DE1667196A1 - Reaction process for flowable substances - Google Patents

Description

Kennwort : Strdmungereaktor Reaktionsverfahren für fließfähieg Stoffe Die e Erfindung betrifft ein Reaktionsverfahren für fließfähige Stoffe, wcbei unter fließfähigen Stoffen gasförmige und flüssige Stoffe und Stoffgemische sowie fließfähige Mischungen aus Gasen und Flüssigkeiten mit Feststoffteilchen verstanden werden solen.Keyword: Flow reactor reaction process for flowable substances The invention relates to a reaction process for flowable substances, including under flowable substances gaseous and liquid substances and mixtures of substances as well as flowable substances Mixtures of gases and liquids with solid particles should be understood.

Bei mitFlüssigkeitenbetriebenenStrömungsmaschinenist Kavitation eine bekannte Erscheinung. Kavitation tritt dann auf, wenn an irgendeiner Stelle der Flüsaigkeit, meist durch starke örtliche Beschlieunigung, der Dampfdruck unterschritten wird und sich Dampfblapen asen bilden, welche kiurze Zeit später unter Bildung extrem hoher Druckstößs wirder zusammenbrechen.In fluid flow machines, cavitation is one known appearance. Cavitation occurs when at any point the Liquid, mostly due to strong local acceleration, below the vapor pressure and vapor bubbles form, which a short time later under formation extremely high pressure surge it will collapse.

Seit einiger Zeit ist man bemüht, diese hohen Druckstöße zum Einleiten, Beschleunigen und Drucführen chemischer und physikalischer Raktionen auszunutzen.For some time, efforts have been made to initiate these high pressure surges, To accelerate and pressurize chemical and physical reactions.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reaktionsverfahren fUr fließähi Stoffe zu schaffen, welches die bei der Kavitation auftretenden hohen Druckstoße ausnutzt.The invention is based on the object of a reaction process for To create flowable substances that absorb the high pressure surges that occur during cavitation exploits.

Es wurde nun ein Reaktionsverfahren fUr fließfähige Stoffe gefunden, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Reaktion unter Ausnutzung der Kavitation weitgehend im Innern einee Injektors stattfindet oder zumindest eingeleitet wird.A reaction process for flowable substances has now been found which is characterized in that the reaction takes advantage of cavitation largely takes place inside an injector or is at least initiated.

Injektoren sind seit langem bekannte Strahlapparate, die hauptschlich al Strahlpumpen benutzt werden Man ist daher bestrebt, die Injektoren so auezulegen, daß nur wenig odor gar keine Kavitation auftritt. Gelegentlich werden sie zuoh zum Durohmiaoher von aindeetena zwei Flüseigkeiten benutzt, dabei zum Teil auch unter Ausnutzung der Zurbulenz im Kavitationsgebiet.Injectors have long been known jet devices, mainly al jet pumps are used. that little or no cavitation occurs. Occasionally, they get too close to the Durohmiaoher von aindeetena used two liquids, sometimes also under Exploitation of the bulge in the cavitation area.

Im Gegensatz dazu werden bei der vorliegenden Erfindung die Injektoren so ausgelegt, daß die Kavitation möglichst stark auftritt und die hierbei auftretenden Druckstöße zum Einleiten bzw. Beschleunigen einer Reaktion genutzt werden kbnnen.In contrast, in the present invention, the injectors designed so that the cavitation occurs as strongly as possible and the resulting Pressure surges can be used to initiate or accelerate a reaction.

Die konstruktiven Maßnahmen, um dies zu erreichen, sind bekannt, so daß hier nicht weiter darauf eingegangen zu werden braucht.The constructive measures to achieve this are known so that it does not need to be discussed further here.

Die Erfindung strebt also bewußt einen schlechten Wirkungsgrad des Injektors an@ seine Fördereigenschaften sind nur ein Nebeneffekt. Abgesehen von den konstruktiven Maßnahmen kann die Cavitation tation natärlich durch die Wahl der Betriebsbedingungen beeinflußt werden, wie beispielsweise Treibmittelgeschwindigkeit, Druck im Ansaugraum, Gegendruck im Diffuser.Esist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daS zwischen dem Beginn der Kavitation und voll ausgebildeter Kavitation ein breites Arbeitsgebiet liegt, in dem die Förderwirkung des Injektors mehr oder weinger erhalten bleibt, währenddieKavitationswirkungnachBedarfverstärktodergeschwächt werden kann. Bei wechselnden Betriebsbedingungen kann das y scmit optimal gesteuert werden.The invention therefore seeks a deliberately poor efficiency of the Injector's delivery properties are just a side effect. Apart from The cavitation tation can of course by choosing the constructive measures the operating conditions are influenced, such as propellant speed, Pressure in the suction chamber, back pressure in the diffuser. It is a particular advantage of the invention Procedure between the beginning of cavitation and fully developed cavitation a broad field of work is in which the delivery effect of the injector is more or less is maintained, while the cavitation effect is increased or weakened as required can be. The y scmit can be optimally controlled under changing operating conditions will.

Es seien noch einige weitere Maßnahmen genannt, die ebense wie die bereits genannten dem Ziel dienen, den Strömungsvorgang im Injektor negativ, den beabsichtigten Reaktionsvorgang jedoch positiv zu beeinflussen. Hierzu gehört die Ausnutzung der Ablösung im Diffusor, die durch einen entsprechend großen Diffusorwinkel erreicht werden kann, des weiteren die Ausnutzung der Verdichtungsstoße, die vorwiegend bei dem Betrieb "Treibmittel flüssig - Fördermittel gaformig" am Mischdüseneingung bzw. im Diffuaor entstehen, wenn das mit überschallgenschwindigkeit strömende Gas heftig auf die relativ langsam strömende Flüssigkeit aufprallt bzw. im Diffuser ein Mehrphasengemiaoh mit ohallgeschwindigkeit stömt.There are some other measures that are just like the already mentioned serve the purpose of negatively affecting the flow process in the injector however, to positively influence the intended reaction process. This includes the Exploitation of the detachment in the diffuser caused by a correspondingly large diffuser angle can be achieved, furthermore, the exploitation of the compression shock, which predominantly in the operation "liquid propellant - gas conveying medium" at the mixing nozzle control or arise in the diffuaor when the gas flowing at supersonic speed violently impacts the relatively slow flowing liquid or in the diffuser a multiphase mixture flows at oh all speed.

Bei den Reaktionen kann es sich sowchl um physikalische als auch um chemische Reaktionen handeln, wie Stotfauatausch, Energieaustausch, rein chemische Reaktionen sowie kombinierte Austauschreaktionen. Wesentlich ist, daN die Reaktion bereits innerhalb des Reaktors in der Kavitationszone eingeleitet wird oder stattfindet.The reactions can be physical as well as Chemical reactions act like stump exchange, energy exchange, purely chemical Reactions as well as combined exchange reactions. It is essential that the reaction occurs is initiated or takes place within the reactor in the cavitation zone.

FUr die Betriebsarten ergeben sich folgende Kombinationen ! Treibmittel flüssig - Fördermedium gasförmig Treibmittel flussig - Fördermedium flüssig Treibmittel gasförmig - Fördermedium flüssig Im einzelnen beetehen mannigfache Anwendungsmöglichkeiten fUr dan erfindungsgemäße Verfahren.The following combinations result for the operating modes! Propellant liquid - conveying medium gaseous propellant liquid - conveying medium liquid propellant gaseous - liquid conveying medium There are many possible applications in detail for the method according to the invention.

I) Treibmittel oder Fordermedium können feinzerteilte feste stoffe, z. B. Katalyeatoren, zugemisoht werden. Es kaonnen @lüssigphasen zum Verdsmpfen gebracht werden und umgekehrt Dampfphasen kondensiert werden. Plasmaförmige medien können eingesetzt werden. hierbei oder bei metallischen Strömungszedlen kann man dem Injektor ein magnetisches Feld überla-@ ua die ablaufende Reaktion zusätzlich zu beeinflussen. arbeiten weiter kann man mit zwei und mehr Strömen, die an verschiedenen Stellen in den Injektor eingespeist werden. Gelegentlich kann en auch vorteilhaft sein. Prdereedlen und/oder Treibmittel mehrfach zuzuführen. Durah Einbauten kann man der Strömung eiawn Drall geben. Welter können mehrere im Kavitationsgebiet betriebene Injektoren parallcl oder hintereinander geschaltet werden. I) Propellants or conveying medium can be finely divided solid substances, z. B. Katalyeatoren are zugemisoht. @Liquid phases can be evaporated and vice versa vapor phases are condensed. Plasma-shaped media can be used. here or with metallic flow cedes one can The injector is also exposed to a magnetic field @ including the reaction that is taking place to influence. You can continue to work with two or more streams that are connected to different ones Places to be fed into the injector. Occasionally, en can also be beneficial be. To supply Prdereedlen and / or propellant several times. Durah internals can to give the flow a swirl. Welter can operate several in the cavitation area Injectors can be connected in parallel or in series.

Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand sinigar Ausführungsbeispiele.The drawings illustrate the invention using sinigar exemplary embodiments.

Ee zeigen : Fig. 1 einen Kavitations-Injektor, bei dem die Medien durch ehrere konzentrische R ut Fig 2 einen Kavitations-Injaktor, bei dem die Medien durch mehrere Rohre zuetrömen, die konzentrisch zum Treibrohr angeordnet sind, Fig. einen Kavitations-Injektor mit angeschlossener Druck/Vakuumkammer.Ee show: FIG. 1 a cavitation injector in which the media by a few concentric lines 2 shows a cavitation injector, in which the media flows through several pipes that are concentric to the propulsion pipe are arranged, Fig. A cavitation injector with attached pressure / vacuum chamber.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 strömt das Treibmittel 1 durch das Treibrohr 2 zur ReaktionedUse 7 und reiBt dabei die Fördermedien 3 und 4, die an Mange und Druck geregelt werden kdnnen, durch die Saugrohre 5 und 6 mit in die Reaktionsdüse 7. Hier setzt unter Mitwirkung der Kavitation die gewünschte Reaktion ein. Das reagierende Gemisoh 8 strömt anschließend durch den Diffuser 9 in die beheizte Vakuumkammer 10, von wo es durch die Entnahmeoffnung 11 abgesogen wird.In the embodiment according to FIG. 3, the propellant 1 flows through the propulsion pipe 2 to the reaction use 7 and thereby rubs the conveying media 3 and 4, the The amount and pressure can be regulated through the suction pipes 5 and 6 into the Reaction nozzle 7. The desired reaction occurs here with the assistance of cavitation a. The reacting Gemisoh 8 then flows through the diffuser 9 into the heated one Vacuum chamber 10, from where it is sucked off through the removal opening 11.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft fUr viele der heute in der Chemie oder Lebensmitteltechnik Ublichen Druckverfahren eingesetzt werden, z. B. für die Hydrierung von Speisefetten. Als weiteres Beispiel sei die Herstellung von n-Butyraldehyd ale Ausgangastoff fUr die Butanolherstellung genannt. Dabei wird Propylen als Flüsaigphaae und Wassergas als Gasphase in den Injektor gebracht. Als Katalyeator wird dem Propylen fein suspendiertes Kobalt beigegeben. Die beiden Phasen werden im Injektor innig durchmischt und kommen in der Kavitationszone zur Reaktion, und zwar ohne äußere Druckeinwirkung. Das Endprodukt wird in flüssiger Por kontinuierlich abgezogen und anechließend vom Kobaltkatalyeator befreit. Die Temperaturregelung am Injektor richtet aioh nach den gewthlten Betriebsbedingungen.The inventive method can be advantageous for many of today's Printing processes commonly used in chemistry or food technology are used, z. B. for the hydrogenation of edible fats. Another example is manufacturing of n-butyraldehyde mentioned as a starting material for the production of butanol. It will Propylene brought into the injector as a liquid phase and water gas as a gas phase. as Catalyst is added to the propylene finely suspended cobalt. The two phases are thoroughly mixed in the injector and react in the cavitation zone, without any external pressure. The final product will be in liquid pore continuously withdrawn and then freed from the cobalt catalyst. The temperature control on the injector depends on the selected operating conditions.

Als Vorteil ergibt sich eine erhebliche Erniedrigung der Herstellungskosten, da der fUr die Druckapparaturen erforderliche Kapitaldienst, der einen großen Anteil der Herstelluhgiskosten des Produkts ausmacht, praktisch entfdllt.The advantage is a considerable reduction in manufacturing costs, since the capital service required for the printing equipment accounts for a large share the manufacturing cost of the product is practically eliminated.

Die Erfindung ermöglicht es, mit einer einfachen Einrichtung die verschiedenartigsten Reaktionen unter Kavitation verlaufen zu lassen. Die bei der Kavitation auftretenden extrom hohen Druckstoße kdnnen voll auagenutst werden. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Kavitation in einem großen Arbeitsgebiet beliebig verstärkt oder geschwächt werden kann.The invention enables the most varied of types with a simple device Reactions proceed under cavitation allow. The one in cavitation Any extra high pressure surges that occur can be fully exploited. A special The advantage of the invention is that the cavitation takes place in a large working area can be strengthened or weakened at will.

Claims (8)

Ansprüche 1. Reaktionsverfahren für fließfähige Stoffe, dadruch gekennzeichnet, daß die Reaktion unter Ausnutzung der Kavitation weitgehend im Innern einee Injektore stattfindet. oder zumindest eingeleitet wird. Claims 1. Reaction process for flowable substances, characterized in that that the reaction, taking advantage of cavitation, is largely inside an injector takes place. or at least initiated. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Treib-wie auch Fördermittel wechselseititg sowohl flüesig ale auch gasförmig sein können.2. The method according to claim 1, characterized in that driving-like Funds can also be reciprocally liquid as well as gaseous. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den fließfähigen Stoffen weitere feste und/oder flüssige Stoffe in fein verteilter Form sugemisoht werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the flowable substances other solid and / or liquid substances in finely divided form be sugemisoht. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zugemlsohton Stoffe Katalysatoren sind.4. The method according to claim 3, characterized in that the zugemlsohton Substances are catalysts. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fließfähigen Stoffe plasmaförmige Medien sind.5. The method according to claim 1, characterized in that the flowable Substances are plasma-shaped media. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Injektor ein Magnetfeld überlagert wird.6. The method according to claim 5, characterized in that the injector a magnetic field is superimposed. 7. Anordnung zur DurohfWhrung dos Verfahrens nach den Ansprüohen 1 bis 6, im wesentlichen boatehend aus einem Injektor, dadurch gekennzeiohnet, daB infolge seiner konstruktiven Ausbildung Kavitation verstärkt auftritt.7. Arrangement for DurohfWhrung the method according to claims 1 to 6, essentially consisting of an injector, characterized by the fact that as a result of its constructive training cavitation occurs to a greater extent. 8. Injektor naoh Anspruoh 7, dadurch gekennzeichnet, daß eioh infolge der konstruktiven Ausbildung do@ Diffusera die Strömung in letzterem ablöst.8. injector naoh Anspruoh 7, characterized in that eioh as a result the constructive training do @ Diffusera replaces the flow in the latter. L e e r s e i t eL e r s e i t e