EP1483049A1 - Guiding structure reactor - Google Patents

Guiding structure reactor

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Publication number
EP1483049A1
EP1483049A1 EP03714779A EP03714779A EP1483049A1 EP 1483049 A1 EP1483049 A1 EP 1483049A1 EP 03714779 A EP03714779 A EP 03714779A EP 03714779 A EP03714779 A EP 03714779A EP 1483049 A1 EP1483049 A1 EP 1483049A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid
guide structures
reactor
reactor according
guide
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03714779A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Frank Neumann
Holger LÖWE
Volker Hessel
Steffen Hardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut fuer Mikrotechnik Mainz GmbH
Original Assignee
Institut fuer Mikrotechnik Mainz GmbH
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Filing date
Publication date
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    • C40B30/08Methods of screening libraries by measuring catalytic activity
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C40COMBINATORIAL TECHNOLOGY
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    • C40B40/00Libraries per se, e.g. arrays, mixtures
    • C40B40/18Libraries containing only inorganic compounds or inorganic materials

Definitions

  • the invention relates to a reactor with guide structures for the generation and conduction of liquid films or liquid drops through a reaction zone in a reactor housing.
  • the invention relates to a reactor for carrying out gas / liquid reactions, liquid / liquid reactions, solid / liquid reactions or only liquid reactions such as electrochemical reactions, catalytic solid phase reactions, etc.
  • Known reactors for chemical liquid phase reactions guide liquid streams or liquid films along a flow path with at least one, often two or three flat wall contacts.
  • the liquid is conducted over a smooth surface or more often in channels with a round or rectangular or groove-shaped cross section tapering towards the bottom of the channel or in a tube with a closed wall surface.
  • Gas / liquid, liquid / liquid, solid / liquid or only liquid reactions are carried out in such reactors.
  • reactions includes not only chemical reactions, but also the implementation of media exchange and concentration changes in solutions, and the mixing, heating, cooling and evaporation of liquids and solutions.
  • a disadvantage of the known reactors is the relatively small reactive surface of the liquid film, which is available, for example, for contact with a reaction gas.
  • the laminar flow in the wall regions of the conduction paths by braking the flow velocity means that different flow velocities prevail in the liquid within the liquid film, depending on whether a liquid region flows closer to a wall or further away near the liquid surface. Parts of a liquid volume introduced into the reactor at the same time therefore pass the same reaction path more slowly and with a longer residence time in the reactor than other liquid components. The greater the differences in flow velocities within the liquid film, the wider the residence time distribution.
  • liquid flow paths with a high proportion of wall contact have the disadvantage that only a correspondingly small proportion of liquid on and near the liquid surface for reactions, e.g. B. with a gas is available. It comes with some reac- Although door designs are used to mix the liquid by swirling, and diffusion effects can also cause an exchange of surface liquid and deeper flowing components, these effects are often not sufficient for a uniform reaction. There are thus differences in the concentration of liquid components within the liquid film which have already been subjected to the intended reaction and those for which this is not the case. Concentration differences include differences with regard to chemically reacted liquid itself or substances dissolved in it, but also e.g. B. Understand temperature differences or gradients.
  • a broad distribution of residence times and / or a broad distribution of concentrations have the disadvantage that undesired reaction by-products or product mixtures are formed in some reactions, which may require further purification, concentration or the like.
  • a further disadvantage of the known reactors is that the shape and thickness of the liquid stream or film cannot be set at all, or only to a very limited extent, because of the fixed structures for guiding the liquid, and can thus be adapted to specific reaction conditions and requirements.
  • the object of the present invention was therefore to provide liquid phase reactors which are improved compared to the prior art and which permit a narrower residence time distribution and / or concentration distribution, flexibly and uniformly adjustable liquid films or liquid drops and a high mass and / or temperature transfer.
  • Reactor housing in the sense of this invention is to be understood as a closed housing, an open housing or else a simple frame or a suspension for the guide structures.
  • the spacing of adjacent guide structures in the reactor according to the invention is advantageously selected such that the liquid between the adjacent guide structures can form a coherent liquid film or, alternatively, individual drops.
  • the liquid films and drops formed in the reactor according to the invention can be adjusted uniformly and with flexible parameters. This enables, for example, precisely defined chemical reactions to be carried out with one or more gas components flowing in on all sides with very little effort. Thanks to the new liquid flow, a narrow distribution of the residence time can be achieved and a high mass and / or heat transfer can be guaranteed.
  • the leadership or Line structures of the reactor according to the invention allow a functional and universal use for a mass transfer between two or more media and / or for carrying out chemical reactions of these media with one another.
  • the reactor can also be used to determine kinetics and / or residence times for these media in the liquid and / or gaseous state.
  • the reactor according to the invention differs from known reactors, for example also known falling film reactors, in that the liquid film does not flow in channels with large wall contact, but the liquid component is clamped and guided between at least two guide structures, such as wires, due to the capillary forces.
  • the liquid film moves e.g. B. with the help of gravity along these guide structures.
  • the liquid can also roll or be guided on the guide structures as drops with only very little surface contact. Drops can be with two or more management structures, but also with only a single management structure, e.g. B. a single wire.
  • Another advantage of the reactor according to the invention over known arrangements is that it is relatively easy and quick to clean and maintain, which saves time and money.
  • At least two adjacent guide structures formed as wires, rods, extruded profiles, strips, strips or hollow profiles are arranged essentially parallel and at a distance from one another.
  • the liquid film or the drop is guided essentially uniformly over the entire reaction path. It is particularly useful for one parallel arrangement of the guide structures when the guide structures are biased in the reactor housing.
  • At least two adjacent guide structures are arranged in the longitudinal direction from the liquid supply towards the liquid outlet with increasing or decreasing distance from one another. This enables the guiding properties to be changed over the length of the reaction path, i. H. For example, a change in the shape and / or thickness of the liquid film and, as a result, a change in the flow properties, the residence time distribution, the concentration distribution and / or the liquid surface available for reactions.
  • the reactor according to the invention offers the advantage of easily increasing or also reducing the reaction area of liquid surfaces in reactors, if this is necessary.
  • a defined, uniformly thin falling film of up to micrometer thickness is produced in a stable, almost free space.
  • the only wall contacts on the guide structures are extremely small or minimized compared to known reactors.
  • by manually or motor-driven adjustment of the spacing of the guide structures to one another it is possible to vary the thickness and / or shape of the liquid films. The same applies to droplet formation and droplet guidance.
  • Liquids can be guided or rolled off in droplet or droplet form with the aid of the guide structures in order to bring these droplets of the liquids into contact and react with gaseous media.
  • the gaseous media can only be used as a protective atmosphere.
  • An essential part of the reactor according to the invention are the guide structures designed as wires, rods, strips, strips or extruded profiles.
  • the shapes of the guide structures, their size or external dimensions and the material used for these guide structures depend on the application and use of the reactor according to the invention, in particular on the chemical and physical properties of the liquids and gases used and the reaction conditions, such as temperature, pressure etc.
  • the guide structures can have different shapes in cross section perpendicular to the longitudinal axis. Circular wires are particularly preferred in cross section.
  • the guide structures in cross section perpendicular to the longitudinal axis can also have an elliptical shape, a square shape, a rectangular shape, an isosceles or isosceles triangular shape, a pentagonal, a hexagonal, a diamond shape, a uniform rhombus shape with rounded corners and a concave arch Side faces, a cross shape, a cross shape with rounded corners or a star shape with radially extending outward from a common center
  • the webs can be straight, curved or kinked.
  • the guide structures consist of wires, rods, strips, strips or extruded profiles with surfaces modified areas.
  • One or more webs with surface areas that have better wettability for the liquid to be used than the surface areas lying next to these webs extend over the length of a guide structure.
  • Several webs of areas with good or “better” wettability on a guide structure are separated from one another by “poorly” wettable surface areas.
  • the tracks on the guide structures can be straight or zigzag-shaped, curved or in any other non-linear manner on the surface. If several tracks are provided on a guide structure, these preferably run essentially parallel to one another.
  • Methods for modifying the wettability of surfaces for certain liquids are known to the person skilled in the art and are not the subject of the invention.
  • methods for modifying the surface wettability are chemical and physical surface treatment, such as treating the surface with acids or bases, roughening or smoothing the surface, coating the surface, e.g. B. by means of PVD or CVD, or application of an organic polymer.
  • the liquid films span between adjacent guide structures with surface-modified areas of the type mentioned above between the more wettable areas or webs on the guide structures. The poorly wettable areas remain essentially free of liquid. If several better wettable webs are provided on the guide structures, this allows several liquid films to be guided next to one another between adjacent guide structures.
  • drops where several drops can also be guided or run along a single guide structure.
  • other liquids can also be guided along the regions which are less wettable with respect to the liquid film.
  • areas with better wettability for apolar liquids can be arranged next to one another with areas with better wettability for polar liquids. This allows the management of appropriate liquids such.
  • the diameter ser using the example of wires with a circular cross section as guide structures in the range from about 100 nm to about 1 mm.
  • the diameters of the guide structures are in the range from approximately 0.5 mm to approximately 5 mm.
  • the guide structures can be made of all materials as are also used for the known reactors according to the prior art.
  • the surface condition of the guide structures is of crucial importance for special applications. In order to be able to produce a falling film with a specific liquid, according to the invention, depending on the liquid, a precisely determinable surface roughness of the guide structures is necessary. If the surface of the guide structure is smooth, that is to say with very little roughness, the liquid or drops easily roll off or slide away or slide off on one, two or more guide structures.
  • the guide structures expediently run in a straight line in the longitudinal direction from the liquid feed in the direction of the liquid outlet.
  • Alternative embodiments with non-rectilinear guide structures are also suitable for certain applications, e.g. B. to increase the length of the liquid path in the reactor.
  • the guide structures preferably run in a zigzag shape, curved or helical.
  • the guide structures in the reactor are designed as hollow profiles. Since the guide structures are arranged in the immediate reaction space, multiple use of these guide structures is possible.
  • the cavities in the guide structures can be used, for example, for cooling or heating or for the removal or supply of energy. It is therefore expedient for supply lines and discharge lines for the passage of a cooling or heating fluid through the guide structures on these guide structures designed as hollow profiles.
  • Such temperature control can be carried out in all usable temperature ranges. However, it is particularly effective at higher temperatures above 100 ° C, because the temperature setting or control takes place directly in the reaction space and not indirectly outside the reactor space.
  • the guide structures are designed to be electrically conductive and connections are provided for connecting the guide structures to a power source.
  • two adjacent guide structures each have opposite polarity for the passage of an electrical current through a liquid film formed between the guide structures.
  • the guide structures can also be designed as a pole and part of the reactor housing as a counter pole. If a current flows in the liquid phase, whether as a film or drops, electrochemical reactions such as electrochemical gas / liquid reactions are possible.
  • the reactor housing of the reactor according to the invention can be an open or a closed housing.
  • the reactor housing is preferably designed as a closed housing which has feed lines and discharge lines for the liquid to be conducted along the guide structures. If reactions of the liquid with one or more other media (gases or liquids) are to be carried out, the reactor housing expediently has further supply lines and discharge lines for the passage of gas and liquid through the reactor housing.
  • These last-mentioned supply lines and discharge lines are advantageously arranged on the reactor housing in such a way that a gas or a liquid passed through the reactor housing is essentially perpendicular to the longitudinal direction of the guide structures, ie. H. the main direction of flow of the liquid carried thereon flows.
  • the supply of further media can also advantageously take place parallel to the supply of the liquid guided on the guide structures, so that these media flow together with the liquid.
  • the liquid which is to flow along the guide structures is distributed uniformly to the beginning of the reaction zone inside the reactor, where it meets defined or adjustable gaps between at least two guide structures. If the arrangement of the guide structures is correctly selected in accordance with the liquid used, the shape and surface of the guide structures, the introduced liquid forms around the guide structures, e.g. B. wires, by capillary forces a liquid film, spans between the guide structures and moves under gravity or by means of other driving forces, such as. B. particularly preferred by electroosmotic flow or capillary forces, along the guide structures. It is clear that for effective throughput it is advantageous to provide several guide structures for a plurality of spanned liquid films or drops in parallel or in another arrangement in the reactor housing.
  • the liquid component which is guided along the guide structures from the liquid supply towards a liquid outlet, is preferably driven by means of gravity. It is particularly expedient for the liquid to be driven by gravity. ßig when the guide structures in the reactor housing from the liquid supply in
  • the guide structures are arranged essentially vertically. This ensures that gravity is fully effective as the driving force for the liquid.
  • a tilting close to a horizontal alignment of the guide structures is recommended according to the invention. With a horizontal orientation, the liquid must be driven by a pressure difference, a gas flow or a driving force other than gravity.
  • volume effects such as gravity, take a back seat to surface effects, even when the guide structures are arranged vertically or only slightly.
  • driving forces which are based on surface effects such as electroosmotic flow.
  • driving forces for the liquid flow are capillary forces, pressure difference, temperature difference, gas flow etc. and are described in more detail below.
  • the liquid streams or drops in the reactor can be driven along the guide structures by a gas stream introduced into the reactor housing, e.g. B. by droplets are transported by the shear forces exerted by gas. This would have the advantage of high mass and heat transfer coefficients from the gas to the liquid phase.
  • the liquid can be driven by providing a temperature gradient along the guide structures. It is possible to control the transport of liquid films or drops by the temperature dependence of the surface tension.
  • the contact angle of drops to the surface of a wire or other guide structure depends on the local temperature and the surface roughness, so that a drop is driven from the poorer to the more wettable area.
  • Temperature gradients can cause Marangoni convection in a liquid film.
  • the surface tension forces depend essentially on the temperature, so that liquid is transported to the areas with lower surface tension.
  • a further drive option for the liquid which is suitable according to the invention consists in pulling or transporting charged or electrically polarized droplets along the guide structures through an electric field in the reactor housing.
  • a further drive option suitable according to the invention for a liquid film or a drop is the electroosmotic flow (EOF), by means of which it is possible to transport the liquid along the wires.
  • EEF electroosmotic flow
  • the liquid contains ions that attach to the surface of the management structures.
  • the liquid film contains a charge and can be transported by an electrical potential difference. It was found that in this case the flow profile in the liquid film was a plug-flow
  • the materials suitable for the manufacture of the reactor depend on the use or the type of operation.
  • Preferred materials for the reactor housing and components that come into contact with liquid or gas are stainless steel and particularly preferably higher-grade steel grades that meet a wide range of possible operating conditions, such as temperatures from -200 ° C. to 800 ° C. or negative pressures of up to 10 5 Pa or pressures of up to 10 7 Pa or more.
  • Stainless steel and high-quality steel grades are also suitable for a large number of liquids or gases.
  • plexiglass or other transparent materials for the reactor housing and other components are suitable if the temperatures achieved and the other conditions make use of such materials allow.
  • a further advantageous application of the reactor according to the invention is screening technologies, such as finding catalysts for chemical reactions.
  • the guide structures or wires are therefore designed as solid catalysts.
  • the guide structures either consist entirely of catalyst material or are at least coated on their surface with catalyst material.
  • Another advantage is that the management structures can be exchanged quickly and easily, so that different catalysts can be tested. Alternatively, different management structures can be placed in the same reactor. have different catalyst materials, so that parallel studies on different
  • the reactor according to the invention allows reaction conditions to be determined or simulated experimentally in a flexible manner. For example, the residence time required for a particular reaction and the concentrations of reactants can be exactly determined before a reaction is carried out on a synthetic scale. This offers the possibility of reducing or avoiding the formation of undesired by-products.
  • a large number of different gas / liquid, liquid / liquid, solid / liquid or only liquid reactions can be carried out in the reactor according to the invention.
  • gas / liquid reactions are the fluorination of toluene with fluorine gas or the sulfonation of aromatics with sulfur trioxide.
  • liquid / liquid reactions are esterifications with two phases, e.g. B. according to the Schotten-Baumann method.
  • Examples of rapid liquid reactions are nucleophilic substitutions, electrophilic substitutions, such as nitration of aromatics, esterifications, amidations, etc.
  • Photochemical reactions can also be carried out with particular advantage in the reactor according to the invention. The special liquid flow ensures almost 100% availability of the liquid.
  • photochemical reactions are cycloadditions, radical formation and conversion or decomposition reactions. All reactions listed here and the possible uses described below can be implemented or carried out on an equal footing with the reactor according to the invention.
  • the use of the reactor for gas / liquid reactions described in detail herein by way of example also applies to all other of the reaction types described above.
  • the gas component described can be replaced by one or, in special applications, by several immiscible liquid phases or liquids.
  • FIGS 1a, 1b show schematic perspective views of various embodiments of the reactor according to the invention.
  • FIGS. 2a, 2b show schematic views of alternative embodiments of holding devices for guide structures in the reactor from above.
  • FIG. 2 c shows a schematic view of a further alternative embodiment of a holding device for the guide structures in the reactor from the front.
  • FIG. 3 shows a schematic partial view of two guide structures according to the invention with a liquid film stretched between them.
  • FIGS. 4a to f show top views of the guide structures from FIG. 3 with different forms of the liquid film or drop that can be produced.
  • Figures 5a to m show cross-sectional views of various guide structures according to the invention from above.
  • FIG. 6 shows various views of guide structures designed as a hollow profile.
  • FIGS. 7a to d show various alternative forms of the guide structures over their length.
  • FIGS 8a, 8b show alternative arrangements of the guide structures according to the invention.
  • FIGS. 9a, 9b show further alternative arrangements of the guide structures according to the invention.
  • Figure 10 shows a schematic representation of the inclination adjustment of the reactor.
  • FIGS 11a, 11b show applications for the reactor according to the invention.
  • FIG. 12 shows an example of a further alternative application for the reactor according to the invention.
  • FIG. 13 shows various embodiments of guide structures according to the invention with surface-modified areas.
  • FIG. 1a shows a schematic perspective view of an embodiment of the guide structure reactor 1 according to the invention with a reactor housing which comprises a liquid inlet unit 2, reactor side walls 2 'and a liquid outlet unit 2 ".
  • the reactor 1 is shown open in FIG. 1a with a view into the reactor space 7.
  • the liquid inlet unit 2 of the reactor housing has a liquid inlet opening 4 for the introduction of liquid 3 into the housing.
  • guide structure holding parts 12 are arranged in the reactor housing, to which the guide structures 6 designed as wires in the embodiment according to FIG. 1 are fastened.
  • the guide structures 6 extend in the reaction space 7 from the liquid inlet in the direction of the liquid outlet and can also be fastened to corresponding holding parts or to the liquid outlet unit at the liquid outlet.
  • the guide structure holding parts 12 have distributor openings 5, through which the introduced liquid 3 is fed to the guide structures 6.
  • the guide structures 6 are arranged essentially parallel and at equal distances from one another.
  • the distributor openings 5 are each arranged essentially centrally over the distance between two guide structures.
  • Liquid 3, which is introduced into the reactor housing through the liquid inlet opening 4 first distributes itself over the plate-shaped guide structure holding part 12 and then flows through the distributor openings 5 in the guide structure holding part 12 to the guide structures 6. Due to the vertical arrangement of the reactor 1 and the feed of the Liquid 3 from above, the liquid in the embodiment according to FIG. 1a is driven essentially by gravity.
  • the liquid After the liquid 3 has emerged from the distributor openings 5, the liquid is first guided on the underside of the guide structure holding part 12 due to the adhesive forces and then to the respectively adjacent guide structures below a distributor opening 5. Due to the adhesive forces and the surface tension of the liquid, a liquid film 3a spans on the liquid structures 6 and flows down through the reaction space 7 in the direction of the liquid outlet unit 2 ′′ driven by gravity.
  • the reactor housing of the embodiment according to FIG. 1 has two reaction gas inlet openings 10, 10 'and two reaction gas outlet openings 11, 11' on the side walls.
  • a reaction gas 9 is introduced through the reaction gas inlet opening 10 into the reactor housing into the reaction space 7 and is discharged through the reaction gas outlet opening 11 ′ which is arranged vertically lower.
  • the openings 10 'and 11 are closed, but the gas inlet and the gas outlet can also take place at any combination of the openings 10, 10', 11 and 11 '.
  • different gases can also be introduced through the reaction gas inlet openings 10 or 10 'simultaneously or in succession and discharged through the reaction gas outlet openings 11 or 11'.
  • the liquid outlet unit 2 " is located at the lower end of the reactor housing.
  • FIG. 1a shows two different variants thereof.
  • the liquid outlet unit 2" shown in the left half of the figure is ver inside the reactor with inner surfaces converging obliquely in the direction of a single centrally arranged liquid outlet opening 4 ' - see.
  • the liquid outlet unit 2 "(alternative embodiment) shown in the right half of the figure has a plurality of liquid outlet openings 4" immediately below the individual guide structures 6.
  • the liquid at the liquid outlet unit 2 "is, depending on the embodiment, through the liquid outlet opening / s 4 'or 4" dissipated.
  • Figure 1b shows an alternative embodiment to Figure 1a, in which the guide structures 6 all have the same length and are attached to a lower guide structure holding part 12 '.
  • the lower guide structure holding part 12 ′ is provided with holes for the drainage of the liquid in accordance with the upper guide structure holding part 12.
  • the lower guide structure holding part 12 ′ can be displaceable in the vertical direction for prestressing the guide structures 6.
  • the liquid outlet unit 2 "at the lower end of the reactor housing is shown in two different design variants. Both design variants are provided in the interior of the reactor with inner surfaces converging obliquely in the direction of a single centrally arranged liquid outlet opening 4 '.
  • the design variant shown in the left half of the figure shows a steeper slope towards the liquid outlet opening 4 'than the liquid outlet unit 2 "shown in the right half of the figure (alternative embodiment).
  • FIGS. 2a and 2b show two different embodiments of guide structure holding parts 12a and 12b, each with guide structures 6 fastened thereon, wherein the guide structure holding parts 12b are each arranged to be movable in the direction of the arrows shown in the figures.
  • the guide structure holding part 12b from FIG. 2a can be moved perpendicularly to or away from the guide structure holding part 12a, as a result of which the distance between the guide structures 6 lying opposite one another can be variably adjusted.
  • Adjustment mechanisms 13 are provided thereon for the mobility of the guide structure holding parts 12b.
  • the guide structure holding part 12b is designed to be displaceable parallel to the guide structure holding part 12a.
  • an appropriate adjustment mechanism the construction of which lies within the range of the skilled person's skill in the art, both directions of movement can also be realized simultaneously (not shown).
  • FIG. 2c shows from the front two guide structures 6 with liquid film 3a flowing in between, the guide structures 6 being fastened to guide structure holding parts 12a, 12b, 12c and 12d.
  • the guide structure holding parts 12b and 12d can be displaced in the horizontal direction in FIG. 2c relative to the guide structure holding parts 12a and 12c, which is represented by corresponding double arrows which represent adjustment mechanisms 13.
  • the guide structure holding parts 12c and 12d can be displaced in the vertical direction Y, as a result of which the prestressing of the guide structures 6 can be changed.
  • FIG. 3 is a schematic partial view of two guide structures 6 with liquid 3 flowing along them, which adheres to the guide structures 6 due to adhesive forces and between which they stretch a liquid film 3a.
  • the length L of the guide structures 6 can be selected variably, and the distance X between these guide structures is freely adjustable.
  • FIG. 3 illustrates how a reaction gas 9 can flow on all sides of the liquid 3 flowing along the guide structures 6 and the liquid film 3a stretched between them.
  • FIG. 4 shows a top view of two guide structures 6, as shown in FIG. 3.
  • FIGS. 4a to f illustrate various possible forms which the liquid can take as liquid film 3a (FIGS. 4a to d) or as drops (FIGS. 4e and f).
  • the shape of the liquid film 3a or the formation of drops are significantly influenced by the distance between the guide structures 6 and the properties of the liquid itself, such as viscosity, density, capillary forces and surface tension. Furthermore, the material of the guide structures and its surface roughness influences the formation of the liquid film or the drops.
  • Figure 4a shows a concave shape of the liquid film 3a.
  • Figure 4b shows a curved shape of the liquid film 3a, which can be transported both hanging and lying on.
  • FIG. 1 shows a concave shape of the liquid film 3a.
  • FIG. 4c shows a liquid film with essentially parallel liquid surfaces lying opposite one another.
  • Figure 4d shows an oval shape of the liquid film 3a.
  • FIG. 4e shows the droplet guidance between two guiding structures, wherein the droplets can be transported lying on the guiding structures or hanging on them.
  • FIG. 4f shows the droplet guidance on only one guidance structure.
  • FIG. 5a to m show various guide structures suitable according to the invention in cross section from above.
  • the shape which is particularly preferred according to the invention is the circular cross section (FIG. 5a).
  • Other suitable shapes are a square cross-sectional profile (Figure 5b), a hexagonal cross-sectional profile (Figure 5c), a rectangular cross-sectional profile (Figure 5e), a Diamond shape (Figure 5f), an elliptical or oval shape (Figure 5g) or a triangular shape ( Figure
  • a round shape with a web (FIG. 5d) can be suitable for two adjacent guide structures in order to be able to set the liquid film very thinly down to a few micrometers in thickness.
  • the inflow surface for the gas on the liquid film can be set approximately horizontally on both sides. In the embodiment according to FIG. 5i, three are evenly distributed
  • Bridges are staggered around a common center by 120 °.
  • the webs are bent again in the middle.
  • FIG. 51 shows a cross-sectional shape of a uniform rhombus with round corners and inwardly curved side faces.
  • FIG. 5 m shows a cross-sectional profile with a cross shape with rounded corners.
  • FIG. 6 shows an alternative embodiment of the guide structures 6 according to the invention, which here is designed as a hollow profile and is shown on the left side in FIG. 6 in cross section from above and on the right side schematically in cross section from the side.
  • a flowing down liquid film 3a is shown between the guide structures 6 designed as hollow profiles.
  • a liquid or gaseous heating or cooling medium 14 can flow through the cavity therein.
  • sensors 15, such as pressure sensors or temperature sensors, can be accommodated in the cavity of some of the guide structures 6.
  • FIGS. 7a to d show alternative arrangements of the guide structures for a parallel guide (FIG. 7a), a zigzag guide (FIG. 7b), a curved guide (FIG. 7c) and a helical guide (FIG. 7d) of the liquid film.
  • the guide paths according to FIGS. 7b to d permit an extension of the residence time of the liquid in the reactor by lengthening the distance.
  • FIGS. 8a and b show alternative arrangements of the guide structures 6 in a triangular arrangement (FIG. 8a) and a quadrangular arrangement (FIG. 8b).
  • the distances between the adjacent guide structures 6, each forming a triangle or a quadrilateral, are essentially the same, so that liquid films 3 a span between all adjacent guide structures at equal distances and thereby form a channel surrounded by liquid.
  • a gas 9 flows around the liquid films from the outside, a gas 9a also being able to flow in the channel formed by liquid.
  • the gases 9 and 9a can be the same or different.
  • FIGS. 9a and 9b show further alternative arrangements of guide structures 6 in a reactor housing.
  • a plurality of guide structures are arranged in two concentric circles or polygons, adjacent guide structures 6 of a circle being arranged in a have substantially the same distances and each stretch liquid films between two adjacent guide structures.
  • Reaction gas 9 and 9a flow around the liquid films, gas 9a flowing in the space between the two concentric circles being the same or a different gas than gas 9.
  • FIG. 9b shows an alternative embodiment, the guide structure holding parts 12 also being shown are shown.
  • FIG. 10 is a schematic illustration of the stepless inclination adjustment of the reactor 1 according to the invention about an axis of rotation 16, the reactor 1 being arranged vertically on the left side in FIG. 10 and horizontally on the right side in FIG. Any angle of inclination between 0 ° and 90 ° to the horizontal can be set. In this way, the liquid flow in the reactor, in particular the influence of gravity on the drive of the liquid, can be varied.
  • FIG. 11a schematically shows the arrangement of a plurality of reactors 1 according to the invention, two reactors 1 arranged in parallel, followed by a mixing unit 17 and a further reactor 1 adjoining them being shown.
  • These reactors 1 can be operated identically or independently of one another with the same or different drive options for the liquids or media supplied.
  • FIG. 11 b shows two reactors 1 according to the invention arranged in a row, the inclination of which can be individually adjusted via axes of rotation 16.
  • FIG. 12 shows an overall arrangement in which one or more, identical or different liquid media L1, L2 are transported via pressure monitors 18 to a mixing unit 17 and are subsequently introduced into the reactor according to the invention.
  • Reaction gases or reaction liquids can be supplied to or removed from the reactor via the inlet and outlet openings g1 to g6. After the converted liquid has escaped, it is fed to a residence zone 19 and then to a gas chromatograph 21 via valves 20.
  • a downstream pressure switch 18 can take over a control function in order to control the liquid feeds to downstream arrangements, if necessary.
  • FIG. 13 shows various embodiments of guide structures 6 according to the invention with areas of different wettability 22, 23 for the liquid used.
  • the areas of better wettability 22 extend in webs over the entire length of the guide structures 6. In between, areas of poorer wettability run.
  • FIG. 13a shows a guide structure 6 with only one web of better wettability 22 from the front and from above.
  • FIG. 13 shows a guide structure 6 with a plurality of tracks of better wettability 22 arranged in parallel from the front and from above. Between adjacent management structures 6 stretch liquid films 3a between the more wettable areas 22. The poorly wettable areas 23 remain essentially free of liquid.
  • FIG. 13 shows various embodiments of guide structures 6 according to the invention with areas of different wettability 22, 23 for the liquid used.
  • the areas of better wettability 22 extend in webs over the entire length of the guide structures 6. In between, areas of poorer wettability run.
  • FIG. 13a shows a guide structure 6 with only one web of better wettability 22 from the front and from
  • FIG. 13b also allows a gas or another liquid to be passed through the channels formed by two liquid films and the adjacent guide structures.
  • the guide structures according to FIGS. 13a and 13b can also be provided on their rear sides with corresponding tracks 22 and 23, so that a plurality of guide structures can be arranged one behind the other with liquid films stretching between them.
  • the guide structures are additionally provided with webs of better and poorer wettability on adjacent side surfaces. This allows the arrangement of four guide structures, liquid films stretching between two adjacent guide structures to form a larger channel. A reaction gas or a liquid can be passed through this channel.
  • Liquid inlet unit 'reactor side walls' Liquid outlet unit
  • Reaction gas 0, 10 'Reaction gas inlet openings 1, 11' Reaction gas outlet openings 2, 12 'Guide structure holding part 3 Adjustment mechanism 4 Heating or cooling medium 5 Sensors 7 Mixing unit 8 Pressure switch 9 Dwell section 0 Valve 1 Gas chromatograph 2 surface-modified areas with better wettability 3 Surface-modified areas with poorer wettability

Abstract

The invention relates to a reactor with guiding structures for the production and guiding of liquid films (3a) or liquid drops through a reaction section in a reactor housing. In order to provide improved liquid phase reactors in comparison with prior art, enabling a shorter retention time distribution and/or concentration distribution, flexibility and evenly adjustable liquid films or liquid drops in addition to a higher material and/or temperature transition, the guiding structures (6) are embodied as wires, rods, strand profiles, strips, bands or hollow profiles extending in the reactor housing from a liquid feed to a liquid outlet.

Description

Führungsstrukturreaktor Management structure reactor
Die Erfindung betrifft einen Reaktor mit Führungsstrukturen für die Erzeugung und Leitung von Flüssigkeitsfilmen oder Flüssigkeitstropfen durch eine Reaktionsstrecke in einem Reaktorgehäuse. Speziell betrifft die Erfindung einen Reaktor für die Durchführung von Gas/Flüssig-Reaktionen, Flüssig/Flüssig-Reaktionen, Fest/Flüssig-Reaktionen oder nur Flüssig-Reaktionen, wie elektro- chemischen Reaktionen, katalytischen Festphasenreaktionen usw.The invention relates to a reactor with guide structures for the generation and conduction of liquid films or liquid drops through a reaction zone in a reactor housing. In particular, the invention relates to a reactor for carrying out gas / liquid reactions, liquid / liquid reactions, solid / liquid reactions or only liquid reactions such as electrochemical reactions, catalytic solid phase reactions, etc.
Bekannte Reaktoren für chemische Flüssigphasenreaktionen führen Flüssigkeitsströme oder Flüssigkeitsfilme entlang eines Strömungsweges mit mindestens einer, häufig zwei oder drei flächigen Wandberührungen. Dabei wird die Flüssigkeit über eine glatte Oberfläche oder häufiger in Kanälen mit rundem oder zum Kanalboden hin spitz zulaufendem oder rechteckigem bzw. nutenförmigem Querschnitt oder auch in einem Rohr mit einer geschlossenen Wandfläche geleitet. In solchen Reaktoren werden Gas/Flüssig-, Flüssig/Flüssig-, Fest/Flüssig- oder nur Flüssig-Reaktionen durchgeführt.Known reactors for chemical liquid phase reactions guide liquid streams or liquid films along a flow path with at least one, often two or three flat wall contacts. The liquid is conducted over a smooth surface or more often in channels with a round or rectangular or groove-shaped cross section tapering towards the bottom of the channel or in a tube with a closed wall surface. Gas / liquid, liquid / liquid, solid / liquid or only liquid reactions are carried out in such reactors.
Unter den Begriff der Reaktionen, wie er auch hierin verwendet wird, fallen nicht nur chemische Umsetzungen, sondern auch die Durchführung von Medienaustausch und Konzentrationsveränderungen in Lösungen sowie das Mischen, Erwärmen, Abkühlen und Verdampfen von Flüssigkeiten und Lösungen.The term reactions, as used herein, includes not only chemical reactions, but also the implementation of media exchange and concentration changes in solutions, and the mixing, heating, cooling and evaporation of liquids and solutions.
Ein Nachteil der bekannten Reaktoren ist die relativ kleine reaktive Oberfläche des Flüssigkeitsfilmes, die beispielsweise für den Kontakt mit einem Reaktionsgas zur Verfügung steht. Zudem führt die laminare Strömung in den Wandbereichen der Leitungswege durch Abbremsen der Strömungsgeschwindigkeit dazu, dass innerhalb des Flüssigkeitsfilmes unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten in der Flüssigkeit vorherrschen, je nachdem, ob ein Flüssigkeitsbereich näher an einer Wandung oder weiter entfernt davon in der Nähe der Flüssigkeitsoberfläche strömt. Teile eines gleichzeitig in den Reaktor eingeleiteten Flüssigkeitsvolumens passieren die gleiche Reaktionsstrecke daher langsamer und mit einer längeren Verweilzeit in dem Reaktor als andere Flüssigkeitsanteile. Je größer die Unterschiede der Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb des Flüssigkeitsfilmes sind, desto breiter ist die Verweilzeitverteilung.A disadvantage of the known reactors is the relatively small reactive surface of the liquid film, which is available, for example, for contact with a reaction gas. In addition, the laminar flow in the wall regions of the conduction paths by braking the flow velocity means that different flow velocities prevail in the liquid within the liquid film, depending on whether a liquid region flows closer to a wall or further away near the liquid surface. Parts of a liquid volume introduced into the reactor at the same time therefore pass the same reaction path more slowly and with a longer residence time in the reactor than other liquid components. The greater the differences in flow velocities within the liquid film, the wider the residence time distribution.
Darüber hinaus haben Flüssigkeitsströmungswege mit hohem Wandberührungsanteil den Nachteil, dass nur ein entsprechend geringer Flüssigkeitsanteil an und in der Nähe der Flüssigkeitsoberfläche für Reaktionen, z. B. mit einem Gas, zur Verfügung steht. Es kommt bei einigen Reak- torbauweisen zwar zu einer Durchmischung der Flüssigkeit durch Verwirbelungen, und auch Diffusionseffekte können einen Austausch von Oberflächenflüssigkeit und tiefer strömenden Anteilen bewirken, jedoch sind diese Effekte für eine gleichmäßige Reaktionsführung häufig nicht ausreichend. Es kommt somit innerhalb des Flüssigkeitsfilmes zu Konzentrationsunterschieden von Flüssigkeitsanteilen, die bereits der beabsichtigen Reaktion unterzogen wurden, und solchen, bei denen dies nicht der Fall ist. Unter Konzentrationsunterschieden sind hierin Unterschiede bezüglich chemisch umgesetzter Flüssigkeit selbst oder darin gelöster Stoffe, aber auch z. B. Temperaturunterschiede oder -gradienten zu verstehen.In addition, liquid flow paths with a high proportion of wall contact have the disadvantage that only a correspondingly small proportion of liquid on and near the liquid surface for reactions, e.g. B. with a gas is available. It comes with some reac- Although door designs are used to mix the liquid by swirling, and diffusion effects can also cause an exchange of surface liquid and deeper flowing components, these effects are often not sufficient for a uniform reaction. There are thus differences in the concentration of liquid components within the liquid film which have already been subjected to the intended reaction and those for which this is not the case. Concentration differences include differences with regard to chemically reacted liquid itself or substances dissolved in it, but also e.g. B. Understand temperature differences or gradients.
Eine breite Verweilzeitverteilung und/oder eine breite Konzentrationsverteilung haben den Nachteil, dass bei einigen Reaktionen unerwünschte Reaktionsnebenprodukte oder Produktgemische entstehen, die gegebenenfalls eine weitere Aufreinigung, Konzentration oder ähnliches erfordern. Je enger die Verweilzeitverteilung und/oder die Konzentrationsverteilung in einem Flüssigkeitsstrom ist, desto genauer und spezifischer lässt sich die durchzuführende Reaktion steuern.A broad distribution of residence times and / or a broad distribution of concentrations have the disadvantage that undesired reaction by-products or product mixtures are formed in some reactions, which may require further purification, concentration or the like. The narrower the residence time distribution and / or the concentration distribution in a liquid stream, the more precisely and specifically the reaction to be carried out can be controlled.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Reaktoren besteht darin, dass Form und Dicke des Flüssigkeitsstromes bzw. -filmes aufgrund der fest vorgegebenen Strukturen für die Führung der Flüssigkeit gar nicht oder nur sehr begrenzt variabel eingestellt und damit bestimmten Reaktionsbedingungen und -anforderungen angepasst werden können.A further disadvantage of the known reactors is that the shape and thickness of the liquid stream or film cannot be set at all, or only to a very limited extent, because of the fixed structures for guiding the liquid, and can thus be adapted to specific reaction conditions and requirements.
Neben den oben beschrieben Reaktoren sind auch solche mit frei fallenden Flüssigkeiten ohne Wandberührung bekannt. Hierbei entsteht jedoch kein für eine kontrollierte Reaktionsführung brauchbarer Flüssigkeitsfilm. Beispiele für solche Reaktoren sind Kühltürme oder Waschtürme, wie sie in der deutschen Offenlegungsschrift DE 1961426 beschrieben sind. Durch die Oberflä- chenspannungskräfte der Flüssigkeiten entstehen hierbei unterschiedlich große frei fallende Tropfen bzw. Tröpfchen, die nur von der Schwerkraft angetrieben Undefiniert und ungeführt nach unten fallen und eventuell mit einem anströmenden Gas in Kontakt gebracht werden können.In addition to the reactors described above, those with freely falling liquids without touching the wall are also known. However, this does not result in a liquid film that can be used for a controlled reaction. Examples of such reactors are cooling towers or washing towers, as are described in German published patent application DE 1961426. The surface tension forces of the liquids result in free-falling drops or droplets of different sizes, which are driven by gravity and fall undefined and unguided and can possibly be brought into contact with an inflowing gas.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Flüssigphasenreaktoren bereitzustellen, die eine engere Verweilzeitzeitverteilung und/oder Konzentrationsverteilung, flexibel und gleichmäßig einstellbare Flüssigkeitsfilme oder Flüssigkeitstropfen sowie einen hohen Stoff- und/oder Temperaturübergang zulassen.The object of the present invention was therefore to provide liquid phase reactors which are improved compared to the prior art and which permit a narrower residence time distribution and / or concentration distribution, flexibly and uniformly adjustable liquid films or liquid drops and a high mass and / or temperature transfer.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Reaktor bzw. einen Mikroreaktor der eingangs genannten Art, bei dem die Führungsstrukturen als Drähte, Stäbe, Strangprofile, Streifen, Bänder oder Hohlprofile ausgebildet sind und sich in dem Reaktorgehäuse von einer Flüssigkeitszuführung in Richtung zu einem Flüssigkeitsauslass erstrecken. Unter Reaktorgehäuse im Sinne dieser Erfindung ist ein geschlossenes Gehäuse, ein offenes Gehäuse oder aber auch ein einfacher Rahmen oder eine Aufhängung für die Führungsstrukturen zu verstehen.This object is achieved by a reactor or a microreactor of the type mentioned at the outset, in which the guide structures are in the form of wires, rods, extruded profiles, strips, strips or hollow profiles and extend in the reactor housing from a liquid feed in the direction of a liquid outlet. Reactor housing in the sense of this invention is to be understood as a closed housing, an open housing or else a simple frame or a suspension for the guide structures.
Vorteilhaft ist der Abstand benachbarter Führungsstrukturen bei dem erfindungsgemäßen Reaktor so gewählt, dass die Flüssigkeit zwischen den benachbarten Führungsstrukturen einen zusammenhängenden Flüssigkeitsfilm oder alternativ einzelne Tropfen ausbilden kann. Die in dem erfindungsgemäßen Reaktor gebildeten Flüssigkeitsfilme und Tropfen sind gleichmäßig und in ihren Parametern flexibel einstellbar. Damit lassen sich beispielsweise exakt definierte chemische Reak- tionen mit einer oder mehreren allseitig anströmenden Gaskomponenten mit nur sehr geringem Aufwand durchführen. Durch die neuartige Flüssigkeitsführung lässt sich eine enge Verweilzeitver- teilung realisieren und ein hoher Stoff- und/oder Wärmeübergang gewährleisten. Die Führungsbzw. Leitungsstrukturen des erfindungsgemäßen Reaktors erlauben einen funktioneilen und universellen Einsatz für einen Stoffaustausch zwischen zwei oder mehreren Medien und/oder für die Durchführung von chemischen Reaktionen dieser Medien miteinander. Mit dem Reaktor lassen sich auch Kinetik- und/oder Verweilzeitbestimmungen für diese Medien im flüssigen und/oder gasförmigen Zustand durchführen.The spacing of adjacent guide structures in the reactor according to the invention is advantageously selected such that the liquid between the adjacent guide structures can form a coherent liquid film or, alternatively, individual drops. The liquid films and drops formed in the reactor according to the invention can be adjusted uniformly and with flexible parameters. This enables, for example, precisely defined chemical reactions to be carried out with one or more gas components flowing in on all sides with very little effort. Thanks to the new liquid flow, a narrow distribution of the residence time can be achieved and a high mass and / or heat transfer can be guaranteed. The leadership or Line structures of the reactor according to the invention allow a functional and universal use for a mass transfer between two or more media and / or for carrying out chemical reactions of these media with one another. The reactor can also be used to determine kinetics and / or residence times for these media in the liquid and / or gaseous state.
Der erfindungsgemäße Reaktor unterscheidet sich von bekannten Reaktoren, beispielsweise auch bekannten Fallfilmreaktoren, darin, dass der Flüssigkeitsfilm nicht in Kanälen mit großflächiger Wandberührung strömt, sondern die flüssige Komponente zwischen mindestens zwei Führungsstrukturen, wie beispielsweise Drähten, aufgrund der Kapillarkräfte aufgespannt und geführt wird. Der Flüssigkeitsfilm bewegt sich z. B. mit Hilfe der Schwerkraft entlang dieser Führungsstrukturen. Alternativ kann die Flüssigkeit auch an den Führungsstrukturen als Tropfen mit nur sehr geringer Oberflächenberührung abrollen bzw. geführt werden. Tropfen können dabei mit zwei oder mehr Führungsstrukturen, aber auch mit nur einer einzigen Führungsstruktur, z. B. einem einzelnen Draht, in Kontakt sein.The reactor according to the invention differs from known reactors, for example also known falling film reactors, in that the liquid film does not flow in channels with large wall contact, but the liquid component is clamped and guided between at least two guide structures, such as wires, due to the capillary forces. The liquid film moves e.g. B. with the help of gravity along these guide structures. Alternatively, the liquid can also roll or be guided on the guide structures as drops with only very little surface contact. Drops can be with two or more management structures, but also with only a single management structure, e.g. B. a single wire.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Reaktors gegenüber bekannten Anordnungen besteht darin, dass er relativ einfach und schnell zu reinigen und zu warten ist, was Zeit und Kosten einspart.Another advantage of the reactor according to the invention over known arrangements is that it is relatively easy and quick to clean and maintain, which saves time and money.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erflndungsgemäßen Reaktors sind jeweils wenigstens zwei benachbarte der als Drähte, Stäbe, Strangprofile, Streifen, Bänder oder Hohlpro- file ausgebildeten Führungsstrukturen im wesentlichen parallel und in einem Abstand zueinander angeordnet. Dadurch wird der Flüssigkeitsfilm oder auch der Tropfen im wesentlichen gleichmäßig über die gesamte Reaktionsstrecke geführt. Besonders zweckmäßig ist es insbesondere bei einer parallelen Anordnung der Führungsstrukturen, wenn die Führungsstrukturen in dem Reaktorgehäuse vorgespannt sind.In a particularly preferred embodiment of the reactor according to the invention, at least two adjacent guide structures formed as wires, rods, extruded profiles, strips, strips or hollow profiles are arranged essentially parallel and at a distance from one another. As a result, the liquid film or the drop is guided essentially uniformly over the entire reaction path. It is particularly useful for one parallel arrangement of the guide structures when the guide structures are biased in the reactor housing.
Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors sind jeweils wenigstens zwei benachbarte Führungsstrukturen in Längsrichtung von der Flüssigkeitszuführung in Richtung zu dem Flüssigkeitsauslass mit zunehmendem oder abnehmendem Abstand zueinander angeordnet. Dies ermöglicht eine Veränderung der Führungseigenschaften über die Länge der Reaktionsstrecke, d. h. beispielsweise eine Veränderung der Form und/oder Dicke des Flüssigkeitsfilmes und damit einhergehend eine Veränderung der Strömungseigenschaften, der Verweilzeitvertei- lung, der Konzentrationsverteilung und/oder der für Reaktionen zur Verfügung stehenden Flüssigkeitsoberfläche.In an alternative embodiment of the reactor according to the invention, at least two adjacent guide structures are arranged in the longitudinal direction from the liquid supply towards the liquid outlet with increasing or decreasing distance from one another. This enables the guiding properties to be changed over the length of the reaction path, i. H. For example, a change in the shape and / or thickness of the liquid film and, as a result, a change in the flow properties, the residence time distribution, the concentration distribution and / or the liquid surface available for reactions.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors sind Mittel zum variablen Einstellen des Abstandes zwischen benachbarten Führungsstrukturen vorgesehen. Der erfindungsgemäße Reaktor bietet damit den Vorteil, die Reaktionsfläche von Flüssigkeitsoberflächen in Reaktoren auf einfache Weise zu vergrößern oder auch zu verkleinern, falls dies erforderlich ist. In dem Reaktor wird ein definierter gleichmäßig dünner Fallfilm bis zu Mikrometerdicke stabil im nahezu freien Raum erzeugt. Die einzigen Wandberührungen an den Führungsstrukturen sind gegenüber bekannten Reaktoren äußerst gering bzw. minimiert. Darüber hinaus ist es durch manuelles oder motorgetriebenes Einstellen der Abstände der Führungsstrukturen zueinander möglich, die Dicke und/oder Form der Flüssigkeitsfilme zu variieren. Gleiches gilt auch für die Tropfenbildung und Tropfenführung. Flüssigkeiten lassen sich in Tropfen- bzw. Tröpfchenform mit Hilfe der Führungsstrukturen führen bzw. daran abrollen, um diese Tropfen der Flüssigkeiten mit gasförmigen Medien in Kontakt und zur Reaktion zu bringen. Die gasförmigen Medien können alternativ aber auch nur als Schutzatmosphäre genutzt werden.In a further preferred embodiment of the reactor according to the invention, means are provided for variably adjusting the distance between adjacent guide structures. The reactor according to the invention thus offers the advantage of easily increasing or also reducing the reaction area of liquid surfaces in reactors, if this is necessary. In the reactor, a defined, uniformly thin falling film of up to micrometer thickness is produced in a stable, almost free space. The only wall contacts on the guide structures are extremely small or minimized compared to known reactors. In addition, by manually or motor-driven adjustment of the spacing of the guide structures to one another, it is possible to vary the thickness and / or shape of the liquid films. The same applies to droplet formation and droplet guidance. Liquids can be guided or rolled off in droplet or droplet form with the aid of the guide structures in order to bring these droplets of the liquids into contact and react with gaseous media. Alternatively, the gaseous media can only be used as a protective atmosphere.
Wesentlicher Bestandteil des erfindungsgemäßen Reaktors sind die als Drähte, Stäbe, Streifen, Bänder oder Strangprofile ausgebildeten Führungsstrukturen. Die Formen der Führungsstrukturen, ihre Größe oder äußeren Abmessungen sowie das für diese Führungsstrukturen verwendete Ma- terial sind abhängig von der Anwendung und Nutzung des erfindungsgemäßen Reaktors, insbesondere von den chemischen und physikalischen Eigenschaften der eingesetzten Flüssigkeiten und Gase und den Reaktionsbedingungen, wie Temperatur, Druck etc. Die Führungsstrukturen können im Querschnitt senkrecht zur Längsachse verschiedene Formen aufweisen. Besonders bevorzugt sind im Querschnitt kreisförmige Drähte. Alternativ können die Führungsstrukturen im Querschnitt senkrecht zur Längsachse aber auch eine elliptische Form, eine quadratische Form, eine rechteckige Form, eine gleichschenklig oder ungleichschenklig dreieckige Form, eine fünfek- kige, eine sechseckige, eine Rautenform, eine gleichmäßige Rhombusform mit gerundeten Ecken und konkav gewölbten Seitenflächen, eine Kreuzform, eine Kreuzform mit gerundeten Ecken oder eine Sternform mit sich radial von einem gemeinsamen Mittelpunkt nach außen erstreckendenAn essential part of the reactor according to the invention are the guide structures designed as wires, rods, strips, strips or extruded profiles. The shapes of the guide structures, their size or external dimensions and the material used for these guide structures depend on the application and use of the reactor according to the invention, in particular on the chemical and physical properties of the liquids and gases used and the reaction conditions, such as temperature, pressure etc. The guide structures can have different shapes in cross section perpendicular to the longitudinal axis. Circular wires are particularly preferred in cross section. Alternatively, the guide structures in cross section perpendicular to the longitudinal axis can also have an elliptical shape, a square shape, a rectangular shape, an isosceles or isosceles triangular shape, a pentagonal, a hexagonal, a diamond shape, a uniform rhombus shape with rounded corners and a concave arch Side faces, a cross shape, a cross shape with rounded corners or a star shape with radially extending outward from a common center
Stegen, wobei die Stege gerade, gekrümmt oder abgeknickt sein können, aufweisen.Webs, the webs can be straight, curved or kinked.
Bei einer besonderen alternativen Ausführungsform der Erfindung bestehen die Führungsstruktu- ren aus Drähten, Stäben, Streifen, Bändern oder Strangprofilen mit Oberflächen modifizierten Bereichen. Dabei erstrecken sich über die Länge einer Führungsstruktur eine oder mehrere Bahnen mit Oberflächenbereichen, die eine bessere Benetzbarkeit für die zu verwendende Flüssigkeit aufweisen als die neben diesen Bahnen liegenden Oberflächenbereiche. Mehrere Bahnen gut oder "besser" benetzbarer Bereiche auf einer Führungsstruktur sind voneinander durch "schlech- ter" benetzbare Oberflächenbereiche getrennt. Die Bahnen auf den Führungsstrukturen können geradlinig oder auch zickzack-förmig, kurvenförmig oder in jeder anderen nicht-geradlinigen Art und Weise auf der Oberfläche verlaufen. Sind mehrere Bahnen auf einer Führungsstruktur vorgesehen, so verlaufen diese vorzugsweise im wesentlichen parallel zueinander. Verfahren zur Modifizierung der Benetzbarkeit von Oberflächen für bestimmte Flüssigkeiten sind dem Fachmann be- kannt und sind nicht Gegenstand der Erfindung. Beispiele für Verfahren zur Modifizierung der Oberflächenbenetzbarkeit sind chemische und physikalische Oberflächenbehandlung, wie das Behandeln der Oberfläche mit Säuren oder Basen, Aufrauhen oder Glätten der Oberfläche, Beschichten der Oberfläche, z. B. mittels PVD oder CVD, oder Aufbringen eines organischen Polymers. Zwischen benachbarten Führungsstrukturen mit oberflächenmodifizierten Bereichen der oben genannten Art spannen sich die Flüssigkeitsfilme erfindungsgemäß zwischen den besser benetzbaren Bereichen bzw. Bahnen auf den Führungsstrukturen auf. Die schlechter benetzbaren Bereiche bleiben dabei im wesentlichen frei von Flüssigkeit. Sind auf den Führungsstrukturen jeweils mehrere besser benetzbare Bahnen vorgesehen, so erlaubt dies die Führung mehrerer Flüssigkeitsfilme nebeneinander zwischen benachbarten Führungsstrukturen. Gleiches gilt für Tropfen, wobei hier auch mehrere Tropfen an einer einzigen Führungsstruktur geführt werden bzw. entlanglaufen können. Bei der Führung mehrerer Flüssigkeitsfilme nebeneinander zwischen zwei benachbarten Führungsstrukturen können entlang der schlechter bezüglich des Flüssigkeitsfilmes benetzbaren Bereiche auch andere Flüssigkeiten geführt werden. Beispielsweise können nebeneinander Bereiche mit besserer Benetzbarkeit für apolare Flüssigkeiten neben Bereichen mit besse- rer Benetzbarkeit für polare Flüssigkeiten angeordnet sein. Dies erlaubt die Führung entsprechender Flüssigkeiten wie z. B. organischer Flüssigkeiten unmittelbar neben wässrigen Medien. Auf diese Weise lassen sich ansonsten schwer oder nicht mischbare Flüssigkeiten für eine Reaktion oder einen Stoffaustausch in dem Reaktor in Kontakt bringen.In a special alternative embodiment of the invention, the guide structures consist of wires, rods, strips, strips or extruded profiles with surfaces modified areas. One or more webs with surface areas that have better wettability for the liquid to be used than the surface areas lying next to these webs extend over the length of a guide structure. Several webs of areas with good or "better" wettability on a guide structure are separated from one another by "poorly" wettable surface areas. The tracks on the guide structures can be straight or zigzag-shaped, curved or in any other non-linear manner on the surface. If several tracks are provided on a guide structure, these preferably run essentially parallel to one another. Methods for modifying the wettability of surfaces for certain liquids are known to the person skilled in the art and are not the subject of the invention. Examples of methods for modifying the surface wettability are chemical and physical surface treatment, such as treating the surface with acids or bases, roughening or smoothing the surface, coating the surface, e.g. B. by means of PVD or CVD, or application of an organic polymer. According to the invention, the liquid films span between adjacent guide structures with surface-modified areas of the type mentioned above between the more wettable areas or webs on the guide structures. The poorly wettable areas remain essentially free of liquid. If several better wettable webs are provided on the guide structures, this allows several liquid films to be guided next to one another between adjacent guide structures. The same applies to drops, where several drops can also be guided or run along a single guide structure. When a plurality of liquid films are guided next to one another between two adjacent guide structures, other liquids can also be guided along the regions which are less wettable with respect to the liquid film. For example, areas with better wettability for apolar liquids can be arranged next to one another with areas with better wettability for polar liquids. This allows the management of appropriate liquids such. B. organic liquids immediately next to aqueous media. In this way, liquids which are otherwise difficult or immiscible can be brought into contact for a reaction or mass transfer in the reactor.
In Abhängigkeit von Parametern, wie Oberflächenspannung und gegebenenfalls Kontaktwinkel der verwendeten Flüssigkeiten sowie Geometrie, Abstand, Durchmesser und Dimension der Führungsstrukturen, bilden sich konkave oder konvexe Flüssigkeitsfllme oder auch Flüssigkeitsfilme mit nahezu parallelen Oberflächen aus. Für mikrotechnische Anwendungen liegen die Durchmes- ser am Beispiel von Drähten mit kreisförmigem Querschnitt als Führungsstrukturen im Bereich von etwa 100 nm bis etwa 1 mm. Für makrotechnisch ausgelegte Reaktoren liegen die Durchmesser der Führungsstrukturen im Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 5 mm.Depending on parameters such as surface tension and, if applicable, contact angle of the liquids used, as well as the geometry, distance, diameter and dimension of the guide structures, concave or convex liquid flows or also liquid films with almost parallel surfaces are formed. For microtechnical applications, the diameter ser using the example of wires with a circular cross section as guide structures in the range from about 100 nm to about 1 mm. For macrotechnically designed reactors, the diameters of the guide structures are in the range from approximately 0.5 mm to approximately 5 mm.
Grundsätzlich können die Führungsstrukturen aus allen Materialien hergestellt sein, wie sie auch für die bekannten Reaktoren nach dem Stand der Technik zum Einsatz kommen. Für spezielle Anwendungen ist die Oberflächenbeschaffenheit der Führungsstrukturen von entscheidender Bedeutung. Um einen Fallfilm mit einer spezifischen Flüssigkeit erzeugen zu können, ist erfindungs- gemäß je nach Flüssigkeit eine exakt bestimmbare Oberflächenrauheit der Führungsstrukturen notwendig. Bei glatter Führungsstrukturoberfläche, also bei sehr geringer Rauheit erfolgt ein leichtes Abrollen bzw. Weggleiten oder Wegrutschen von Flüssigkeit bzw. Tropfen an einer, zwei oder mehreren Führungsstrukturen.In principle, the guide structures can be made of all materials as are also used for the known reactors according to the prior art. The surface condition of the guide structures is of crucial importance for special applications. In order to be able to produce a falling film with a specific liquid, according to the invention, depending on the liquid, a precisely determinable surface roughness of the guide structures is necessary. If the surface of the guide structure is smooth, that is to say with very little roughness, the liquid or drops easily roll off or slide away or slide off on one, two or more guide structures.
Zweckmäßigerweise verlaufen die Führungsstrukturen in Längsrichtung von der Flüssigkeitszufüh- rung in Richtung zu dem Flüssigkeitsauslass geradlinig. Alternative Ausführungsformen mit nicht geradlinig verlaufenden Führungsstrukturen sind jedoch für bestimmte Anwendungen ebenfalls geeignet, z. B. um die Länge der Flüssigkeitsstrecke in dem Reaktor zu vergrößern. Die Führungsstrukturen verlaufen bei diesen alternativen Ausführungsformen vorzugsweise zick-zack- förmig, gekrümmt oder schraubenförmig.The guide structures expediently run in a straight line in the longitudinal direction from the liquid feed in the direction of the liquid outlet. Alternative embodiments with non-rectilinear guide structures are also suitable for certain applications, e.g. B. to increase the length of the liquid path in the reactor. In these alternative embodiments, the guide structures preferably run in a zigzag shape, curved or helical.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors sind wenigstens einige der Führungsstrukturen in dem Reaktor als Hohlprofile ausgebildet. Da die Führungsstrukturen im unmittelbaren Reaktionsraum angeordnet sind, ist so eine Mehrfachnutzung dieser Führungsstrukturen möglich. Die Hohlräume in den Führungsstrukturen können beispielsweise zur Kühlung oder Heizung oder zur Ab- oder Zuführung von Energie genutzt werden. Zweckmäßigerweise sind daher an diesen als Hohlprofile ausgebildeten Führungsstrukturen Zuleitungen und Ableitungen für das Hindurchleiten eines Kühl- oder Heizfluides durch die Führungsstrukturen vorgesehen. Eine solche Temperaturführung ist in allen nutzbaren Temperaturbereichen durchführbar. Besonders effektiv ist sie jedoch bei höheren Temperaturen ab 100°C, weil die Temperatur- einstellung bzw. Kontrolle direkt im Reaktionsraum erfolgt und nicht indirekt außerhalb des Reaktorraumes. Für bestimmte Anwendungen kann es weiterhin besonders vorteilhaft sein, wenn in wenigstens einigen der als Hohlprofile ausgebildeten Führungsstrukturen Sensoren, vorzugsweise Drucksensoren und/oder Temperatursensoren, vorgesehen sind. Mittels der Sensoren kann direkt jede Reaktionsphase überwacht werden, so dass beispielsweise über eine Regelung der Flüssig- keits- und/oder Gaszufuhr, der Temperatur oder des Drucks zu jedem Zeitpunkt korrigierend in eine Reaktion eingegriffen werden kann. Die Sensoren bieten die Möglichkeit, direkt das Geschehen im Reaktionsraum bei chemischen Reaktionen aktiv zu verfolgen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors sind die Führungsstrukturen elektrisch leitend ausgebildet und Anschlüsse für das Verbinden der Führungsstrukturen mit einer Stromquelle vorgesehen. Vorteilhaft weisen dabei jeweils zwei benachbarte Führungsstrukturen entgegengesetzte Polung für das Hindurchleiten eines elektrischen Stromes durch einen zwischen den Führungsstrukturen ausgebildeten Flüssigkeitsfilm auf. Alternativ können auch die Führungsstrukturen als ein Pol und ein Teil des Reaktorgehäuses als Gegenpol ausgebildet sein. Wenn in der Flüssigphase, ob als Film oder Tropfen, ein Strom fließt, sind elektrochemische Reaktionen, wie elektrochemische Gas/Flüssig-Reaktionen möglich.In a further preferred embodiment of the reactor according to the invention, at least some of the guide structures in the reactor are designed as hollow profiles. Since the guide structures are arranged in the immediate reaction space, multiple use of these guide structures is possible. The cavities in the guide structures can be used, for example, for cooling or heating or for the removal or supply of energy. It is therefore expedient for supply lines and discharge lines for the passage of a cooling or heating fluid through the guide structures on these guide structures designed as hollow profiles. Such temperature control can be carried out in all usable temperature ranges. However, it is particularly effective at higher temperatures above 100 ° C, because the temperature setting or control takes place directly in the reaction space and not indirectly outside the reactor space. For certain applications, it can also be particularly advantageous if sensors, preferably pressure sensors and / or temperature sensors, are provided in at least some of the guide structures designed as hollow profiles. Each reaction phase can be monitored directly by means of the sensors, so that, for example, a reaction can be corrected at any time by regulating the liquid and / or gas supply, the temperature or the pressure. The sensors offer the possibility of actively following what is happening in the reaction space during chemical reactions. In a further preferred embodiment of the reactor according to the invention, the guide structures are designed to be electrically conductive and connections are provided for connecting the guide structures to a power source. Advantageously, two adjacent guide structures each have opposite polarity for the passage of an electrical current through a liquid film formed between the guide structures. Alternatively, the guide structures can also be designed as a pole and part of the reactor housing as a counter pole. If a current flows in the liquid phase, whether as a film or drops, electrochemical reactions such as electrochemical gas / liquid reactions are possible.
Das Reaktorgehäuse des erfindungsgemäßen Reaktors kann, wie oben bereits erwähnt, ein offenes oder ein geschlossenes Gehäuse sein. Bevorzugt ist das Reaktorgehäuse jedoch als geschlossenes Gehäuse ausgebildet, welches Zuleitungen und Ableitungen für die entlang der Führungsstrukturen zu leitende Flüssigkeit aufweist. Sollen Reaktionen der Flüssigkeit mit einem oder mehreren weiteren Medien (Gase oder Flüssigkeiten) durchgeführt werden, so weist das Reaktor- gehäuse zweckmäßigerweise weitere Zuleitungen und Ableitungen für das Hindurchleiten von Gas und Flüssigkeit durch das Reaktorgehäuse auf. Diese letztgenannten Zuleitungen und Ableitungen sind an dem Reaktorgehäuse vorteilhaft so angeordnet, dass ein durch das Reaktorgehäuse hindurchgeleitetes Gas oder eine Flüssigkeit im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der Führungsstrukturen, d. h. der Hauptströmungsrichtung der daran geführten Flüssigkeit strömt. Die Zuführung weiterer Medien kann aber auch mit Vorteil parallel zu der Zuführung der an den Führungsstrukturen geführten Flüssigkeit erfolgen, so dass diese Medien zusammen mit der Flüssigkeit strömen.As already mentioned above, the reactor housing of the reactor according to the invention can be an open or a closed housing. However, the reactor housing is preferably designed as a closed housing which has feed lines and discharge lines for the liquid to be conducted along the guide structures. If reactions of the liquid with one or more other media (gases or liquids) are to be carried out, the reactor housing expediently has further supply lines and discharge lines for the passage of gas and liquid through the reactor housing. These last-mentioned supply lines and discharge lines are advantageously arranged on the reactor housing in such a way that a gas or a liquid passed through the reactor housing is essentially perpendicular to the longitudinal direction of the guide structures, ie. H. the main direction of flow of the liquid carried thereon flows. However, the supply of further media can also advantageously take place parallel to the supply of the liquid guided on the guide structures, so that these media flow together with the liquid.
Die Flüssigkeit, welche entlang der Führungsstrukturen strömen soll, wird gleichmäßig verteilt zum Anfang der Reaktionszone im Inneren des Reaktors geleitet, wo sie auf definierte bzw. einstellbare Zwischenräume zwischen wenigstens zwei Führungsstrukturen trifft. Ist die Anordnung der Führungsstrukturen entsprechend der verwendeten Flüssigkeit, der Form und Oberfläche der Führungsstrukturen richtig ausgewählt, so bildet die eingeleitete Flüssigkeit um die Führungsstrukturen, z. B. Drähte, durch Kapillarkräfte einen Flüssigkeitsfilm, spannt sich zwischen den Führungs- Strukturen auf und bewegt sich unter der Schwerkraft oder mittels anderer Antriebskräfte, wie z. B. besonders bevorzugt durch elektroosmotischem Fluss oder Kapillarkräften, entlang der Führungsstrukturen. Es ist klar, dass es für einen effektiven Durchsatz von Vorteil ist, mehrere Führungsstrukturen für eine Vielzahl von aufgespannten Flüssigkeitsfilmen oder von Tropfen parallel oder in anderer Anordnung in dem Reaktorgehäuse vorzusehen.The liquid which is to flow along the guide structures is distributed uniformly to the beginning of the reaction zone inside the reactor, where it meets defined or adjustable gaps between at least two guide structures. If the arrangement of the guide structures is correctly selected in accordance with the liquid used, the shape and surface of the guide structures, the introduced liquid forms around the guide structures, e.g. B. wires, by capillary forces a liquid film, spans between the guide structures and moves under gravity or by means of other driving forces, such as. B. particularly preferred by electroosmotic flow or capillary forces, along the guide structures. It is clear that for effective throughput it is advantageous to provide several guide structures for a plurality of spanned liquid films or drops in parallel or in another arrangement in the reactor housing.
Die flüssige Komponente, die entlang der Führungsstrukturen von der Flüssigkeitszuführung in Richtung zu einem Flüssigkeitsauslass geleitet wird, wird vorzugsweise mit Hilfe der Schwerkraft angetrieben. Für einen Antrieb der Flüssigkeit durch die Schwerkraft ist es besonders zweckmä- ßig, wenn sich die Führungsstrukturen in dem Reaktorgehäuse von der Flüssigkeitszuführung inThe liquid component, which is guided along the guide structures from the liquid supply towards a liquid outlet, is preferably driven by means of gravity. It is particularly expedient for the liquid to be driven by gravity. ßig when the guide structures in the reactor housing from the liquid supply in
Richtung zu dem Flüssigkeitsauslass bezüglich der Vertikalen abwärts erstrecken. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Führungsstrukturen im wesentlichen vertikal angeordnet sind. Dadurch wird gewährleistet, dass die Schwerkraft als antreibende Kraft für die Flüssigkeit voll wirksam wird. Um die Verweildauer der Flüssigkeit im Reaktor für länger andauernde Reaktionen zu erhöhen wird erfindungsgemäß ein Neigen bis nahe an eine horizontale Ausrichtung der Führungsstrukturen empfohlen. Bei einer horizontalen Ausrichtung muss die Flüssigkeit durch eine Druckdifferenz, einen Gasstrom oder eine andere Antriebskraft als die Schwerkraft angetrieben werden. Besonders bei mikrotechnischen Reaktoren treten Volumeneffekte, wie die Schwerkraft, gegenüber Oberflächeneffekten in den Hintergrund, auch bei vertikaler oder nur leicht geneigter Anordnung der Führungsstrukturen. Gerade bei Mikroreaktoren ist es daher bevorzugt, die Flüssigkeit durch Antriebskräfte zu transportieren, die auf solchen Oberflächeneffekten beruhen, wie elektroosmoti- scher Fluss. Zusätzlich oder alternativ anwendbare Antriebskräfte für die Flüssigkeitsströmung sind Kapillarkräfte, Druckdifferenz, Temperaturdifferenz, Gasstrom usw. und werden nachfolgend ausführlicher beschrieben.Extend down towards the liquid outlet with respect to the vertical. It is particularly preferred if the guide structures are arranged essentially vertically. This ensures that gravity is fully effective as the driving force for the liquid. In order to increase the residence time of the liquid in the reactor for longer-lasting reactions, a tilting close to a horizontal alignment of the guide structures is recommended according to the invention. With a horizontal orientation, the liquid must be driven by a pressure difference, a gas flow or a driving force other than gravity. In the case of microtechnical reactors in particular, volume effects, such as gravity, take a back seat to surface effects, even when the guide structures are arranged vertically or only slightly. In the case of microreactors in particular, it is therefore preferred to transport the liquid by driving forces which are based on surface effects such as electroosmotic flow. Additionally or alternatively applicable driving forces for the liquid flow are capillary forces, pressure difference, temperature difference, gas flow etc. and are described in more detail below.
Der Antrieb der Flüssigkeitsfllme oder Tropfen in dem Reaktor entlang der Führungsstrukturen kann durch einen in das Reaktorgehäuse eingeleiteten Gasstrom erfolgen, z. B. indem Tropfen durch die von Gas ausgeübten Scherkräfte transportiert werden. Dies hätte den Vorteil hoher Stoff- und Wärmetransferkoeffizienten von der Gas- in die Flüssigphase.The liquid streams or drops in the reactor can be driven along the guide structures by a gas stream introduced into the reactor housing, e.g. B. by droplets are transported by the shear forces exerted by gas. This would have the advantage of high mass and heat transfer coefficients from the gas to the liquid phase.
Des weiteren kann der Antrieb der Flüssigkeit durch Bereitstellung eines Temperaturgradienten entlang der Führungsstrukturen erfolgen. Es besteht die Möglichkeit, den Transport von Flüssigkeitsfilmen oder Tropfen durch die Temperaturabhängigkeit der Oberflächenspannung zu steuern. Der Kontaktwinkel von Tropfen zur Oberfläche eines Drahtes oder einer anderen Führungsstruktur hängt von der lokalen Temperatur sowie der Oberflächenrauheit ab, so dass ein Tropfen vom schlechter zum besser benetzbaren Bereich angetrieben wird. In einem Flüssigkeitsfilm kann es durch Temperaturgradienten zur Marangoni-Konvektion kommen. Die Oberflächenspannungskräfte hängen wesentlich von der Temperatur ab, so dass Flüssigkeit in die Bereiche mit geringerer Oberflächenspannung transportiert wird.Furthermore, the liquid can be driven by providing a temperature gradient along the guide structures. It is possible to control the transport of liquid films or drops by the temperature dependence of the surface tension. The contact angle of drops to the surface of a wire or other guide structure depends on the local temperature and the surface roughness, so that a drop is driven from the poorer to the more wettable area. Temperature gradients can cause Marangoni convection in a liquid film. The surface tension forces depend essentially on the temperature, so that liquid is transported to the areas with lower surface tension.
Eine weitere erfindungsgemäß geeignete Antriebsmöglichkeit für die Flüssigkeit besteht darin, geladene oder elektrisch polarisierte Tropfen durch ein elektrisches Feld im Reaktorgehäuse an den Führungsstrukturen entlang zu ziehen bzw. zu transportieren.A further drive option for the liquid which is suitable according to the invention consists in pulling or transporting charged or electrically polarized droplets along the guide structures through an electric field in the reactor housing.
Wie oben bereits erwähnt, ist eine weitere erfindungsgemäß geeignete Antriebsmöglichkeit für einen Flüssigkeitsfilm oder einen Tropfen der elektroosmotische Fluss (EOF), durch den es möglich ist, die Flüssigkeit entlang der Drähte zu transportieren. Die Flüssigkeit enthält dabei Ionen, die sich an der Oberfläche der Führungsstrukturen anheften. Dadurch enthält der Flüssigkeitsfilm eine Ladung und kann durch eine elektrische Potentialdifferenz transportiert werden. Es wurde herausgefunden, dass in diesem Fall das Strömungsprofil im Flüssigkeitsfilm einem Plug-Flow-As already mentioned above, a further drive option suitable according to the invention for a liquid film or a drop is the electroosmotic flow (EOF), by means of which it is possible to transport the liquid along the wires. The liquid contains ions that attach to the surface of the management structures. As a result, the liquid film contains a charge and can be transported by an electrical potential difference. It was found that in this case the flow profile in the liquid film was a plug-flow
Profil sehr nahe kommt, so dass der Effekt der hydrodynamischen Dispersion, welcher die Ver- weilzeitverteilung eines Konzentrations-Tracers im Film verbreitert, minimiert wird. Zudem kann man durch EOF den Film häufig mit höherer Geschwindigkeit transportieren als durch Schwerkraft.Profile comes very close, so that the effect of the hydrodynamic dispersion, which widens the residence time distribution of a concentration tracer in the film, is minimized. In addition, EOF can often transport the film at a higher speed than by gravity.
Um einen dünnen Flüssigkeitsfilm über längere Zeit stabil aufrecht zu erhalten, ist es notwendig die zugeführte und nachgeführte Menge an Flüssigkeit, die Geschwindigkeit und den Druck mög- liehst konstant zu halten. Speziell bei schmalen Filmen, die bei geringem Abstand der Führungsstrukturen ausgebildet werden, besteht jedoch auch alternativ die Möglichkeit, den erfindungsgemäßen Reaktor mit einer Druckdifferenz zu betreiben und damit den Durchsatz bzw. den Durch- fluss über Regulierung des Drucks einstellbar zu gestalten. Der Antrieb der Flüssigkeit kann auch in einer Kombination von Schwerkraft und Druckdifferenz oder in irgendeiner anderen Kombination der vorgenannten Antriebsmöglichkeiten bestehen.In order to keep a thin film of liquid stable over a long period of time, it is necessary to keep the amount of liquid supplied and tracked, the speed and the pressure as constant as possible. In the case of narrow films, in particular, which are formed at a small distance from the guide structures, there is also the alternative, however, of operating the reactor according to the invention with a pressure difference and thus making the throughput or the flow adjustable by regulating the pressure. The drive of the liquid can also consist of a combination of gravity and pressure difference or in any other combination of the aforementioned drive options.
Die für die Herstellung des Reaktors geeigneten Materialien sind von der Nutzung bzw. der Art und Weise des Betreibens abhängig. Bevorzugte Materialien für das Reaktorgehäuse und mit Flüssigkeit oder Gas in Berührung kommende Bauteile sind Edelstahl und besonders bevorzugt höherwertige Stahlsorten, die eine breite Palette von möglichen Einsatzbedingungen erfüllen, wie Temperaturen von -200°C bis 800°C oder Unterdrücke von bis zu 105 Pa bzw. Überdrücke von bis zu 107 Pa oder mehr. Auch für eine Vielzahl von Flüssigkeiten bzw. Gasen sind Edelstahl und höherwertige Stahlsorten geeignet.The materials suitable for the manufacture of the reactor depend on the use or the type of operation. Preferred materials for the reactor housing and components that come into contact with liquid or gas are stainless steel and particularly preferably higher-grade steel grades that meet a wide range of possible operating conditions, such as temperatures from -200 ° C. to 800 ° C. or negative pressures of up to 10 5 Pa or pressures of up to 10 7 Pa or more. Stainless steel and high-quality steel grades are also suitable for a large number of liquids or gases.
Für einfache Anwendungen, wie die Abbildung von Flüssigkeitsfilmen oder Tropfenablaufsimulationen usw., die ebenfalls mit dem erfindungsgemäßen Reaktor durchgeführt werden können, sind Plexiglas oder andere durchsichtige Materialien für das Reaktorgehäuse und andere Bauteile geeignet, wenn die erzielten Temperaturen und die übrigen Bedingungen die Verwendung solcher Materialien zulassen.For simple applications, such as the imaging of liquid films or droplet simulation, etc., which can also be carried out with the reactor according to the invention, plexiglass or other transparent materials for the reactor housing and other components are suitable if the temperatures achieved and the other conditions make use of such materials allow.
Eine weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Reaktors sind Screen- ingtechnologien, wie das Auffinden von Katalysatoren für chemische Reaktionen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors sind daher die Führungsstrukturen bzw. Drähte als feste Katalysatoren ausgebildet. Hierbei bestehen die Führungsstruktu- ren entweder vollständig aus Katalysatormaterial oder sind zumindest als Träger auf ihrer Oberfläche mit Katalysatormaterial beschichtet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Führungsstrukturen schnell und einfach ausgetauscht und damit verschiedene Katalysatoren getestet werden können. Alternativ können auch verschiedene Führungsstrukturen im gleichen Reaktor unter- schiedliche Katalysatormaterialien aufweisen, so dass Paralleluntersuchungen an verschiedenenA further advantageous application of the reactor according to the invention is screening technologies, such as finding catalysts for chemical reactions. In a further preferred embodiment of the reactor according to the invention, the guide structures or wires are therefore designed as solid catalysts. Here, the guide structures either consist entirely of catalyst material or are at least coated on their surface with catalyst material. Another advantage is that the management structures can be exchanged quickly and easily, so that different catalysts can be tested. Alternatively, different management structures can be placed in the same reactor. have different catalyst materials, so that parallel studies on different
Feststoffkatalysatoren möglich sind.Solid catalysts are possible.
Der erfindungsgemäße Reaktor erlaubt in flexibler Art und Weise Reaktionsbedingungen experi- mentell zu bestimmen bzw. zu simulieren. So lassen sich beispielsweise die für eine bestimmte Reaktion erforderliche Verweilzeit und die Konzentrationen von Reaktanden exakt bestimmen, bevor eine Reaktion im Synthesemaßstab durchgeführt wird. Dies bietet die Möglichkeit, die Bildung von unerwünschten Nebenprodukten zu reduzieren oder zu vermeiden.The reactor according to the invention allows reaction conditions to be determined or simulated experimentally in a flexible manner. For example, the residence time required for a particular reaction and the concentrations of reactants can be exactly determined before a reaction is carried out on a synthetic scale. This offers the possibility of reducing or avoiding the formation of undesired by-products.
In dem erfindungsgemäßen Reaktor lässt sich eine Vielzahl verschiedener Gas/Flüssig-, Flüssig/Flüssig-, Fest/Flüssig- oder nur Flüssig-Reaktionen durchführen. Beispiele für Gas/FIüssig- Reaktionen sind die Fluorierung von Toluol mit Fluorgas oder die Sulfonierung von Aromaten mit Schwefeltrioxid. Beispiele für Flüssig/Flüssig-Reaktionen sind Veresterungen mit zwei Phasen, z. B. nach dem Schotten-Baumann-Verfahren. Beispiele für schnelle Flüssig-Reaktionen sind nu- kleophile Substitutionen, elektrophile Substitutionen, wie Nitrierungen von Aromaten, Veresterungen, Amidierungen etc. Mit besonderem Vorteil lassen sich in dem erfindungsgemäßen Reaktor auch photochemische Reaktionen durchführen. Die spezielle Flüssigkeitsführung gewährleistet dabei eine nahezu 100%ige Verfügbarkeit der Flüssigkeit. Beispiele für photochemische Reaktionen sind Cycloadditionen, Radikalbildung und -Umsetzung oder Dekompositionsreaktionen. Alle hierin aufgeführten Reaktionen und die nachfolgend beschriebenen Anwendungsmöglichkeiten, sind gleichberechtigt mit dem erfindungsgemäßen Reaktor realisierbar bzw. durchführbar. Die hierin beispielhaft ausführlich beschriebene Nutzung des Reaktors für Gas/Flüssig-Reaktionen findet gleichermaßen auch auf alle anderen der oben beschriebenen Reaktionstypen Anwendung. Die beschriebene Gaskomponente kann durch eine oder in speziellen Anwendungen auch durch mehrere nicht mischbare Flüssigphasen bzw. Flüssigkeiten ersetzt sein.A large number of different gas / liquid, liquid / liquid, solid / liquid or only liquid reactions can be carried out in the reactor according to the invention. Examples of gas / liquid reactions are the fluorination of toluene with fluorine gas or the sulfonation of aromatics with sulfur trioxide. Examples of liquid / liquid reactions are esterifications with two phases, e.g. B. according to the Schotten-Baumann method. Examples of rapid liquid reactions are nucleophilic substitutions, electrophilic substitutions, such as nitration of aromatics, esterifications, amidations, etc. Photochemical reactions can also be carried out with particular advantage in the reactor according to the invention. The special liquid flow ensures almost 100% availability of the liquid. Examples of photochemical reactions are cycloadditions, radical formation and conversion or decomposition reactions. All reactions listed here and the possible uses described below can be implemented or carried out on an equal footing with the reactor according to the invention. The use of the reactor for gas / liquid reactions described in detail herein by way of example also applies to all other of the reaction types described above. The gas component described can be replaced by one or, in special applications, by several immiscible liquid phases or liquids.
Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Reaktors werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einiger Beispiele und der dazugehörigen Figuren deutlich.Further advantages, features and embodiments of the reactor according to the invention will become apparent from the following description of some examples and the associated figures.
Figuren 1a, 1 b zeigen schematische perspektivische Ansichten verschiedener Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Reaktors.Figures 1a, 1b show schematic perspective views of various embodiments of the reactor according to the invention.
Figuren 2a, 2b zeigen schematische Ansichten alternativer Ausführungsformen von Halte- einrichtungen für Führungsstrukturen im Reaktor von oben. Figur 2c zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform einer Halteeinrichtung für die Führungsstrukturen in dem Reaktor von vorne.Figures 2a, 2b show schematic views of alternative embodiments of holding devices for guide structures in the reactor from above. FIG. 2 c shows a schematic view of a further alternative embodiment of a holding device for the guide structures in the reactor from the front.
Figur 3 zeigt eine schematische Teilansicht von zwei erfindungsgemäßen Führungsstrukturen mit dazwischen aufgespanntem Flüssigkeitsfilm.FIG. 3 shows a schematic partial view of two guide structures according to the invention with a liquid film stretched between them.
Figuren 4a bis f zeigen Draufsichten auf die Führungsstrukturen aus Figur 3 mit verschiedenen herstellbaren Formen des Flüssigkeitsfilms bzw. Tropfens.FIGS. 4a to f show top views of the guide structures from FIG. 3 with different forms of the liquid film or drop that can be produced.
Figuren 5a bis m zeigen Querschnittsansichten verschiedener erfindungsgemäßer Führungsstrukturen von oben.Figures 5a to m show cross-sectional views of various guide structures according to the invention from above.
Figur 6 zeigt verschiedene Ansichten von als Hohlprofil ausgebildeten Führungsstrukturen.FIG. 6 shows various views of guide structures designed as a hollow profile.
Figuren 7a bis d zeigen verschiedene alternative Verlaufsformen der Führungsstrukturen über ihrer Länge.FIGS. 7a to d show various alternative forms of the guide structures over their length.
Figuren 8a, 8b zeigen alternative Anordnungen der erfindungsgemäßen Führungsstrukturen.Figures 8a, 8b show alternative arrangements of the guide structures according to the invention.
Figuren 9a, 9b zeigen weitere alternative Anordnungen der erfindungsgemäßen Führungsstrukturen.FIGS. 9a, 9b show further alternative arrangements of the guide structures according to the invention.
Figur 10 zeigt eine schematische Darstellung zur Neigungseinstellung des Reaktors.Figure 10 shows a schematic representation of the inclination adjustment of the reactor.
Figuren 11a, 11b zeigen Anwendungen für den erfindungsgemäßen Reaktor.Figures 11a, 11b show applications for the reactor according to the invention.
Figur 12 zeigt eine beispielhafte Darstellung einer weiteren alternativen Anwendung für den erfindungsgemäßen Reaktor.FIG. 12 shows an example of a further alternative application for the reactor according to the invention.
Figur 13 zeigt verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Führungsstrukturen mit oberflächenmodifizierten Bereichen.FIG. 13 shows various embodiments of guide structures according to the invention with surface-modified areas.
Figur 1a zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Führungsstrukturreaktors 1 mit einem Reaktorgehäuse, welches eine Flüssigkeitseinlaßeinheit 2, Reaktorseitenwände 2' und eine Flüssigkeitsauslaßeinheit 2" umfaßt. Der Reaktor 1 ist in Figur 1a geöffnet mit Blick in den Reaktorraum 7 dargestellt. Die Flüssigkeitseinlaßeinheit 2 des Reaktorgehäuses weist eine Flüssigkeitseinlaßöffnung 4 für das Einleiten von Flüssigkeit 3 in das Gehäuse auf. Unterhalb der Flüssigkeitseinlaßeinheit sind in dem Reaktorgehäuse Führungs- strukturhalteteile 12 angeordnet, an denen die bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 als Drähte ausgebildeten Führungsstrukturen 6 befestigt sind. Die Führungsstrukturen 6 erstrecken sich in dem Reaktionsraum 7 vom Flüssigkeitseinlaß in Richtung des Flüssigkeitsauslasses und können am Flüssigkeitsauslaß ebenfalls an entsprechenden Halteteilen oder an der Flüssigkeitsauslasseinheit befestigt sein. Sie können aber auch frei herabhängen. Die Führungsstrukturhalteteile 12 weisen Verteileröffnungen 5 auf, durch welche die eingeleitete Flüssigkeit 3 den Führungsstruktu- ren 6 zugeleitet wird. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 1a sind die Führungsstrukturen 6 im wesentlichen parallel und mit gleichen Abständen zueinander angeordnet. Die Verteileröffnungen 5 sind jeweils im wesentlichen mittig über dem Abstand zwischen zwei Führungsstrukturen angeordnet. Flüssigkeit 3, die durch die Flüssigkeitseinlaßöffnung 4 in das Reaktorgehäuse eingeleitet wird, verteilt sich zunächst über dem plattenförmig ausgebildeten Führungsstrukturhalteteil 12 und fließt dann durch die Verteileröffnungen 5 in dem Führungsstrukturhalteteil 12 zu den Führungsstrukturen 6. Aufgrund der vertikalen Anordnung des Reaktors 1 und der Zuführung der Flüssigkeit 3 von oben wird die Flüssigkeit bei der Ausführungsform gemäß Figur 1a im wesentlichen durch die Schwerkraft angetrieben. Nach dem Austritt der Flüssigkeit 3 aus den Verteileröffnungen 5 wird die Flüssigkeit aufgrund der Adhäsionskräfte zunächst einmal an der Unterseite des Füh- rungsstrukturhalteteils 12 und dann zu den jeweils benachbarten Führungsstrukturen unterhalb einer Verteileröffnung 5 geleitet. An den Flüssigkeitsstrukturen 6 spannt sich aufgrund der Adhäsionskräfte und der Oberflächenspannung der Flüssigkeit zwischen benachbarten Führungsstrukturen 6 ein Flüssigkeitsfilm 3a auf, der von der Schwerkraft angetrieben herab durch den Reaktionsraum 7 in Richtung der Flüssigkeitsauslaßeinheit 2" strömt.FIG. 1a shows a schematic perspective view of an embodiment of the guide structure reactor 1 according to the invention with a reactor housing which comprises a liquid inlet unit 2, reactor side walls 2 'and a liquid outlet unit 2 ". The reactor 1 is shown open in FIG. 1a with a view into the reactor space 7. The liquid inlet unit 2 of the reactor housing has a liquid inlet opening 4 for the introduction of liquid 3 into the housing. Below the liquid inlet unit, guide structure holding parts 12 are arranged in the reactor housing, to which the guide structures 6 designed as wires in the embodiment according to FIG. 1 are fastened. The guide structures 6 extend in the reaction space 7 from the liquid inlet in the direction of the liquid outlet and can also be fastened to corresponding holding parts or to the liquid outlet unit at the liquid outlet. You can also hang down freely. The guide structure holding parts 12 have distributor openings 5, through which the introduced liquid 3 is fed to the guide structures 6. In the embodiment according to FIG. 1a, the guide structures 6 are arranged essentially parallel and at equal distances from one another. The distributor openings 5 are each arranged essentially centrally over the distance between two guide structures. Liquid 3, which is introduced into the reactor housing through the liquid inlet opening 4, first distributes itself over the plate-shaped guide structure holding part 12 and then flows through the distributor openings 5 in the guide structure holding part 12 to the guide structures 6. Due to the vertical arrangement of the reactor 1 and the feed of the Liquid 3 from above, the liquid in the embodiment according to FIG. 1a is driven essentially by gravity. After the liquid 3 has emerged from the distributor openings 5, the liquid is first guided on the underside of the guide structure holding part 12 due to the adhesive forces and then to the respectively adjacent guide structures below a distributor opening 5. Due to the adhesive forces and the surface tension of the liquid, a liquid film 3a spans on the liquid structures 6 and flows down through the reaction space 7 in the direction of the liquid outlet unit 2 ″ driven by gravity.
Das Reaktorgehäuse der Ausführungsform gemäß Figur 1 weist an den Seitenwänden jeweils zwei Reaktionsgaseinlaßöffnungen 10, 10' und zwei Reaktionsgasauslaßöffnungen 11, 11' auf. In der beispielhaften Darstellung gemäß Figur 1a wird ein Reaktionsgas 9 durch die Reaktionsgaseinlaßöffnung 10 in das Reaktorgehäuse in den Reaktionsraum 7 eingeleitet und durch die in ver- tikaler Richtung tiefer angeordnete Reaktionsgasauslaßöffnung 11' abgeführt. In diesem Beispiel sind die Öffnungen 10' und 11 verschlossen, jedoch können der Gaseinlaß und der Gasauslaß auch an beliebigen Kombinationen der Öffnungen 10, 10', 11 und 11' erfolgen. Es können auch beispielsweise verschiedene Gase durch die Reaktionsgaseinlaßöffnungen 10 bzw. 10' gleichzeitig oder nacheinander eingeführt und durch die Reaktionsgasauslaßöffnungen 11 bzw. 11' abge- führt werden. Anstelle eines Reaktionsgases 9 kann auch ein inertes Gas als Schutzgas eingeleitet werden. Am unteren Ende des Reaktorgehäuses befindet sich die Flüssigkeitsauslaßeinheit 2". Figur 1a zeigt hiervon zwei verschiedene Ausführungsvarianten. Die in der linken Hälfte der Abbildung dargestellte Flüssigkeitsauslaßeinheit 2" ist im Inneren des Reaktors mit schräg in Richtung einer einzigen mittig angeordneten Flüssigkeitsauslaßöffnung 4' zusammenlaufenden Innenflächen ver- sehen. Die in der rechten Hälfte der Abbildung dargestellte Flüssigkeitsauslaßeinheit 2" (alternative Ausführungsform) weist mehrere Flüssigkeitsauslaßöffnungen 4" unmittelbar unterhalb der einzelnen Führungsstrukturen 6 auf. Nachdem die Flüssigkeit 3 bzw. der Flüssigkeitsfilm 3a den Reaktionsraum 7 durchlaufen hat, wobei beispielsweise eine Umsetzung mit dem Reaktionsgas 9 stattgefunden hat, wird die Flüssigkeit an der Flüssigkeitsauslaßeinheit 2" je nach Ausführungs- form durch die Flüssigkeitsauslassöffnung/en 4' bzw. 4" abgeführt.The reactor housing of the embodiment according to FIG. 1 has two reaction gas inlet openings 10, 10 'and two reaction gas outlet openings 11, 11' on the side walls. In the exemplary illustration according to FIG. 1 a, a reaction gas 9 is introduced through the reaction gas inlet opening 10 into the reactor housing into the reaction space 7 and is discharged through the reaction gas outlet opening 11 ′ which is arranged vertically lower. In this example, the openings 10 'and 11 are closed, but the gas inlet and the gas outlet can also take place at any combination of the openings 10, 10', 11 and 11 '. For example, different gases can also be introduced through the reaction gas inlet openings 10 or 10 'simultaneously or in succession and discharged through the reaction gas outlet openings 11 or 11'. Instead of a reaction gas 9, an inert gas can also be introduced as a protective gas. The liquid outlet unit 2 "is located at the lower end of the reactor housing. FIG. 1a shows two different variants thereof. The liquid outlet unit 2" shown in the left half of the figure is ver inside the reactor with inner surfaces converging obliquely in the direction of a single centrally arranged liquid outlet opening 4 ' - see. The liquid outlet unit 2 "(alternative embodiment) shown in the right half of the figure has a plurality of liquid outlet openings 4" immediately below the individual guide structures 6. After the liquid 3 or the liquid film 3a has passed through the reaction space 7, for example a reaction with the reaction gas 9 having taken place, the liquid at the liquid outlet unit 2 "is, depending on the embodiment, through the liquid outlet opening / s 4 'or 4" dissipated.
Figur 1b zeigt eine alternative Ausführungsvariante zu Figur 1a, bei der die Führungsstrukturen 6 alle die gleiche Länge besitzen und an einem unteren Führungsstrukturhalteteil 12' befestigt sind. Das untere Führungsstrukturhalteteil 12' ist entsprechend dem oberen Führungsstrukturhalteteil 12 mit Bohrungen für den Ablauf der Flüssigkeit versehen. Das untere Führungsstrukturhalteteil 12' kann für ein Vorspannen der Führungsstrukturen 6 in vertikaler Richtung verschiebbar sein. Die Flüssigkeitsauslaßeinheit 2" am unteren Ende des Reaktorgehäuses ist in zwei unterschiedlichen Ausführungsvarianten dargestellt. Beide Ausführungsvarianten sind im Inneren des Reaktors mit schräg in Richtung einer einzigen mittig angeordneten Flüssigkeitsauslaßöffnung 4' zusammenlau- fenden Innenflächen versehen. Die in der linken Hälfte der Abbildung dargestellte Ausführungsvariante weist eine steiler verlaufende Schräge zur Flüssigkeitsauslaßöffnung 4' hin auf als die in der rechten Hälfte der Abbildung dargestellte Flüssigkeitsauslaßeinheit 2" (alternative Ausführungsform).Figure 1b shows an alternative embodiment to Figure 1a, in which the guide structures 6 all have the same length and are attached to a lower guide structure holding part 12 '. The lower guide structure holding part 12 ′ is provided with holes for the drainage of the liquid in accordance with the upper guide structure holding part 12. The lower guide structure holding part 12 ′ can be displaceable in the vertical direction for prestressing the guide structures 6. The liquid outlet unit 2 "at the lower end of the reactor housing is shown in two different design variants. Both design variants are provided in the interior of the reactor with inner surfaces converging obliquely in the direction of a single centrally arranged liquid outlet opening 4 '. The design variant shown in the left half of the figure shows a steeper slope towards the liquid outlet opening 4 'than the liquid outlet unit 2 "shown in the right half of the figure (alternative embodiment).
Die Figuren 2a und 2b zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen von Führungsstrukturhalte- teilen 12a und 12b mit jeweils daran befestigten Führungsstrukturen 6, wobei jeweils die Füh- rungsstrukturhalteteile 12b in Richtung der in den Figuren dargestellten Pfeile beweglich angeordnet sind. Durch die Bewegung der Führungsstrukturhalteteile 12b läßt sich die Position der daran befestigten Führungsstrukturen gegenüber den an den Führungsstrukturhalteteilen 12a befestigten Führungsstrukturen verändern. Das Führungsstrukturhalteteil 12b aus Figur 2a ist senkrecht zum Führungsstrukturhalteteil 12a von diesem weg bzw. zu diesem hin bewegbar, wodurch sich der Abstand der einander gegenüberliegenden Führungsstrukturen 6 variabel einstellen läßt. Für die Bewegbarkeit der Führungsstrukturhalteteile 12b sind Einstellmechanismen 13 daran vorgesehen. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2b ist das Führungsstrukturhalteteil 12b parallel zu dem Führungsstrukturhalteteil 12a verschiebbar ausgebildet. Durch einen entsprechenden Einstellmechanismus, dessen Konstruktion im Bereich des handwerklichen Könnens des Fachmanns liegt, lassen sich auch beide Bewegungsrichtungen gleichzeitig realisieren (nicht dargestellt). Durch die Veränderung der Position des beweglichen Führungsstrukturhalteteils 12b bzw. der daran befe- stigten Führungsstrukturen 6 gegenüber den Führungsstrukturen 6 am FührungsstrukturhalteteilFIGS. 2a and 2b show two different embodiments of guide structure holding parts 12a and 12b, each with guide structures 6 fastened thereon, wherein the guide structure holding parts 12b are each arranged to be movable in the direction of the arrows shown in the figures. By moving the guide structure holding parts 12b, the position of the guide structures attached to them can be changed in relation to the guide structures attached to the guide structure holding parts 12a. The guide structure holding part 12b from FIG. 2a can be moved perpendicularly to or away from the guide structure holding part 12a, as a result of which the distance between the guide structures 6 lying opposite one another can be variably adjusted. Adjustment mechanisms 13 are provided thereon for the mobility of the guide structure holding parts 12b. In the embodiment according to FIG. 2b, the guide structure holding part 12b is designed to be displaceable parallel to the guide structure holding part 12a. By means of an appropriate adjustment mechanism, the construction of which lies within the range of the skilled person's skill in the art, both directions of movement can also be realized simultaneously (not shown). By changing the position of the movable guide structure holding part 12b or of the parts steigen management structures 6 compared to the management structures 6 on the management structure holding part
12a lassen sich Form und Dicke der zwischen benachbarten Führungsstrukturen 6 ausgebildeten12a, the shape and thickness of the guide structures 6 formed between adjacent ones can be made
Flüssigkeitsfilme verändern.Change liquid films.
Figur 2c zeigt von vorne zwei Führungsstrukturen 6 mit dazwischen strömendem Flüssigkeitsfilm 3a, wobei die Führungsstrukturen 6 an Führungsstrukturhalteteilen 12a, 12b, 12c und 12d befestigt sind. Die Führungsstrukturhalteteile 12b und 12d lassen sich in der in Figur 2c horizontalen Richtung gegenüber den Führungsstrukturhalteteilen 12a und 12c verschieben, was durch entsprechende Doppelpfeile dargestellt ist, welche Einstellmechanismen 13 repräsentieren. Darüber hinaus lassen sich die Führungsstrukturhalteteile 12c und 12d in vertikaler Richtung Y verschieben, wodurch sich die Vorspannung der Führungsstrukturen 6 verändern läßt.FIG. 2c shows from the front two guide structures 6 with liquid film 3a flowing in between, the guide structures 6 being fastened to guide structure holding parts 12a, 12b, 12c and 12d. The guide structure holding parts 12b and 12d can be displaced in the horizontal direction in FIG. 2c relative to the guide structure holding parts 12a and 12c, which is represented by corresponding double arrows which represent adjustment mechanisms 13. In addition, the guide structure holding parts 12c and 12d can be displaced in the vertical direction Y, as a result of which the prestressing of the guide structures 6 can be changed.
Figur 3 ist eine schematische Teilansicht zweier Führungsstrukturen 6 mit daran entlangströmender Flüssigkeit 3, die aufgrund von Adhäsionskräften an den Führungsstrukturen 6 haftet und zwi- sehen diesen einen Flüssigkeitsfilm 3a aufspannt. Die Länge L der Führungsstrukturen 6 ist variabel wählbar, und der Abstand X zwischen diesen Führungsstrukturen ist frei einstellbar. Figur 3 verdeutlicht, wie ein Reaktionsgas 9 die an den Führungsstrukturen 6 entlangströmende Flüssigkeit 3 und den dazwischen aufgespannten Flüssigkeitsfilm 3a allseitig anströmen kann.FIG. 3 is a schematic partial view of two guide structures 6 with liquid 3 flowing along them, which adheres to the guide structures 6 due to adhesive forces and between which they stretch a liquid film 3a. The length L of the guide structures 6 can be selected variably, and the distance X between these guide structures is freely adjustable. FIG. 3 illustrates how a reaction gas 9 can flow on all sides of the liquid 3 flowing along the guide structures 6 and the liquid film 3a stretched between them.
Figur 4 zeigt eine Draufsicht zweier Führungsstrukturen 6, wie sie in Figur 3 dargestellt sind. Die Figuren 4a bis f verdeutlichen verschiedene mögliche Formen, welche die Flüssigkeit als Flüssigkeitsfilm 3a (Figuren 4a bis d) bzw. als Tropfen (Figuren 4e und f) annehmen kann. Die Form des Flüssigkeitsfilmes 3a bzw. die Ausbildung von Tropfen werden maßgeblich vom Abstand der Führungsstrukturen 6 und den Eigenschaften der Flüssigkeit selbst, wie Viskosität, Dichte, Kapillar- kräfte und Oberflächenspannung, beeinflußt. Des weiteren beeinflußt das Material der Führungsstrukturen und dessen Oberflächenrauheit die Ausbildung des Flüssigkeitsfilmes bzw. der Tropfen. Figur 4a zeigt eine konkave Form des Flüssigkeitsfilmes 3a. Figur 4b zeigt eine gewölbte Form des Flüssigkeitsfilmes 3a, die sowohl hängend als auch aufliegend transportiert werden kann. Figur 4c zeigt einen Flüssigkeitsfilm mit im wesentlichen parallelen einander gegenüberliegenden Flüssigkeitsoberflächen. Figur 4d zeigt eine ovale Form des Flüssigkeitsfilmes 3a. Figur 4e zeigt die Tropfenführung zwischen zwei Führungsstrukturen, wobei die Tropfen auf den Führungsstrukturen aufliegend oder an diesen hängend transportiert werden können. Figur 4f zeigt die Tropfenführung an nur einer Führungsstruktur.FIG. 4 shows a top view of two guide structures 6, as shown in FIG. 3. FIGS. 4a to f illustrate various possible forms which the liquid can take as liquid film 3a (FIGS. 4a to d) or as drops (FIGS. 4e and f). The shape of the liquid film 3a or the formation of drops are significantly influenced by the distance between the guide structures 6 and the properties of the liquid itself, such as viscosity, density, capillary forces and surface tension. Furthermore, the material of the guide structures and its surface roughness influences the formation of the liquid film or the drops. Figure 4a shows a concave shape of the liquid film 3a. Figure 4b shows a curved shape of the liquid film 3a, which can be transported both hanging and lying on. FIG. 4c shows a liquid film with essentially parallel liquid surfaces lying opposite one another. Figure 4d shows an oval shape of the liquid film 3a. FIG. 4e shows the droplet guidance between two guiding structures, wherein the droplets can be transported lying on the guiding structures or hanging on them. FIG. 4f shows the droplet guidance on only one guidance structure.
Figur 5a bis m zeigt verschiedene erfindungsgemäß geeignete Führungsstrukturen im Querschnitt von oben. Die erfindungsgemäß besonders bevorzugte Form ist der kreisförmige Querschnitt (Figur 5a). Weitere geeignete Formen sind ein quadratisches Querschnittsprofil (Figur 5b), ein sechseckiges Querschnittsprofil (Figur 5c), ein rechteckiges Querschnittsprofil (Figur 5e), eine Rautenform (Figur 5f), eine elliptische oder ovale Form (Figur 5g) oder eine Dreiecksform (Figur5a to m show various guide structures suitable according to the invention in cross section from above. The shape which is particularly preferred according to the invention is the circular cross section (FIG. 5a). Other suitable shapes are a square cross-sectional profile (Figure 5b), a hexagonal cross-sectional profile (Figure 5c), a rectangular cross-sectional profile (Figure 5e), a Diamond shape (Figure 5f), an elliptical or oval shape (Figure 5g) or a triangular shape (Figure
5h). Eine runde Form mit einem Steg (Figur 5d) kann bei zwei benachbarten Führungsstrukturen geeignet sein, um den Flüssigkeitsfilm sehr dünn bis zu wenigen Mikrometern Dicke einstellen zu können. Die Anströmfläche für das Gas auf den Flüssigkeitsfilm kann hier beidseitig etwa waag- recht eingestellt werden. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5i sind drei gleichmäßig verteilte5h). A round shape with a web (FIG. 5d) can be suitable for two adjacent guide structures in order to be able to set the liquid film very thinly down to a few micrometers in thickness. The inflow surface for the gas on the liquid film can be set approximately horizontally on both sides. In the embodiment according to FIG. 5i, three are evenly distributed
Stege um einen gemeinsamen Mittelpunkt um 120° versetzt angeordnet. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5k, welche derjenigen aus Figur 5i ähnelt, sind die Stege mittig nochmals abgeknickt.Bridges are staggered around a common center by 120 °. In the embodiment according to FIG. 5k, which is similar to that from FIG. 5i, the webs are bent again in the middle.
Figur 51 zeigt eine Querschnittsform eines gleichmäßigen Rhombus mit runden Ecken und nach innen gewölbten Seitenflächen. Figur 5m zeigt ein Querschnittsprofil mit einer Kreuzform mit abge- rundeten Ecken.FIG. 51 shows a cross-sectional shape of a uniform rhombus with round corners and inwardly curved side faces. FIG. 5 m shows a cross-sectional profile with a cross shape with rounded corners.
Figur 6 zeigt eine erfindungsgemäße alternative Ausführungsform der Führungsstrukturen 6, welche hier als Hohlprofile ausgebildet und auf der linken Seite in Figur 6 im Querschnitt von oben und auf der rechten Seite schematisch im Querschnitt von der Seite dargestellt sind. Zwischen den als Hohlprofile ausgebildeten Führungsstrukturen 6 ist ein herabströmender Flüssigkeitsfilm 3a dargestellt. Zur Beheizung der Führungsstrukturen 6 kann der Hohlraum darin mit einem flüssigen oder gasförmigen Heiz- oder Kühlmedium 14 durchströmt werden. Zusätzlich oder alternativ dazu können in dem Hohlraum einiger der Führungsstruktüren 6 Sensoren 15, wie Drucksensoren oder Temperatursensoren, untergebracht sein.FIG. 6 shows an alternative embodiment of the guide structures 6 according to the invention, which here is designed as a hollow profile and is shown on the left side in FIG. 6 in cross section from above and on the right side schematically in cross section from the side. A flowing down liquid film 3a is shown between the guide structures 6 designed as hollow profiles. To heat the guide structures 6, a liquid or gaseous heating or cooling medium 14 can flow through the cavity therein. Additionally or alternatively, sensors 15, such as pressure sensors or temperature sensors, can be accommodated in the cavity of some of the guide structures 6.
Die Figuren 7a bis d zeigen alternative Anordnungen der Führungsstrukturen für eine parallele Führung (Figur 7a), eine zickzackförmige Führung (Figur 7b), eine kurvenförmige Führung (Figur 7c) und eine schraubenförmige Führung (Figur 7d) des Flüssigkeitsfilmes. Die Führungswege gemäß den Figuren 7b bis d erlauben eine Verweilzeitverlängerung der Flüssigkeit in dem Reaktor durch Verlängerung der Wegstrecke.FIGS. 7a to d show alternative arrangements of the guide structures for a parallel guide (FIG. 7a), a zigzag guide (FIG. 7b), a curved guide (FIG. 7c) and a helical guide (FIG. 7d) of the liquid film. The guide paths according to FIGS. 7b to d permit an extension of the residence time of the liquid in the reactor by lengthening the distance.
In den Figuren 8a und b sind alternative Anordnungen der Führungsstrukturen 6 in Dreiecksanordnung (Figur 8a) bzw. Vierecksanordnung (Figur 8b) dargestellt. Die Abstände der benachbarten, jeweils ein Dreieck bzw. ein Viereck bildenden Führungsstrukturen 6 sind im wesentlichen gleich, so daß sich zwischen allen benachbarten Führungsstrukturen mit gleichen Abständen Flüssigkeitsfilme 3a aufspannen und dabei einen von Flüssigkeit umgebenen Kanal ausbilden. Die Flüssigkeitsfilme werden von außen von einem Gas 9 umströmt, wobei auch in dem von Flüssigkeit gebildeten Kanal ein Gas 9a strömen kann. Die Gase 9 und 9a können gleich oder verschieden sein.FIGS. 8a and b show alternative arrangements of the guide structures 6 in a triangular arrangement (FIG. 8a) and a quadrangular arrangement (FIG. 8b). The distances between the adjacent guide structures 6, each forming a triangle or a quadrilateral, are essentially the same, so that liquid films 3 a span between all adjacent guide structures at equal distances and thereby form a channel surrounded by liquid. A gas 9 flows around the liquid films from the outside, a gas 9a also being able to flow in the channel formed by liquid. The gases 9 and 9a can be the same or different.
Die Figuren 9a und 9b zeigen weitere alternative Anordnungen von Führungsstrukturen 6 in einem Reaktorgehäuse. Gemäß Figur 9a sind mehrere Führungsstrukturen in zwei konzentrischen Kreisen bzw. Vielecken angeordnet, wobei benachbarte Führungsstrukturen 6 eines Kreises im we- sentlichen gleiche Abstände haben und sich jeweils zwischen zwei benachbarten Führungsstrukturen Flüssigkeitsfilme aufspannen. Die Flüssigkeitsfilme sind von Reaktionsgas 9 und 9a umströmt, wobei das in dem Raum zwischen den beiden konzentrischen Kreisen strömende Gas 9a das gleiche oder ein anderes Gas sein kann als das Gas 9. Figur 9b zeigt eine alternative Ausfüh- rungsform, wobei auch die Führungsstrukturhalteteile 12 dargestellt sind.FIGS. 9a and 9b show further alternative arrangements of guide structures 6 in a reactor housing. According to FIG. 9a, a plurality of guide structures are arranged in two concentric circles or polygons, adjacent guide structures 6 of a circle being arranged in a have substantially the same distances and each stretch liquid films between two adjacent guide structures. Reaction gas 9 and 9a flow around the liquid films, gas 9a flowing in the space between the two concentric circles being the same or a different gas than gas 9. FIG. 9b shows an alternative embodiment, the guide structure holding parts 12 also being shown are shown.
Figur 10 ist eine schematische Darstellung der stufenlosen Neigungseinstellung des erfindungsgemäßen Reaktors 1 um eine Drehachse 16, wobei der Reaktor 1 auf der linken Seite in Figur 10 vertikal und auf der rechten Seite in Figur 10 horizontal angeordnet ist. Jeder Neigungswinkel zwi- sehen 0° und 90° zur Horizontalen ist einstellbar. Auf diese Weise läßt sich die Flüssigkeitsführung in dem Reaktor, insbesondere der Einfluß der Schwerkraft auf den Antrieb der Flüssigkeit, variieren.FIG. 10 is a schematic illustration of the stepless inclination adjustment of the reactor 1 according to the invention about an axis of rotation 16, the reactor 1 being arranged vertically on the left side in FIG. 10 and horizontally on the right side in FIG. Any angle of inclination between 0 ° and 90 ° to the horizontal can be set. In this way, the liquid flow in the reactor, in particular the influence of gravity on the drive of the liquid, can be varied.
Figur 11a zeigt schematisch die Anordnung mehrerer erfindungsgemäßer Reaktoren 1 , wobei zwei parallel angeordnete Reaktoren 1 , gefolgt von einer Mischeinheit 17 und einem sich daran anschließenden weiteren Reaktor 1 dargestellt sind. Diese Reaktoren 1 können gleich oder unabhängig voneinander mit gleichen oder verschiedenen Antriebsmöglichkeiten für die zugeführten Flüssigkeiten bzw. Medien betrieben werden.FIG. 11a schematically shows the arrangement of a plurality of reactors 1 according to the invention, two reactors 1 arranged in parallel, followed by a mixing unit 17 and a further reactor 1 adjoining them being shown. These reactors 1 can be operated identically or independently of one another with the same or different drive options for the liquids or media supplied.
Figur 11 b zeigt zwei in Reihe angeordnete erfindungsgemäße Reaktoren 1 , deren Neigung über Drehachsen 16 individuell verstellbar ist.FIG. 11 b shows two reactors 1 according to the invention arranged in a row, the inclination of which can be individually adjusted via axes of rotation 16.
Figur 12 zeigt eine Gesamtanordnung, bei der eine oder mehrere, gleiche oder verschiedene flüssige Medien L1 , L2 über Druckwächter 18 zu einer Mischeinheit 17 transportiert und anschließend in den erfindungsgemäßen Reaktor eingeleitet werden. Dem Reaktor können Reaktionsgase oder Reaktionsflüssigkeiten über die Ein- und Auslaßöffnungen g1 bis g6 zu- bzw. abgeführt werden. Nach Austritt der umgesetzten Flüssigkeit wird diese einer Verweilerstrecke 19 und anschließend über Ventile 20 einem Gaschromatographen 21 zugeführt. Ein nachgeschalteter Druckwächter 18 kann hierbei eine Steuerfunktion übernehmen, um gegebenenfalls die Flüssigkeitszuführungen zu nachgeschalteten Anordnungen zu steuern.FIG. 12 shows an overall arrangement in which one or more, identical or different liquid media L1, L2 are transported via pressure monitors 18 to a mixing unit 17 and are subsequently introduced into the reactor according to the invention. Reaction gases or reaction liquids can be supplied to or removed from the reactor via the inlet and outlet openings g1 to g6. After the converted liquid has escaped, it is fed to a residence zone 19 and then to a gas chromatograph 21 via valves 20. A downstream pressure switch 18 can take over a control function in order to control the liquid feeds to downstream arrangements, if necessary.
Figur 13 zeigt verschiedene Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Führungsstrukturen 6 mit Bereichen unterschiedlicher Benetzbarkeit 22, 23 für die eingesetzte Flüssigkeit. Die Bereiche besserer Benetzbarkeit 22 erstrecken sich in Bahnen über die gesamte Länge der Führungsstruk- turen 6. Dazwischen verlaufen Bereiche schlechterer Benetzbarkeit 23. Figur 13a zeigt eine Führungsstruktur 6 mit nur einer Bahn besserer Benetzbarkeit 22 von vorne und von oben. Entsprechend zeigt Figur 13 eine Führungsstruktur 6 mit mehreren parallel angeordneten Bahnen besserer Benetzbarkeit 22 von vorne und von oben. Zwischen benachbarten Führungsstrukturen 6 spannen sich Flüssigkeitsfilme 3a zwischen den besser benetzbaren Bereichen 22 auf. Die schlechter benetzbaren Bereiche 23 bleiben von Flüssigkeit im wesentlichen frei. Die Ausführungsform gemäß Figur 13b erlaubt auch das Hindurchleiten eines Gases oder einer weiteren Flüssigkeit durch die von zwei Flüssigkeitsfilmen und den benachbarten Führungsstrukturen gebil- deten Kanäle. Es ist klar, dass die Führungsstrukturen gemäß den Figuren 13a und 13b auch auf ihren Rückseiten mit entsprechenden Bahnen 22 und 23 versehen sein können, so dass mehrere Führungsstrukturen hintereinander mit sich dazwischen aufspannenden Flüssigkeitsfilmen angeordnet sein können. Bei der Ausführungsvariante gemäß Figur 13c sind die Führungsstrukturen zusätzlich noch auf angrenzenden Seitenflächen mit Bahnen besserer und schlechterer Benetz- barkeit versehen. Dies erlaubt die Anordnung von vier Führungsstrukturen, wobei sich jeweils zwischen zwei benachbarten Führungsstrukturen Flüssigkeitsfilme unter Ausbildung eines größeren Kanals aufspannen. Durch diesen Kanal kann ein Reaktionsgas oder auch eine Flüssigkeit geleitet werden. FIG. 13 shows various embodiments of guide structures 6 according to the invention with areas of different wettability 22, 23 for the liquid used. The areas of better wettability 22 extend in webs over the entire length of the guide structures 6. In between, areas of poorer wettability run. FIG. 13a shows a guide structure 6 with only one web of better wettability 22 from the front and from above. Correspondingly, FIG. 13 shows a guide structure 6 with a plurality of tracks of better wettability 22 arranged in parallel from the front and from above. Between adjacent management structures 6 stretch liquid films 3a between the more wettable areas 22. The poorly wettable areas 23 remain essentially free of liquid. The embodiment according to FIG. 13b also allows a gas or another liquid to be passed through the channels formed by two liquid films and the adjacent guide structures. It is clear that the guide structures according to FIGS. 13a and 13b can also be provided on their rear sides with corresponding tracks 22 and 23, so that a plurality of guide structures can be arranged one behind the other with liquid films stretching between them. In the embodiment variant according to FIG. 13c, the guide structures are additionally provided with webs of better and poorer wettability on adjacent side surfaces. This allows the arrangement of four guide structures, liquid films stretching between two adjacent guide structures to form a larger channel. A reaction gas or a liquid can be passed through this channel.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
FührungsstrukturreaktorManagement structure reactor
Flüssigkeitseinlasseinheit ' Reaktorseitenwände " FlüssigkeitsauslasseinheitLiquid inlet unit 'reactor side walls' Liquid outlet unit
Flüssigkeit a FlüssigkeitsfilmLiquid a liquid film
Flüssigkeitseinlassöffnung ', 4" FlüssigkeitsauslassöffnungLiquid inlet opening ', 4 "liquid outlet opening
Verteileröffnungendistribution openings
Führungsstrukturmanagement structure
Reaktionsraumreaction chamber
Reaktionsgas 0, 10' Reaktionsgaseinlassöffnungen 1 , 11' Reaktionsgasauslassöffnungen 2, 12' Führungsstrukturhalteteil 3 Einstellmechanismus 4 Heiz- oder Kühlmedium 5 Sensoren 7 Mischeinheit 8 Druckwächter 9 Verweilstrecke 0 Ventil 1 Gaschromatograph 2 oberflächenmodifizierte Bereiche besserer Benetzbarkeit 3 oberflächenmodifizierte Bereiche schlechterer Benetzbarkeit Reaction gas 0, 10 'Reaction gas inlet openings 1, 11' Reaction gas outlet openings 2, 12 'Guide structure holding part 3 Adjustment mechanism 4 Heating or cooling medium 5 Sensors 7 Mixing unit 8 Pressure switch 9 Dwell section 0 Valve 1 Gas chromatograph 2 surface-modified areas with better wettability 3 Surface-modified areas with poorer wettability

Claims

Patentansprüche claims
1. Reaktor mit Führungsstrukturen für die Erzeugung und Leitung von Flüssigkeitsfilmen (3a) oder Flüssigkeitstropfen durch eine Reaktionsstrecke in einem Reaktorgehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstrukturen (6) als Drähte, Stäbe, Strangprofile, Streifen, Bänder oder Hohlprofile ausgebildet sind und sich in dem Reaktorgehäuse von einer Flüssigkeitszuführung in Richtung zu einem Flüssigkeitsauslass erstrecken.1. Reactor with guide structures for the generation and conduction of liquid films (3a) or liquid drops through a reaction path in a reactor housing, characterized in that the guide structures (6) are designed as wires, rods, extruded profiles, strips, strips or hollow profiles and are in extend the reactor housing from a liquid feed towards a liquid outlet.
2. Reaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jeweils wenigstens zwei benach- barte der als Drähte, Stäbe, Strangprofile, Streifen, Bänder oder Hohlprofile ausgebildeten2. Reactor according to claim 1, characterized in that in each case at least two adjacent ones formed as wires, rods, extruded profiles, strips, strips or hollow profiles
Führungsstrukturen (6) im wesentlichen parallel und in einem Abstand zueinander angeordnet sind.Guide structures (6) are arranged essentially parallel and at a distance from one another.
3. Reaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jeweils wenigstens zwei benach- barte der als Drähte, Stäbe, Strangprofile, Streifen, Bänder oder Hohlprofile ausgebildeten3. Reactor according to claim 1, characterized in that in each case at least two neighboring ones formed as wires, rods, extruded profiles, strips, strips or hollow profiles
Führungsstrukturen (6) in Längsrichtung von der Flüssigkeitszuführung in Richtung zu dem Flüssigkeitsauslass mit zunehmendem oder abnehmendem Abstand zueinander angeordnet sind.Guide structures (6) are arranged in the longitudinal direction from the liquid supply towards the liquid outlet with increasing or decreasing distance from one another.
4. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand so gewählt ist, dass die Flüssigkeit zwischen den benachbarten Führungsstrukturen einen zusammenhängenden Flüssigkeitsfilm ausbilden kann.4. Reactor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the distance is selected so that the liquid between the adjacent guide structures can form a coherent liquid film.
5. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum va- riablen Einstellen des Abstandes zwischen benachbarten Führungsstrukturen vorgesehen sind.5. Reactor according to one of claims 1 to 4, characterized in that means are provided for variably adjusting the distance between adjacent guide structures.
6. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstrukturen im Querschnitt senkrecht zur Längsachse eine Kreisform, eine elliptische Form, eine quadratische Form, eine rechteckige Form, eine gleichschenklig oder ungleichschenklig dreieckige Form, eine fünfeckige, eine sechseckige, eine Rautenform, eine gleichmäßige Rhombusform mit gerundeten Ecken und konkav gewölbten Seitenflächen, eine Kreuzform, eine Kreuzform mit gerundeten Ecken oder eine Sternform mit sich radial von einem gemeinsamen Mittelpunkt nach außen erstreckenden Stegen, wobei die Stege gerade, ge- krümmt oder abgeknickt sein können, aufweisen. 6. Reactor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the guide structures in cross section perpendicular to the longitudinal axis have a circular shape, an elliptical shape, a square shape, a rectangular shape, an isosceles or isosceles triangular shape, a pentagonal, a hexagonal, a diamond shape, a uniform rhombus shape with rounded corners and concave sides, a cross shape, a cross shape with rounded corners or a star shape with ribs extending radially outwards from a common center, the ribs being straight, curved or kinked, exhibit.
7. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstrukturen in Längsrichtung von der Flüssigkeitszuführung in Richtung zu dem Flüssigkeitsauslass geradlinig verlaufen.7. Reactor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the guide structures extend in a straight line in the longitudinal direction from the liquid feed in the direction of the liquid outlet.
8. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstrukturen in Längsrichtung von der Flüssigkeitszuführung in Richtung zu dem Flüssigkeitsauslass zick-zack-förmig, gekrümmt oder schraubenförmig verlaufen.8. Reactor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the guide structures in the longitudinal direction from the liquid supply in the direction of the liquid outlet extend in a zigzag shape, curved or helical.
9. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige der Führungsstrukturen in dem Reaktor als Hohlprofile ausgebildet sind.9. Reactor according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least some of the guide structures in the reactor are designed as hollow profiles.
10. Reaktor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einigen der als Hohlprofile ausgebildeten Führungsstrukturen Zuleitungen und Ableitungen für das Hindurchleiten eines Kühl- oder Heizfluides durch die Führungsstrukturen vorgesehen sind.10. Reactor according to claim 9, characterized in that on at least some of the guide structures designed as hollow profiles, feed lines and discharge lines are provided for the passage of a cooling or heating fluid through the guide structures.
11. Reaktor nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einigen der als Hohlprofile ausgebildeten Führungsstrukturen Sensoren, vorzugsweise Drucksensoren und/oder Temperatursensoren, vorgesehen sind.11. Reactor according to one of claims 9 or 10, characterized in that sensors, preferably pressure sensors and / or temperature sensors, are provided in at least some of the guide structures designed as hollow profiles.
12. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstrukturen elektrisch leitend ausgebildet sind und Anschlüsse für das Verbinden der Führungsstrukturen mit einer Stromquelle, wobei jeweils zwei benachbarte Führungsstrukturen entgegengesetzte Polung für das Hindurchleiten eines elektrischen Stromes durch einen zwischen den Führungsstrukturen ausgebildeten Flüssigkeitsfilm aufweisen.12. Reactor according to one of claims 1 to 11, characterized in that the guide structures are electrically conductive and connections for connecting the guide structures to a power source, two adjacent guide structures each having opposite polarity for the passage of an electrical current through one between the guide structures have trained liquid film.
13. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktorgehäuse als geschlossenes Gehäuse ausgebildet ist und Zuleitungen (10) und Ableitungen (11) für das Hindurchleiten von Gas oder Flüssigkeit, vorzugsweise Gas, durch das Reaktorgehäuse aufweist.13. Reactor according to one of claims 1 to 12, characterized in that the reactor housing is designed as a closed housing and has feed lines (10) and discharge lines (11) for the passage of gas or liquid, preferably gas, through the reactor housing.
14. Reaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen (10) und Ableitungen (11) so angeordnet sind, dass ein durch das Reaktorgehäuse hindurchgeleitetes Gas oder eine Flüssigkeit im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der Führungsstrukturen strömt.14. Reactor according to claim 13, characterized in that the feed lines (10) and discharge lines (11) are arranged such that a gas or a liquid passed through the reactor housing flows substantially perpendicular to the longitudinal direction of the guide structures.
15. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Führungsstrukturen in dem Reaktorgehäuse von der Flüssigkeitszuführung in Richtung zu dem Flüssigkeitsauslass bezüglich der Vertikalen abwärts erstrecken. 15. Reactor according to one of claims 1 to 14, characterized in that the guide structures in the reactor housing extend from the liquid feed towards the liquid outlet downwards with respect to the vertical.
16. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstrukturen in dem Reaktorgehäuse von der Flüssigkeitszuführung in Richtung zu dem Flüssigkeitsauslass im wesentlichen vertikal angeordnet sind.16. Reactor according to one of claims 1 to 15, characterized in that the guide structures in the reactor housing are arranged substantially vertically from the liquid feed in the direction of the liquid outlet.
17. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reaktorgehäuse an oder in der Nähe wenigstens einiger, vorzugsweise aller der Führungsstrukturen Vorrichtungen zur Erzeugung eines elektrischen Wechselfeldes vorgesehen sind.17. Reactor according to one of claims 1 to 16, characterized in that devices for generating an alternating electrical field are provided in the reactor housing on or in the vicinity of at least some, preferably all, of the guide structures.
18. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reaktorgehäuse Vorrichtungen zur Erzeugung eines elektrischen Feldes über die Länge der Führungsstrukturen vorgesehen sind.18. Reactor according to one of claims 1 to 17, characterized in that devices for generating an electric field over the length of the guide structures are provided in the reactor housing.
19. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reak- torgehäuse an wenigstens einigen, vorzugsweise allen der Führungsstrukturen Mittel zur19. Reactor according to one of claims 1 to 18, characterized in that means for at least some, preferably all of the guide structures in the reactor housing
Erzeugung eines Temperaturprofils in den Führungsstrukturen über ihre Länge oder zur Erzeugung von lokaler Aufheizung der Führungsstrukturen vorgesehen sind.Generation of a temperature profile in the guide structures over their length or for generating local heating of the guide structures are provided.
20. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reak- torgehäuse an oder in der Nähe wenigstens einiger, vorzugsweise aller der Führungsstrukturen Mittel zur Erzeugung eines Temperaturprofils in der an den Führungsstrukturen entlangströmenden Flüssigkeit oder zur Erzeugung von lokaler Aufheizung der Flüssigkeit vorgesehen sind.20. Reactor according to one of claims 1 to 18, characterized in that means in the reactor housing on or in the vicinity of at least some, preferably all, of the guide structures for generating a temperature profile in the liquid flowing along the guide structures or for producing local heating the liquid are provided.
21. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstrukturen in dem Reaktorgehäuse vorgespannt sind. 21. Reactor according to one of claims 1 to 20, characterized in that the guide structures are biased in the reactor housing.
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