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DE10232967A1 - Reaktor mit einem Wärmetauschmittelkreislauf - Google Patents

Reaktor mit einem Wärmetauschmittelkreislauf

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DE10232967A1
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reactor
heat exchange
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diagonal impeller
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BASF SE
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Abstract

Es wird ein Reaktor (1) mit einem Bündel von Kontaktrohren (2) vorgeschlagen, durch die ein Reaktionsgemisch und durch dessen die Kontaktrohre (2) umgebenden Raum ein Wärmetauschmittel (3) geleitet wird, mit Ringleitungen (4, 5), an beiden Reaktorenden mit Mantelöffnungen (6, 7) für die Zu- und Abführung des Wärmetauschmittels (3) mittels einer oder mehrerer Pumpen (8), wobei das Wärmetauschmittel (3) der oberen Ringleitung (4) zugeführt und über die untere Ringleitung (5) von der (den) Pumpe(n) (8) mit vertikaler (vertikalen) Pumpenwelle(n) (9), die an ihrem oberen Ende gelagert und angetrieben wird (werden), angesaugt wird, und wobei die Pumpen (8) ein Diagonallaufrad sowie einen Drosselspalt (11) in Längsrichtung der Pumpenwelle(n) (9) innerhalb des Wärmetauschmittels (3) auf der Druckseite der Pumpe(n) (8) zur Abdichtung, Lagerung und Achsschubverminderung aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor mit einem Bündel von Kontaktrohren, durch dessen die Kontaktrohre umgebenden Raum ein Wärmetauschmittel geleitet wird, eine Pumpe zum Umwälzen des Wärmetauschmittels für einen Reaktor sowie eine Verwendung.
Die übliche Bauart gattungsgemäßer Reaktoren besteht aus einem, in der Regel zylinderförmigen Behälter, in dem ein Bündel, das heißt eine Vielzahl von Kontaktrohren in üblicherweise vertikaler Anordnung untergebracht ist. Diese Kontaktrohre, die gegebenenfalls geträgerte Katalysatoren enthalten können, sind mit ihren Enden in Rohrböden abdichtend befestigt und münden in jeweils eine am oberen bzw. am unteren Ende mit dem Behälter verbundene Haube. Über diese Hauben wird das die Kontaktrohre durchströmende Reaktionsgemisch zu- bzw. abgeführt. Durch den die Kontaktrohre umgebenden Raum wird ein Wärmetauschmittelkreislauf geleitet, um die Wärmebilanz, insbesondere bei Reaktionen mit starker Wärmetönung, auszugleichen.
Aus wirtschaftlichen Gründen werden Reaktoren mit einer möglichst großen Zahl von Kontaktrohren eingesetzt, wobei die Zahl der untergebrachten Kontaktrohre häufig im Bereich von 5.000 bis 50.000 liegt.
Bezüglich des Wärmetauschmittelkreislaufs ist es bekannt, in jedem waagerechten Schnitt des Reaktors eine weitgehend homogene Temperaturverteilung des Wärmetauschmittels anzustreben, um möglichst alle Kontaktrohre gleichmäßig am Reaktionsgeschehen zu beteiligen. Der Glättung der Temperaturverteilung dient die Wärmezuführung bzw. Wärmeabführung über jeweils an den Reaktorenden angebrachten äußeren Ringleitungen mit einer Vielzahl von Mantelöffnungen, wie sie beispielsweise in DE-B-34 09 159 beschrieben sind.
Es ist bekannt, dass Reaktoren mit einem Kontaktrohrbündel vorteilhaft in Gleichstromfahrweise betrieben werden, wobei bevorzugt sowohl Reaktionsgemisch als auch Wärmetauschmittel am oberen Reaktorende zugeführt und vom unteren Reaktorende abgezogen werden.
Die Gleichstromführung hat gegenüber der Gegenstromfahrweise Vorteile, wie höhere Durchsätze, niedrigere Katalysator-Hotspot-Temperaturen, erwünschter Anstieg der Wärmetauschmitteltemperatur in Richtung der Endreaktion in den Kontaktrohren, gute Temperaturgleichförmigkeit des Wärmetauschmittels über den Reaktorquerschnitt, das heißt gute waagerechte Temperaturschichtung, eindeutige Betriebszustände über die Höhe des Kontaktrohrraumes wegen fehlender Rückkopplung durch das Wärmetauschmittel.
Für die Umwälzung des Wärmetauschmittels durch den die Kontaktrohre umgebenden Raum wurden bislang, üblicherweise Axialpumpen, insbesondere Propellerpumpen, mit vertikaler Pumpenwelle eingesetzt, die an ihrem oberen Ende gelagert und angetrieben sind, und die somit das Wärmetauschmittel üblicherweise von oben nach unten fördern. Eine Pumpenanordnung mit vertikaler Pumpenwelle, die an ihrem unteren Ende gelagert und angetrieben wäre, ist, insbesondere wegen der dann erforderlichen aufwendigen Pumpenwellenabdichtung, bislang technisch nicht umgesetzt worden.
Die DE-A 198 36 792.9 beschreibt einen Reaktor mit Gleichstromführung von Reaktionsgemisch und Wärmetauschmittel in bewährter Anordnung der Pumpe, mit vertikaler Pumpenwelle, die an ihrem oberen Ende gelagert und angetrieben ist, und die das Wärmetauschmittel von oben nach unten fördert, wobei durch Anordnung jeweils einer zylindermantelförmigen Zwischenwand in der oberen und der unteren Ringleitung und durch Nutzung des Raumes zwischen oberer und unterer Ringleitung zur Umlenkung des Wärmetauschmittelstromes das Wärmetauschmittel der äußeren unteren Ringleitung, über einen Bereich im Raum zwischen unterer und oberer Ringleitung der inneren oberen Ringleitung, über deren Mantelöffnungen dem die Kontaktrohre umgebenden Raum zugeführt, über Mantelöffnungen in die innere untere Ringleitung und anschließend über einen Raum im Bereich zwischen unterer und oberer Ringleitung über die äußere obere Ringleitung abgeführt wird. Somit wird eine konstruktionstechnische Lösung zur Verfügung gestellt, die, bei bewährter Förderung des Wärmetauschmittels von oben nach unten durch die Pumpe eine Umströmung der Kontaktrohre durch das Wärmetauschmittel von oben nach unten, und somit im Gleichstrom mit dem ebenfalls von oben nach unten durch die Kontaktrohre geführten Reaktionsgemisch gewährleistet. Diese Lösung setzt jedoch eine konstruktionstechnisch aufwendige Anpassung des Reaktors, insbesondere eine entsprechende Aufteilung von oberer und unterer Ringleitung sowie des Raumes zwischen oberer und unterer Ringleitung in einer Vielzahl von Kammern, voraus.
Demgegenüber war es Aufgabe der Erfindung, die Umströmung der Kontaktrohre eines Reaktors mit einem Bündel von Kontaktrohren von oben nach unten, und somit im Gleichstrom mit einem ebenfalls von oben nach unten durch die Kontaktrohre geführten Reaktionsgemisch in sicherer und konstruktiv einfacher Weise zu gewährleisten, wobei bestehende Reaktoren einfach umgerüstet werden können. Hierbei soll das Wärmetauschmittel im Pumpengehäuse einen Freispiegel ausbilden, mit der Folge, dass eine Wellendurchführung aus dem Pumpengehäuse nahe bei oder gleich dem Atmosphärendruck möglich ist. Darüber hinaus war es Aufgabe der Erfindung, die Temperatur im aus dem Reaktor abgezogenen Wärmetauschmittelstrom zu vergleichmäßigen.
Die Lösung geht aus von einem Reaktor mit einem Bündel von Kontaktrohren, durch die ein Reaktionsgemisch und durch dessen die Kontaktrohre umgebenden Raum ein Wärmetauschmittel geleitet wird, mit Ringleitungen an beiden Reaktorenden mit Mantelöffnungen für die Zu- bzw. Abführung des Wärmetauschmittels mittels einer oder mehrerer Pumpen, wobei das Wärmetauschmittel der oberen Ringleitung zugeführt und über die untere Ringleitung von der (den) Pumpen(n) mit vertikaler (vertikalen) Pumpenwelle(n), die an ihrem oberen Ende gelagert und angetrieben wird (werden), angesaugt wird.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe(n) ein Diagonallaufrad sowie einen Drosselspalt in Längsrichtung der Pumpenwelle(n), innerhalb des Wärmetauschmittels auf der Druckseite der Pumpe(n) zur Abdichtung und Lagerung der Pumpenwelle(n) und Achsschubverminderung des Diagonallaufrads aufweist (aufweisen).
Erfindungsgemäß werden eine oder mehrere Pumpen, jeweils mit vertikaler Pumpenwelle, eingesetzt. Bevorzugt sind zwei oder vier, gleichmäßig über den Reaktorumfang verteilt angeordnete Pumpen vorgesehen. Die weitere Beschreibung bezieht sich, aus Gründen leichteren Lesbarkeit, stets auf eine Pumpe, obwohl, wie oben ausgeführt, durchaus auch mehrere Pumpen zum Umwälzen des Wärmetauschmittels für einen einzigen Reaktor vorgesehen sein können.
Das obere Ende der Pumpenwelle ist in derselben Weise wie bei den bekannten Axialförderpumpen, insbesondere Propellerpumpen, mit Förderung des Wärmetausch­ mittels von oben nach unten, gelagert und angetrieben. Die Lagerung erfolgt häufig mittels zweier öl- oder fettgeschmierter Lager.
Wie üblich wird der nicht rotierende (statische) Teil der Pumpe als Pumpengehäuse bezeichnet.
Erfindungsgemäß weist die Pumpe als Förderorgan ein Diagonallaufrad, auch als Halbaxiallaufrad bezeichnet, auf. Diagonallaufradpumpen können als Zwischenstufe zwischen Axialförderpumpen einerseits und Radialförderpumpen andererseits betrachtet werden: Axialförderpumpen kennzeichnen sich durch im wesentlichen gleiche Durchmesser des Förderorgans, in diesem Fall in der Regel als Propeller bezeichnet, auf der Pumpensaug und -druckseite. Radialförderpumpen weisen dagegen ein Verhältnis der Durchmesser auf der Druckseite zur Saugseite im Bereich von etwa 5 bis 10 auf. Das Verhältnis der Durchmesser von Druck- zur Saugseite liegt für Diagonallaufräder im Bereich zwischen diesen beiden Extremen.
Die Geometrie des Diagonallaufrads bedingt, dass Fördermenge und Förderhöhe einer Diagonallaufradpumpe sich in einem mittleren Bereich bewegen, wogegen Axialförderpumpe bzw. Radialförderpumpe wiederum die Extreme darstellen, das heißt die Axialförderpumpe große Fördermengen bei geringer Förderhöhe bewältigt, Radialpumpen dagegen große Förderhöhen, jedoch geringe Fördermengen.
Erfindungsgemäß wird somit eine Pumpe mit einem Diagonallaufrad, das heißt mit einem Laufrad mit einem Verhältnis der Durchmesser auf der Druckseite zur Saugseite im Bereich zwischen etwa 1 und 5 eingesetzt. Sie hat den Vorteil, sowohl bezüglich Fördermenge als auch bezüglich Förderhöhe jeweils eine gute Leistung zu erbringen, und zwar eine Fördermenge bis zu 10.000 m3/h und einer Förderhöhe bis zu ca. 6-8 m, sofern als Wärmetauschmittel eine Salzschmelze, insbesondere eine eutektische Salzschmelze von Kaliumnitrat und Natriumnitrit eingesetzt wird, beziehungsweise von bis zu ca. 16 m, sofern als Wärmetauschmittel ein Wärmeträgeröl eingesetzt wird. Darüber hinaus bietet sie beim erfindungsgemäßen Einsatz den großen Vorteil, dass das Wärmetauschmittel in der Pumpe selbst umgelenkt wird, und somit unmittelbar in die obere Ringleitung abgegeben wird.
Erfindungsgemäß ist die Pumpenwelle gegen das Wärmetauschmittel nicht vollständig abgedichtet. Die Dichtung zwischen Wärmetauschmittel und Pumpenwelle ist im Gegenteil als leckagedurchlässiger Drosselspalt ausgebildet. Der Drosselspalt ist in Längsrichtung der Pumpenwelle innerhalb des Wärmetauschmittels, auf der Druckseite der Pumpe, angeordnet. Er übernimmt drei, für den einwandfreien Betrieb der Pumpe wesentliche Funktionen: neben der Abdichtung der Pumpenwelle deren Lagerung sowie die Achsschubverminderung des Diagonallaufrads.
Die Abdichtung, die erfindungsgemäß leckagedurchlässig ausgebildet ist, führt zu einem Druckabbau des Wärmetauschmittels, das dadurch an der Wellendurchführung nahe dem Atmosphärendruck ist. Durch den erfindungsgemäßen leckagedurchlässigen Drosselspalt wird ein gewisser Leckstrom zugelassen, der durch einen Teilstrom des druckseitigen Wärmetauschmittel gebildet ist und der bevorzugt zur Saugseite der Pumpe rezirkuliert wird. Bevorzugt wird ein Leckstrom von 2 bis 30%, insbesondere von 5 bis 10%, des Gesamtstroms des Wärmetauschmittels zugelassen.
Die zweite Funktion des Drosselspalts, die der Lagerung der Pumpenwelle, führt dazu, dass die Pumpe mit einer höheren Umdrehungszahl betrieben und das Diagonallaufrad mit kleinerem Durchmesser ausgelegt werden kann, mit der Folge, dass die Pumpe größere Wärmetauschmittelströme umwälzen kann.
Der erfindungsgemäße Drosselspalt hat darüber hinaus die Funktion, den Achsschub des Diagonallaufrades zu vermindern. Dies erfolgt durch weitgehende Aufnahme der auf das Diagonallaufrad wirkenden Kräfte.
Der Drosselspalt ist auf der Druckseite der Pumpe, insbesondere unmittelbar nach dem Diagonallaufrad, bevorzugt durch einen lokal vergrößerten Wellendurchmesser und entsprechende Ausgestaltung des Gehäuses ausgebildet, dergestalt, dass ein Spalt in Längsrichtung der Pumpenwelle entsteht. Der Drosselspalt ist hierbei dergestalt dimensioniert, dass er die oben genannten drei Funktionen der Abdichtung, Lagerung und Achsschubverminderung erfüllt.
Bevorzugt ist es möglich, im Drosselspalt Nuten vorzusehen, insbesondere auf der rotierenden, das heißt inneren, Seite desselben. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, Nuten auf der äußeren, statischen Seite des Drosselspalts auszubilden.
Bevorzugt ist es möglich, einen Teilstrom des Wärmetauschmittels insbesondere von 5 bis 50%, bevorzugt von 10 bis 20% des Gesamtstroms des Wärmetauschmittels, aus der oberen Ringleitung abzuziehen, über einen oder mehrere außenliegende Wärmetauscher zu leiten und anschließend der unteren Ringleitung erneut zuzuführen.
Besonders bevorzugt ist der erfindungsgemäße Reaktor mit Umlenkscheiben ausgestattet, die insbesondere dergestalt angeordnet sind, dass sie abwechselnd in der Reaktormitte und an der Reaktorwand einen Durchtrittsquerschnitt freilassen. Dadurch wird eine weitgehend gleichförmige Anströmung sämtlicher Kontaktrohre über den Reaktorquerschnitt gewährleistet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zusätzlich zum Drosselspalt auf der Druckseite der Pumpe, der unter anderem als wärmetauschmittelgeschmiertes, hydrodynamisches Lager wirkt, ein weiteres hydrodynamisches Lager auf der Saugseite der Pumpe vorgesehen, der, analog dem Drosselspalt, als leckagedurchlässige Abdichtung des Diagonallaufrads gegenüber dem Pumpengehäuse ausgebildet ist. Durch dieses zusätzliche hydrodynamische Lager wird die Laufruhe der Pumpe weiter verbessert, mit der Folge, dass die Umdrehungszahl der Pumpenwelle und damit die erreichbare Fördermenge weiter erhöht werden können.
Bevorzugt ist es möglich, insbesondere bei Neukonstruktionen von Reaktoren, durch Einbau einer Pumpenaustrittsspirale den Wirkungsgrad der Pumpe nochmals beachtlich zu steigern. Ein Wirkungsgrad im Bereich von 75% kann dadurch erreicht werden.
Bevorzugt wird der erfindungsgemäße Reaktor dergestalt betrieben, dass das Reaktionsgemisch von oben nach unten durch die Kontaktrohre geleitet wird. Bei dieser Betriebsart ist es möglich, auf den Eintrittsrohrboden eine Inertmaterialschüttung aufzubringen, die eine Reihe von positiven Auswirkungen auf die Verfahrensführung hat: sie bewirkt eine gleichmäßigere Verteilung des Reaktionsgasgemisches auf sämtliche Kontaktrohre des Bündels, sie wirkt als Schmutzfänger für mit dem Reaktionsgasgemisch gegebenenfalls mitgeschleppte, insbesondere feste, Schmutzpartikel sowie als Flammensperre zur Verhinderung einer Rückzündung des Reaktionsgasgemisches in der Reaktoreintrittshaube bei einer Zündung/Explosion in den Kontaktrohren. Darüber hinaus wirkt die Inertmaterialschüttung als Ausblasschutz bei einer Schnellentspannung oder einer Verpuffung. Bei dieser Betriebsart ist es darüber hinaus möglich, die Inertmaterial­ schüttung und gegebenenfalls die oberste Katalysatorlage in einfacher Weise, durch partielles Absaugen und Einbringen von frischem Material, auszutauschen. Sollte der Katalysator im zuerst angeströmten, vorliegend dem oberen, Bereich der Kontaktrohre verbacken, ist es möglich, den geschädigten Katalysator durch Ausbohren zu entfernen.
Bei dieser bevorzugten Durchströmung der Kontaktrohre von oben nach unten ist es durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Pumpe zum Umwälzen des Wärmetauschmittels in einfacher Weise möglich, die bevorzugte Gleichstromführung von Reaktionsgemisch und Wärmetauschmittel zu gewährleisten.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sehen vor, dass das Diagonallaufrad auf dessen Rückscheibe mit zusätzlichen, zwei oder mehreren, etwa 2 bis 10 mm hohen, Schaufeln bestückt ist, die einen druckseitigen Druckabbau in Richtung zur Pumpenwelle bewirken.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, durch eine geeignete Ausbildung der Rückscheibe des Diagonallaufrads sowie des Pumpengehäuses einen axialen Ringspalt mit Abdichtungs-, Lagerungs-, und Achsschubverminderungsfunktion auszubilden.
In Verbindung mit einer oder beiden der oben genannten Maßnahmen ist es darüber hinaus möglich, eine oder mehrere Entlastungsbohrungen durch die Rückscheibe des Diagonallaufrads von der Druckseite auf die Saugseite desselben vorzusehen.
Die oben aufgeführten zusätzlichen Maßnahmen können, einzeln oder in Verbindung miteinander, einen Teil der Abdichtungs-, Lagerungs-, und Achsschubverminderungs­ funktion des leckagedurchlässigen Drosselspaltes auf der Druckseite der Pumpe übernehmen, im Extremfall auch vollständig, und diesen somit ersetzen.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Pumpe für einen Reaktor, mit vertikaler Pumpenwelle, die an ihrem oberen Ende gelagert und angetrieben wird, und wobei die Pumpe ein Diagonallaufrad sowie einen Drosselspalt in Längsrichtung der Pumpenwelle mit Abdicht-, Lagerungs- und Achsschubverminderungsfunktion aufweist.
Für die Gleichstromführung von Reaktionsgemisch und Wärmetauschmittel, die mit dem erfindungsgemäßen Reaktor besonders bevorzugt erreicht werden kann, ist es besonders vorteilhaft, im unteren Bereich des Reaktors einen oder bevorzugt mehrere, gleichmäßig über den Reaktorumfang verteilte Bypässe für das Wärmetauschmittel vorzusehen. Dadurch kann die Temperatur des Wärmetauschmittels besonders vorteilhaft an das Temperaturprofil der Reaktion angepasst werden. Gleichzeitig wird dadurch der Leistungsbedarf der Pumpe deutlich vermindert.
Der erfindungsgemäße Reaktor wird vorteilhaft zur Durchführung von Oxidationsreaktionen, insbesondere zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Glyoxal, (Meth)acrolein oder (Meth)acrylsäure eingesetzt.
Der erfindungsgemäße Reaktor hat somit den Vorteil, in konstruktiv einfacher Weise eine Förderung des Wärmetauschmittelstromes in der Pumpe von unten nach oben und somit eine Zuführung desselben unmittelbar in die obere Ringleitung eines Reaktors zu gewährleisten. Dadurch wird, bei der ebenfalls bevorzugten Führung des Reaktionsgemisches von oben nach unten durch die Kontaktrohre die vorteilhafte Gleichstromfahrweise von Reaktionsgemisch und Wärmetauschmittel erreicht.
Von besonderem Vorteil ist, dass durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Pumpe das Wärmetauschmittel an der Wellendurchführung aus dem Pumpengehäuse in die Atmosphäre nahe bei oder gleich dem Atmosphärendruck ist und dass es somit an dieser Stelle keiner Abdichtung der Pumpenwelle bedarf.
Durch Ausgestaltung des Förderorgans als Diagonallaufrad wird das Wärmetauschmittel unmittelbar in die obere Ringleitung des Reaktors gefördert. Dadurch ist ein besonders platzsparender Aufbau möglich sowie eine verkürzte Wellenlänge gegenüber bekannten Konstruktionen, mit Axialförderpumpen.
Die Pumpenwelle ist, gegenüber bekannten Konstruktionen, kürzer, insbesondere aufgrund der geometrisch günstigen Förderungsrichtung des Diagonallaufrads unmittelbar in die obere Ringleitung sowie der zusätzlichen, ein- bevorzugt zweifachen hydrodynamischen Lagerung der Pumpenwelle. Gegenüber bekannten Axialpumpen mit Förderung nach unten ist immer noch eine gewisse Länge der Pumpenwelle bis zum oberen Lager, von etwa 60% bezogen auf die bekannten Axialförderpumpen erforderlich, um eine Spiegelüberhöhung über die Unterkante des oberen Rohrbodens zu gewährleisten und somit den Luftzutritt in den Reaktor zu vermeiden und entwickeltes oder eingetragenes Gas abzuführen, zur Gewährleistung einer absolut sicheren, trockenen Wellendurchführung aus dem Pumpengehäuse in die Atmosphäre und darüber hinaus zum Temperaturabbau bis zum oberen Lager der Pumpe.
Die erfindungsgemäße Pumpe kann vorteilhaft als Einschubmodul für bestehende Anlagen ausgestaltet werden, ohne dass hierzu aufwändige konstruktive Änderungen notwendig wären. Gegebenenfalls müsste die Verrohrung eines vorhandenen externen Wärmetauschers geändert werden. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, dass die Pumpe von oben in das Pumpengehäuse eingeschoben werden kann. Hierzu ist es nicht erforderlich, das Wärmetauschmittel abzulassen oder Absperrventile vorzusehen.
Darüber hinaus wird durch die Umwälzung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Temperaturgleichförmigkeit des Wärmetauschmittelstromes weiter verbessert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen im Einzelnen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors, mit einer zusätzlichen Variante in Fig. 1a,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Reaktor nach dem Stand der Technik,
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäßen Drosselspalts im Längsschnitt,
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des hydrodynamischen Lagers am Laufradeintritt im Längsschnitt und
Fig. 5 eine Schnittdarstellung (Schnitt D-D in der Darstellung in Fig. 4) durch eine Pumpe mit Pumpenspirale.
Die Längsschnittdarstellung in Fig. 1 zeigt einen Reaktor 1, mit einem Bündel von Kontaktrohren 2, mit einem Wärmetauschmittelstrom 3 durch den Raum zwischen den Kontaktrohren, mit oberer Ringleitung 4 und unterer Ringleitung 5, jeweils mit Mantelöffnungen 6 bzw. 7 sowie bevorzugt mit Umlenkscheiben 12. Die Umwälzung des Wärmetauschmittels 3 erfolgt mittels einer Pumpe 8 mit Pumpengehäuse 15 und mit einer Pumpenwelle 9, auf der ein Diagonallaufrad 10 angeordnet ist, und die einen leckagedurchlässigen Drosselspalt 11, in Längsrichtung der Pumpenwelle 9, auf der Druckseite der Pumpe 8, aufweist sowie bevorzugt ein weiteres hydrodynamisches Lager 13, das ebenfalls als leckagedurchlässige wärmetauschmittelgeschmierte Abdichtung, ausgebildet ist. Die Pumpe 8 ist bevorzugt als Einschubmodul gestaltet, daher ist eine Einschublagerung 14, die bevorzugt mit einer Passung abgedichtet ist, vorgesehen und die die gegeneinander verschiebbaren Dichtflächen abdichtet und die montage- und betriebsmäßig bedingte Wärmeausdehnung der ineinander greifenden Teile ausgleicht. Im Bereich der untersten Umlenkscheibe 12 kann, wie in der Zeichnung dargestellt, ein Bypass 16 für das Wärmetauschmittel angeordnet sein.
Die Querschnittsdarstellung in Fig. 1a zeigt eine weitere Variante, die sich von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform insbesondere darin unterscheidet, dass keine Einschublagerung 14 vorgesehen ist.
Fig. 2 zeigt demgegenüber einen Längsschnitt durch einen Reaktor nach dem Stand der Technik, mit einer Axialförderpumpe 8, die als Propellerpumpe ausgebildet ist, und die das Wärmetauschmittel 3 von oben nach unten fördert.
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des leckagedurchlässigen Drosselspaltes 11, der einen Leckstrom des Wärmetauschmittels 3 zulässt und der in Längsrichtung der Pumpenwelle 9 angeordnet ist.
Fig. 4 zeigt in vergrößerter Darstellung das hydrodynamische Lager 13 im Eintrittsbereich des Wärmetauschmittels 3 in das Diagonallaufrad 10, das an der Pumpenwelle 9 angeordnet ist. Darüber hinaus zeigt Fig. 4 zusätzliche Maßnahmen auf der Rückscheibe 17 des Diagonallaufrads 10: zusätzliche Schaufeln 18, einen axialen Ringspalt 19 sowie eine Entlastungsbohrung 20.
Fig. 5 zeigt eine Schnittdarstellung (Schnitt D-D in Fig. 4) durch eine Pumpe 8 mit Pumpenspirale 21.

Claims (13)

1. Reaktor (1) mit einem Bündel von Kontaktrohren (2), durch die ein Reaktions­ gemisch und durch dessen die Kontaktrohre (2) umgebenden Raum ein Wärmetauschmittel (3) geleitet wird, mit Ringleitungen (4, 5) an beiden Reaktor­ enden mit Mantelöffnungen (6, 7) für die Zu- bzw. Abführung des Wärmetauschmittels (3) mittels einer oder mehrerer Pumpen (8), wobei das Wärmetauschmittel (3) der oberen Ringleitung (4) zugeführt und über die untere Ringleitung (5) von der (den) Pumpe(n) (8) mit vertikaler (vertikalen) Pumpenwelle(n) (9), die an ihrem oberen Ende gelagert und angetrieben wird (werden), angesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe(n) (8) ein Diagonallaufrad (10) sowie einen Drosselspalt (11) in Längsrichtung der Pumpenwelle(n) (9), innerhalb des Wärmetauschmittels (3) auf der Druckseite der Pumpe(n) (8) zur Abdichtung und Lagerung der Pumpenwelle(n) (9) und Achsschubverminderung des Diagonallaufrads (10) aufweist (aufweisen).
2. Reaktor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilstrom des Wärmetauschmittels (3) aus der oberen Ringleitung (4) abgezogen, über einen oder mehrere außenliegende Wärmetauscher geleitet und anschließend der unteren Ringleitung (5) erneut zugeführt wird.
3. Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor Umlenkscheiben (12) angeordnet sind.
4. Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass über den Drosselspalt (11) ein Leckstrom von 2 bis 30%, bevorzugt von 5 bis 10% des Gesamtstroms des Wärmetauschmittels (3) zugelassen wird.
5. Reaktor (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Drosselspalt (11) austretende Leckstrom zur Saugseite der Pumpe(n) (8) rezirkuliert wird.
6. Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung des Diagonallaufrads (10) auf der Saugseite der Pumpe(n) (8) als hydrodynamisches Lager (13) ausgebildet ist.
7. Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe(n) (8) eine Pumpenaustrittsspirale aufweist.
8. Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgemisch von oben nach unten durch die Kontaktrohre (2) geleitet wird.
9. Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückscheibe (17) des Diagonallaufrades (10) mit zwei oder mehreren zusätzlichen, bevorzugt 2 bis 10 mm hohen Schaufeln (18), zum Druckabbau in Richtung zur Pumpenwelle (9), bestückt ist.
10. Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite (17) des Diagonallaufrads (10) ein axialer Ringspalt (19) durch geeignete Ausbildung der Rückscheibe (17) des Diagonallaufrads (10) sowie des Pumpengehäuses (15), mit Abdichtungs-, Lagerungs- und Achsschub­ verminderungsfunktion, vorgesehen ist.
11. Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Rückscheibe (17) des Diagonallaufrads (10) eine oder mehrere Entlastungsbohrungen (20) von der Druckseite zur Saugseite der Pumpe (8) vorgesehen sind.
12. Pumpe (8) zum Umwälzen des Wärmetauschmittels (3) für einen Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit vertikaler Pumpenwelle (9), die an ihrem oberen Ende gelagert und angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe ein Diagonallaufrad (10) sowie einen Drosselspalt (11) in Längsrichtung der Pumpenwelle (9) mit Abdicht-, Lagerungs- und Achsschubverminderungsfunktion aufweist.
13. Verwendung des Reaktors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Durchführung von Oxidationsreaktionen, insbesondere zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Glyoxal, (Meth)acrolein oder (Meth)acrylsäure.
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