DE1642984A1 - Verbesserte Reaktoren fuer viskose Reaktionsteilnehmer - Google Patents

Description

DR. \. M . MAAS

DR. W. G. PFEIFFER PATENTANWÄLTE

8 MDNCHEN 23 UNGERERSTR. 25 - TEL. 333036

Crawford & Russell Incorporated Stanford,. Oon&actioutg Y₀StαAo

Verbesserte Reaktoren für viskose Beaktlonstellaehaer

Die Erfindung betrifft Reaktoren für fe@elsvl©teg!© gfööffe und

insbesondere Reaktoren der in äar USA-206 287 beschriebenen

Me Reaktoren? die in

■schrieben werden» haben eieh für Ulm Dw?®hm±&®}vmi Mengen hoohviskoser Materialien ala brauetaiba^ @%w$,®mii$ wie S₀Bo der

ron Styro!monomeren
ninct elt dem Fortsohreitezi der
sohnell Bit und bei diesen ezottiermen Reektionesa ^■tr-de-si groe~

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BAD

se Wärmemengen frei. Bin gründliches Wischen und Rühren der Reaktlonsmaese ist während des ganzen Verfahrens erforderlich, um SU gewährleisten, daß die Polymerleationsreaktion gleichmäßig in allen Teilen der Reaktionsaasse ohne örtliche Überhltsungen oder Diskontinuitäten fortschreitete die su wesentlichen Veränderungen des Holekulargewlchtsbereiche de,β Polyatyrolproduktß führen konnten»

Außerdem ist es in einigen Fällen notwendige hochviakoaen Materialien während des Durchmlsohena und Rührens und unter Beibehaltung brauchbar hoher Wärmeüb .rgangekoeff'izienten Warne auzufUhren. Bin Beispiel hierfür -et- das Absprühen, von nicht ungesetztem Styrol bei Styrolpolymeris&tionsver·= fahren»

In der USA-Patentschrift 3 206 287 und der schwebenden Patent anmeld ur €®r Anmelderin SeroNOo 530 143 vom 25o2»1966 werden Reaktesen für hochviskose Stoffe mit Wärmeaustauschflächen besohriahsn, die abgestreift oder abgeschabt werden und die ein zentrales Druckrohr bilden, welches von einer ringförmigen EeelrkulationsEone umge&en ist» In diesem Reaktor werden Schaufeln verwendet, die über die Austauschflächen hinwegstreifen u&il die Reaktionsmasse von dieser Austausohflftohe abßch.--***& und wegführen, während sie unter Druck durch die /s^s:.-iedenen Reaktionesonen in dem Reaktor geführt wifSo Dal:er ständigem Rühren und Mischen der Reak-

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"⁵ " )b42984

tionsmasae wird für eine gute Wärmeübertragung auf alle Teile dieser Hasse gesorgtο

Die bekannten Reaktoren haben daher ein Druekrohr mit spiralenförmigen Schaufel» oder Bandrührer, welcher als Förderschnecke dient» um die Reaktionenasse längs des Druckrohre a zu schiebenj das an beiden Enden mit dem dieses Druckrohr umgebenden ringförmigen Rezirkulationsraum kommuniziert, durch den die Reaktionsmasse zurückflleSto Sie Reaktionemaese wird von dem Läufer längs des Druckrohres in einer Richtung bewegt und in der entgegengesetzten Richtung durch den ringförmigen Rezirkulationsraum zurückgeführt»

In diesen bekannten Reaktoren erfolgt das Abschaben oder Ab» streifen vorzugsweise mit Abstreifschaufeln oder Schabeisen» die außen an dem Läufer drehbar an Längestreben befestigt sind, die sich in Längsrichtung durch den ringförmigen Re« Zirkulationsraum erstrecken und an Armen befestigt sind, die die Streben bei ihrer Bewegung durch die ringförmige Resirkulationszone führen» Der Widerstand, der von* dsr Reaktlonemasse ausgeübt wird, drückt die Schaufeln as äis satsprechenden Wärmeaustausohfläeheno

Ba sowohl die inneren als auch die äuS®r@ii Ab©ti?@i£®ehaufi&lii auf derselben gemeinsamen Abstrelfstrebe "&@featigt siad,

aefesn dies« drehfear angeordaeten SeasiafeM w&<& Sä© dies®

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Schaufeln tragenden Streben im wesentlichen die gesamte Querschnittafläche des Ringraums dieser bekannten Reaktoren in radialer Richtung gesehen ein» und die Reaktioneaaesa muß daher von den Schaufeln, wenn sie sich drehen» in de« ringförmigen Reeirkulatlonsraum herumgesohoben werden« Aue diesen Grund benötigen die bekannten Reaktoren für den Antrieb der Abstreifvorrichtung in den ringförmigen Reaktion·· zonen, welche die Druckrohre umgeben» viel Energieο

Me Reaktoren nach dieser Erfindung verwenden mehrere in Längsrichtung verlaufende Streben für die Abet reifschaufeln, die durch den ringförmigen Resirkulatlonsraum verlaufen, und während ein Teil dieser Streben nur die inneren Abstreifsohaufeln schwenkbar hält, trägt der Übrige Teil nur die schwenkbar gelagerten äußeren Abetreifschaufeln Darüber hinaus sind diese Streben selbst so nahe an atm Wärmetauschflächen, an denen die entsprechenden Abstreifsohaufeln anliegen, angeordnet₈ daß ein wesentlicher Teil der Quersohnittsfläohe des ringförmigen Hezirkulationsraums fUr die Zirkulation der Reaktionsmasse an den Streben vorbei freibleibt, wenn diese durch die Masse geführt werdeno

Durch diese Einrichtung wird die vollständige Blockierung des radialen Querschnitts der Ringzone, wie sie bei bekannten Abgtreifetreben mit den an diesen angeordneten inneren und äuiereii Abstreifschaufeln der Fall war, vermieden und die

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gesamte Reaktionamasae ηαβ nicht in asimutaler Els&gtung durch die Reaktionssone von der Rührkonstruktieii, die darin eich dreht« geschoben werden· Deshalb wird (te graftbedarf für die Betätigung dieser RUhrvorrichtungen in S@n erfindungagemäBen Reaktoren wesentlich verringert«

Ein ausgezeichnetes Mischen und Rühren der is®©hi?£ako8en Reaktionemasaen wird in Reaktoren nach dieses¹ Erf ladung erreicht, wenn der Schneckenförderer oder de? XHufer» der in den Druckrohr umläuft _g einen Steigungswinkel mi^iihtm 5° und 20° im Vergleich zu dee 30° großen Steigungswinkel hat, der üblicherweise in Reaktoren für hooirelskee® &t®t£® be« kannter Art verwendet wifdo Darüber hinaus wird im Mn er« tlndungsgeBäßen Reaktoren äa& Volumen des ringfiMsi^©a He» Birkulatione-Rsaktionarov^m wesentlich aber ime l'-'limen der entsprechenden ringförmigen Reaktionszeit® Im %@^@mss.t@ii l»ak« toren für hoahviskose Stoffe fei® sss ®lsmm Mai- ^asp^pSSesföe bei den di®s#K 'fvlumen gleich oder wesentli^M girSfcös⁵ ε-ls das entsprechend® Volitsien de© Pruckrohre ist» Mt wird das Verhältnis der
Ben in der riagföraigen
im wesentliclien das glc<i ΐ^-·, wodurch die de an verschiedenen Stellas
werden« Di· Queraohnittsifläeihe der
tionazoae gesessen in eine« Querschnitt 3yanetrie&@M@e des Reaktors, die früher

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der entsprechenden Querschnittsflache dee Druckrohres betrug₉ kann nun bis zu zwischen 100 und 200 # desjenigen des Brück-» rohres oder grööer, wenn gewünscht, betragen, wodurch ein ausgezeichnetes Misch- und Wärmetauschvermögen des Reaktors erreicht wirdο

Hauptzweck der Erfindung sind Reaktoren für hochviskose Stoffe mit guten Wärmetauscheigenschaften, in denen die hochviskosen Reaktionsmaesen bei einem minimalen Kraftaufwand für die Rührung durch und durch gemischt werden»

Bei Reaktoren nach der Erfindung haben fei,

nen wesentlich größere wirksame Querschnittsiläefe^n als die

entsprechenden Druckrohre_o

Weiter sind erfindungsgemäie Reaktoren mit ringförmigen Reaktionszonen *©£ sehen, in denen eine Vielzahl von Streben für AbBtreif^02^1'ίhtimgen vorgesehen sind, von denen jede eine oder mehrere Absslsabeisen oder Abstreifschaufeln schwenkbar trägt, die all® mit einer .einzigen Wärmetausohflache zusaraffisn*rfe€iitenj, die an die ReaktionszoTie grenzt »und die einen. Abstand von der anderen Wärmetausohgrenzfläohe haben, so daß die Reaktionsraasae zwischen jwdar Strebe und der anderen Grenaflache ungestört Krumen kann

Sohließlioli h-iV^\ ä±<a erfindungegemäfien Reaktoren Sohneoken-

1 09823/ 1428 W ORtQ,_NAL

rührer, die eine aäSige Steigungehöhe zwischen 5° und 20° aufweisen und die sich koaxial in dem Druckrohr drehen und die Reaktlonsmaese länge dieses Druckrohre

Anhand der Figuren «ird die Erfindung beispielsweise näher erläutert»

Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen bekannten Reaktor für hochviskoae Stoffe, wie er in der USA-Patentschrift 3 206 287 beschrieben ist;

Figur 2 zeigt einen entsprechenden Querschnitt eines Reak-■

tors fur hochviekose Stoffe, der die trfiadungBgenaÖen Merkmale hat;

Figur 3 zeigt eine entsprechende Teilsohnittansicht des in Figur 1 dargestellten bekannten Reaktors;

Figur 4 zeigt eine entsprechende Teilsehnittansicht des in Figur 2 dargestellten Reaktors und

die Figuren 5 und 6 veranschaulichen in grapMashen Darstellungen die überraschende Wirkungsweise i@? Merkmale nach dieser Erfindung ₀

Reaktoren, tüx_m hoohyiskoae. Stoffe Reaktoren für hoehviskese Stoffe naoii iies©!? l^findung

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haben ebenso wie die Reaktoren nach der USA-Patent schrift 3 206 287 voraugaweise ein doppelwand!gee Väraeaußtauechdruckrohro Der in Figur ι dargeetellte bekannte Reaktor hat ein Druckrohr 10 Bit einer Innenwand 11 und einer Außenwand 12« daa voraufiaweiee dl· Fora einee rechteckigen Kreisaylindere hat und einen Schneokenläufer oder -rührer 13 hat, der entweder ein einfach»r Schneckenr (ihrer oder ein BandrUhrer aowie drehbar in den Reaktor angeordnet iat. Sie AuOenabmeeaungen dee HUhrare 13 aind so bemessen, daS der RUhrer nahe an die Innenwand 11 heranreicht ο Keine Abatreif schaufeln eind an dee Rührer befestigt Um die Notwendigkeit der geringen Toleranzen bei der Herstellung z'i beseitigen, kann der Läufer 13 alternativ mit schwenkbaren Abstreifschaufeln 14 ausgerüstet sein, die sohräg in einem spitsen Winkel gegen die Innenwand 11 dee Abzugsrohres 10 gerichtet eindο Die Schaufeln T4 wurden drehbar gegen die Innenwand 11 durch den Widerstand georüokt, der von der Reaktlonemasse ausgeübt wird, wem sie t'uroh Drehung dea Läufers 1J₉ auf dee sie verachwenkbar angeordnet sind, bewegt werden

Wie in Figur 2 dargestellt, h.,at der Reaktor für hochviekose Stoffe nach diee«· Erfindung vorzugsweiaa in Prinsip daeeelbe !Druckrohr 50 nix einer Innenwand 51 und einer Außenwand 52 aowie einen /.oaxvalen Hittelläufer 53. der Abstreifaohaufein 54 trögt, die Bit dem Läufer so zusamnenarbeiten, da8

109823/U28 &*D öbigihal

si« die Eeaktionsmaeee mischen und in längsrio&tiäiig durch das Druckrohr schiebend Diese Anordnung bet an©g$s#£olm«t· HUhr- und Wärneaustausoheigenschaften» wenn si© $£« Merkmal· nach dieser Erfindung, die nachfolgend beaoSurleiran. werden« aufweist«

Als Mantel auegebildete äußere Wand- und

Eine oder mehrere äußere ringförmige Reslrktslationasoaen 19t _Λ die an beiden Enden mit dem

ren₉ sind vorzugsweise in den Reaktoren für hoehvlakoe·

Stoffe naoh dieser Erfindung genauso wie in dem Reaktor nach

der USA-Patent schrift 3 206 287, der in dem fig«&r@& 1 und 3 veranschaulichten Art vorgesehen» Bin aus einer doppelwandigen Reaktorhülle 16 sit @ia@

Rohr 18 und einem in radialer Biohtung ia Äi©f@mi m-6 innen

von diesem äußeren Rohr angeordneten Imimm&lw IT Ißt f©?- geseheno Ein Raum miiechen den Bohren wifi ümMmk ffös· di«

Zirkulation fdnea Wäna^augtauselis^ediusi® Mio ο ο Io ein@s War

aeauatausohuls ge'iiilö®^!l_a Sin®

so angeordnet₉ da@ ate

raua 19 g«dr@ht w^r^as kama· Bi®s® WS^&m^&^k^^^ km% ia allgemeiiieis, »in Psa-r Msigsstre^eri 21 _f sueammen »it de® Scu^ffie

figuren 1 und 3 dor.i#stallt«a bekanntem SoSrfe^si? ΙαΊ Strebe 21 gelenkig siit eOhwenkliavaii i3i»©&@sa ÄfeGteei f«ln 22 ₉ dl· ie spit«egi Winkel £i£ l©a? M&^m-ssm TS

\i '- 7 n^? '^y J^ \3 ff it ^ Ca *^:,^:

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rohre 10 hin gerichtet sind, sowie mit äußeren Schaufeln ausgerastet, die sich zu der Innenwand t? des Reaktormantels 16 erstrecken» Biese Abstreifschaufeln nehmen suaaamen mit den Streben 21 im wesentlichen den gesamten Querschnitt in radialer Riohtung der Reaktlonssone 19 der bekannten Reaktoren, wie in Figur 3 zu sehen ist, ein, so daß die Rührvorrichtung den gesamten Teil der Reaktlonemasse, der sich in dem Ringraum befindet, vor sich her umd die Re-= sirkulationssone 19 schieben mußο

In den Reaktoren für hoGhviakoee stoffe räch dieser Erfindung kann ein wesentlich größerer RezirkiLk tioneraum 24 ν _: -. gesehen aein₉ der ein entsprechend kleineres Druckrohr 50 umgibt ο Wie in den Figuren 2 und 4 dargestellt, 1st die vergrößerte riingfürmige ReairM tions^one 24 zwischen der ausseren Wand 52 ü&m Druckrohrs und S er Innenwand 26 vorgesehen, die »it eine: Außenwand 27 einen verbreiterten doppelwandigen Reakte2^:E-2:ιΐ@Χ 38 bildet<> Wie aus Figur 4 ersehen werkamt, mtnu &±® Wände 26 und 27 ia Abstand voneinander an-»

^ifiohe» sich einen la&ra für ein Warmetaueohse-Itiepieis^eiee ein Kühlöl, ·., ^v i λ vry,- Bie Innenwand 2S iet la w&sentliohen in raölmle^ Eishtung ia Abstand voa S 52 dee Druckrolle 5^s? SLr^eordnet» «o dsS ier

esirfeul^". ■^^rifji-ays 24 .Sä i&m Reaktor nac?h aer lrfliidi%ng *wß$i.,tj x-'<h gr58@r im l®Tglmtah au der

«!*3p?€;Cti€«i@n 3»u«ikrehra 50 ist als di® 19 in üiali©h#n bekannten RealE^ori^ Ί« Yerglei@ii

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deren Druckrohr 10«,

Rührvorrichtung nach der Erfindung

Wie in den Figuren 2 und 4 dargestellt, weist di« Bohrvorrichtung der erfindungBgemäöen Reaktoren eine Vielzahl τοη wenigstens zwei Paaren von Streben 29 und 31 auf ₉ von denen jede schwenkbare Abstreifschaufeln trägt, von denen jede nur mit einer der Wärmeauatausehflachen zusammenarbeitet» welche die verbreiterte ringförmige Rezirkulationszone 24 b·- grenzen »

Äußere Streben 29 (Figuren 2 und 4) sind dicht bei der Innenwand 26 des Reaktormantels 28 angeordnet» Die Abetrelfschaufeln 32 sind verschwenkbar angeordnet und erstrecken eich schräg von den Streben 29 und sind in einem spitzen Winkel zu der Innenwand 26 des Reaktormantels 28 hin gerichtete Diese äußeren Schaufeln 32 werden gegen die Wand 26 duroh den Druokwiderstand der Reaktionsmasse in der Zone 24 gedrückt, durch die sie duroh Drehung der äußeren Streben 29 bewegt werdenο

Die inneren Streben 31 (Figuren 2 und 4) sind vorzugsweise nahe der äußeren Wand 52 des Druckrohrs 50 angeordnet ο Die·* se inneren Streben 21 tragen verschwenkbar inner® Abschabachaufeln 33t die in einem spitzen Winkel su der Außenwand 52 hin gerichtet vorstehen, welche die innere 0r®nzfläQhit

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BAD OBlQlNAL

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des verbreiterten ringförmigen Zirkulationeraune 24 bildet·

Wie aua den Figuren 2 und 4 ersehen werden kann« sind die äußeren Streben 29 in radialer Richtung im Abstand von der Mitte der Rezirkulationszone 24 naoh außen hin angeordnet» bo daß ein breiter innerer Teil derselben für die Bewegung der Reaktionsmasse an den Streben 29 verbleibt, die durch die Reaktionsmasse geführt werdenο Entepreohend sind die inneren Streben 31 in radialer Richtung im Abstand von der Mitte der Reaktionszone 24 naoh innen angeordnet, eo daß in gleicher Weise genügend Raum für die Zirkulation der Reaktionsmasse in der Zone 24 an den inneren Streben 31 vorbei verbleibt, die sich durch die Reaktionsmasse bewegen*

Die verschwenkbaren Abschab« oder Abstreifschaufeln, die von den Streben 29 und 31 getragen werden, bewirken zwar ein ausgezeichnetes Abstreifen oder Abschaben der Reaktionemasse von den entsprechenden Wärmetausohgrensflachen, sie verengen jedoch den Zirkulationsstrom der Rezirkulationsmaase, aber blockieren ihn nicht, wenn dieser Strom während der Drehbewegung durch die Zone 24 an den Streben rorbeigeftthrt wird» Durch diese Einrichtung nach dieser Erfindung wird der Teil der Reaktionemassej der durch die Ringzone 24 zurückgeführt wird, umgewälzt und mit ausgezeichneten Wärmetauech gerührt« Die Reaktionsmasse wird nicht als Gansee vor den Rührer in der Reaktionszone in azimutaler Richtung hergesohoben, wie

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bei den bekannten Reaktoren nach den Figuren 1 und 3, und dadurch wird eine wesentliche Verringerung dea Kraftbedarfe einer erfindungsgemäßen Anlage erreichte

Größere Regjrkulatlonazonen

Xn Üblichen Reaktoren für hochviskose Stoffe beträgt die Breite der Rezirkulatlonezone in radialer Richtung oftmals nur 1/7 bla 1/8 dee gesamten [Durchmesser8, wie in Figur 1 " dargestellt ist» Im Gegensatz hierzu kann die radiale Breite der ringförmigen HeZirkulationszone 24 in erfindungsgemäßen Reaktoren zwischen 1/6 und 1/5 oder noch mehr des ge~ samten Außendurchmeesera der Zone 24 betragene Biese starke Zunahme der radialen Breite der ringförmigen Zone 24 vergrößert deren wirksame Quersohnittsfläohe von etwa 3/4 der entsprechenden Querschnittaflache des Abzugsrohrs 10 als mehr als das Doppelte dieses Wertes, vielleicht bis zu 200 J* der Quersohnittsfläche des Abzugsrohrs 50 in dem erflndungsge- i aäßen Reaktor, wie in Figur 2 dargestelltο

Größere ringförmige RUokführzonen fuhren zu reduzierten Kraftbedürfnissen, wie oben beschrieben, selbst bei höheren Winkelgeschwindigkeiten als gewöhnlioho Ebenfalle ermöglichen größer· ringförmige Rezirkulationszonen einen Ausgleich der entsprechenden Volumen der Reaktionsmasse in den Zonen 24 und 50 ie Verhältnis zu den angrenzenden Wärmetaueohfla-

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chen, βο daß eine konstante gleiohförmige Zirkulation und Hezirkulation längs des Druokrohrs 50 durch die Zone 24 und zurück in das Druckrohr 50 unter kontinuierlicher MiaahrUhrung und ausgezeichnetem Wärmeübergang der gesamten Reaktion»* nasse durch und durch erreicht wird, wobei die Tendern; besteht _β Verzögerungswirbel oder Diskontinuitätsbereiche su vermeiden; wo die Reaktionaiaasae nicht gleichmäßig bewegt und gerührt wird« In einigen Reaktionen alt hochviskosen Stoffen kann die Wärme ₉ die durch den Kraftaufwand bei der Rührung eingebracht wird, gleich der exothermen Realttionewärme sein oder dleae sogar noch übersteigen« Der verringerte Kraftbedarf dee erfindungsgemäßen Reaktor reduziert die durch die Rührung erzeugte Wärme oder ermöglicht einen Betrieb bei höheren Drehzahlen und deshalb ein besser·.? Hlsoheno

Schraubenrtlhrer mit kleinerer Ganghöhe

Wie in Figur 4 dargestellt, haben die Läufer oder Rührer 53 in den Druckrohren der erfindungegemäßen Reaktoren vorzugsweise eine niedere Ganghöhe, einen Steigungewinkel »wischen 5 und 20° und vorzugsweise zwischen 10 und 15° in Vergleich zu den wesentlich größeren Ganghöhen alt Steigungewinkeln von etwa 30^ö in bekannten Reaktoren für hoohvlekoee Stoffe, wie el« in figur 3 veranschaulicht werden, Dieter ■ohneokenrtthrer alt η ederer Ganghöhe reduziert in Kombi« nation mit den Streben 29 und 31» die weniger ale die Hälfte

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der Längsquerechnittefläoh« der ResirkulationsKone 24 und der wesentlich vergrößerten radialen Breite der Zone 24 einnehmen, merklich die Antriebsenergie, die erforderlich let, mi die eich drehenden Teile des Reaktors, den läufer 13 und die Rührvorrichtung, aus den Streben 29 und 31 und deren entsprechenden Abetreifeohaufeln zu drehen*, Für gleiche VoIumen an Heaktionsmaeee erfordern die Reaktoren nach dieser Erfindung nur 40 bis 60 $> der gesamten Energie, die fttr den Antrieb der entsprechenden RUhr- und ?örderanordnungen in ™ bekannten Reaktoren erforderlich sind. Die Erfindung nacht es daher möglich, nit höheren Drehgeachwindigkeiten bei ge» ringerer, durch die Ruhrvorrichtung erzeugter Priktionswärme zu arbeiten· Bei derselben W&rmeaustausehfläche iet daher die Hettowärmetausohfähigkeit des Reaktors vergrößert und die Kosten, das Gewicht der Vorrichtung und des Antriebsmeehftnismusses sind verringert»

Ein weiterer Vorteil der Streben 29 und 31, die dicht an den entsprechenden Wärmetauechflachen angeordnet sind, wird durch ' den offenen Raum «wischen diesen Streben und der anderen gegenüberliegenden Wärmetauechflache erreicht, da die Reaktionsmasse in der ringförmigen Reaktionasone 24 nioht in asiautaler Richtung mit der Geschwindigkeit der Rührvorrichtung gedreht wird η Stattdessen wird der rezirkulierend· Teil der Reaktionamaese in axialer Richtung duroh die Reaktioneaom bewegt und die Reibungswärme, die durch Überflüssige Absoher-

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bewegung erzeugt wird, wird verringert·

Für den dynamischen Ausgleich der Rührvorrichtung wird «β vorgezogen, daß die äußeren Schaufeln 32 auf einem Paar gegenüberliegender äußerer Streben 29 und die inneren Schaufeln 33 auf einem Paar einander gegenüberliegender innerer Streben 31 angeordnet sindo Abänderungen dieser Konstruktion können bei gutem dynamischen Ausgleich gewählt werden, jedoch so, daß drei oder vier innere Abstreifstreben mit drei oder vier entsprechenden äußeren Abstreifetreben in der angezeigten Weise abwechselnο Extrudierte oder gewalzte Streben 29 und 31 aus korrosionsbeständigem Stahl oder anderen geeigneten Legierungen bilden Träger für die Abstrelfeohaufeln alt ausreichender festigkeit und Steifigkeit für eehr große Reaktoren, die für viele 1000 Galonen Reaktionemasse auegelegt sind, und diese Rohrstreben werden deshalb für viele An« lagen bevorzugte

In den verbesserten Reaktoren für hochviskose Stoffe nach dieser Erfindung ermöglichen die relativ breiten Rezirkulationezonen 24 daher eine schnellere Rezirkulation der Reaktionemasse, indem die Umsatzzeit sehr verringert und die Anzahl der Zirkulationszyklen der Reaktionsmasse während einer bestimmten Behändlungedauer vergrößert wird. Reduzierte Qesamtumsatzzeit und schnellere Rezirkulation bewirken einen

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besseren Wärmetauschp wob*?! homogene polymerisierte Produkte erhalten werden,, die dio gewünschte Molekulargewichts-Verteilung haben» die das hoeherwünachte Ergebnis ist, selbst wenn die Viskosität des fertigen Produkte 100 000 Oentipoiee Überschreitet.

Figur 5 und Tabelle I veransehauliohen die starke Verringerung des Kraftbedarfs in. erflnäungsgemäßen Reaktoren mit vergröaser.ten Ringrezirkulationessonen und den Abstreifstreben nach dieser Erfindung und Figur 6 und Tabelle II veranschaulichen die vergrößerte Durohsatisgesohv/indigkeit, die durch die geringeren Steigungswinkel der Schnecke erhalten wird, die in den bevorzugten Bereich von |5° bis 20° fallen<>

Die in den Kurven und Tabellen wiedergegebenen Ergebnisse wurden in der Verauchsabteilung der Anmelderin mit Vorrichtungen durchgeführt, deren Konstruktion die Messung des Energieverbrauohs und der Urasatzzeit ermöglichten Die Versuchevorrichtung hatte einen Reaktorbehälter mit einem Inhalt von 10 Galonen und die Konstruktion erlaubte die VersuchsdurchfUhrung mit verschiedenen auswechselbaren Streben und Absohabsohaufeln sowie mit Druokrohren verschiedener GröQeo Der Behälter des Vereuohoreaktnre war auf Lagern angeordnet« di# eine genaue Messung des Drohmoiaents ermöglichten« Veiter war die Vorrichtung so ausgelegt» daß die Umeatzsseiten oder Umlaufseiten duroh Hinführen einaa gefärbten Stoffes in die

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slrkulierende Reaktionsmasse und genaue Zeitbestimmung des Wiedererschelnens dieses gefärbten Stoffes in der Hasse nach einem vollen Zirkulationszyklus exakt beobachtet werden konnte.

Die Parameter, die für die Versucheergebnisse, die in Tabelle I und in Figur 5 wiedergegeben sind, maßgebend sind, sind u.a. die vergrößerte Rezlrkulationszone, die einseitigen Streben für die Abschabschaufeln und die verringerte Rührgeschwindigkeit . Das Verhältnis von maximalem Durohmesser D der Rezirkulationszone 24 (d.h. der Innendurchmesser des Hanteis 26) zu der radialen Breite b der Zone, beide sind in Figur 2 dargestellt, 1st ein Haß der relativen Größe der Rezlrkulationszone 24. Diese D/b-Verhältnisse sind bei den in Tabelle I aufgefOhrten Versuchen 8 oder 5* Weiter sind die Versuche mit den einseitigen Wischerstreben 29 und 31 nach Figur 2 in den letzten zwei Spalten der Tabelle I aufgeführt, und die letzte Spalte gibt die Ergebnisse wieder, wenn die Umdrehungszahl des Rührers von 40 auf 15 reduziert wurde«

109823/1428'·

Tabelle I

Energieaufwand für dae Rühren bei verschiedenen Viskositäten und für verschiedene Konstruktionen von Reaktoren für

hochviskose Stoffe

(Der Energieaufwand für das Rühren in der Rezlrkulationszone wird in Bremsleistung (horsepower) pro 1000 Galonen Reaktorkapazität gemessen« Die erforderliche Energie für den Antrieb des Schneckenförderers 1st nicht mit inbegriffen.)

CD
OO
K>
CO

Verhältnis

Abstreifer
Geschwindigkeit

Viskositäten

8 000 op_o 27 000 opο 48 000 ep» 54 000 ep.

64 000 ep» 88 000 Cp.

100 000 cp_v 110 000 op.

130 000 opo 360 000 ep.

an zwei Seiten an zwei Selten

40 U/min

26 HP 50 HP

82 HP

110 HP

40 U/min

28 HP 42 HP

60 HP

De D e

an einer Seite an einer Seite

40 U/min

26 HP
31 HP

36 HP

45 HP
68 HP

15

5o2 HP 6o5 HP

8oO HP

11 HP 18 HP

²⁰~ . ib42984

Von den Werten, die in Tabelle II aufgezeichnet und in Figur 6 aufgetragen sind, wird das D/b-Verhältnie von 8, das für die bekannten Reaktoren typisch iat₉ in der ersten Spalte aufgeführt, während das D/b-Verhältnis von 5t das für erfindungegemäße Reaktoren kennzeichnend ist, in den letzten beiden Spalten erscheint ο Unterschiedlich« Steigungswinkel H von 30°, 18° und 11° dee Mittelläufers 53 und die fceobaohteten Umlaufsgeschwindigkeiten sowie die Umdrehungen des Läufers 53 fUr einen vollen Zirkulationseyklue der Reaktionemasae veranschaulichen das hoohwirksame Mischen in einem erfindungsgemäßen Reaktor.

1 09823/U28 ^BAD ORIGINAL -

Tabelle II

Umlaufgeschwindigkeiten in Reaktor für hochviskose
Stoffe bei verschiedenen Viskositäten und verschiedenen Reaktorkonstruktionen _o

(Umdrehungen des Biihrf order ere pro einen umlauf der

Eeaktionemasee)

	Verhältnis	% "	^ « 5	H » 11°
O cc	Steigungswinkel	H - 30°	H 3 18°
OO	der Rührechnecke
in;·	•
co
""*	Viskositäten:			30
or*	30 000 cpo			45
KaJ	88 000 cp.	—.	—	—
	100 000 cp.	—	80	51
	150 000 cp.		—	52
	190 000 cp.		90
	300 000 ep*	250		—
	350 000 cp.	an**»	\ 100	60
	800 000 cpo	—	mmmm

CO CX)

j b 4 ^ 9 8

Eb wird hervorgehoben, daß die Erfindung nicht auf einen Reaktor mit einer bestimmten Anzahl von Druckrohren oder Streben für die Abstreifer beschränkt ist und dad die Erfindung die Wirkung von Konstruktionen mit mehreren Druckrohren und Reaktoren mit mehreren ReZirkulationszonen wesentlich vergrößert, die zwischen konzentrischen, doppelwand igen tfärmetausohermänteln angeordnet sindο

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Claims (1)

1. ²³ ~ )b42984

   Patentansprüche

   ο Vorrichtung zum Behandeln von Material mit Wärmetausohflachen, die an einer Materialbehandlungszone für «ine Reaktionsmasse angrenzen, mit einem ersten Einlaß und einem ersten Auslaß für das zu behandelnde Material, die in die Materialbehandlungezone münden, mit einem streiten Einlaß und einem zweiten Auslaß für den in dem Wärme- g

   tauscher zirkulierenden Wärmeträger, und mit Einrichtungen, um den Wärmeträger von dem zweiten Einlaß an den Wärmetauschflächen vorbei zu dem zweiten Auslaß zu fuhren, gekennzeichnet durch

   (a) mehrere innere konzentrische zylindrische Wäraetauschfläohen, von denen die innerste ein Druckrohr bildet und von denen ein weiteres Paar von Wärmetauschfläohen eine ringförmige Rezirkulationszone begrenzt, die mit beiden Enden mit dem Druckrohr kommuniziert,

   (b) einen schneokenläufer, der in dem Druckrohr angeordnet ist, um das Material durch das Druckrohr und die Rezirkulationszone zu fördern,

   (c) mehrere lange Streben für Abstreifer, die drehbar zwischen dem Paar von Wärmeauetauschfläohen außerhalb des Druokrohrs angeordnet sind und von denen wenigsten· eine innere Strebe nahe der inneren Wärmetausohfläohe und wenigstens eine Strebe nahe der äußeren Wärmetaueoh-

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   fläche angeordnet sind,

   (d) Ιηηβηβ©häufeln_c die an jeder inneren Strebe befestigt sind und sich zu der inneren Wärmetauschfläche hin erstrecken»

   (e) äußere Schaufeln, die auf jeder äußeren Strebe angeordnet sind und sich nach außen zu der äußeren Wärme» tauachflache hin erstrecken und

   (f) Antriebseinrichtungen» um den Rührer oder Schneckenförderer und die Streben relativ su den Wärmetausohflächen zu drehen,

   bo daß das Material von beiden Wärmetausohfläohen, die die ringförmige Rezirkulationezone begrenzen, abgeschabt und in Form einer Wirbelbewegung mit dem Material vermischt wird, das in Längsrichtung duroh die Reiirkulationazone von dem Schneckenförderer gefördert wirdο

   2ο Vorrichtung naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl jede innere Strebe einen wesentlichen Abstand von der anderen äußeren Wärnetauschfläohe des Paars von Wäraetauachflachen hat, so daß die Reaktionsnasae «wischen dieser äußeren Wärmetausohfläohe und der Strebe hindurchetrömen kanne

   3ο Vorrichtung naoh Anspruch 1_t dadurch gekennzeichnet, daß jede äußere Strebe einen wesentlichen Abstand von der inneren Wäroetauschfläohe hat, so daß die Reaktionsaasse

   1 O 9 8 2 3 / U 2 8 BAD ORig_INAl

   zwischen dieser Strebe und der inneren Wärmetausohflache strömen kannο

   4» Vorrichtung nach Anspruch 1_S dadurch gekennzeichnet» daß dl.e Streben für die Abatreif schaufeln Rohre sind ο

   5ο /orriehtung nach Anspruch I₅ gekennzeichnet durch mehrere Innere St?>eben für die Abstreifschaufeln» die im Winkel vereetat zwischen jeweils zwei einer entsprechenden Anzahl von äußeren Streben fUr die Abetreifschaufeln um
   die ringförmige Rezirkulationszone herum nahe den enteprechenden Wärmetausohflachen angeordnet sind»

   6ο Vorrichtung nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnete
   daß die Sohnecke des Förderers in dem Druckrohr einen
   Steigungewinkel zwischen 5° und 20 hat»

   7ο Vorrichtung nach Anspruch 1 _s dadurch gekennzeichnet, dafl ' die Schnecke des Förderers in dem Druckrohr einen
   Steigungswinkel zwischen 10° und 15° hat»

   θο Vorrichtung nach Anspruch 1$ dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand swiaohen dem Paar von Wärmetausohflachen zwischen 1/5 und 1/6 des Innendurchmesser« der ausseren Wärmetauschflache des Paares beträgt_n

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   * Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ₉ daß die Abstreifschaufeln schwenkbar auf den Streben befestigt sind &

   10ο Vorrichtung naoh Anspruch 1_S dadurch gekennzeichnet, daß die Abstreifschaufeln sich diagonal auf die entepre*- chenden Wärmeaustausohfl&ahen hin erstrecken,,

   ο Vorrichtung nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet„ daß die Abstreifschaufeln sich in diagonaler Richtung zu den entsprechenden Wärmetauschflächen hin erstrecken und mit diesen spitze Winkel einschließen,,

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