Pierwszenstwo: 20.XII.1963 Szwajcaria Opublikowano: 24.IX.1966 51913 KI. 12 g, 1/01 MKP BOI j i\CV UKD BIBLIOT i". K A« Twórca wynalazku: Gunter Goossens Wlasciciel patentu: INVENTA A. G. fur Forschung und Patentverwe- tung, Zurych (Szwajcaria) Cieczowy reaktor kaskadowy Przedmiotem wynalazku jest cieczowy reaktor kaskadowy sluzacy do przeprowadzania reakcji chemicznych w osrodku cieklym.Reaktor do prowadzenia reakcji chemicznych w osrodku cieklym powinien odpowiadac wielu wy- 5 maganiom. Czas przebywania w reaktorze miesza¬ niny reakcyjnej powinien byc dowolnie ustalany, a rozrzut czasu przebywania poszczególnych mole¬ kul ma byc jak najmniejszy. Powinna byc zapew¬ niona dobra wymiana ciepla. Powierzchnie grzej- io ne lub chlodzace powinny byc duze. Faza ciekla winna miec w reaktorze bardzo duza powierzchnie.Konstrukcja reaktora powinna umozliwiac inten¬ sywna wymiane masy. Równiez wymagana jest mozliwosc zmiany ilosci cieczy reakcyjnej zawar- 15 tej w reaktorze, z czym wiaze sie zmiana czasu przebywania przy danej predkosci przeplywu cie¬ czy przez reaktor lub zmiana predkosci przeply¬ wu przy danym czasie przebywania. Powinno byc mozliwe wprowadzanie oprócz cieczy równiez cial stalych i gazów.Znane sa rozwiazania reaktorów sluzacych do reakcji w osrodku cieklym w postaci mieszalni¬ ków kaskadowych, w których kaskade uzyskuje sie za pomoca szeregu komór przeplywowych lub den, ewentualnie w obrebie jednego aparatu. Wy¬ magane warunki termodynamiczne osiaga sie przez specjalne elementy wbudowane do reaktora, któ¬ rymi sa dodatkowe powierzchnie wymiany ciepla i intensywnie dzialajace mieszadla. Budowa tych 30 20 25 reaktorów jest przewaznie bardzo skomplikowana.Uklad komór przeplywowych lub den nie daje mozliwosci regulowania wielkosci przeplywu przez reaktor.Znane sa równiez odparowacze kaskadowe cien¬ kowarstwowe lub rozpryskowe, które zapewniaja maly rozrzut czasu pobytu, jednakze przy na ogól bardzo krótkim czasie pobytu, a ponadto nie na¬ daja sie do wprowadzania ciala stalego.Reaktor wedlug wynalazku zawiera szereg ko¬ mór pierscieniowych umieszczonych jedna nad druga polaczonych ze soba cylindrycznymi zwez¬ kami. Krawedzie miedzy dnami komór i zwezka¬ mi maja ksztalt wycinka paraboloidy obrotowej.Mieszadlo wmontowane od góry ma skrzydla w obrebie komór i utrzymuje ciecz w komorach w ru¬ chu obrotowym.Korzystne jest zaopatrzenie poszczególnych ko¬ mór w podwójne sciany tworzace plaszcze do ogrzewania lub chlodzenia jak równiez nadanie komorom uszeregowanym w pionie coraz mniej¬ szych srednic w kierunku ku dolowi. To ostatnie umozliwia zakladanie i wyjmowanie calego mie¬ szadla od góry.Reaktor wedlug wynalazku jest uwidoczniony na rysunku schematycznym, którego fig. 1 stano¬ wi przekrój osiowy, a fig. 2 szczegól tego prze¬ kroju.Reaktor sklada sie z komór pierscieniowych 3 majacych zewnetrzne sciany 2. Ciecz w komorach 5191351913 3 utrzymuje sie dzieki ruchowi obrotowemu nada¬ nemu przez skrzydla 1 mieszadla. Skrzydla 1 sa zaopatrzone w stozkowe pierscienie 4 z blachy.Miedzy dolna krawedzia pierscienia 4 a dnem ko¬ mory 3, pozostaje szczelina 6 do przelewania sie cieczy. Poszczególne komory 3 moga byc odrebnie podgrzewane lub chlodzone osrodkiem doprowa¬ dzanym do plaszczy na scianach 2 przez krócce 7 i odprowadzanym przez krócce 8. Przez krócce 9 mozna do poszczególnych komór lub do zwezek 5 miedzy nimi wprowadzac substancje ciekle lub gazowe. Króciec 10 sluzy do odgazowania, a króciec 11 do wprowadzania cial stalych. Mieszadlo utrzy¬ muje osrodek ciekly w ruchu obrotowym skrzyd¬ lami 1.Predkosc obrotu mieszadla dobiera sie tak, aby powierzchnia cieczy przyjmowala ksztalt parabo- loidy obrotowej wkleslej odpowiadajacej krzywiz- nie, wedlug której uksztaltowane sa polaczenia den komór cylindrycznymi zwezkami. Polaczenia te winny sie wylaniac z powierzchni cieczy. Powstaje w ten sposób kaskada pierscieni cieczowych po- oddzielanych jeden od drugiego.Bardzo dobra wymiane ciepla uzyskuje sie w wyniku duzej predkosci cieczy krazacej wzdluz scian 2 komór. Dzieki ksztaltowi pierscieniowemu komór osiaga sie stosunek zraszanej powierzchni wymiany ciepla do uzytecznej pojemnosci komory zblizony do tego stosunku w wymiennikach ruro¬ wych. Sciany zwezek 5 sa zraszane warstewka cie¬ czy przelewajacej sie do nastepnej komory. Stosu¬ nek wolnej powierzchni cieczy do uzytecznej po¬ jemnosci ma wartosc lezaca miedzy wartosciami osiaganymi w zwyklych mieszalnikach oraz w wy¬ parkach cienkowarstwowych.Warunki wymiany masy sa tu szczególnie ko¬ rzystne poniewaz w pierscieniach cieczowych nie ma laminarnego przeplywu lecz powstaja wiry.W doswiadczeniach z modelem obserwowano przedstawione na fig. 2 krzywizny 12 powierzchni osrodka poza obwodem mieszadla. Przez dodatek barwnika stwierdzono, ze zachodzi tu bardzo szyb¬ kie mieszanie.Zmiany ilosci cieczy zawartej w reaktorze doko¬ nuje sie przez zmiane predkosci obrotu mieszadla, gdyz uzyteczna pojemnosc komór zalezy od pred¬ kosci obrotu. Na fig. 2 uwidocznione krzywizny 12 wykazuja uksztaltowanie powierzchni cieczy przy róznych ilosciach ni, n2, n3 obrotów mieszadla na minute, przy czym nl Ze zmiana ilosci cieczy zawartej w reaktorze przy zachowaniu stalego przeplywu przez reaktor, zmienia sie czas pobytu. Jezeli ma byc zmieniona 10 15 20 25 30 35 40 45 50 wielkosc przeplywu przy zachowaniu stalego cza¬ su pobytu, mozna to równiez latwo osiagnac zmia¬ na ilosci cieczy zawartej w reaktorze. Dzieki tej elastycznosci pracy reaktora, nadaje sie on do róz¬ nych warunków pracy ciaglej instalacji, do której zostal wlaczony.Cialo stale moze byc wprowadzone do reaktora przez króciec 11 podobnie jak do zwyklego znane¬ go mieszalnika. Spada ono na najwyzej polozony stozkowy pierscien 4 i zostaje odrzucone sila od¬ srodkowa do pierscienia cieczowego. Do rozdrab¬ niania ewentualnych grud moga byc zastosowane dowolne znane urzadzenia.Przeplyw osrodka reagujacego nastepuje z góry na dól. Gdy do pelnej komory wprowadzi sie do¬ datkowa ilosc cieczy lub ciala stalego, odpowiednia czesc zawartosci komory przelewa sie cienka war¬ stewka przez zwezke do nastepnej komory. Cylin¬ dryczne zwezki 5 dzialaja podobnie jak wyparki cienkowarstwowe.Zespól wymienionych cech konstrukcyjnych re¬ aktora wedlug wynalazku umozliwia spelnienie wszystkich wymagan wymienionych na wstepie, stawianych reaktorom cieczowym. Reaktor mozna zbudowac stosujac znane i wypróbowane elementy stosowane w autoklawach, mieszalnikach itp. Wy¬ magana predkosc obrotu mieszadla nie jest zbyt wielka, np. dla uzytecznej pojemnosci 50 litrów nie przekracza 200 obrotów na minute, wobec te¬ go nie ma tu trudnosci z uszczelnieniem walu i nie wystepuja drgania. PL