DE10122240A1 - Verfahren zur Trocknung und Reaktor für chemische Reaktionen - Google Patents
Verfahren zur Trocknung und Reaktor für chemische ReaktionenInfo
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Abstract
Reaktor für eine chemische Reaktion, mit folgenden Anlageteilen: DOLLAR A a) einem Sprühturm, mit einer Sprüheinrichtung im oberen Bereich, die mit einem Vorlagebehälter verbunden ist, DOLLAR A b) einer einen Verdampfer und einen Kondensator aufweisende Kältemaschine, wobei dem Verdampfer ein Kondensatwasserablauf zugeordnet ist, DOLLAR A c) einem Leitungssystem für Gas, dessen Eintrittsende mit dem oberen Bereich des Sprühturms und dessen verzweigtes Austrittsende sowohl mit dem oberen Bereich als auch zum unteren Bereich des Sprühturms verbunden ist, wobei das Leitungssystem derart angeordnet ist, daß das Gas im geschlossenen System zwischen den Enden zumindest über den Verdampfer und danach über den Kondensator der Kältemaschine geleitet wird, DOLLAR A d) einem Gebläse im Leitungssystem zur Umwälzung des Gases im Kreislauf und DOLLAR A e) einem Auffangbehälter für Feststoffe und/oder Reaktionsprodukte im unteren Bereich des Sprühturms oder einem Rohrleitungssystem zur Ableitung der Reaktionsprodukte.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Trocknung von Flüssigkeiten, insbe
sondere zur Trocknung von organischen Flüssigkeiten auf extrem niedrige Wasser
gehalte. Ferner betrifft die Erfindung einen Reaktor für eine chemische Reaktion.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein energiearmes Verfahren zur
Trocknung von Flüssigkeiten, insbesondere von organischen Flüssigkeiten, anzu
geben, bei dem die Flüssigkeiten auf extrem niedrige Wassergehalte getrocknet wer
den. Ebenfalls liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Reaktor für eine che
mische Reaktion bereitzustellen, der in leicht handhabbarer Weise eine Steuerung des
chemischen Reaktionsgleichgewichts zuläßt.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung des bekannten Verfahrens aus
EP 0 504 647 B 1, insbesondere des Verfahrens mit den Merkmalen aus Anspruch 1 in
EP 0 504 647 B1, für organische Flüssigkeiten. Hierbei können in überraschender Weise
organische Flüssigkeiten, insbesondere Kohlenwasserstoffe, auf extrem niedrige Was
sergehalte getrocknet werden. Beispielsweise kann Glyzerin mit einem Wassergehalt
von unter 0,2% gewonnen werden.
Die den Reaktor betreffende Aufgabe wird durch die Anwendung der Anlage aus
EP 0 504 647 B1, insbesondere einer Anlage mit den Merkmalen aus Anspruch 3 in
EP 0 504 647 B1, gelöst. Bei der Verwendung als Reaktor erfolgt die Zufuhr der notwen
digen Aktivierungsenergie für die Reaktion über die Düsen und das Sprühsystem. In
dem Reaktor können Komponenten verwendet werden, die eine katalytische Wirkung
besitzen. Diese Komponenten können dem System immanent sein. Mit der konti
nuierlichen Entfernung von Wasser oder von anderen (leicht) flüchtigen Reaktions
produkten wird das chemische Gleichgewicht verschoben. Im Gegensatz zu der aus
EP 0 504 647 B1 bekannten Anlage dient der erfindungsgemäße Reaktor nicht als
Verdunstungs- und Trocknungssystem allein, sondern dient zur Erzeugung einer che
mischen Reaktion. Die Reaktion läuft unter kontinuierlicher Entfernung von Wasser
oder anderen leicht flüchtigen Reaktionsprodukten ab. Beispielsweise ist die Anlage
besonders vorteilhaft für eine Umesterung von Trimethylester.
Bei der Erfindung wird die Flüssigkeit in einen Sprühturm versprüht im Gegenstrom
mit trockenem Gas, insbesondere trockener Luft. Sprühtürme zur Herstellung von
Granulaten sind Stand der Technik. Zum Trocknen von Lebensmitteln oder pharma
zeutischen Produkten ist auch bekannt, durch das aufgewirbelte Bett des Produktes
warme (heiße) Luft zu schicken, die im Umlauf entfeuchtet und dem Kreislauf erneut
zugeführt wird (DE-C-27 07 065). Ein ähnliches Verfahren ist zum Sprühtrocknen
von leicht verderblichen flüssigen Produkten, wie entrahmte Milch und Molke zur
Gewinnung von Milchpulver bekannt geworden (DE-A-27 43 724). Beim Sprüh
troclmen findet normalerweise eine Verdampfung des Wassers statt, während beim
erfindungsgemäßen Verfahren das im Sprühturm versprühte Wasser lediglich ver
dunstet. Aus der DE-A-31 21 561 ist weiterhin eine Einrichtung zur Lösemittel-
Destillation bekannt, bei der das verdampfte Lösemittel zuerst über den Verdampfer
und danach über den Kondensator einer Kältemaschine geleitet wird.
Das feuchte Gas wird im Wärmeaustausch mit dem Verdampfer einer Kältemaschine
gebracht. Dadurch wird das Gas abgekühlt; die Feuchtigkeit wird kondensiert und
aufgefangen. Das aufgefangene Wasser besitzt einen hohen Reinheitsgrad, das den
von entionisiertem Wasser übertrifft. Eine Rückführung in ein Wassernetz zur Ver
sorgung eines Industriebetriebes ist daher ohne weiteres möglich. Die Abführung des
aufgefangenen Wassers in ein öffentliches Abwassernetz ist unbedenklich.
Die Kondensationswärme am Verdampfer führt zu einer Erwärmung des Kältemittels.
Die trockene entfeuchtete Luft gelangt in Wärmeaustausch mit dem Kondensator und
wird dabei wieder erwärmt. Mit anderen Worten, die zur Abgabe der Feuchtigkeit dem
feuchten Gasstrom entnommene Wärmeenergie (Kondensationswärme) wird auf diese
Weise dem Gasstrom zurückgegeben.
Die trockene leicht erwärmte Luft wird nunmehr wieder dem Sprühturm zugeführt,
wobei ein Teil mit dem Aussprühen der Flüssigkeit in den Sprühturm abgegeben wird
und ein anderer Teil den Gegenstrom zum gesprühten Wasserstrom bildet.
Da im Gaskreislauf Energie nicht verloren geht, muß von außen nur die Energie zur
Aufrechterhaltung des Gaskreislaufes sowie für den Motor der Kältemaschine und das .
Einspritzen der Flüssigkeit in den Sprühturm aufgebracht werden. Der Wirkungsgrad
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher hoch.
Wie bereits erwähnt, hat das gewonnene Wasser eine hohe Qualität. Es weist keine
Algen oder organischen Substanzen auf und gleicht in der Qualität etwa destilliertem
Wasser.
Der Prozeß läuft im geschlossenen System ab, es findet eine Umweltbelastung nicht
statt.
Zur Umwälzung des Gasstroms und des Kältemittels muß mechanische Energie auf
gewendet werden. Diese mechanische Energie wird den Kreisläufen als Wärme
energie zugeführt, so daß ein Überschuß an Wärme anderweitig genutzt werden
kann.
Der Reaktor setzt sich aus zwei Basisaggregaten zusammen, nämlich einem Sprüh
turm und einer Kältemaschine. Der Sprühturm weist eine Versprüheinrichtung im
oberen Bereich auf, die mit einem Flüssigkeitsreservoir verbunden ist. In der Leitung
zur Versprüheinrichtung sitzt eine geeignete Pumpe. Es versteht sich, daß auch eine
drucklose Vernebelung vorgenommen werden kann. z. B. mittels Ultraschall oder
dergleichen. Die Kältemaschine, die vorzugsweise eine Kompressorkältemaschine ist,
weist in üblicher Weise einen Verdampfer und einen Kondensator auf, die in der
erfindungsgemäßen Anlage als Wärmeaustauscher für das Gas dient, das im Kreislauf
durch den Sprühturm geführt wird, um die versprühte Flüssigkeit zu verdunsten und
die Feuchtigkeit als Kondensat abzuscheiden. Wie schon erwähnt, wird durch die
Kombination des Sprühturms mit der Kältemaschine ein äußerst energiearmes Ver
fahren erhalten. Die Abmessungen der erfindungsgemäßen Anlage sind klein, so daß
sie ohne weiteres in vorhandene Anlagen integriert werden kann. Die Kosten für die
Herstellung der erfindungsgemäßen Anlage und ihr Betrieb sind ebenfalls denkbar
niedrig.
Der Reaktor nach der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher
erläutert.
Fig. 1 zeigt äußerst schematisch eine Anlage nach der Erfindung.
Fig. 2 zeigt die Draufsicht auf einen Sprühturm der Anlage nach Fig. 1.
Ein Sprühturm 10 weist im oberen Bereich eine Versprüheinrichtung 12 auf, die über
eine Leitung 14 mit einem Reservoir 16 verbunden ist. In der Leitung 14 sind eine
Pumpe 18 sowie in Wärmeaustauscher 20 angeordnet.
Je nach Anwendungsgebiet kann es erforderlich sein, für jeden Reaktionsteilnehmer
einzelne Komponenten einzusetzen.
Im unteren Bereich des Sprühturms 10 befindet sich ein Auffangbehälter 22 für
getrocknete Stoffe. Oberhalb des Auffangbehälters 22 ist ein konisches Sieb 24 ange
ordnet.
Eine allgemein mit 30 bezeichnete Kältemaschine weist einen Verdampfer 32 in
Lamellenform sowie einen Kondensator 34 in Form eines Fallrohrverdampfers auf.
Die Kältemaschine 30 befindet sich in einem abgeschlossenen Raum, der strichpunk
tiert gezeichnet und mit 32a bezeichnet ist. Die Kältemaschine 30 weist in bekannter
Weise einen Kompressor 36 auf, der von einem Motor 38 angetrieben ist. Dem Ver
dampfer 32 ist ein Kondensatablauf 40 zugeordnet. Im abgeschlossenen Raum 32a, in
dem auch der Wärmeaustauscher 20 angeordnet ist, ist ein Radialgebläse 42 angeord
net, dessen Ausgang mit einer Leitung 44 verbunden ist, die zu einem Abzweigpunkt
46 führt. Vom Abzweigpunkt 46 ist eine Zweigleitung 48 zur Decke des Sprühturms
10 geführt und mit vier Eintrittsöffnungen 50 verbunden. Die zweite Abzweigleitung
52 führt in das Innere des Sprühturms 10 im unteren Bereich unterhalb des konischen
Siebs 24.
Die beschriebene Anlage arbeitet wie folgt: Flüssigkeit aus dem Reservoir 16 wird mit
Hilfe der Sprühvorrichtung 12 im Sprühturm 10 versprüht und zusammen mit Luft aus
der Leitung 48 eingeführt. Der von oben nach unten fließende "Sprühstrom" fließt im
Gegenstrom zu trockener Luft, die über die Abzweigleitung 52 eingetragen wird. Ihre
Strömung ist mit Pfeilen 54 dargestellt. Es versteht sich, daß geeignete Vorkehrungen
getroffen sind, um einen innigen und gleichmäßigen Kontakt des Luftstroms 54 mit
dem Sprühstrom zu erzielen. Die über die Leitungen 52 und 58 eingetragene trockene
Luft wurde vorher im Wärmetauscher 34 zunächst auf eine Temperatur von z. B. 45°C
erwärmt. Sie enthält zudem zum Beispiel eine Feuchtigkeit von 1 g pro m3. Sie wird
mit Feuchtigkeit beladen und verläßt den Sprühturm über eine obere mittige Öffnung
56 in der Decke des Sprühturms 10 und gelangt über eine Leitung 58 zur Kälte
maschine 30. Die feuchte Luft, die beispielsweise eine Feuchtigkeit von 24 g pro m3
aufweist, wird im Wärmeaustausch über den Verdampfer 32 der Kältemaschine 30
geschickt. Hierbei kühlt sich die Luft ab und gibt durch Kondensierung das Wasser
ab, das im Kondensatauffangbehälter 40 aufgefangen wird. Die kühle trockene Luft,
die nunmehr wiederum einen Feuchtigkeitsgehalt von 1 g pro m3 aufweist, gelangt
zum Kondensator 34 der Kältemaschine 30. Dort wird sie durch die frei werdende
Kondensationswärme des Kältemittels erwärmt. Die trockene Luft verläßt den
Wärmeaustauscher 34 zum Beispiel mit einer Temperatur von 45°C. Sie gibt im
Wärmeaustauscher 20 einen Teil ihrer Wärme ab, um das Abwasser in der Leitung 14
anzuwärmen. Die erwärmte trockene Luft gelangt dann über die Leitung 44 in der
beschriebenen Weise zum Sprühturm 10 zurück.
Wie erkennbar, wird der Luftstrom in einem geschlossenen Kreislauf geführt. Eine
Temperaturregelung kann durch Veränderung des Druckes stattfinden sowie durch
eine Steuerung des Ausmaßes der Erwärmung des Mediums. Ohne den Wärmeaus
tauscher 20 ließen sich relativ hohe Temperaturen für die trockene Luft erreichen.
Eine Erwärmung des Mediums erleichtert weiterhin die Verdunstung nicht flüchtiger
Reaktionsprodukte.
Wesentlich für den Reaktor sind folgende Anlageteile:
- a) ein Sprühturm 10 mit einer Versprüheinrichtung 12 im oberen Bereich, die mit einem Vorlagebehälter 16 verbunden ist;
- b) eine einen Verdampfer 32 und einen Kondensator 34 enthaltende Kältemaschine 30, wobei dem Verdampfer 32 ein Kondensatwasserablauf 40 zugeordnet ist;
- c) ein Leitungssystem für Gas, dessen Eintrittsende mit dem oberen Bereich des Sprühturms 10 und dessen verzweigtes Austrittsende sowohl mit dem oberen Bereich als auch zum unteren Bereich des Sprühturms 10 verbunden ist, wobei das Leitungssystem derart angeordnet ist, daß das Gas im geschlossenen System zwischen den Enden zumindest über den Verdampfer 32 und danach über den Kondensator 34 der Kältemaschine geleitet wird;
- d) ein Gebläse 42 im Leitungssystem zur Umwälzung des Gases im Kreislauf, und
- e) ein Auffangbehälter 22 für Feststoffe und/oder Reaktionsprodukte im unteren Bereich des Sprühturms oder ein Rohrleitungssystem zur Ableitung der Reak tionsprodukte.
Bei der Anwendung als Reaktor (also nicht als Verdunstungs- oder Trocknungssystem
allein) erfolgt die Zuführung der notwendigen Aktivierungsenergie für eine chemische
Reaktion mechanisch über die Düsen- und Sprühsysteme. Dabei wird die katalytische
Wirkung geeigneter, dem System immanenter Komponenten ausgenutzt und die kon
tinuierliche Entfernung von Wasser oder anderen leicht flüchtigen Reaktionsproduk
ten zur Verschiebung des chemischen Gleichgewichts angewendet. In diesem Fall
geht es sich also um die Erzeugung einer chemischen Reaktion, wie beispielsweise die
Umesterung von Trimethylester.
Wichtige Verfahrensschritte des Verfahrens zur Trocknung von Flüssigkeiten, insbe
sondere von organischen Flüssigkeiten, sind:
- a) die Flüssigkeit wird zusammen mit trockenem Gas, insbesondere trockener Luft, in einem Sprühturm in den Gegenstrom aus trockenem Gas, insbesondere trocke ner Luft, gesprüht und verdunstet;
- b) die Feststoffe der Flüssigkeit werden im unteren Bereich des Sprühturms aufge fangen;
- c) das feuchte Gas wird aus dem oberen Teil des Sprühturms abgezogen und in Wärmeaustausch mit dem Verdampfer einer Kältemaschine gebracht, wobei die am Verdampfer kondensierte Flüssigkeit aufgefangen wird;
- d) das abgekühlte trockene Gas wird dann in Wärmeaustausch mit dem Kondensator der Kältemaschine gebracht und erwärmt und
- e) das erwärmte trockene Gas wird im geschlossenen Kreislauf dem Verfahrens schritt a) rückgekehrt.
Dieses Verfahren ist beispielsweise bei der Trocknung von Glyzerin auf einem Was
sergehalt von < 0,2 Gew.-% besonders vorteilhaft.
Claims (3)
1. Reaktor für eine chemische Reaktion, mit folgenden Anlageteilen:
- a) einem Sprühturm (10), mit einer Sprüheinrichtung (12) im oberen Bereich, die mit einem Vorlagebehälter (16) verbunden ist,
- b) einer einem Verdampfer (32) und einem Kondensator (34) aufweisen den Kältemaschine (30), wobei dem Verdampfer (32) ein Kondensat wasserablauf (40) zugeordnet ist,
- c) einem Leitungssystem für Gas, dessen Eintrittsende mit dem oberen Bereich des Sprühturms (10) und dessen verzweigtes Austrittsende sowohl mit dem oberen Bereich als auch zum unteren Bereich des Sprühturms (10) verbunden ist, wobei das Leitungssystem derart ange ordnet ist, daß das Gas im geschlossenen System zwischen den Enden zumindest über den Verdampfer (32) und danach über den Kondensator (34) der Kältemaschine geleitet wird,
- d) einem Gebläse (42) im Leitungssystem zur Umwälzung des Gases im Kreislauf und
- e) einem Auffangbehälter (42) für Feststoffe und/oder Reaktionsprodukte im unteren Bereich des Sprühturms oder einem Rohrleitungssystem zur Ableitung der Reaktionsprodukte.
2. Verfahren zur Trocknung von Flüssigkeiten, insbesondere von organischen
Flüssigkeiten:
- a) die Flüssigkeit wird zusammen mit trocknem Gas, insbesondere trockener Luft, in einem Sprühturm in den Gegenstrom aus trockenem Gas, insbe sondere trockener Luft, gesprüht und verdunstet,
- b) die Feststoffe und/oder Reaktionsprodukte der Flüssigkeit werden im unte ren Bereich des Sprühturms aufgefangen,
- c) das feuchte Gas wird aus dem oberen Teil des Sprühturms abgezogen und in Wärmeaustausch mit dem Verdampfer einer Kältemaschine gebracht, wobei die am Verdampfer kondensierte Flüssigkeit aufgefangen wird,
- d) das ausgekühlte trockene Gas wird dann im Wärmeaustausch mit dem Kondensator der Kältemaschine gebracht und erwärmt und
- e) das erwärmte trockene Gas wird im geschlossenen Kreislauf dem Verfah rensschritt a) zugeführt.
3. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 2 zur Trocknung von Glyzerin auf
einen Wassergehalt von weniger als 0,2 Gew.-%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001122240 DE10122240A1 (de) | 2000-05-05 | 2001-05-04 | Verfahren zur Trocknung und Reaktor für chemische Reaktionen |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10022399 | 2000-05-05 | ||
DE2001122240 DE10122240A1 (de) | 2000-05-05 | 2001-05-04 | Verfahren zur Trocknung und Reaktor für chemische Reaktionen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10122240A1 true DE10122240A1 (de) | 2001-12-13 |
Family
ID=7641203
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2001122240 Ceased DE10122240A1 (de) | 2000-05-05 | 2001-05-04 | Verfahren zur Trocknung und Reaktor für chemische Reaktionen |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE10122240A1 (de) |
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2001
- 2001-05-04 DE DE2001122240 patent/DE10122240A1/de not_active Ceased
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8131 | Rejection |