DE2514129C3 - Device for achieving a uniform flow profile - Google Patents

Description

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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Erzielung eines gleichmäßigen Strömungsprofils stark viskoser Flüssigkeiten beim Durchfluß durch Röhren oder Reaktionsräume unter Verwendung von quer zur Strömungsrichtung angeordneten Scheiben mit öffnungen. The invention relates to an apparatus for achieving a uniform flow profile strong of viscous liquids when flowing through tubes or reaction spaces using transverse to Disks with openings arranged in the direction of flow.

Beim Durchfluß von Flüssigkeiten mit hoher Viskosität durch Röhren oder Reaktionsräume ist es schwierig, ein gleichmäßiges Strömungsprofil, d. h. eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit über den gesamten Querschnitt zu erhalten. Durch den Einfluß der Wand wird die Fließfähigkeit so beeinflußt, daß der in der Mitte befindliche Teil der viskosen Flüssigkeit voreilt. Dies hat zur Folge, daß die Verweilzeit der einzelnen Flüssigkeitsteilchen in dem Rohr oder Reaktionsraum unterschiedlich ist und ein großer Anteil der Flüssigkeit erst nach längerer Zeit das Rohr oder den Reaktionsraum verläßt als die Anteile der Flüssigkeit aus der Mittelzone. Dies ist besonders unerwünscht, wenn in der Flüssigkeit eine Reaktion vor sich geht, deren Fortschreiten von der Verweilzeit abhängig ist. Besonders bei Polymerisations- oder PolykondensaiiuiiM caküoiieii, z. B. der Herstellung von Poiycaproiactam, beeinträchtigt eine unterschiedliche Verweilzeit ein wesentlich breiteres Spektrum an höher- und niedermolekularen Anteilen.When fluids with high viscosity flow through tubes or reaction chambers, it is difficult to a uniform flow profile, d. H. a uniform flow rate over the entire To obtain cross-section. By the influence of the wall, the flowability is so influenced that the in the Part of the viscous liquid located in the middle leads. This has the consequence that the residence time of the individual Liquid particles in the tube or reaction space is different and a large proportion of the liquid only after a longer time leaves the tube or the reaction chamber than the proportions of the liquid from the Middle zone. This is particularly undesirable when a reaction is taking place in the liquid, such as Progress is dependent on the residence time. Especially with polymerization or polycondensation caküoiieii, e.g. B. the production of Poiycaproiactam, a different residence time affects a much broader spectrum of higher and lower molecular weight Shares.

Aus der DE-PS 11 36 310 ist bereits eine Vorrichtung zur Erzielung eines gleichmäßigen Strömungspronls bekannt, wobei in hexagonaler Anordnung zu Srheiben zusammengeheftete zylindrische Füllkörper mit in das Innere hineinragenden Wandausschnitten versehen sind und die Scheiben in den durchströmten Rohr- oder Reaktionsräumen in Abständen senkrecht zur Strömungsrichtung eingebaut sind. Die Herstellung solcher Scheiben ist jedoch technisch sehr aufwendig, da zunächst die einzelnen zylindrischen Füllkörper hergestellt werden müssen und dann eine Vielzahl dieser Füllkörper zusammengeheftet werden müssen. Zudem hat die Vorrichtung den Nachteil, daß bei einer einmal gewählten Größenordnung der Füllkörper eine Abänderung nur durch Auswechseln sämtlicher Füllkörper möglich ist, d. h. eine völlig neue Scheibe gebaut werden muß.From DE-PS 11 36 310 is already a device known for achieving a uniform flow pronls, with disks in a hexagonal arrangement stapled cylindrical filler bodies are provided with wall cutouts projecting into the interior and the disks in the pipe or reaction spaces through which the flow passes, at intervals perpendicular to the direction of flow are built in. However, the production of such disks is technically very complex because first of all the individual cylindrical packing elements have to be produced and then a large number of these Packing must be stapled together. In addition, the device has the disadvantage that once Chosen order of magnitude of the packing a change only by replacing all packing is possible, d. H. a completely new disk has to be built.

Es war die technische Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die es gestattet, einer stark viskosen Flüssigkeit bei Durchfluß durch Röhren oder Reaktionsräume von Anfang an ein gleichmäßiges Strömungsprofil zu geben und die leicht den Anforderungen gemäß angepaßt werden kann.The technical task was to provide a device that would allow a highly viscous liquid when flowing through tubes or reaction spaces from the start To give a uniform flow profile and which can easily be adapted to the requirements.

Es wurue nun gefunden, daß man beim Durchfluß stark viskoser Flüssigkeiten durch Röhren oder Reaktionsräume dadurch ein gleichmäßiges Strömungsprofil unter Verwendung von quer zur Strömungsrichtung angeordneten Scheiben mit öffnungen erzielt, wenn die Scheiben als ringförmige Bänder mit steigendem Durchmesser ausgebildet sind, die in Abständen konzentrisch auf einem Rost angeordnet sind, wobei die Wände der ringförmiger. Bänder parallel zur Strömungsrichtung verlaufen.It has now been found that when highly viscous liquids flow through tubes or Reaction spaces thereby a uniform flow profile using transverse to the flow direction arranged disks with openings achieved when the disks as annular bands with increasing diameter are formed, which are arranged concentrically at intervals on a grate are, with the walls being the more annular. Bands parallel run towards the direction of flow.

Ferner wurden weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gefunden, die in Unteransprüchen beschrieben sind.Furthermore, further configurations of the device according to the invention were found, which are defined in the subclaims are described.

Die neue Vorrichtung hat gegenüber der aus der DFi-AS Π 36 310 bekannten Vorrichtung den Vorteil, daß sie auf einfache Weise aus Halbzeug für die Herstellung von Füllkörpern hergestellt werden kann. Zudem lassen sich die Abmessungen z. B. die Abstände, in denen die ringförmigen Bänder angeordnet sind, wesentlich einfacher abändern, ohne daß eine völlig neue Vorrichtung hergestellt werden muß. Gegenüber der Vorrichtung entsprechend der DD-PS 95 189 hat die neue Vorrichtung den Vorteil, daß von Anfang an ein gleichmäßiges Strömungsprofil erzielt und nicht ein zuerst ausgebildetes ungleiches Strömungsprofil nachträglich korrigiert wird.The new device has the advantage over the device known from DFi-AS Π 36 310, that it can be produced in a simple manner from semi-finished products for the production of packing elements. In addition, the dimensions z. B. the distances at which the annular bands are arranged, Much easier to modify without having to manufacture a completely new device. Opposite to the device according to DD-PS 95 189 has the new device has the advantage that from the beginning a uniform flow profile is achieved and not a uneven flow profile formed first is subsequently corrected.

Bevorzugte stark viskose Flüssigkeiten sind z. B. Schmelzen von Polylactamen, die bei der Polykondensation von Lactamen mit 5 bis 13 Ringgliedern bei Temperaturen von 140 bis 250°C erhalten werden. Besondere technische Bedeutung hat die Vorrichtung bei der Herstellung von Polycaprolactam.Preferred highly viscous liquids are, for. B. Melting of polylactams that occur during polycondensation of lactams with 5 to 13 ring members at temperatures of 140 to 250 ° C. The device is of particular technical importance in the production of polycaprolactam.

Die ringförmigen Bänder haben vorteilhaft eine Breite von 1,5 bis 10 cm, insbesondere von 3,5 bis 8 cm. Sie werden auf einem Rost, z. B. einem Kreuzrost oder einer spinnenartigen Unterkonstruktion, konzentrisch in Abständen mit steigendem Durchmesser zu einer durchbrochenen Scheibe angeordnet. Die Abstände betragen vorteilhaft 1,75 bis 5 cm. In der Regel sind die Abstände zwischen den einzelnen ringförmigen Bändern gleich. Es ist jedoch auch möglich, daß die ringförmigen Bänder mit zunehmendem DurchmesserThe annular bands advantageously have a width of 1.5 to 10 cm, in particular 3.5 to 8 cm. They are placed on a grid, e.g. B. a cross grate or a spider-like substructure, concentric arranged at intervals with increasing diameter to form a perforated disc. The distances are advantageously 1.75 to 5 cm. Usually they are The distances between the individual ring-shaped bands are the same. However, it is also possible that the annular bands of increasing diameter

in größeren oder kleineren Abslanden angeordnet sind, um verändertes Fließverhalten der Schmelze, wie sie z. B. durch zusätzliches Heizen innen oder außen verursacht wird, auszugleichen. Um ein Voreilen der viskosen Flüssigkeit im Zentrum der Scheibe zu verhindern, wird dort vorteilhaft ein Verdränger angeordnet, der zweckmäßig kegelförmige Enden hat.Are arranged in larger or smaller Abslanden to change the flow behavior of the melt, as they z. B. caused by additional heating inside or outside to compensate. To advance the To prevent viscous liquid in the center of the disk, a displacer is advantageous there arranged, which expediently has conical ends.

Es ist vorteilhaft, zwei oder mehrere Scheiben gegenseitig versetzt anzuordnen. Die Abstände zwischen den einzelnen Scheibenpaaren betragen im allgemeinen 3,5 bis 20 cm. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, in Reaktionsräumen je Meter Länge 4 bis 10 Scheiben anzuwenden. Bei einer anderen vorteilhaften Anordnung sind die versetzt angeordneten Scheiben lediglich durch die Unterkonstruktion als Distanzstücke voneinander getrenntIt is advantageous to arrange two or more disks offset from one another. The distances between the individual pairs of discs are generally 3.5 to 20 cm. It has been found to be functional proven to use 4 to 10 discs per meter length in reaction chambers. Another advantageous one The staggered panes are only arranged as spacers through the substructure separated from each other

Es versteht sich, daß sich die Scheiben jeweils über den gesamten Querschnitt der Rohre odc.· Reaktionsräume erstrecken. It goes without saying that the disks each extend over the entire cross section of the tubes or reaction spaces.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die ringförmigen Bänder mit Wandausschnitten (wie bei bekannten Füllkörperringen) versehen sind, die senkrecht zur Strömungsrichtung in die Abstände zwischen den einzelnen ringförmigen Bändern hineinragen. In der Regel kommen auf 1 Meter Band 40 bis 125 Wandausschnitte. Ein guter Effekt beim Durchströmen der stark viskosen Flüssigkeiten wird auch erzielt, wenn man die senkrecht zur Strömungsrichtung angeordneten Wandausschnitte dreidimensional pflugscharähnlich ausgestaltet Die Ausschnitte können von Scheibe zu Scheibe und Band zu Band alternierei.d im Sinn eines Linksdralles oder eines Rechtsdralles pflugscharähnlich verwunden sein. Eine besonders vorteilhafte Anordnung sieht so aus, daß die Wandausschnitte von Scheibe zu Scheibe alternierend nach innen oder außen gerichtet sind. Es hat sich auch bewährt, daß die Wandausschnitte so gestaltet sind, daß sie als Distanzstücke zwischen den einzelnen ringförmigen Bändern dienen.It has proven to be particularly advantageous if the annular bands with wall cutouts (as in known packing rings) are provided, which are perpendicular to the direction of flow in the distances between protrude into the individual ring-shaped bands. As a rule, there are 40 to 125 per meter of tape Wall cutouts. A good effect when flowing through the highly viscous liquids is also achieved if the wall sections, which are arranged perpendicular to the direction of flow, are three-dimensional, similar to ploughshares The cutouts can alternate from disk to disk and from ribbon to ribbon in the sense of a Be twisted like a ploughshare left twist or a right twist. A particularly advantageous arrangement looks like that the wall cut-outs are directed alternately inwards or outwards from pane to pane are. It has also been proven that the wall cutouts are designed so that they act as spacers between the individual annular bands are used.

F i g. 1 zeigt den Querschnitt durch eine Scheibe mit einem Verdränger 1, ringförmigen Bändern 2, Wandausschnitten 3 und der Unterkonstruktion 4. F i g. 2 zeigt Ausschnitte der Aufsicht und zwei gegeneinander versetzte Scheiben A und B mit jeweils einem Verdränger 1, ringförmigen Bändern 2 und Wandausschnitten 3. F i g. 3 zeigt den Wandausschnitt aus einem ringförmigen Band 2 mit pflugscharähnlich verwundenen Wandausschnitten 3 und der Unterkonstruktion 4.F i g. 1 shows the cross section through a disk with a displacer 1, annular bands 2, wall cutouts 3 and the substructure 4. FIG. 2 shows details from the top view and two disks A and B offset from one another, each with a displacer 1, annular bands 2 and wall sections 3. FIG. 3 shows the wall section from an annular band 2 with wall sections 3 twisted like ploughters and the substructure 4.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (8)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Vorrichtung zur Erzielung eines gleichmäßigen Strömungsprofils stark viskoser Flüssigkeiten beim Durchfluß durch Röhren oder Reaktionsräume unter Verwendung von quer zur Strömungsrichtung angeordneten Scheiben mit öffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (A, B) als ringförmige Bänder (2) mit steigendem Durchmesser ausgebildet sind, die in Abständen konzentrisch auf einem Rost angeordnet sind, wobei die Wände der ringförmigen Bänder parallel zur Strömungsrichtung verlaufen.1. Device for achieving a uniform flow profile of highly viscous liquids when flowing through tubes or reaction chambers using disks with openings arranged transversely to the direction of flow, characterized in that the disks (A, B) are designed as annular bands (2) with increasing diameter , which are arranged concentrically at intervals on a grate, the walls of the annular bands running parallel to the direction of flow. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Scheiben (A, B) gegenseitig versetzt angeordnet sind.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that two or more discs (A, B) are arranged offset from one another. 3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Bänder (2) mit Wandausschnitten versehen sind, die senkrecht zur Strömungsrichtung in die Abstände zwischen den einzelnen ringförmigen Bändern (2) hineinragen.3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the annular bands (2) with Wall cutouts are provided that are perpendicular to the direction of flow in the distances between the individual ring-shaped bands (2) protrude. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandausschnitte pflugscharähnlich dreidimensional ausgestaltet sind.4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that the wall cutouts Are designed like ploughshare three-dimensional. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandausschnitte von Band zu Band und Scheibe zu Scheibe alternierend im Sinn eines Links- und eines Rechtsdralles pflugscharähnlich verwunden sind.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the wall sections of tape to Band and disc to disc alternating in the sense of a left and a right twist similar to a ploughshare are twisted. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandausschnittc von Scheibe zu Scheibe alternierend nach innen oder außen gerichtet sind.6. Device according to claims 1 to 3, characterized in that the wall cutout c are directed alternately inwards or outwards from pane to pane. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum der Scheibe (A, B) ein kegelförmig abgestumpfter Verdränger (1) angeordnet ist.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that a truncated conical displacer (1) is arranged in the center of the disc (A, B). 8. Vorrichtung nach den Ansprüchen I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandausschnitte als Distanzstücke zwischen den einzelnen ringförmigen Bändern(2) ausgebildet sind.8. Device according to claims I to 7, characterized in that the wall cutouts are designed as spacers between the individual annular bands (2).