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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 7. Januar 1955 Bekanntgemacht am 26. Juli 1956Filing date: January 7, 1955. Advertised on July 26, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Bei der kontinuierlichen Durchführung von Kreislaufverfahren, insbesondere von chemischen Reaktionen, mit gasförmigen oder/und flüssigen Stoffen in Gegenwart von feinverteilten schwebefähigen festen oder flüssigen Stoffen, beispielsweise von Katalysatoren, werden die gasförmigen oder flüssigen Ausgangsstoffe, im folgenden kurz Medien genannt, z. B. auch chemisch inerte Lösungsmittel bzw. Schleppstoffe, dem Behandlungsraum, der Reaktionsraum sein kann, laufend zugeführt und die Produkte kontinuierlich aus ihm entnommen. Gewöhnlich wird dabei der Inhalt des Behandlungsraumes ständig stark durchmischt, um die feinverteilten Stoffe in der Schwebe zu halten. Dies hat zur Folge, daß diese laufend mit den gebildeten Produkten abströmen und somit eine Verarmung im Behandlungsraum eintreten würde, wenn man sie nicht laufend ergänzt oder aus den Endprodukten abscheidet und in den Behandlungsraum zurückführt. Diese Notwendigkeit . kann jedoch hinsichtlich der baulichen Ausführung wie auch der Handhabung und Wirtschaftlichkeit derartiger Anlagen erhebliche Nachteile zur Folge haben. So z. B. werden Katalysatoren mit großer Lebensdauer schon vor ihrer Erschöpfung aus dem Reaktionsraum entfernt und müssen mit me-In the continuous implementation of cycle processes, especially chemical ones Reactions with gaseous and / or liquid substances in the presence of finely divided substances capable of suspension solid or liquid substances, for example from catalysts, are gaseous or liquid starting materials, hereinafter referred to as media for short, e.g. B. also chemically inert solvents or entrained substances, continuously fed to the treatment room, which can be the reaction room and the products are continuously withdrawn from it. Usually the content of the The treatment room is constantly mixed in order to keep the finely divided substances in suspension keep. This has the consequence that these continuously flow off with the products formed and thus impoverishment in the treatment room would result if it was not continuously supplemented or removed separates the end products and returns them to the treatment room. This need. can, however, with regard to the structural design as well as the handling and economy such systems have significant disadvantages. So z. B. are catalysts with large Lifetime removed from the reaction chamber before it is exhausted and must be met with

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chanischen Hilfsmitteln abgeschieden und zurückgefördert ' werden. Es ist zwar bekanntlich bei Umsetzungen in der Gasphase möglich, diese Abtrennung aus dem den Reaktionsraum verlässenden Strom wegen der meist großen Unterschiede der Dichte der Feststoffpartikel und der Medien sowie deren geringer Viskosität in einer Wirbelsenke, die beispielsweise durch ein Zyklon üblicher Bauart erzeugt werden kann, durchzuführen. Diesesmechanical aids separated and returned ' will. It is known that this separation can be carried out in the case of reactions in the gas phase from the stream leaving the reaction chamber because of the mostly large differences in the Density of the solid particles and the media as well as their low viscosity in a vertebral sink, which can be generated, for example, by a cyclone of the usual type. This

ίο Verfahren versagt indessen häufig, insbesondere dann, wenn die Umsetzungen in flüssiger Phase stattfinden, da hierbei die Dichteunterschiede geringer und die Zähigkeit des strömenden Mediums wesentlich größer als die von Gasen ist, wodurch gerade die Abscheidung von feinen Partikeln, wie sie die Katalyse erfordert, noch besonders erschwert wird. Eine Abtrennung der festen Teilchen durch andere Maßnahmen, wie Filtrieren, Zentrifugieren oder chemische Verfahren, hat aber sehr oft einen nachteiligen Einfluß auf deren katalytisch^ Wirksamkeit, so daß vor der Rückführung zum Reaktionsraum meist kostspielige Wiederbelebung und Erneuerung erforderlich ist.ίο However, procedures often fail, especially when the reactions take place in the liquid phase, since the differences in density are smaller and the viscosity of the flowing medium is significantly greater than that of gases, whereby the separation of fine particles, as required by catalysis, is made even more difficult will. A separation of the solid particles by other measures, such as filtering, Centrifugation or chemical processes, however, very often has an adverse effect on their catalytic ^ effectiveness, so that mostly before being returned to the reaction chamber costly resuscitation and renewal is required.

In Abb. ι ist die übliche Schaltung von Zyklonen bei katalytischen Verfahren dargestellt. In den Reaktionsraum A treten an der Stelle B die Ausgangsstoffe mit der Menge ^₀ je Zeiteinheit eines Gas- oder/und flüssigen Mediums ein oder werden teilweise mit der Menge q₀" bei H zusätzlich beigegeben. Aus dem Reaktionsraum strömt die Menge q₁ je Zeiteinheit über die Leitung C tangential bei K der Wirbelsenke zu, die sich in dem Zyklon D ausbildet und deren , Stromfadenverlauf durch die Linie G schematisch angedeutet ist. Ein Teilstrom q₂ gelangt mit den in ihm angereicherten Feststoffen von der Umkehrstelle £ der Wirbelsenke über die Leitung F nach dem Reaktionsraum zurück, wobei eine Fördervorrichtung M zur Überwindung des Druckverlustes dient, während über die Leitung / die Menge q₃ je Zeiteinheit zentral aus der Wirbelsenke in der Nähe der Zuflußstelle K aus dem Kreisauf entnommen wird. Die Menge q_z ist durch die Größe des Reaktionsraumes und den Umsetzungsverlauf festgelegt.In Fig. Ι the usual circuit of cyclones in catalytic processes is shown. The starting materials enter reaction space A at point B with an amount of ^ ₀ per unit of time of a gas or / and liquid medium or are partially added with an amount q ₀ " at H. The amount q ₁ each flows out of the reaction space Time unit via the line C tangentially at K to the vertebral sink, which forms in the cyclone D and whose flow filament is indicated schematically by the line G. A partial flow q ₂ with the solids accumulated in it arrives from the reversal point £ of the vertebral sink via the Line F back to the reaction space, a conveying device M serving to overcome the pressure loss, while via the line / the quantity q ₃ per unit of time is taken centrally from the vertebral sink near the inflow point K. The quantity q _z is through the size of the reaction space and the course of implementation are determined.

Bei dieser bekannten Arbeitsweise wurde nun versucht, in dem Zyklon die Feststoffteilchen durch die Wirkung der Zentrifugalkräfte praktisch vollständig in die Wandnähe zu treiben, so daß ein im ■ Verhältnis zur austretenden Menge q₃ nur kleiner Mengenstrom q₂, geregelt durch das Ventil L, genügt, um sie an der Umkehrstelle E der Stromfäden aus der Wirbelsenke zu entfernen und zum Reaktionsraum zurückzuführen. Dieses Verfahren versagt jedoch, wenn die Abscheidegeschwindigkeiten der Partikel in der Wirbelsenke gering sind, d. h. der den Kreislauf verlassende Mengenstrom trägt wesentlich mehr Feststoff, z. B. Katalysator, aus, als es mit Rücksicht auf seine Erneuerung erforderlich wäre.In this known mode of operation, attempts have now been made to drive the solid particles in the cyclone practically completely into the vicinity of the wall by the action of centrifugal forces, so that a relatively small flow q ₂ , controlled by valve L, is sufficient in relation to the amount q _{3 exiting} in order to remove them from the vertebral depression at the reversal point E of the current filaments and to return them to the reaction space. This method fails, however, if the separation speeds of the particles in the vortex sink are low, ie the mass flow leaving the circuit carries significantly more solids, e.g. B. Catalyst, as it would be necessary in view of its renewal.

Es hat sich nun gezeigt, daß sich das Zurückhalten von suspendierten Feststoffen nicht nur vorzüglich in gasförmigen, sondern auch in flüssigen Medien durch Verwendung von W.irbelsenken er-,-reichen läßt, wenn man gemäß vorliegender Erfi'n- ' dung von der gebräuchlichen Betriebsweise abgeht. Das Neue besteht darin, daß auch bei geringen Ausscheidegeschwindigkeiten ein Austrag der Ausgangsstoffe ohne Entfernung unzulässig großer Mengen von suspendierten Feststoffen aus dem Kreislauf möglich ist, wenn man die Mengengeschwindigkeit des kreisenden Stromes um ein Vielfaches höher wählt, z. B. das 2- bis 5ofache, vorteilhaft das 4- bis 2ofache, als die des Stromes, der den Kreislauf verläßt.It has now been shown that the retention of suspended solids is not only excellent in gaseous as well as in liquid media by using vortex sinks if one deviates from the customary mode of operation according to the present invention. What is new is that the starting materials are discharged even at low separation speeds Without removing inadmissibly large amounts of suspended solids from the circuit is possible, if one considers the rate of flow of the circulating current many times higher, z. B. 2 to 5 times, advantageously 4 to 2 times that of the current leaving the circuit.

Durch Einhaltung einer hinreichenden Kreisstromgeschwindigkeit kann bei gleichbleibender Austragsgeschwindigkeit die radiale Ausscheide- ' geschwindigkeit der Feststoffteilchen im Kern des Wirbels immer so gesteigert werden, daß entweder 8c gar keine oder nur eine kleine, etwa mit Rücksicht auf eine Erneuerung der Teilchen ohnehin erforderliche Menge an Feststoffteilchen den Kreislauf verläßt.By maintaining a sufficient circulating current speed, with constant Discharge speed is the radial separation speed of the solid particles in the core of the Vertebrae are always increased so that either 8c no or only a small one, perhaps with consideration on a renewal of the particles anyway required amount of solid particles the cycle leaves.

Bezeichnet man gemäß Abb. 2 mit M₀ die Eintrittsgeschwindigkeit des Stromes q₁ in der Wirbelsenke, so gilt bekanntlich für die Geschwindigkeit u an der "StellerO₀ die Beziehungu·r = U₀·r₀. Bezeichnet man mit T₁ den Radius des · Rohres, mit dem der Strom q₃ aus der Senke entnommen wird,If, as shown in Fig. 2, M _{0 is used to} denote the entry velocity of the current q ₁ in the vertebral cavity, then, as is well known, the relationship u · r = U ₀ · r ₀ applies to the velocity u at the actuatorO _0. T ₁ denotes the radius of the pipe with which the current q _{3 is drawn} from the sink,

so gilt Ui = U₉-'. Da nun die die Ausscheidungthen Ui = U ₉ - '. Now that's the elimination

eines Teilchens bewirkende Beschleunigung gleich der Zentrifugalbeschleunigung U²Ir ist, wird die noch von der Teilchenform und Flüssigkeitsviskosität ' abhängige Ausscheidegeschwindigkeit im Wirbelkern um so größer, je höher die Eintrittsgeschwindigkeit M₀ und je kleiner der Radius T₁ ist. Da bei der üblichen Arbeitsweise q_t und ^₃ wegen der geringen Größe von q₂ angenähert gleich sind, bringt bei gleichbleibendem Wert von q_s eine Erhöhung der kreisenden Menge q₂ auf das n-fache eine Steigerung der ursprünglich auf die durch den Reaktionsablauf gegebenen Austrittsgeschwindigkeit bezogene Zentrifugalbeschleunigung auf das i°5 Quadrat dieser Zahl. Selbst, wenn es erforderlich ist, mit Rücksicht auf den Druckabfall die Abmessungen des Zyklons beim Betreiben mit höherer Kreislaufgeschwindigkeit etwas zu vergrößern, lassen sich auf diese Weise die Ausscheidungsgeschwindigkeiten im Kern immer noch wesentlich steigern. Diese können bei Umsetzungen, die unter Überdruck gegen die Atmosphäre betrieben werden, noch zusätzlich erhöht werden, weil der Radius r_t gegenüber den üblichen· Ausführungsformen wesentlich kleiner sein darf, da trotz des Druckabfalles in der Wirbelsenke dann immer noch genügend Druckdifferenz · zur Verfügung steht, um den den.Kreislauf verlassenden Strom durch einen engen Abführungsquerschnitt zu treiben. Bei der beschriebenen neuen Arbeitsweise findet nur eine so geringe Anreicherung der Feststoffe in dem kreisenden Strom statt, daß sich dessen hydrodynamische Eigenschaften, wie Dichte, Viskosität oder Konsistenz, kaum ändern. Da auch gegenüber der üblichen Arbeitsweise keine starke Drosselungacceleration of a particle is equal to the centrifugal acceleration U ² Ir , the excretion speed in the vortex core, which is still dependent on the particle shape and fluid _{viscosity, becomes greater the higher the entry speed M 0} and the smaller the radius T ₁ . Since q _t and ^ ₃ are approximately the same in the usual way of working because of the small size of q ₂ , if q _s remains the same, increasing the circulating amount q ₂ n- fold increases what was originally given by the course of the reaction Centrifugal acceleration related to the exit velocity to the i ° 5 square of this number. Even if it is necessary, in consideration of the pressure drop, to enlarge the dimensions of the cyclone somewhat when operating at a higher cycle speed, the separation speeds in the core can still be increased significantly in this way. These can be additionally increased in reactions that are operated under overpressure against the atmosphere, because the radius r _t may be significantly smaller compared to the usual embodiments, since there is still enough pressure difference available despite the pressure drop in the vertebral depression to drive the current leaving the circuit through a narrow discharge cross-section. In the new method of operation described, the solids accumulation in the circulating stream is so low that its hydrodynamic properties, such as density, viscosity or consistency, hardly change. There is also no strong throttling compared to the usual way of working

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hinter der Umlenkstelle der Wirbelsenke erforderlich ist, wird die Gefahr einer Verstopfung vermieden. Die beschriebene Arbeitsweise hat gegenüber, der bisher.gebräuchlichen zudem den Vorteil, daß der anteilmäßige Ausscheidungsgrad nicht mehr durch Änderung der Zyklonabmessungen, sondern ohne Unterbrechung durch Regelung der Kreislaufmenge durchgeführt werden kann.behind the turning point of the vertebral depression is required, the risk of clogging is avoided. The working method described has the advantage over the previously used one, that the proportional degree of precipitation no longer by changing the cyclone dimensions, but can be carried out without interruption by regulating the amount of circulation.

Bei der Umsetzung von Gasen in oder mit tropfbaren Flüssigkeiten kann deren Umwälzung in besonders einfacher Weise durchgeführt werden, indem man die Gase nicht in der üblichen Art unmittelbar in den Reaktionsraum einführt, sondern sie ebenfalls im Kreise leitet und nach einer entsprechenden Verdichtung auf einen Druck, der höher ist als der Arbeitsdruck der Anlage, zum Betrieb einer Strahlpumpe verwendet. Dies ist be- - sonders dann günstig, wenn die Gase unter hohem Druck stehen und somit eine größere Dichte besitzen, so daß sie in der Strahlpumpe starke Impulse an die Flüssigkeit übertragen können. When gases are converted into or with liquids that can be dripped, their circulation can be particularly beneficial can easily be done by not using the gases in the usual way introduces directly into the reaction chamber, but also leads them in a circle and after a corresponding compression to a pressure that is higher than the working pressure of the system for operation a jet pump used. This is particularly beneficial when the gases are below high Are under pressure and therefore have a greater density, so that they can transmit strong impulses to the liquid in the jet pump.

In Abb. 3 ist eine derartige Anordnung dargestellt, bei der die Bewegung im Kreislauf durch die Wirbelsenke unter Ausnutzung des Impulses eines in einem zweiten Kreislauf geführten Mediums erfolgt. Das aus dem Reaktionsraum A aufsteigende Gas wird über die Leitung P abgesaugt und strömt nach Verdichtung in dem Kompressor O in die Treibdüse des Injektors N, dessen Saugseite mit der Wirbelumlenkstelle E des Zyklons D verbunden ist, dem die Flüssigkeit über die Leitung C aus dem Reaktionsraum durch die Öffnung K zufließt und von dort wieder mit dem Gas zusammen zurückkehrt. Die Entnahme der von den schwebenden Feststoffteilchen befreiten Flüssigkeit, die den den Kreislauf verläßt, erfolgt über die Leitung I, die ein Stück in das Wirbelzentrum hineinragt. Die abfließende Menge kann durch das Ventil Q geregelt werden.In Fig. 3 such an arrangement is shown, in which the movement in the circuit through the vertebral sink takes place using the impulse of a medium carried in a second circuit. The gas rising from the reaction space A is sucked off via the line P and, after being compressed in the compressor O, flows into the driving nozzle of the injector N, the suction side of which is connected to the vortex deflection point E of the cyclone D , to which the liquid flows via the line C from the reaction space flows in through the opening K and from there returns together with the gas. The removal of the liquid freed from the suspended solid particles, which leaves the circuit, takes place via line I, which protrudes a little into the center of the vortex. The flow rate can be regulated by valve Q.

Voraussetzung für ein rasches Abwandern der Feststoffteilchen aus der Wirbelachse ist die Vermeidung des Auftretens von Gas oder Dampfblasen,, die die geordnete Strömungsform unterbrechen. In Abb. 4 ist der Verlauf des Druckes längs der Wirbelachse schematisch dargestellt. Er sinkt von dem Wert p_x in der Höhenlage der Eintrittsstelle K auf einen Mindestwert p₂ und steigt bei der Wirbelumlenkstelle auf p_s wieder an. Durch Kühlung der in den Zyklon eintretenden Flüssigkeit auf eine ,Temperatur, bei.der die Summe der Partialdrucke der Flüssigkeit und der gelösten Gase unter diesem Mindestdruck liegt, wird die Bildung von störenden Blasen vermieden. Das beschriebene neue Verfahren ist auch für die Durchführung von chemischen Umsetzungen mit stabilen Emulsionen von flüssigen Stoffen größerer Dichte anwendbar; ferner kann es auch auf rein physikalische Behandlung gasförmiger und/oder flüssiger Stoffe, beispielsweise zu ihrer kontinuierlichen Reinigung durch suspendierte oder emulgierte Adsorptionsoder Absorptionsmittel, angewendet werden. A precondition for the rapid migration of the solid particles from the vortex axis is the avoidance of gas or vapor bubbles which interrupt the orderly flow form. In Fig. 4 the course of the pressure along the vortex axis is shown schematically. It decreases from the value p _x at the height of the entry point K to a minimum value p ₂ and increases again at the vertebral deflection point to p _s . By cooling the liquid entering the cyclone to a temperature at which the sum of the partial pressures of the liquid and the dissolved gases is below this minimum pressure, the formation of disruptive bubbles is avoided. The new process described can also be used for carrying out chemical reactions with stable emulsions of liquid substances of greater density; Furthermore, it can also be used for the purely physical treatment of gaseous and / or liquid substances, for example for their continuous purification using suspended or emulsified adsorbents or absorbents.

Das Verfahren sei an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert:The process is explained in more detail using the following examples:

Beispiel 1example 1

Durch einen Zyklon von 25 mm Maximaldurchmesser und 180 mm Länge werden stündlich 1000 1 Reaktionsgemisch (Dichte 0,9 g/ccm, Zähigkeit 0,4 cP) der Cyclooctatetraensynthese mit Hilfe eines durch das Synthesekreisgas betriebenen Injektors unter Überdruck so im Kreise geführt, daß sich 950 1/Std. zurückbewegen, während 50 1/Std. durch eine in der Mittelachse des Zyklons angeordnete Öffnung von 3 mm Durchmesser aus dem System entnommen werden. Das Reaktionsgemisch enthält in suspendierter Form 3 °/o nickelhaltiges Cupren (Dichte 1,3 g/ccm) von 3 bis 5 Mikron Teilchengröße. Unter diesen Bedingungen beträgt die Konzentration des Cuprens im Austrag nur 1 °/o.Through a cyclone with a maximum diameter of 25 mm and a length of 180 mm, 1000 1 Reaction mixture (density 0.9 g / ccm, viscosity 0.4 cP) using the cyclooctatetraene synthesis an injector operated by the synthesis cycle gas under excess pressure so that 950 1 / h move back for 50 1 / hour. by one arranged in the central axis of the cyclone 3 mm diameter opening can be removed from the system. The reaction mixture contains 3% nickel-containing cuprene (density 1.3 g / ccm) from 3 to 5 microns in suspended form Particle size. Under these conditions the concentration of the cuprene in the discharge is only 1%.

Example 2

Zur kontinuierlichen Desodorierung einer organischen Flüssigkeit (Dichte 0,85 g/ccm, Zähigkeit 0,5 cP) wird ihr eine Aktivkohle (Dichte 1,5 g/ccm von 10 Mikron Korngröße) in einer Menge von ο, ι °/o beigegeben, und das Gemisch durch einen ^8s Rührkessel von 2 m³ Inhalt geleitet, dessen Füllung über einen Zyklon von 18 mm Maximaldurchmesser und 150 mm Länge mit einer Geschwindigkeit von 500 1/Std. im Kreis gepumpt wird. Bei einem Durchsatz von 100 1/Std. der Suspension, die laufend dem Kessel zufließt und aus dem Flüssigkeiitskreislauf durch eine in der Achse des Zyklons angeordnete Öffnung von 3 mm Durchmesser in gleichem Maß entnommen wird, läßt sich im Dauerbetrieb erreichen, daß in der austretenden Lösung ^9£i nur ein Feststoffgehalt von 0,1 °/o vorhanden ist, während im Kessel eine Konzentration von 0,5 °/o herrscht. Hierdurch wird der Desodorisierungsvorgang trotz geringen Aufwandes an Adsorptionsmittel begünstigt.For the continuous deodorization of an organic liquid (density 0.85 g / ccm, viscosity 0.5 cP) an activated carbon (density 1.5 g / ccm of 10 micron grain size) is added in an amount of ο, ι ° / o, and the mixture is passed through an ^8s stirred tank with a capacity of 2 m ³ , the filling of which is carried out via a cyclone with a maximum diameter of 18 mm and a length of 150 mm at a speed of 500 l / hour. is pumped in a circle. With a throughput of 100 1 / hour. the suspension, which continuously flows into the boiler and is taken from the liquid circuit through an opening of 3 mm diameter arranged in the axis of the cyclone in the same amount, can be achieved in continuous operation that in the emerging solution ^{9 £ i} only a solids content of 0 .1% is present, while the concentration in the boiler is 0.5%. This promotes the deodorization process despite the low expenditure of adsorbent.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Process for the treatment of gaseous and liquid substances in the presence of suspended solids in the cycle process, in particular to carry out chemical reactions that are carried out in Circulation via a vertebral depression, which can be created in a cyclone, through the treatment room out and to which starting materials continuously fed and treated or formed substances removed with a partial flow be, with this partial flow to hold back the suspended substances in the circuit near the point of entry of the Circular current is taken centrally from the vertebral depression, characterized in that one the speed of the circulating flow of substances is many times higher chooses as that of the current that leaves the circuit.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the movement in the circuit through the vertebral cavity using the impulse of a guided in a second circuit Medium takes place.

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3. The method according to claim 1 and 2, wherein the treatment, in particular in a drip Liquid, takes place in the presence of reactive or inert gases, characterized in that that these gases are circulated and their motion impulse for circular motion of the liquid, especially in a jet pump.

4. Process according to Claims 1 to 3, characterized in that the circulated Medium is cooled before entering the vertebral depression.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings