesondere für die Katalysatorführung unterschiedlicher und ab­ gestuft wirkender Korngrößenanteile in kaskadierten Reaktoren entwickelte, miteinander wechselwirkende Schlaufen (DD-PS 2 35 565, 2 40 842, 2 46 041, 2 62 594, 2 63 459 und 2 63 460) genügen nicht dieser Anforderung. Auch andere bekannte Lösungen (Chemie- Ing.-Techn. 37 (1965) 3, 289-94; 40 (1968) 17, 829-37) dienen hauptsächlich einer Einstellung der Schlaufencharakteristik (zwi­ schen idealer Verdrängung und idealer Vermischung) und sehen eine selektive Partikelabscheidung nicht vor (vgl. auch DE-OS 28 47 443, 29 25 191, 31 03 681, 32 45 312, 33 31 993).

Es besteht daher eine Notwendigkeit zur Entwicklung einer Vor­ richtung zur effektiven Abtrennung größerer, sich ausbildender Feststoffpartikel aus Suspensionsreaktoren, wobei kleinere Parti­ kel im Reaktor verbleiben.

Aufgabe der Erfindung ist die Gestaltung einer klassierenden Vor­ richtung zur selektiven Partikelabtrennung in der Schlaufenzone des Reaktors mittels eines zwangsgetriebenen Nebenkreislaufs.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß in einem Teil der Schlaufenzone des Reaktors schrägabwärts nach außen gerichtete und übereinander gestaffelt angebrachte, in ihren Projektionen auf eine horizontale Ebene sich teilweise überdeckende Rinnen an­ geordnet sind. Diese Rinnen sind mit Öffnungen zum partiellen Durchtritt flüssiger und feinerer Feststoffanteile versehen. Obere Begrenzung dieser Rinnen ist das die Strömungsschlaufen ausbildende Leitrohr, während die untere Begrenzung ein Abscheide­ raum für größere Partikelanteile bildet.

Der Strömungsantrieb durch die Düse bewirkt, daß im abwärtsströ­ menden Teil der Schlaufe die Suspension teilweise und stufenför­ mig nacheinander auf einzelne Rinnen gelangt. Die Suspension be­ wegt sich dabei teilweise und schrägabwärtsgerichtet, entlang der konkaven Rinnenteile. Die flüssige Phase durchdringt jedoch auch teilweise Öffnungen, die sich in den Rinnen befinden, dabei die kleineren Partikel mit sich führend. Die größeren Partikel ver­ bleiben weitgehend auf den Rinnen und werden in einen Absetzraum befördert, der Teil des Reaktors ist.

Es ist zweckmäßig, über dem Absetzraum eine zweite Zirkulations­ bewegung zu erzeugen, die aufwärtsgerichtet ist und die Herausführung der kleineren Feststoffpartikel aus der Schlaufenzone un­ terstützt. Besonders günstig wird diese Bewegung durch die strö­ mungsantreibende Düse selbst erzeugt, während der Unterdruck im Kehlenteil ausgenutzt wird. In einer Variante der Erfindung sind die Rinnen mit Abdeckungen versehen, die lediglich ein Eintreten der Suspension durch die gebildete freie Spalte gestatten. Damit wird die Suspension infolge strömungsgünstiger Gestaltung der Rinnen mit minimalen hydraulischen Verlusten klassiert.

Die besonderen Vorteile der Erfindung bestehen in der ständigen Ausschleusung von in einer optimalen Größe vorgebildeten Fest­ stoffpartikeln aus der Reaktionszone. Damit wird vermieden, daß die flüssige Phase bzw. die fluide Dispersion innerhalb eines Reaktors mit Feststoff überladen wird, der die Ökonomie des Pro­ zesses durch unnötige Rezirkulation der Produkte belastet. Ins­ besondere werden durch rechtzeitige Abtrennung von Feststoffen unerwünschte Neben- oder Folgereaktionen (wie Altersprozesse der festen Phase) eingeschränkt.

Beispiel

Die Erfindung wird nachstehend ohne Einschränkungen an einem Aus­ führungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt

Fig. 1 den Suspensionsreaktor mit Klassiereinrichtung (Detail A),

Fig. 2 eine Aufsicht zu Fig. 1,

Fig. 3 ein Stromlinienbild zur Klassiereinrichtung,

Fig. 4 verschiedene Ausgestaltungen der Klassiereinrichtung.

Der Reaktor 1 (Fig. 1) ist in seiner Bodenzone mit der Düse 2 versehen. An das Leitrohr 3 (Fig. 2) schließen Rinnen 4 an, die in den Abscheideraum 5 einmünden. Der darunterliegende Absetzraum 6 ist mit dem Abzug 7 verbunden. Die Rinnen 9 (Fig. 3 und 4) sind mit Öffnungen 8 und Abdeckungen 10 versehen. Die Rückführleitung 11 verbindet oberhalb der Schikanen 12 den Absetzraum 6 über den Ablauf 13 mit der Düse 2.

Mittels der Düse 2 wird eine Rezirkulationsströmung um das Leit­ rohr 3 angetrieben (Fig. 1). Die sich ausbildenden Feststoffpar­ tikel gelangen mit der flüssigen Phase auf die Rinnen 8, wobei durch die Abdeckungen 10 eine Strömungsführung für die kleineren Teilchen um die Rinnen 9 herum (Fig. 3, Stromlinie a) unterstützt wird, während die größeren Teilchen (Stromlinie b) bevorzugt auf den Spalt zwischen Rinne 8 und Abdeckung 9 auftreffen. Über die Öffnungen 8 kann bevorzugt Flüssigkeit mit bereits in die Rinnen 9 gelangten kleineren Teilchen wiederum in den Abwärtsstrom außerhalb des Leitrohres 3 eintreten.

Durch Potenzierung des Klassierungseffektes mittels der vertikal gestaffelten Rinnensysteme gelangen in den Absetzraum 6 vorwie­ gend nur größere Feststoffpartikel, die über den Abzug 7 perio­ disch oder kontinuierlich aus dem Reaktor entfernt werden. Durch die dynamische Druckabsenkung in der Düse 2 wird ständig über die Rückführleitung 11 Flüssigkeit in einem Nebenkreislauf geführt.

Damit wird erreicht, daß die größeren Feststoffteilchen mit einer Strömung geringer Geschwindigkeit in den Absetzraum 6 überführt werben. Die Schikanen 12 verhindern die Rückführung größerer Par­ tikel über die Rückführleitung 11 und die Düse 2 in den Reaktor. Gemäß Fig. 4 sind die Rinnen 9 mit den Abdeckungen 10 verschieden und fertigungsgünstig ausgestaltet. Die Neigung der Rinnen bzw. Horizontalen beträgt mindestens 45°.

Bezugszeichenliste

1 Reaktor
2 Düse
3 Leitrohr
4 Rinne
5 Abscheideraum
6 Absetzraum
7 Abzug
8 Öffnung
9 Rinne
10 Abdeckung
11 Rückführleitung
12 Schikane
13 Ablauf
a Stromlinie, kleineres Teilchen
b Stromlinie, größeres Teilchen
A Detail von Fig. 1.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Abtrennung von Feststoffpartikeln aus Suspen­ sionsreaktoren, die zum Zweck eines intensiven Kontaktes der flüssigen und der gasförmigen Phase mit fluiden Medien über Düsen betrieben werden, wobei die entstehende Dispersion gemeinsam mit sich durch Reaktion ausbildenden Feststoffpartikeln schlaufenför­ mig um Leiteinrichtungen geführt und der entstehende Feststoff aus dem Reaktor entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen einem Leitrohr (3) und einem Abscheideraum (5) Rinnen (4) angeordnet sind, der Abscheideraum (5) nach unten hin in einen Absetzraum (6), verbunden mit einem Abzug (7), übergeht und der Abscheideraum (5) oben über einen Ablauf (13) und eine Rückführ­ leitung (11) mit der Düse (2) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen (9) mit Öffnungen (8) und Abdeckungen (10) versehen sind, ihre Neigung zur Horizontalen mindestens 45° beträgt und die Rin­ nen (9) mit ihren Abdeckungen (10) seitlich geöffnete Spalten bilden.