FI67037B

FI67037B - REAKTORBEHAOLLARE

Info

Publication number: FI67037B
Application number: FI833165A
Authority: FI
Inventors: Jouko Ilmari Laine
Original assignee: Jouko Ilmari Laine
Priority date: 1983-09-06
Filing date: 1983-09-06
Publication date: 1984-09-28
Also published as: FI833165A0; FI67037C

Description

1 670371 67037

Reaktorisäi1iö — Reaktorbehäl1 areReactor tank - Reactor tanks

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdannossa lähemmin määriteltyyn reaktorisäi1iöön.The invention relates to a reactor vessel as further defined in the preamble of claim 1.

Reaktoreiden, joissa käsitellään 1-, 2- tai 3-faasi systeemejä (esim. neste, kaasu-neste tai kaasu-neste—kiinteä), sekoitukseen käytettyjä laitteita on kehitetty lukuisia, joita on esitetty kaikissa alan perusjulkaisuissa. Tämän keksinnön kohdetta lähinnä olevia tunnettuja laitteita on selostettu lähemmin seuraavassa.Numerous devices for mixing reactors handling 1-, 2-, or 3-phase systems (e.g., liquid, gas-liquid, or gas-liquid-solid) have been developed and have been described in all major publications in the art. Known devices closest to the subject matter of the present invention are described in more detail below.

Yleisesti käytetty reaktorimal1i on ns. keskiputkel1 a varustettu vertikaalinen lieriömäinen reaktori (esim. Laine, J.; Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev., 18 (1979) 3, 501), jossa keskiputken horisontaalinen pinta-ala on korkeintaan puolet reaktorin koko horisontaalisesta pinta-alasta ja keskiputki on vertikaalisuunnassa yhtenäinen. Keskiputken alapäässä on tavallisesti pumpun juoksupyörän tapainen sekoitin. Reaktorin toimiessa neste pumpataan nopeasti säiliön ulkokehää ylös ja palautetaan keskiputkea tai päinvastoin. Erityisesti moni-faa-sisysteemien sekoitustehokkuus on tällaisissa ratkaisuissa huono johtuen yhdensuuntaisista vert i kaal isi sta -f 1 ui di virtauksista. Reaktoreissa vertikaalinen konsentraatioprotii1i on vähäisempi kuin radiaalinen konsentraatiopro-f i i 1 i . Erityisesti viskooseilla moni-f aasisysteemei 11 ä radiaalinen konsentraat i o-pro-fiili on tavallisesti hyvin suuri, mitä ei pidetä toivottavana.The commonly used reactor model is the so-called a vertical cylindrical reactor with a central tube (e.g. Laine, J .; Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev., 18 (1979) 3, 501), in which the horizontal surface area of the central tube is at most half of the total horizontal surface area of the reactor and the central tube is uniform in the vertical direction. The lower end of the center tube usually has a mixer like a pump impeller. When the reactor is operating, the liquid is quickly pumped up the outer circumference of the tank and returned to the center tube or vice versa. In particular, the mixing efficiency of multi-phase internal systems is poor in such solutions due to the parallel vertical and vertical flows. In reactors, the vertical concentration profile is less than the radial concentration profile. Particularly in viscous multiphase systems, the radial concentration profile is usually very high, which is not considered desirable.

Tunnetaan myös konstruktio (Brauer, H.; Ger. Chem. Eng., 4 (1981) 3, 144), jossa horisontaaliseen säiliöön on sijoitettu kaksi erillistä potkurisekoitinta keskiputkien sisään. Keski-putkien halkaisijat ovat puolet reaktorin hai kaisijasta. Reaktori vaatii kaksi käyttölaitetta, eikä siihen voida muodostaa enempää kuin kaksi sekoitusvyöhykettä. Reaktorissa nesteen palautus tapahtuu samaan sekoitusvyöhykkeeseen, mistä se on lähtenyt .A construction is also known (Brauer, H .; Ger. Chem. Eng., 4 (1981) 3, 144) in which two separate propeller agitators are placed inside the center tubes in a horizontal tank. The diameters of the central tubes are half that of the reactor. The reactor requires two actuators and no more than two mixing zones can be formed. In the reactor, the liquid is returned to the same mixing zone from which it originated.

Toinen yleisesti käytetty reaktorimal1i on korkea lieriömäinen pystysuora säiliö, jonka keskiviivalla on yksi sekoitinakseli, johon on kiinnitetty useita sekoitinelimiä. Tällaisessa systeemissä, joka yleensä on varustettu voimakkaan radiaalisen 2 67037 nesteliikkeen aikaansaavilla sekoittimi 11 a, erityisesti ns. levyturbiinisekoittimella, voidaan suorittaa näennäisesti tehokas homogenisoi nti. Toisaalta reaktoriin muodostuu helposti suuri vertikaalinen konsentraat i opro-f i i 1 i , koska sekoitusvyö-hykkeen (yhden sekoitinelimen aiheuttaman tehokkaan sekoitus-tilavuuden) sisäinen virtauskierto on jopa 50 kertainen vyöhykkeiden väliseen virtaukseen verrattuna. Haluttaessa täydellistä sekoitusta, tällainen säiliö on epäedullinen edellä mainitusta syystä.Another commonly used reactor model is a high cylindrical vertical tank with a single agitator shaft in the centerline to which a plurality of agitator members are attached. In such a system, which is generally equipped with a stirrer 11a which produces a strong radial fluid movement, 67037. with a plate turbine mixer, a seemingly efficient homogenization can be performed. On the other hand, a large vertical concentrate is easily formed in the reactor, because the internal flow circulation of the mixing zone (effective mixing volume caused by one mixing member) is up to 50 times the flow between the zones. If complete mixing is desired, such a container is disadvantageous for the reason mentioned above.

Yleisesti tiedetään, että reaktoritekniikassa on sekoituksen hyvyydellä (reaktorin -konsentraatioprofii1i11 a) suuri merkitys tuotteen laadulle, reaktorihyötysuhteel1 e ja siten koko laitteiston toiminnan hyvyydelle. Yllättäen on havaittu, että pa-tentt i vaati muksen 1 johdannossa esitettyä laitetta kehittämällä voidaan konstruoida tämän keksinnön tunnusmerkkien mukainen reaktori, jossa ideaalista sekoitusta haluttaessa mainitut epäkohdat poistuvat. Tämä aikaansaadaan pääasiassa siten, että säiliön vaipan lähellä on ainakin yksi päistään avoin virtauksen ohjauselin tai vastaava, joka säiliön sisältä katsottuna peittää ainakin osan säiliön vaipasta, ja joka yksin ja / tai yhdessä säiliön vaipan kanssa muodostaa ainakin yhden virtaus-kanavan, jossa tapahtuu sekoittimien aiheuttamien virtaspai-neiden avulla nesteen tai lietteen vertikaalista siirtymistä sekoitusvyöhykkeiden välillä ainakin yhden eri sekoitusvyöhyk-keiden välillä olevan pasiivisen virtaustason ohi.It is generally known that in reactor technology, the goodness of mixing (reactor concentration profile) is of great importance for the quality of the product, the reactor efficiency and thus the good operation of the entire plant. Surprisingly, it has been found that by developing the apparatus set out in the preamble of claim 1, a reactor according to the features of the present invention can be constructed in which, if ideal mixing is desired, said drawbacks are eliminated. This is achieved mainly by having at least one end-open flow control member or the like near the tank jacket which, when viewed from inside the tank, covers at least a part of the tank jacket and which alone and / or together with the tank jacket forms at least one flow channel with agitators. by means of flow pressures, the vertical movement of the liquid or slurry between the mixing zones past at least one passive flow level between the different mixing zones.

Reaktorilla voidaan suorittaa tehokas sekoitus sekä olennai-naisesti pienentää konsentraat i opro-f i i 1 ia siihen verrattuna, mitä tunnetun tekniikan laitteita käytettäessä muodostuu, ja vieläpä samanaikaisesti moottorin tehon tarvetta merkittävästi vähentämäl1ä.The reactor can be used for efficient agitation as well as to substantially reduce the concentration of opro-f in comparison to that which occurs with the prior art equipment, and at the same time to significantly reduce the need for engine power.

Keksintöä on lähemmin havainnollistettu seuraavassa selityksessä, jossa viitataan oheisen piirustuksen esittämään suori— ritusmuotoon. Piirustuksessa kuva 1 esittää erästä keksinnön mukaisen reaktorisäi1iön suoritusmuotoa pystyieikkauksena ja kuva 2 esittää vaakaleikkausta kuvan 1 reaktorisäi1iöstä.The invention is further illustrated in the following description, in which reference is made to the embodiment shown in the accompanying drawing. In the drawing, Figure 1 shows an embodiment of a reactor vessel according to the invention in vertical section and Figure 2 shows a horizontal section of the reactor vessel of Figure 1.

Reaktorisäi1iö 1 on lieriömäinen ja pystysuora, joka on olen- 3 67037 naisesti hai kai sijaansa korkeampi. Reaktorisai 1ion 1 keskiviivalla on sekoitinakseli 2, johon on kiinnitetty useita sekoi— tinelimiä 3a, 3b, 3c, esimerkiksi kolme kappaletta. Säiliön sisäpuolella on tässä tapauksessa kaksi keksinnön mukaisen toiminnan aikaansaavaa virtauksen ohjauselintä, erityisesti kaksi ala- ja yläpäistään avointa vertikaalista lieriötä 4a, 4b, jotka saattavat toimia myös lämmönsiirtopintoina, ja joiden halkaisijat ovat edullisesti 0,80 - 0,95 kertaa reaktori-säiliön 1 halkaisija. Nämä ovat siten asennetut, että lieriön 4a alareuna on reaktorisäi1iön 1 pohjan ja alimman sekoittimen 3c välimatkan puolivälin alapuolella, sekä lieriön 4b yläreuna on nestepinnan 5 ja ylimmän sekoittimen 3a välimatkan puolivälin yläpuolella. Lieriöiden välimatka keskimmäisen sekoittimen 3b kohdalla on likimain sekoittimen halkaisijaa vastaava. Periaatteena virtauksen ohjauspinnan sijoittamisessa esimerkkitapauksessa on se, että virtauksen ohjauselin 4a, 4b on sijoitettu kahden päällekkäisen sekoitusvyöhykkeen väliin siten, että virtauskanavan 11, 12 tuloaukko tai vastaava sijaitsee kohdassa, johon ylemmän / alemman vyöhykkeen sekoittimen aiheuttama virtaus kohdistaa radiaalisen paineen ja nesteen poistoaukko tai vastaava sijaitsee kohdassa, johon alemman / ylemmän vyöhykkeen sekoittimen aiheuttama virtaus kohdistaa radiaalisen imun. Levyturbiinisekoittimi 11 e nämä virtauskohdat voidaan helposti selvittää joko teoreettisesti tai käytännön kokein.The reactor vessel 1 is cylindrical and vertical, which is substantially higher than its shark. The center line of the reactor vessel 1 has a stirrer shaft 2 to which a plurality of stirrer members 3a, 3b, 3c, for example three pieces, are attached. Inside the tank there are in this case two flow control means for operating according to the invention, in particular two vertical cylinders 4a, 4b open at the lower and upper ends, which may also act as heat transfer surfaces and are preferably 0.80 to 0.95 times the diameter of the reactor vessel 1. . These are mounted so that the lower edge of the cylinder 4a is below the distance between the bottom of the reactor vessel 1 and the lower agitator 3c, and the upper edge of the cylinder 4b is above the distance between the liquid surface 5 and the upper agitator 3a. The distance between the cylinders at the middle mixer 3b is approximately equal to the diameter of the mixer. The principle for positioning the flow control surface in the exemplary case is that the flow control member 4a, 4b is placed between two overlapping mixing zones so that the inlet or similar of the flow channel 11, 12 is located at the point where the upper / lower zone agitator at the point where the flow caused by the lower / upper zone mixer applies radial suction. Plate turbine mixer 11e These flow points can be easily determined either theoretically or by practical experiments.

Lieriöt 4 voidaan kiinnittää reaktorisäi1iöon 1 esim. pystysuorilla lamelleilla 6, jotka samalla toimivat lieriöiden ulkopuolisina virtauksen ohjaimina. Myös lieriöiden sisäpuolella voi olla ns. virtaushaittoja 7.The cylinders 4 can be attached to the reactor vessel 1, e.g. with vertical lamellae 6, which at the same time act as flow controllers outside the cylinders. There can also be a so-called flow hazards 7.

Rektorin toimiessa sekoitin 3b pumppaa nestettä reunalieriön 4a yläosan ja reunalieriön 4b alaosan rengasmaisiin aukkoihin 9, 10, joista neste siirtyy virtauskanavia 11, 12 pitkin alempaan ja ylempään sekoitusvyöhykkeeseen. Lieriöiden rengasmaisten nesteenpurkausaukkojen 13, 14 kohdilla on sekoitus-vyöhykkeissä imuvaikutus. Konsentraatiopro-fii 1 i tasoittuu reaktorissa, kun neste pääsee sisäiieriöiden 4a, 4b ulkopuolella kulkemaan vapaasti sekoitusvyöhykkeiden välisten, vertikaali-suunnassa passiivisten virtaustasojen 8a, 8b ohi. Toisaalta sekoitus ja erikoisesti esim. dispergointi tapahtuu edelleen tehokkaasti, koska horisontaalinen nesteliike sekoituselinten 3 tasoilla ja niiden puolivälissä on säilytetty. Nesteen siirto sekoitusvyöhykkeestä toiseen voidaan toteuttaa myös muullaWhen the rector is operating, the mixer 3b pumps liquid into the annular openings 9, 10 at the top and bottom of the edge cylinder 4b, from which the liquid passes along the flow channels 11, 12 to the lower and upper mixing zones. The annular liquid discharge openings 13, 14 of the cylinders have a suction effect in the mixing zones. The concentration profile 1i is equalized in the reactor when the liquid can pass freely past the vertically passive flow levels 8a, 8b between the mixing zones outside the inner cylinders 4a, 4b. On the other hand, the mixing and in particular e.g. the dispersion still takes place efficiently, because the horizontal liquid movement at and between the levels of the mixing means 3 is maintained. The transfer of liquid from one mixing zone to another can also be carried out by other means

Claims

4 67037 with a construction similar to that of the inner cylinder described above. It is always essential that the liquid leaves the level of the mixer by means of the radial flow pressure caused by the mixer and arrives at another point, preferably in the next mixing zone with the radial suction caused by the mixer, and passes this path freely past at least one passive flow level 8. The tank according to the figures is designed for three agitator elements, but the construction of reactor vessels in which the number of agitator elements is most preferably divisible by three (3, 6, 9, ...) can also be constructed on a similar principle. Of course, the number of agitator members according to the invention may also be different. Example: By constructing a reactor vessel in which the cross-sectional area between the vessel and the inner cylinder acting as a flow member was 12 '/. the cross-sectional area of the entire tank, the flow between the different mixing zones was measured (at levels 8a and 8b> to increase approximately 4.5-fold compared to the otherwise tank without the inner cylinder. This is of great importance for energy efficiency. the same overall agitation good (concentrate i opro-fi i 1 i) at a power of about 1 to 2 7. compared to a situation where there was no internal cylinders It can be stated that the device according to the invention achieves the same agitation in the reactor with significantly lower power requirements than such known devices , which in themselves require a strong radial and often also tangential flow at the level of the mixing elements, but which are not equipped with a flow control system above the passive level between the mixing zones.

A reactor vessel, in particular a vertical cylindrical reactor vessel (1) of substantially larger diameter, wherein the single agitator shaft (2) in the center line of the vessel has two or more agitators for liquid or slurry, mainly horizontal flow (3 637). ), in particular plate turbine mixers, characterized in that at least one end-open flow control member (4a, 4b) or the like is provided near the tank jacket, which, when viewed from inside the tank, covers at least part of the tank (1) jacket and which alone and / or together (1) forms with the jacket at least one flow channel (11, 12) in which the vertical pressures of the liquid or slurry between the mixing zones by means of the flow pressures caused by the mixers pass past at least one passive flow level <8a, 8b) between the different mixing zones.

Reactor according to Claim 1, characterized in that the flow control element (4a, 4b) is arranged between two overlapping mixing zones so that the inlet of the flow channel (11, 12) or the like is located at a point where the flow caused by the upper / lower zone mixer the radial pressure and fluid outlet or the like is located at the point where the flow caused by the lower / upper zone mixer applies the radial suction.

Reactor vessel according to claims 1-2, characterized in that the guide member is a cylinder or part of a cylinder, a truncated cone or a part thereof, or a corresponding shaped body, wherein a flow channel is formed between the outer surface of the shaped body and the tank wall.

Reactor tank according to Claim 1, characterized in that the control element is designed as a heat exchanger.

Reactor vessel according to Claim 1, characterized in that the fastening elements between the control element and the vessel jacket are designed as flow guides (6).

Reactor vessel according to Claim 1, characterized in that the diameter of the control element is 0.80 to 0.95 times the diameter of the reactor vessel.

1. Reactor capacity is, vertically and vertically, cylindrical