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DE1041475B - Process for the continuous implementation of mixing and reaction processes - Google Patents

Process for the continuous implementation of mixing and reaction processes

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Publication number
DE1041475B
DE1041475B DEP11944A DEP0011944A DE1041475B DE 1041475 B DE1041475 B DE 1041475B DE P11944 A DEP11944 A DE P11944A DE P0011944 A DEP0011944 A DE P0011944A DE 1041475 B DE1041475 B DE 1041475B
Authority
DE
Germany
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mixing
hollow body
section
walls
cross
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Pending
Application number
DEP11944A
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German (de)
Inventor
Dr Rudolf E C Pflock
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RUDOLF E C PFLOCK DR
Original Assignee
RUDOLF E C PFLOCK DR
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Publication date
Application filed by RUDOLF E C PFLOCK DR filed Critical RUDOLF E C PFLOCK DR
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Description

Verfahren zur kontinuierlichen Durchführung von Misch- und Reaktionsprozessen Die bisher angewandten Mischapparaturen be standen in der Hauptsache aus Kesseln mit Rührwerken, in denen die vorkommenden Mischvorgänge im allgemeinen diskontinuierlich durchgeführt wurden. Process for the continuous implementation of mixing and reaction processes The mixing equipment used so far consisted mainly of boilers with agitators, in which the mixing processes occurring are generally discontinuous were carried out.

Es sind weiterhin Verfahren bekannt, bei denen Mischvorgänge und katalytische Prozesse in Vofrichzungen durchgeführt werden, die im Prinzip und Form dem inneren Rohr eines Kugelkühlers gleichen. There are also known methods in which mixing processes and catalytic processes are carried out in procedures, in principle and form resemble the inner tube of a spherical cooler.

Damit ergeben sich auch die bekannten Nachteile, wie Stauerscheinungen, Verlegung und Verstopfung der engen Übergänge, die gefährliche Drucksteigerungen im Gefolge haben können. Weiterhin ist die gleichmäßige Beschickung eines solchen Apparates schwer durchführbar, ebenso die Reinigung bei den häufigen Verstopfungen. Auch ist die Leistung eines solchen Apparates nur gering. This also results in the known disadvantages, such as congestion, Laying and clogging of the narrow passages, the dangerous pressure increases may have in the wake. Furthermore, the even loading of such is important Apparatus difficult to carry out, as well as cleaning in the case of frequent blockages. The performance of such an apparatus is also only low.

Es sind auch Vorrichtungen beschrieben, bei denen man in ein als Mischraum dienendes Gefäß wellen-, winkel- und zickzackförmige Wände oder Einzelteile. bestehend aus entsprechend gebogenen Drähten oder Blechstreifen, eingeführt hat, um auf diese Weise sich verengende und erweiternde Pührungswege von Gasen oder Dämpfen durch pulverförmiges Material zu schaffen. Es ist wohl möglich, auf diese Weise eine Pfropfenbildung hintanzuhalten oder Klumpen zu vermeiden, aber Einrichtungen dieser Art sind nicht geeignet, etwa bei großtechnischen Synthesen eine intensive Durchmischung der Komponenten herbeizuführen oder entsprechend zu steuern. There are also devices described in which one as Vessel serving the mixing space, wavy, angular and zigzag-shaped walls or individual parts. consisting of appropriately bent wires or sheet metal strips, in this way narrowing and widening of the pathways of gases or vapors to create by powdery material. It is probably possible that way to prevent plugging or lumps, but facilities of this type are not suitable, for example an intensive one in large-scale syntheses To bring about mixing of the components or to control them accordingly.

Auch Retaktionsvorrichtungen, bei denen mehrere konzentrische Zylinder so ineinandergeschoben werden, daß hierdurch eine entsprechende Verlängerung der Wegstrecke in einem gleichen Apparatevolumen erreicht wird, bleiben schon allein infolge der bisher angewandten glatten Wände in der Leistung weit hinter dem durch entsprechende Profilierung erreichbaren Maximum zurück. Also retraction devices in which several concentric cylinders are pushed together so that this results in a corresponding extension of the Distance is reached in the same volume of apparatus, remain alone as a result of the smooth walls used so far, far behind in performance corresponding profiling maximum achievable back.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren, bei welchem die aufgezeigten Mängel der bekannten Verfahren ausgeschaltet sind. Die Verlagerungsma>glichkeiten der engen Durchgänge des Kugelkühlerprinzips werden in der Weise beseitigt, daß an Stelle der kreisförmigen Durchgänge geringen Querschnitts umlaufende Ringspalte, die durch die Profilierung benachbarter Wandungen entstehen, treten. Die spezifische Formung der Wandungen ergibt neben einer 300/oigen Verlängerung der Wegstrecke gegenüber glatten Wandungen vor allem auch eine bis zur wirklichen Turbulenz zu treibende intensive Wirbelbewegung, die auger einem entsprechend gesteigerten Wärmeaustausch eine überraschende Reaktionsbeschleunigung und Intensität ergibt, die in einer Reihe von Verfahrens fällen gestattet, auf die Verwendung von Katalysatoren zu verzichten. Weiterhin er- gibt sich auch eine überraschende Steigerung der Leistung, bezogen auf die Raumeinheit. The present invention relates to a method in which the identified shortcomings of the known methods are eliminated. The relocation possibilities the narrow passages of the ball cooler principle are eliminated in such a way that instead of the circular passages with a small cross-section, circumferential annular gaps, caused by the profiling of neighboring walls occur. The specific Forming the walls results in a 300% extension of the distance opposite smooth walls, especially one that can be driven to real turbulence intensive whirling movement, the auger a correspondingly increased heat exchange a surprising acceleration and intensity of the reaction results in a row of procedural cases allowed to dispense with the use of catalysts. Furthermore there is also a surprising increase in performance, related on the room unit.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. The method according to the invention is illustrated, for example, with reference to the drawing described.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt, wobei die Fig. 1 einen Längsschnitt und die Fig. 2 einen Querschnitt der benutzten Vorrichtung wiedergibt. A preferred embodiment is shown in Figs. 1 and 2, wherein Fig. 1 is a longitudinal section and Fig. 2 is a cross section of the used Device reproduces.

Sie besteht aus einem zylindrischen Mantel 1, der durch die Stirnplatten 2 und 3 beiderseits geschlossen wird. An diesen sind abwechselnd die quer zur Strömungsrichtung profilierten, konzentrisch angeordneten Einsatzwände von vorzugsweise rundem Ouerschnitt befestigt, und zwar derart, daß sich jeweils Übertrittsöffnungen von einem der gebildeten Zwischenräume zum nächsten ergeben, die das diese Vorrichtung passierende Medium oder ein Gemisch solcher zwingen, die ganze Strecke von der Eintrittsöffnung in der Verschlußplatte 2 zu der Austrittsöffnung in der Verschlußplatte 3 auf beiden Seiten der jeweiligen Wandungen zu durchströmen, wodurch beim Passieren dieser Vorrichtung ein Vielfaches des der Länge des Mantels entsprechenden Weges zurückgelegt werden muß. Diese Strecke wird noch erheblich verlängert durch die Profilierung der Wandungen, so daß durch beide Maßnahmen eine lange Misch- bzw. Reaktionsstrecke in kleinem Raum erzielt werden kann. It consists of a cylindrical jacket 1, which passes through the end plates 2 and 3 is closed on both sides. These are alternately transverse to the direction of flow profiled, concentrically arranged insert walls with a preferably round cross-section attached, in such a way that each transition openings from one of the formed Gaps to the next result in the medium passing through this device or a mixture of such force all the way in from the inlet port the shutter plate 2 to the outlet opening in the shutter plate 3 on both Sides of the respective walls to flow through, whereby when passing this device a multiple of the distance corresponding to the length of the jacket can be covered got to. This distance is extended considerably by the profiling of the walls, so that by both measures a long mixing or reaction path in a small Space can be achieved.

In den Fig. 1 und 2 ist der Zwischenraum zwischen dem äußeren Mantel und dem ersten Hohlkörper mit a, derjenige zwischen dem zweiten und dritten Hohlkörper mit b, derjenige zwischen dem vierten und fünften Hohlkörper mit c und der zentrale Hohlkörper mit d bezeichnet. In Figures 1 and 2 is the space between the outer shell and the first hollow body with a, the one between the second and third hollow body with b, the one between the fourth and fifth hollow body with c and the central hollow body with d.

Die Profilierung hat im weiteren die Wirkung einer dauernden Änderung der Strömungsrichtung und Gescliwindigkeit, wodurch eine intensive Durchwirbelung der Medien bewirkt wird und die verstärkt wird durch den erhöhten Durchgangswiderstand infolge der Profilierung und der damit vergrößerten inneren Reibung. The profiling also has the effect of a permanent change the direction of flow and velocity, creating an intense turbulence of the media and which is reinforced by the increased volume resistance as a result of the profiling and the resulting increased internal friction.

Diese die Intensität der Misch- oder Reaktionsvorgänge außerordentlich verstärkenden Momente werden durch eine progressive Verringerung der zwischen zwei benachbarten Wänden gebildeten Querschnitte von außen nach innen noch verstärkt, wobei eine weitere stufenweise Steigerung der vorgenannten Effekte eintritt. This makes the intensity of the mixing or reaction processes extraordinary reinforcing moments are due to a progressive decrease in between two adjacent walls are reinforced from the outside to the inside, a further gradual increase in the aforementioned effects occurs.

Auf diese Weise erreicht man bei Mischungen in einem Durchgang eine praktisch völlige Homogenisierung. In this way, one can achieve a mixture in one pass practically complete homogenization.

Bei reversiblen Vorgängen wird man gegebenenfalls den Weg in umgekehrter Richtung, also von innen nach außen, wählen. In the case of reversible processes, the path may be reversed Choose direction, i.e. from the inside out.

Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise ergeben sich zudem günstigere Wärmeübergänge als bei glatten Wandungen mit laminaren Strömungen, da, abgesehen von der durch die Profilierung vergrößerten Durchgangsfläche, der Wärmeaustausch durch die Turbulenz in wesentlicher Weise gesteigert wird. The procedure according to the invention also results in more favorable ones Heat transfers than with smooth walls with laminar flows, apart from that of the passage area enlarged by the profiling, the heat exchange is increased in a substantial way by the turbulence.

Man hat es zudem in der Hand, beispielsweise durch Anbringen eines Heiz- und/oder Kühlmantels, je nach Arbeitsprozeß und Erfordernis Wärme zu-oder abzuführen und so den Verlauf von Misch- und Rr aktionsprozessen auch thermisch in möglichster Angleichung an ihr Optimum durchzuführen. You also have it in your hand, for example by attaching one Heating and / or cooling jacket, depending on the work process and requirement, heat to or and thus the course of mixing and reaction processes also thermally to be carried out as closely as possible to their optimum.

Für manche Prozesse oder einzelne Phasen derselben ist unter Umständen auch eine gleichbleibende Durchgangsgeschwindigkeit erwünscht. Dieser Forderung kann man durch entsprechende Abstufung des Abstandes der einzelnen Wandungen oder Änderung der Profilierung oder durch Kombination beider Maßnahmen gerecht werden. Derartige Arbeitsweisen werden durch die Fig 3 und 4 veranschaulicht. Die benutzten Vorrichtungen, die aus einem vorzugsweise zylindrischen, beiderseits durch die Stirnplatten 2 und 3 geschlossenen Mantel bestehen, können, wie in den Zeichnungen dargestellt, mit einem Heiz- und/oder Kühlmantel versehen sein, um je nach Erfordernis Wärme zu- oder abführen zu können Man kann die Misch- und Reaktionsprozesse auch in verschiedenen Stufen, z.B. durch ParalIel- oder Serienschaltung mehrerer Apparate der beschriebenen Art. durchführen. In diesem Falle hat man es in der Hand. den jeweiligen Vorgang weitgehend dem Ablauf des Prozesses oder seiner Phasen anzugleichen. For some processes or individual phases of the same it may be a constant throughput speed is also desirable. This requirement can be achieved by grading the distance between the individual walls or Change of profile or a combination of both measures. Such modes of operation are illustrated by FIGS. 3 and 4. The used Devices consisting of a preferably cylindrical, on both sides through the end plates 2 and 3 consist of a closed jacket, as shown in the drawings, be provided with a heating and / or cooling jacket to provide heat as required to be able to supply or discharge The mixing and reaction processes can also be carried out in different ways Stages, e.g. by connecting several apparatuses in parallel or in series with the ones described Art. Perform. In this case you have it in your hand. the respective process largely to align with the course of the process or its phases.

\Veiterhin kann man das erfindungsgemãße Verfahren auch fiir solche Prozesse anwenden, die vorteilhaft unter erhöhtem oder reduziertem Druck durchgeführt werden. The method according to the invention can also be used for such Apply processes that are advantageously carried out under increased or reduced pressure will.

Im Falle des terdrucks ist hier nur der Mantel druckfest auszubilden, da nur dieser einer einseitigen Drucl-helastung ausgesetzt ist. In the case of negative pressure, only the jacket needs to be made pressure-resistant, because only this one is exposed to a one-sided pressure load.

Fiir Kontalftprozesse baut man Kammern zur Aufnahme des jeweiligen Katalysators ein; mit Vorteil wird zu diesem Zweck beispielsweise der äußere oder der zentrale Hohllrõrper zur Aufnahme der Kontaktsubstanz ausgestaltet. For control processes, chambers are built to accommodate the respective person Catalyst one; for this purpose, for example, the outer or the central hollow body designed to accommodate the contact substance.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung flir das erfindungsgeiniilleVerfahren wird in den sclie- matischen Fig. 5 und 6 gegeben, in denen die Fig. 5 einen Längsschnitt und die Fig. 6 einen Querschnitt darstellt. Das Hauptanwendungsgebiet hierfür sind die Misch- und Reaktionsprozesse in der Gasphase. Another embodiment of the device for the method according to the invention will be in the closing matic Fig. 5 and 6 given, in which Fig. 5 is a longitudinal section and Fig. 6 is a cross-section. The main area of application for this are the mixing and reaction processes in the gas phase.

Bei dieser Anwendungsform paßt man beispielsweise eine entsprechende Anzahl quer zur Strömungsrichtung profilierter Rohre 4 als gedrängtes Bündel in einen Hohlraum mit Wandung 1 ein, die Anschlußvorrichtungen zur Verbindung mit anderen Apparaten aufweist und vorteilhaft mit einem Heiz- bzw. Kühlmantel versehen ist. In this form of application, for example, a corresponding one fits Number of tubes 4 profiled transversely to the direction of flow as a compressed bundle in a cavity with wall 1, the connection devices for connection with others Has apparatus and is advantageously provided with a heating or cooling jacket.

Durch die Bündelung ergeben sich nun im Reaktionsraum zwischen den einzelnen Hohlkörpern 4 und zwischen diesen und der Wandung 1 durch die Profilierung spezifische Hohlräume J und g, die, wie vor allem Fig. 6 zeigt, dauernd zwischen einem Maximum an Raumquerschnitt bzw. Durchgangsfiäche für die Reaktionskomponenten in der Ebene des geringsten Lumens e der Hohlkörper 4 und einem Minimum in Höhe der größten jeweiligen Durchmesser derselben wechseln. The bundling now results in the reaction space between the individual hollow bodies 4 and between these and the wall 1 by the profiling specific cavities J and g, which, as especially Fig. 6 shows, continuously between a maximum of space cross-section or passage area for the reaction components in the plane of the smallest lumen e of the hollow body 4 and a minimum in height the largest respective diameter of the same change.

Von besonderer Bedeutung ist hierbei, daß auf diese Weise nicht nur eine dauernde Änderung der Strömungsgeschwindigkeit und außerordentlich intensive Durchwirbelung der Reaktionskomponenten in der Richtung des Durchgangsweges stattfindet, sondern auch um die einzelnen Hohlkörper herum und radial bis zur begrenzenden Wandung. Damit werden bei stark exothermen Reaktionen vor allem örtlichetberhitzungen sowie Druckanstiege verhindert und der schnellste Temperaturausgleich an den Austauschflächen - der Hohlkörper wie auch gegebenenfalls des Mantels gewährleistet. Of particular importance here is that in this way not only a constant change in flow velocity and extremely intense Whirling of the reaction components takes place in the direction of the passage, but also around the individual hollow bodies and radially up to the delimiting wall. This means that in the case of strongly exothermic reactions, local overheating as well as Prevents pressure increases and the fastest temperature equalization on the exchange surfaces - The hollow body as well as, if necessary, the jacket is guaranteed.

Bei Prozessen, deren Reaktionsverlanf sich bis zu explosionsartiger Intensität steigern kann, verwendet man zur zusätzlichen Sicherheit mit besonderem Vorteil Hohlkörper in Form flexibler Rohre und gegebenenfalls auch eine ebenso gestaltete Gefäßwandung. In processes whose reaction times can become explosive Intensity can be used with special for additional security Advantage of hollow bodies in the form of flexible tubes and possibly also a similarly designed one Vessel wall.

Vorrichtungen dieser Art stellen auch geeignete Verbindnngsteile bzw. Schutzelemente vor und zwischien explosionsgefährdeten Apparaturen dar. Devices of this type also provide suitable connectors or protective elements in front of and between explosive equipment.

Als Homogenisator fur die derartigen Prozesse zu unterwerfenden Koraporenten erweist sich die Vorrichtung gemäß Fig. 1 als besonders zweckmäßig und wirksam. As a homogenizer for the coraporents to be subjected to such processes the device according to FIG. 1 proves to be particularly expedient and effective.

Zur Durchführung katalytischer Prozesse verwendet man vorzugsweise mehrere kürzere derartige Reaktoren unter Vor- und/oder Zwischenschaltung von Kontaktkammern. To carry out catalytic processes one preferably uses several shorter such reactors with upstream and / or intermediate connection of contact chambers.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE: t. Verfahren zur kontinuierlichen Durchführung von Misch- und Reaktionsprozessen durch Vermischen oder Aufeinanderwirken verschiedener Stoffe gleichen Aggregatzustandes in Durchgangsräumen von wechselndera Ouerschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeß in einer Vorrichtung vorgenommen wird, die aus einer Vielzahl von durch obere und untere 93ergänge verbundenen Hchlkörpern besteht, deren Wandungen quer zur Strömungsrichtung einen nveiseluden ouerschnitt aufweisen. PATENT CLAIMS: t. Process for the continuous implementation of Mixing and reaction processes by mixing or interacting different Substances of the same aggregate state in passageways with a changing cross-section, characterized in that the process is carried out in an apparatus which made up of a multitude of hollow bodies connected by upper and lower passages consists, the walls of which transversely to the direction of flow have a nveiseluden cross-section exhibit. 2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ilohlkörper derart angeordnet sind, daß sich Stellen erweiterten Querschnittes und Stellen veiengerten Qnerschmttes der Hohlkörper jeweils auf gleicher Höhe befinden. 2. The method according to claim 1, characterized in that the Ilohlkörper are arranged in such a way that points of expanded cross-section and Make veienged Qnerschmttes of the hollow bodies are each at the same height. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung verwendet wird, bei der mit Öffnungen versehene Hohlkörper in einem geschlossenen, mit mindestens einem Zu- und Ablauf versehenen Behälter ineinander angeordnet sind, die abwechselnd gegenüber dem Boden oder Deckel des Behälters verkürzt sind. 3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that that a device is used in the apertured Hollow body in a closed container with at least one inlet and outlet are arranged one inside the other, which are alternately opposite the bottom or cover of the Are shortened. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörperwandungen voneinander verschiedenen Abstand haben und/oder verschiedene Profilierung aufweisen. 4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that that the hollow body walls have different distances from one another and / or different Have profiling. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozesse in einer Vorrichtung durchgeführt werden, bei der die Hohlkörper bündelartig in einem Behälter derart angeordnet sind, daß sich ihre Außenwandungen an den Stellen größten Querschnittes berühren. 5. Process according to claims 1 to 4, characterized in that that the processes are carried out in a device in which the Hollow body are arranged in bundles in a container in such a way that their outer walls touch at the points with the largest cross-section. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper und/ oder der Mantel aus flexiblen Rohren bestehen. 6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that that the hollow body and / or the jacket consist of flexible tubes. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 560 216, 553 036, 695 634, 716 121, 725 121, 740 674, 709 665, 909 292; deutsche Patentanmeldung W 1841 IVb/12g (bekanntgemacht am 23. 5. 1951). Considered publications: German Patent Specifications No. 560 216, 553 036, 695 634, 716 121, 725 121, 740 674, 709 665, 909 292; German Patent application W 1841 IVb / 12g (published May 23, 1951).
DEP11944A 1954-02-12 1954-05-13 Process for the continuous implementation of mixing and reaction processes Pending DE1041475B (en)

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