DE504498C - Verfahren und Vorrichtung zur Ausfuehrung chemischer Reaktionen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Ausfuehrung chemischer Reaktionen

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DE504498C
DE504498C DED48564D DED0048564D DE504498C DE 504498 C DE504498 C DE 504498C DE D48564 D DED48564 D DE D48564D DE D0048564 D DED0048564 D DE D0048564D DE 504498 C DE504498 C DE 504498C
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/70Spray-mixers, e.g. for mixing intersecting sheets of material
    • B01F25/74Spray-mixers, e.g. for mixing intersecting sheets of material with rotating parts, e.g. discs

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Ausführung chemischer Reaktionen Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Durchführung chemischer Reaktionen zwischen flüssigen Reaktionskomponenten die Komponenten im z. B. durch Düseneinrichtungen unter der Wirkung von Luftströmen erzielten Zustand feinster bis nebelförmiger Verteilung gegeneinanderzuführen und so aufeinander zur Einwirkung zu bringen, wobei die Vereinigung der Komponenten getrennt von bereits fertig gebildetem Reaktionsprodukt erfolgt und die sich bildenden Reaktionsprodukte unter Vermeidung einer Berührung mit den frisch zugeführten Reaktionskomponenten abgeschieden und kontinuierlich aus der Reaktionszone entfernt werden.
  • Man hat auch vorgeschlagen, zum Eindampfen von Flüssigkeiten diese auf eine schnell umlaufende Scheibe auflaufen zu lassen, so daß durch Schleuderwirkung die Flüssigkeit in Scheibenform mehr- oder weniger fein verteilt wird und so mit großer Oberfläche der Wirkung eines ihr entgegengeführten Stromes von Trockengas - gegebenenfalls unter gleichzeitiger chemischer Beeinflussung durch dieses Gas - ausgesetzt werden kann.
  • Nach der Erfindung g erfolgt die Vereinigung der Reaktionskomponenten in Berührung mit einer verhältnismäßig kleinen Menge des fertigen Reaktionsproduktes derart, daß man die Reaktionskomponenten kontinuierlich in Strömen von gegeneinander abgestimmter Stärke, vorzugsweise von oben, gegen einen Rührer, z. B. einen Flügelrührer, oder ein entsprechendes Verteilungsorgan strömen läßt, der in einem runden Gefäß von vorzugsweise flacher Form mit sich nach oben schräg oder bogenförm. ig erweiternden Wänden in einer verhältnismäßig kleinen Menge des flüssigen Reaktionsproduktes derart umläuft, daß die Flüssigkeit in kreisender Bewegung gehalten und unter Wirkung der Zentrifugalkraft an den Gefäßwänden bis zum Rand hochgetrieben wird. Hierbei erfolgt unter Wirkung des Rührers eine äußerst schnelle und vollkommene Vereinigung der gegen die Flügel des Rührers geleiteten Reaktionskomponenten, während gleichzeitig das gebildete Reaktionsprodukt nach dem Rand des Gefäßes zu befördert und kontinuierlich über diesen nach außen abgeführt wird.
  • In der Zeichnung, die eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung in einer beispiels-weisen Ausführungsform in Abb. I in einem Vertikalschnitt und in Abb. 2 in der Draufsicht nach Wegnahme des Oberteils des äußeren Gefäßes und unter Weglassung der Zuleitungen und der Vorratsbehälter zeigt, bedeutet a das runde, vorzugsweise flache und mit sich nach oben schräg erweiternden Wänden versehene Reaktionsgefäß. Dieses Gefäß ist eingesetzt in einen weiteren, zur Aufnahme der Reaktionsprodukte bestimmten Behälter b, dessen Seitenwände den Rand des Innengefäßes überragen und im oberen Teil mit einem in entgegengesetzter Richtung wie die Wände des Innengefäßes abgeschrägten Aufsatzteil c versehen sind, und das z. B. am Boden mit einer Abflußleitung f für die flüssigen Reaktionsprodukte versehen ist und ferner oben mit einem Ableitungsrohr e für etwaige gasförmige Reaktionsprodukte versehen sein kann. g und h sind oberhalb des Reaktionsgefäß es ausmündende Zuführungsleitungen für die in Reaktion zu setzenden, flüssigen Ausgangsprodukte, welche in den Vorratsbehältern i und k enthalten sind. Die Zuleitungen g und h sind zweckmäßig mit Hähnen oder sonstigen einstellbaren Organen I und m zur Regulierung des Durchlasses versehen. n ist der in geeigneter, zweckmäßig verstellbarer Höhe des Reaktionsgefäßes angeordnete Flügelteil eines Rührers, der von der Welle c angetrieben wird, die bei gas- oder dampfdichter Ausbildung des Außenbehälters b z.B. mit Hilfe eine Stopfbüchse r durch den Deckel d des Behälters b unter dichtem Abschluß hindurchgeführt ist.
  • Das Reaktionsgefäß a sowie gegebenenfalls auch der Außenbehälter b oder Teile dieser Behälter können mit Kühl- oder Heizvorrichtungen versehen sein.
  • Das Arbeiten nach der beschriebenen Einrichtung vollzieht sich erfindungsglemäß derart, daß man die inReaktion zusetzendenFlüssigkeiten in aufeinander abgestimmten Mengen durch die Leitungen g und h auf den mit passender Geschwindigkeit und in geeigneter Tiefe in der im Gefäß vorhandenen Schicht des bereits gebildeten und unter der Zentrifugalwirkung des Rührers gegen die Gefäßwand geschleuderten flüssigen Reaktionsproduktes umlaufenden Rührer auflaufen läßt.
  • Es erfolgt sofort eine außerordentlich innige Mischung der Flüssigkeiten und eine restlose Umsetzung derselben in kürzester Zeit.
  • Gleichzeitig wird infolge der von den Rührer-Bügeln übertragenen rotierenden Bewegung das entstandene Produkt ebenfalls an den schrägen Wänden des Gefäßes a in die Höhe getrieben, so daß es über den oberen Rand o des Gefäßes kontinuierlich nach außen geschleudert wird. Hier prallt die Flüssigkeit gegen die schräge Wandflächec des Gefäßes b, von der es nach unten abgeleitet und in den unteren Teil des Außengefäßes b befördert wird, von wo es durch den Auslaß J abgeführt werden kann. Etwa entwickelte gasförmige Produkte können durch die Leitung abgeleitet werden.
  • Bezüglich der Höhenlage der Rührerflügel bzw. der Tiefe ihres Eintauchens in die Flüssigkeit wird man sich von Fall zu Fall nach den vorliegenden Arbeitsbedingungen, z. B. der Umlaufgeschwindigkeit des Rührers, der Menge der zugeführten Flüssigkeiten, der Form des Gefäßes bzw. der Schrägung der Wände desselben, der Art der Reaktionskomponenten, der Reaktionsprodukte u. dgl., zu richten haben, ebenso bezüglich der Form und Anordnung der Rührerflügel, die z. B. auch so gewählt werden kann, daß die auf die Rührerflügel auftreffenden Flüssigkeiten außer dem nach außen gerichteten Antrieb auch einen solchen gegen den Gefäßboden enthalten, wodurch gleichzeitig eine noch innigere Durchmischung und raschere Umsetzung erzielt wird.
  • Im allgemeinen wird man die Rührerflügel dem Gefäßboden um so mehr annähern, je geringer man die Menge der im Gefäß enthaltenenFlüssigkeit zu bemessen und je schneller man die gebildeten Reaktionsprodukte aus dem Gefäß abzuführen wünscht.
  • Gegebenenfalls kann bei entsprechender Umdrehungszahl des Rührers die Verteilung der auflaufenden Flüssigkeiten sehr weitgehend getrieben werden. Jedoch sind auch in solchen Fällen die Arbeitsbedingungen stets so zu wählen, daß die in feinster Verteilung erhaltenen Reaktionsprodukte ebenfalls mindestens zum größten Teil unter der Zentrifugal;wirltung des Rührers gegen die Wände des Reaktionsgefäßes geführt und über dessen Rand kontinuierlich aus dem Gefäß nach außen abgeführt werden.
  • Bei passender Einstellung aller Faktoren, z. B. der Zulaufmengen, des Abstandes des Rührers vom Boden des Gefäßes und seiner Umlaufgeschwindigkeit sowie der etwa vorhandenen Heizung und Kühlung, läßt sich in jedem Falle erreichen, daß während des kurzen z. B. nur wenige Sekunden dauernden Verweilens der Reaktionsmasse im Gefäß a die Umsetzung sich vollständig innerhalb des Gefäßes vollzieht und die fertig gebildeten Reaktionsprodukte das Gefäß in kontinuierlichem Strom verlassen, so daß eine Ansammlung größerer Mengen derselben im Reaktionsgefäß vermieden wird.
  • Das neue Verfahren bietet gegenüber der bisher bei zahlreichen Reaktionsprozessen üblichen diskontinuierlichen Arbeitsweise, bei welcher man große Flüssigkeitsmengen auf einmal in einem Behälter aufeinander einwirken läßt, außerordentliche Vorteile. So läßt sich z. B. mit Hilfe des neuen Verfahrens die Ausbeute wesentlich bei solchen Prozessen erhöhen, bei denen sich ein Gleichgewichtszustand zwischen den verschiedenen Phasen einstellt, der beim Uberwiegen der einen oder anderen Phase, z. B. in der einen oder anderen Richtung, gestört werden kann, so daß unter Umständen z. B. unter der Einwirkung der erhöhten Reaktionstemperatur in dem ganzen, bereits gebildeten, auf diese Temperatur gehaltenen Reaktionsprodukt eine unerwünschte Rückbildung eintreten kann. Ein weiterer Vorteil liegt in der Möglichkeit einer jederzeitigen sofortigen Unterbrechung der Arbeit und Begrenzung der Menge der erzeugten Produkte durch einfaches Abstellen der Zuläufe sowie in der Möglichkeit, auch während des laufenden Betriebes alle Faktoren, wie Zulaufmenge, Höhe, Umlaufgeschwindigkeit des Rührers, Heizung, Kühlung usw., beliebig zu regeln.
  • In vielen Fällen, z. B. bei exotherm verlaufenden Prozessen, lassen sich besondere Ersparnisse an Wärme-oder Kühlenergie dadurch erzielen, daß man die durchgesetzte Materialmenge und die übrigen Faktoren so regelt, daß die frei werdende Wärme des Reaktionsprozesses die für den Verlauf der Reaktion günstige Temperatur im Misoh-und Reaktionsgefäß erzeugt.
  • Besondere Vorteile ergeben sich weiter bei der Anwendung des Verfahrens für solche Prozesse, bei denen die Gefahr der Zersetzung z. B. beim längeren Verweilen der Reaktionsprodukte bei einer erhöhten Reaktionstemperatur vorliegt. Hier verd sowohl die Gefahr im Hinblick auf die in jedem Zeitpunkt verhältnismäßig kleinen, z. B. bei erhöhter Temperatur in Umsetzung befindlichen Massen vermindert als auch die Ausbeute durch die infolge der feinen Verteilung der Komponenten erzielte Beschleunigung der Umsetzung sowie die sofortige Entfernung der Reaktionsprodukte aus dem Reaktionsraum gesteigert.
  • Von den zahlreichen chemischen Prozessen, für welche das Verfahren mit Vorteil anwendbar ist, sei z. B. die Herstellung von Wasserstoffsuperoxyd aus Säuren, z. B. aus Schwefelsäure und Bariumsuperoxydaufschwemmungen, hervorgehoben. Bei der bisherigen Arbeitsweise, bei welcher größere Massen der Reaktionskomponenten auf einmal zusammengebracht wurden, bestand die Schwierigkeit, daß beim Zusammenbringen von Bariumsuperoxy, d und Schwefelsäure stets eine Umhüllung noch unzersetzten Ausgangsmaterials durch sich bildendes Bariumsulfat (blanc fixe) eintritt. Man war daher zu allerhand Kunstoriffen genötigt, um eine höhere Umsetzung zu erzielen. Trotzdem konnten infolge von Überhitzungen die Ausbeuten in seltenen Fällen über 90010 gesteigert werden. Nach dem vorliegenden Verfahren wird die Umsetzung der in feinster Verteihing mit der Schwefelsäure zusammengebrauchten Bariumsup eroxydaufschwemmung in kürzester Zeit unter Vermeidung lokaler Überhitzungen so gut wie restlos erzielt.
  • Die Trennung des Wasserstoffsuperoxyds kann dabei in bekannter Weise von dem als Nebenprodukt entstehenden Bariumsulfat z. B. durch Filtration bewirkt werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Anwendung des Verfahrens bietet sich bei der Herstellung von Blausäure aus Gyanidlösungen oder Cyanidbrei und Schwefelsäure. In diesem Falle läßt sich der Umsetzungsprozeß unter Vermeidung örtlicher tibersäuerung durch führen, wie sie bei der Verarbeitung großer, auf einmal zusammengebrachter Flüssigkeitsmassen leicht eintritt. Ferner werden auch Zersetzungs- und Verseifungsverluste weitgehend vermieden.
  • Die beschriebene Apparatur sowie die angeführten Prozesse sind nur Beispiele der möglichen Anwendungs- und Durchführungsformen des Verfahrens. Die Apparatur kann in mannigfacher Weise konstruiert, geändert und weitergebildet werden. So kann man statt zweier Ausgangskomponenten auch mehrere unter entsprechender Anordnung weiterer Zuführungsorgane zur Umsetzung bringen. Ferner kann die Apparatur z. B. durch Anordnung üblicher Neben- und Hilfsorgane oder Vorrichtungen, wie Separatoren, Kühler, in der Ableitung angebrachte Gasverschlüsse u. dgl., ergänzt werden. Gegebenenfalls kann man auch die Apparatur so ausbilden, daß unter erhöhtem oder vermindertem Druck z. B. im Vakuum gearbeitet werden kann.

Claims (3)

  1. PATNTANSRÜC: I. Verfahren zur Durchführung chemischer Reaktionen zwischen einem Reaktionsgefäß kontinuierlich zugeführten flüssigen Reaktionskomponenten unter kontinuierlicher Entfernung der Reaktionsprodukte aus der Reaktionszone, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vereinigung der Reaktionskomponenten in einem runden Gefäß von vorzugsweise flacher Form mit nach oben schräg oder bogenförmig erweiterten Wänden vor sich gehen läßt, in dem ein Rührer, z. R. ein Flügelrührer, in einer verhältnismäßig kleinen Menge des flüssigen Reaktionsproduktes derart umläuft, daß dieFlüssigkeit in kreisende Bewegung versetzt und unter der Wirkung der Zentrifugalkraft an den Wänden des Gefäßes bis zu dessen Rand hochgetrieben wird, wobei man die Reaktionskomponenten in Strömen von aufeinander abgestimmter Stärke, vorzugsweise von oben, gegen die Flügel des Rührers leitet, so daß eine schnelle und vollkommene Vereinigung der Komponenten stattfindet und die Reaktionsprodukte kontinuierlich über den Rand des Gefäßes nach außen abgeführt werden.
  2. 2. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruc'h I, bestehend aus einem runden Gefäß von vorzugsweise flacher Form mit nach oben schräg oder bogenförmig erweiterten Wänden, aus mit Organen zur Regelung des Durchflusses versehenen Zuleitungen und einem zweckmäßig in seiner Höhenlage bzw.
    Eintauchtiefe verstellbaren Rührer, z. B. einem Flügelrührer oder einem entsprechenden Verteilungsorgan, dessen Entfernung vom Boden des Gefäßes bzw. dessen Eintauchtiefe in die im Gefäß enthaltene Flüssigkeit derart bemessen ist, daß die Flüssigkeit unter Wirkung des umlaufenden Rührers an den Wänden des Gefäßes bis zum Rand desselben hochgetrieben wird, so daß die aus der Vereinigung der zugeführten Reaktionskomponenten laufend hinzukommenden Mengen des flüssigen Reaktionsproduktes über den Rand des Gefäßes nach außen abgeführt werden.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eigentliche Reaktionsgefäß in einem zur Aufnahme und Abführung der Reaktionsprodukte dienenden Behälter angeordnet ist, dessen Wand dort, wo die über den Rand des Innengefäßes unter der Wirkung des Rührers nach außen geschleuderte Flüssigkeit auf sie auftrifft, derart, z. B. in entgegengesetzter Schrägung wie die Wand des Innengefäßes, ausgebildet oder mit besonderen, entsprechend geschrägten Prallflächen versehen ist, daß die aus dem Innengefäß hinausgeschleuderte Flüssigkeit nicht wieder in dieses Gefäß zurückgelangen kann.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2428895A (en) * 1944-07-26 1947-10-14 Davison Chemical Corp Method of making silica containing gels
US2684287A (en) * 1950-05-26 1954-07-20 Olin Ind Inc Reaction apparatus
DE1143185B (de) * 1956-11-26 1963-02-07 Beteiligungs & Patentverw Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Inberuehrungbringen von zwei nicht oder nur teilweise miteinander mischbaren Fluessigkeiten verschiedenen spezifischen Gewichts

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