DE1066955B - Verfahren und Vorrichtung zum Erwärmen oder Kühlen, insbesondere Trocknen, feinteiliger Stoffe - Google Patents

Description

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La presente invention est relative a un reacteur pour reactions chimiques/ constitug d'une cuve ä fermeture etanche munie d'un dispositif d'Evacuation du produit trait€, comportant intS-rieurement un agitateur ä arbre vertical et pale etagfees et Squi-, pee d'un circuit d'echange thermique s'etendant sensiblement sur toute la hauteur de la paroi laterale de la cuve.

Dans les reacteurs connus, la cuve a une paroi lateral cylindrigue et un fond bombe, ggneralement de section en anse de panier.
De tels reacteurs sont congus pour traiter avec un rendement optimum un volume determine de produit dont on ne peut s'ecarter sensiblement.

En effet, d'une part, pour que 1'agitateur travaille dans de bonnes conditions, c'est-ä-dire pour assurer un brassage efficace du produit a traiter et pour gviter en particulier des phenomenes de cavitation, il faut que les pales au travail soient plongees integralement au sein du produit. D'autre part, il est necessaire que la surface d'6change thermique soit dans un rapport donne avec le volume du produit.

Or, en raison de la forme de construction des reacteurs connus, la capacite du fond de la cuve, et par consequent le volume minimum pouvant etre efficacement brasse par les pales inferieures de 1'agitateur, est relativement importante par rapport ä la capacite totale de la cuve.

Il s'ensuit que la surface d'echange thermique, qui s'etend le long de la paroi cylindrique de la cuve mais non pas dans le fond de celle-ci, et le volume du produit traite varient dans les rapports differents en fonction du niveau atteint par le produit. Ce η'est done que pour un niveau determine que la surface d'Schange thermique et le volume du produit sont entre eux dans le rapport voulu pour que la reaction s'opere dans les meilleures conditions. Pratiquement, il η'est pas possible de s'ecarter de plus de cinquante pour cent de ce niveau optimal.

Pour ces raisons, on est done obligg de prevoir, suivant les applications envisagees, toute une gamme de rSacteurs de capacites differentes, ce qui implique une limitation de la fabrication en serie et un coOt eleve de I¹equipement des usines de production chimique.

Au surplus, lorsque le produit Slaborö dans le rSacteur doit etre dilue, il est necessaire de prevoir pour chaque rSacteur une cuve de dilution separee de construction analogue ä celle du reacteur mais de capacity beaucoup plus grande, en liaison avec celle-ci par un dispositif de recyclage comprenant une pompe. Dans

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ce cas, le cout de 1'installation et son encombrement se trouvent considerablement augmentee.

L'invention a pour but d'Slimlner ces inconvenients en realisant un reacteur permettant de traiter dans des conditions d¹agitation et d'Schange thermique pratiquement constantes des quantitös de produit variables dans de tres larges limites, pouvant aller du simple au decuple et plus, et permettant en consequence d'effectuer des dilutions sans le secours d'une cuve de dilution sSparfee, tout en ne pr^sentant qu'un faible encombrement.

A cet effet, le rSacteur selon 1"invention est caracterise en ce que sa cuve a sensiblement la forme d'un c5ne renverse, legerement tronque, dont 1'angle au sommet est de preference voisin de 45°.

Grace ä cette disposition, d'une part, le volume du fond de la cuve, c'est-a-dire le volume de produit pouvant €tre effectivement brasse par les pales inferieures de l'agitateur tout en etant soumis a un echange thermique convenable, est reduit au minimum et, d'autre part, ä partir de ce volume minimum et jusqu'ä un volume utile considirablement superieur, par exemple dix fois ou plus, la surface d¹echange thermique et le volume du produit varient sensiblement de la meme maniSre par rapport au niveau du produit, de sorte que dans un m€me reacteur on peut traiter sans s'öcarter sensiblement des conditions les plus favorables d¹agitation et d'echange thermique, des quantites tres diffSrentes de produit, pouvant effectivement aller du simple au decuple et plus.

On η'est done plus oblige de preVoir une gamme etendue de reacteurs de capacites proches les unes des autres, comme c'est le cas avec les rSacteurs classiques, ce qui se traduit par une Sconomie evidente de fabrication.

CeIa implique en outre que 1'on peut effectuer dans la cuve du/teacteur selon 1·invention des dilutions tres etendues sans avoir recours ä des cuves de dilution separees et a 1"equipement accessoire qu'elles necessitent, d'oü une nouvelle economie tres importante dans la fabrication et un gain d'encombrement egalement tres appreciable.

Il convient de noter qu'etant donne que le volume du produit dans la cuve conique du reacteur selon 1'invention croit beaucoup plus rapidement que le niveau, ladite cuve η'est pas plus encombrante que celle d'un riacteur classique de meme capacity optimale. On remarquera enfin que lorsqu'on traite une quantity minimale de produit dans un reacteur selon 1'invention, il reste, audessus du niveau du produit dans la cuve, un volume et une surface d¹echange thermique considerables, de sorte qu'en chauffant la

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la partie inferieure de la cuve et en refroidissant sa partie superieure on peut effectuer dans cette cuve un chauffage ä reflux, eventuellement sans le secours d'un refrigerant separe, ce qui est evidemment impossible avec un reacteur de construction classique.

Une forme d'execution de I¹invention est representee ä titre d'exemple aux dessins annexes, dans lesquels :

- Fig. 1 est une vue en coupe verticale d'un reacteur selon ' 1' invention ,·

- Fig. 2 est la representation schematique d'un reacteur de construction classique ;

- Fig. 3 est un graphique representant les variations du volume du produit et de la surface d'echange thermique en foncticn du niveau dans ledit reacteur de construction classique ; - Fig. 4 est la representation schematique d'un rSacteur selon !'invention, et

- Fig. 5 est un graphique representant les variations du volume du produit et de la surface d'echange theririque en foncticn du niveau dans ledit rSacteur selon 1'invention.

Le reacteur represents ä la figure 1 est constitue essentiellement d'une cuve 1 munie d'un couvercle 2 avec un dispositif de fermeture etanche 3 et comportant intSrieurement un agitateur ä arbre verticale 4 portant des pales etag§es 5, 6 et 7.

La cuve 1 a sensiblement la forme d'un cone renverse, legerement tronque, dont l'angle au sommet est voisinds45°.

Le fond etroit de la cuve est gquipe d'un robinet de vidange 8 et raccorde ä un conduit d'evacuation 9.

La paroi conique de la cuve 1 est double exterieureinent d'un double echangeur thermique constitue de deux Serpentins imbriques 10 et 11, comportant respectivement une arrivee 12, 13 et une sortie 14, 15 de fluide d'echange thermique.

L'echelle figurant ä la droite de cette figure 1 indique le volume correspondent ä differents niveaux de produit, en suppcsant que la cuve a une contenance totale de 200 litres.

On voit que pour un volume de 10 litres les pales inferieures/3e 1'agitateur sont completement immergees dans le produit et que celui-ci est entoure par plusieurs spires des serpentins de I¹echangeur thermique. Pour un volume de 50 litres les pales intermediaires 6 sont a leur tour totalement immergees et il en est de meme des pales superieures 7 pour un volume de 150 litres .

Les representations sch€matiques des figures 2 et 4 et les graphiques correspondants des figures 3 et 5 permettent de comparer les variations du report entre le volume du produit traite

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. et la surface correspondante d'echange thermigue dans le cas d'un rSacteur de construction classique et dans le cas d'un reacteur selon 1'invention.

Sur les graphiques sont portes en abscisses le niveau du produit dans la cuve, en dm, et en ordonnees le volume et la surface d'echange therroique functions de ce niveau, respectivement en dm3 et en dm2.

On voit que les deux fonctions varient de maniere tres diffeJrente dans le cas du reacteur classique (figure 3) tandis qu'elles sont assez voisines l'une de l'autre dans le cas du reacteur selon I¹invention (figure 5). Ainsi dans le cas du reacteur classique (figure 3) pour un niveau optimal de 4,5 dm, le volume et la surface d'6change thermique sont dans un rapport Sgal a environ 2,5. Ce rapport varie considgrablement si 1'on s'gcarte de ce niveau optimal. Par exemple, pour un niveau de 2,5dm ce rapport est de l'ordre de 5 et pour un niveau de 6,5 dm, il est approximativement egal ä 2.

En revanche, dans le cas du reacteur selon 1'invention (figure 5) ä ces memes niveaux de 4,5, 2,5 et 6,5 dm le rapport entre le volume et la surface d'echange est approximativement figal 4 1,7 1,9 et 1,6 respectivement.

On notera par ailleurs que ä un niveau de 2 dm, le niveau minimum pour que les pales inferieures de l'agitateur travaillent dans de bonnes conditions, le volume correspondant du produit dans la cuve du rSacteur selon 1'invention est de l'ordre de 10 dni3 (compte tenu du volume occupe par les pales de l'agitateur), tandis que dans le reacteur de construction classique, ce volume est de l'ordre de 40 dm3.

Ces comparaisons demontrent que le reacteur selon 1' invention permet de traiter dans de bonnes conditions d'agitation et d'Schange thermique des volumes de produit allant du simple au decuple et plus, alors que les reacteurs classiques ne peuvent etre utilises que pour des quantites de produit variant du simple au double seulement.

On voit aussi qu'avec le rSacteur selon 1'invention, si l'on travaille avec un faible volume de produit, on dispose audessus du niveau du produit d'un volume et d'une surface d'echange thermique considerables, ce qui permet par exemple d'effectuer un chauffage ä reflux en chauffant la partie inferieure de la cuve et en refroidissant sa partie supirieure et aussi d'effectuer dans la cuve meme du reacteur des lilutions tres etendues sans qu'il soit necessaire d'adjoindre au rSacteur une cuve de dilution separge.

L"invention η'est eviderament pas limitee a la forme

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d'execution decrite et representee ä titre d'exemple. C'est ainsi par exemple qu'on obtient encore de tres bons resultats avec des conicitSs sensiblement differentes de 45°, par exemple de 1'ordre de 35 ä 55°.

RESUME

Reacteur pour reactions chimiques, constituS d'une cuve ä fermeture etanche munie d'un dispositif d' evacuation du produit trait§, comportant intirieurement un agitateur ä arbre vertical et pales StagSes et 6quip6e d'un circuit d'echange therraique s'etendant sensiblement sur toute la hauteur de la paroi latgrale de la cuve, caracterise en ce que sa cuve a sensibleraent la forme d'un cone renverse, legerement tronqug, dont I¹angle au sommet est de prgförence voisin de 45°.

Claims (3)

iniiiiiiii'i ι setzt werden, die so langsam ist, daß dadurch keine Gasförderung bewirkt wird. Die Leitorgane können in der Höhe so gegeneinander versetzt sein, daß die Anströmkante jeder folgenden Platte etwa in der Mitte des anströmenden Gasstromes liegt. Durch diese Anordnung der Leitorgane wird der Gas- und Gutstrom immer wieder zerteilt und der Neigung zur Strähnenbildung der Feststoffteilchen so wirksam begegnet, daß sich ein gleichmäßiger Gutschkier ausbildet und die ganze Heizfläche ausgenutzt wird. Wandansätze von Stoffen, die eine besonders große Neigxmg dazu haben, können dadurch vermieden werden, daß die relativ zur Wand umlaufenden Leitorgane bis an die Rohrwand heranreichen, so daß etwaige Ansätze durch die übet die Rohrwand streichenden Platten immer wieder entfernt werden. In diesem Falle können die Platten nachgiebig federnd ausgebildet und so angeordnet sein, daß sie bei ihrer Piewegung die gesamte Rohrinnenwand bestreichen. Zur Erzielung dieser Wirkung ist eine sehr geringe Drehzahl der Leitorgane ausreichend. Eine reinigende Wirkung der umlaufenden Leitorgane tritt auch schon ein, wenn die Platten mit einem geringen Abstand über die Rohrwand streichen, nämlich durch die mit hoher Geschwindigkeit durch die engen Spalte strömende Luft, Der neue Wärmetauscher wird vorzugsweise in lotrechter Anordnung von unten nach oben betrieben. Bei den beschriebenen Vorkehrungen zur zwangsweisen Führung des Stoff- und Gasstromes kann die Strömungsrichtung auch umgekehrt gewählt werden. Das Rohr kann schräg oder waagerecht angeordnet sein. Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform des neuen Wärmetauschers. Aus einem Vorratsbehälter 1 wird der zu behandelnde Stoff über einen Zuteiler 2 direkt in das Ströraungsrohr 5 eingeführt. Das Fördergas strömt durch eine Leitung 3 dem Strömungsrohr 5 zu. Dieses wird durch ein Wärmetauschmittel, welches durch die Leitung 8 in einen Rohrmantel 6 eingeleitet und durch die Leitung 7 abgeleitet wird, geheizt oder gekühlt. Im Rohr 5 befindet sich das drehbare Rohr 12. Das Rohr 12 ist mit den Platten 13 besetzt, welche entsprechend der gewünschten Strömungsbahn geneigte Flachen haben und nachgiebig ausgebildet sein können, so daß ihre Außenkanten die Innenwand des Rohres 5 abstreifen. Der Antrieb des Rohres 12 erfolgt über ein Getriebe 17 und Antriebsräder 16 und 18. Der Stoff wird vom Fördergas in Wendeln an der Innenwand des Rohres 5 entlang von unten nach oben geleitet. Der behandelte Stoff wird mit dem Fördergas durch eine Leitung 9 abgezogen. 5 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erwärmen oder Kühlen, insbesondere Trocknen, feinteiüger Feststoffe mit

ίο einem in wendeiförmiger Bahn geführten Fördergasstrom in einem von außen beheizten oder gekühlten Strömungsrohr, in dessen Innerem schraubenlinienartig verlaufende Leitorgane zur Erzeugung der wendeiförmigen Bahn des Förc'ergasstromes und des Stoffes vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Leitorgane, die nicht zugleich Förderorgane für das Gas sind, an einer zentral im Strörnungsrohr (5) angebrachten Stange oder einem Rohr (12) schraubenlinienförmig bcfestigte, flügelartige gekrümmte oder ebene Platten (13), die bis an oder nicht ganz bis an die Strömungsrohrinnenwand heranreichen, vorgesehen sind und daß die Strömungsgeschwindigkeit des Gases und die Neigung der Platten so aufeinander

*5 abgestimmt sind, daß sich ein an der Strömungsroh rinnenwand schraubenlinienartig geführter StofTschleicr ausbildet, und daß die Leitorgane so ausgebildet bzw. eingesetzt sind, daß der Gasstrom immer wieder zerteilt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsrohr (5) und/oder die Stange bzw. das Rohr (12) in axiale Drehung versetzt werden.

3. \^rorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Platten (13) in der Höhe so gegeneinander versetzt sind, daß die Anströmkante jeder folgenden Platte etwa in der Mitte des anströmenden Gasstromes liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 631, 4477, 148 620. 439, 3S9 742, 493 774, 555 219, 691 352, 695 938, 156,911596;

schweizerische Patentschriften Nr. 203 199,
896, 266 569;

britische Patentschriften Nr. 107 417, 107 418,
065, 601 794:

USA.-Patcntschriften Nr. 1 529 750, 2 357 649,
2 435 927, 2 576 297, 2696677, 2 702 949;
französische Patentschrift Nr. 410 133.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

637/153 9.59