DE2130519A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Temperieren des Fluessigkeitsinhaltes eines geschlossenen Reaktionsgefaesses - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Temperieren des Flüssigkeitsinhaltes eines geschlossenen Reaktionsefässes.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Temperieren des Flüssigkeitsinhaltes eines geschlossenen Rcaktionsgefässes. * EUr die chargenweise Durchftihrung chemischer Reaktionen verwendet man in der Verfahrenstechnik häufig Sührverksgef.-sse mit glatten Innenwänden und Doppelmänteln oder Rohrschlangen an der Aussenseite, durch die Wämeträger zum Kühlen oder Beheizen des Reaktionsgemisches geleitet werden.
• Die in Gefäss stattfindende Reaktion muss üblicherweise bei einer genau festgelegten Temperatur ablaufen, wobei eine möglichst homogene Temperaturverteilung angestrebt wird.
• Vor allem bei Prozessen mit Wärmetönung d.h. exotherm oder endotherm verlaufenden Prozessen ergibt sich daraus die Notwendigkeitç einerseits ftir eine wirkungsvolle Durchmischung qes Gefässinhaltes zu soren, und anderseits die Temneraturdifferenz zwischen Wand und Inhalt klein zii halten. Die austauschbare Wärmemenge wird bestirnmt durch das Produkt aus Temperaturdifferenz, Wärmeübergangszahl und Wärme aus tauschfla" che Die erreichbare .Iarmeübergangszahl hängt von den Stoffeigenschaften sowie von den Abmessungen und der Drehzahl des Rührers ab und ist durch die einsetzbare Rührerksleistung begrenzt.
• Die Oberfläche für den Wärmeaustausch ergibt sich aus den Gefässabmessungen. Je grösser das Gefäss ist, umso ungiinstiger wird das Verhältnis aus Oberfläche und Gefässvolumen. Da jedoch die durch die Wa.rmetönung der Reaktion entstehende oder verbrauchte Wärme dem Gefässinhalt proportional ist, wird die Einhaltung der gewünschten homogenen Reaktionstemperatur bei grossen Gefässen problematisch. Das gilt in besonderem Masse für exotherme Reaktionen, die zum "Durchgehen", d.h. zu einem progressiven Temperaturanstieg neigen. Bei ihnen muss ein Reservekühlalermcgen bereitgestellt werden, um den Temperaturanstieg notfalls abzufangen.
• Die Erfindung hat es sich ztim Ziel gesetzt, auf wirtschaftliche Art eine gleichmässige und rasche Temperierung einer Reaktionsflüssigkeit in einem geschlossenen Reaktionsgefäss zu verwirklichen.
• Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die 'zZärmezu- oder -abfuhr mindestens teilweise mittels eines gegenüber dem Reaktionsgemisch chemisch inerten Gasstromes erfolgt, der mit geeigneter Temperatur feinverteilt in die Flüssigkeit eingeführt wird.
• Eine Vorrichtung zur Durchführung des Vnrfahrens besteht nach er Erfindung darin, dass in dem Reaktionsgefäss eine Vertellvorrichtung mit Austrittsöffnungen für das chemisch inerte Gas angeordnet ist, und dass weiterhin die Zuleitung in die Verteilvorrichtung mit einer Zufthreinrichtung für das inerte Gas verbunden ist.
• Wenn das Gas nicht mit der gewünschten Eintrittstemperatur zur Verfügung steht, ird es vorteilhaft in einem Wärmeaustauscher auf die erforderliche Temperatur gebracht.
• Die Verteilvorrichtung kann vorteilhaft als ein rotierender Zylinder mit beschaufelten Oeffnungen ausgeführt sein. Z.B. kann hierfür ein sogenannter Inferator W der üblicherweise nur zum Begasen eines Mediums dient, verwendet werden. Hierbei erden die aus der Vorrichtung austretenden Gasbläschen durch die Rotationsbewegung zerkleinert und gleichmässig mit der Reaktionsflüssigkeit durchmischt.
• Es ist auch möglich, einen rotierenden, unbeschaufelten Hohlzylinder mit Austrittsöffnungen für das in der gellünschten Weise temperierte Gas zu verwenden oder auch gegebenenfalls das chemisch inerte Gas durch eine stillstehende Verteilvorrichtung, z.B. durch eine poröse Platte zuzuführen.
• ie bereits an vorstehender Stelle ausgeführt wurde, ist es ir.sbesonuere bei exotherm verlaufenden chemischen Reaktionen hä.ufi erforderlich, einen plötzlichen unerwünschten Temperaturanstieg abzufangen.
• Die Erfindung ermöglicht dieses auf vorteilhafte Weise daduch dass die Kühlleisbung mit hilfe von verflüssigtem Gas, welches dem chemisch inerten Gas zugemischt wird, erhöht wird.
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich anhand eines in der Zeichnung dargestellten und im folgenden erläuterten Ausführungsbeispieles.
• In der Zeichnung ist ein Reaktionsgefäss 1 in der üblichen Weise mit einem Heiz- bzw. Kühlmantel 2 versehen, durch den ein Wärmeträger A fliesst. Die Gasverteilvorrichtung 3 ist als ein mit beschaufelten Gasaustrittsöffnungen 3a versehener Hohlzylinder ausgebildet, der über eine Hohlwelle 4 von einem Motor 5 angetrieben wird. Oberhalb der Verteilvorrichtung sind mit der Innenwand des Gefässes Prallbleche 6 verbunden, die dazu dienen, ein Mitrotieren der RealKtionsflüssigkeit mindestens weitgehend zu verhindern.
• Im Ausführungsbeispiel zirkuliert das Temperierungsgas in einem Kreislauf, und zwar wird ein gegen die Reaktionsflüssigkeit chemisch inertes Gas B, z.B. Stickstoff, in einem Wärmeaustauscher 7 auf die gewünschte Eintrittstemperatur in das Gefäss gekühlt oder erwärmt, mit Hilfe eines Umwälzgebläses 8, welches den Druckverlust im Umwälzsystem und den statischen Druck der Reaktionsflüssigkeit im Gefäss über der Verteilvorrichtung kompensiert, durch ein Einspeisekopfsttick 9 in die Hohiwele 4 eingeleitet. Zwischen dem Gebläse 8 und dem Kopfstück 9 ist eine Einspritzleitung 10, in der ein hbschlussorgan 11 angeordnet ist, fiir verflüssigtes Gas vorgesehen, welches mittels einer Pumpe 12 einem Speichertank 13 im Bedarfsfalle entnommen werden kann.
• Der Druck im System wird durch ein Abblasventil 14 aufrechterhalten.
• Im Falle eine billige Gasquelle zur Verfügung steht, ist es auch möglich, anstelle eines geschlossenen Kreislaufes das temperierte Gas, nachdem es den Innenraum des Gefässes durchsetzt hat, direkt, beispielsweise in die Atmosphäre ausströmen zu lassen.
• Mit Hilfe der Erfindung wird es nun möglich, dem Reaktionsgefäss eine gewünschte Wärmemenge zuzuführen oder zu entnehmen. brenn das Reaktionsgefäss noch zusätzlich von einen Heiz- oder kühlmantel umgeben ist, wie dieses im Ausführungsbeispiel der Fall ist, kann die auf die erfindungsgemässe Art zugefiihrte bzw. abgeführte Wärmemenge beispielsweise in der Grössenordnung sein, wie die normalerweise durch die Slantelfl.che des Gefässes ausgetauschte Wärme. Ausserdem erfolgt mit Hilfe der Erfindung ein sehr gleichmässiger Wärmeaustausch, so dass eine homogene Temperaturverteilung gewährleistet ist.
• Die Verwendung eines Gases als Wärme träger erlaubt es, die Betriebstemperatur in einem weiten Bereich zu verändern.
• Weiterhin wird durch das im Reaktionsgefäss erzeugte Blasenhett der 4rmeübergang von der Gefsswand an die Reaktionflüssigkeit beträchtlich gesteigert.
• Wie bereits er;rähnt, kann mit Hilfe der erfindung auch das "Durchgehen" exothermer Reaktionen in einfacher Weise durch Einspritzen von Flüssiggas gestoppt werden, wobei auch hier die sofortige homogene Verteilung des Kühlmittels besonders vorteilhaft ist.

Claims (6)

P atentansrüche

1. Verfahren zum Temperieren des Flüssigkeitsinhaltes eines geschlossenen Reaktionsgefässes, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmezu- oder -abfuhr mindestens teilweise mittels eines gegenüber dem Reaktionsgemisch chemisch inerten Gasstromes erfolgt, der mit geeigneter Temperatur feinverteilt in die Flüssigkeit eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu einer raschen Steigerung der Kühlleistung dem Gas verflüssigtes Gas zugemischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Stickstoff als chemisch inertes Gas verwendet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reaktionsgefäss eine Verteilvorrichtung mit Austrittsöffnungen für das chemisch inerte Gas angeordnet ist, und dass weiterhin die Zuleitung in die Verteilvorrichtung mit einer Zuführeinricntung für das inerte Gas verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass :n der Zuleitung ein Wärmeaustauscher zum TeLipe riei'en des Gasstromes angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspyuch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die Zuleitung zu der Verteilvorrichtung eine weitere, ein Abschlussorgan aufweisende Zuleitung mündet, welche an ihrem anderen Ende mit einer Quelle verflüssigten Gase-s verbunden ist.