DE1667051A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Durchfuehren von Verdampfungen und Reaktionen mit Gasbildung - Google Patents

Description

FARBENFABRIKEN BAYER AG

LEVERKUSEN-Beyerwerk Patent-Abteilung

Mr/gb

(· 1. Sep,

Verfahren und Vorrichtung zum Durchführen von Verdampfungen und Reaktionen mit Gasbildung

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen von Verdampfungen und Reaktionen mit Gasbildung, indem das Produkt unter Druck aufgeheizt und in einer Düse expandiert und anschließend in ein Verdampfungsrohr eingeführt wird.

Die Behandlung zäher Flüssigkeiten erfordert Techniken, bei

denen oft mechanische Mittel angewandt werden müssen, wie -

Schnecken, Dünnschichtverdampfer usw. Das Vermischen, das Ausbreiten ist durch die Zähigkeit des Produktes behindert.

Die bei Mehrkomponentengemischen beim Verdampfen entstehenden Blasen erreichen nur schwer die Verdampfungsoberfläche und reißen meist wegen großer Grenzflächenspannungen nur schwer auf. Die Zeit zum Erreichen bestimmter Effekte nimmt daher

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meist mit zunehmender Zähigkeit zu, so daß Apparate mit größerer Verweilzeit notwendig werden, was darauf hinausläuft, daß die Produkte geschädigt werden. Erhöht man die Produktdurchmischung, kann man meist die Verweilzeit herabsetzen, solange dem nicht chemische Gesichtspunkte im Wege stehen.

Die Verwendung von Maschinen mit rotierenden Teilen als Apparate zur Durchführung der Verfahren ist immer mit großem Investitions- und Pflegeaufwand verbunden. Man strebt daher nach Apparaten, die in sich geschlossen, keine drehenden Teile, keine Stopfbüchsen und sonstige schwer zu beherrschende Maschinenelemente enthalten.

Die Verwendung des reinen Strömungsrohres scheitert oft an der Eigenart des Stoffes, seiner Neigung in Schichten zu strömen bzw. bei zweiphasigem Strom sich zu Ballen und zu Blasen zusammenzuschließen und damit zu einer unregelmäßigen Phasentrennung zu führen.

Insbesondere für den VerdampfungsVorgang bzw. für den Entgasungsvorgang z. B. beim Polykondensieren, sind neben den mechanischen G-eräten wie Schnecken, Wendeln , Rührern, Dünn-

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schichtverdampfern, sogenannte Röhrenverdampfer bekannt, wie Expansionsverdampfer, Fallstromverdampfer. Diese Verdampfer neigen mit zunehmender Zähigkeit des Produktes dazu, daß das Produkt unregelmäßig entmischt, sich Pfropfen bilden, die Gastaschen einschließen, und sehr schnell - mit Gasgeschwindigkeit durch das Rohr geschoben werden und am Ende ausspritzen. Damit wird die Verweilzeit im Rohr oft zu kurz oder man braucht sehr * lange Rohre mit sehr hohem Druckgefälle. Die Verweilzeitverteilung wird breit. Man erhält ein uneinheitliches Produkt, was insbesondere bei Polymerisations- und Polykondensationsreaktionen von großem Nachteil ist. Da sich die Blasen und Pfropfen unregelmäßig bilden, entstehen wechselnde DruckgefällCj die ein gleichmäßiges Abdampfen unmöglich machen.

Bei hohen Gasgeschwindigkeiten bilden sich aus dem Produktstrom herausgerissene Tropfen, die im Gasstrom schneller als * das an der Wand haftende gefördert werden und einem anderen Verdampfungsmechanismus unterworfen sind.

Diese Nachteile werden vermieden, wenn erfindungsgemäß das von der Düse versprühte Produkt während des Verdampfens durch

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Zentrifugalkräfte in gasförmige und flüssige Phasen getrennt wird und diese Trennwirkung während des Verdampfungsvorganges weiter aufrechterhalten wird, indem der Zweiphasenstrom in einem schraubenförmig gebogenen Kanal weitergeführt wird, wobei die flüssige Phase durch die mit erheblich höherer Geschwindigkeit strömende Gasphase weitergetrieben wird.

In vorteilhafter Weise wird gemäß einer besonderen Ausführung die flüssige Phase erwärmt und die gasförmige Phase gekühlt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei ineinander angeordneten Rohren ein schraubenförmig gekrümmter Kanal angeordnet ist, an dessen Einlaßende eine Expansionsdüse vorgesehen ist und an dessen Auslaßende ein Abscheider anschließt. Durch das Entspannen in der Expansionsdüse entsteht auf Grund der Verdampfung ein Sprühstrahl, der in dem Kanal ständig umgelenkt wird. Dadurch werden die versprühten Tropfen trotz der hohen Gasgeschwindigkeit, die zum Transport zäher Flüssigkeiten in wandnahen Schichten notwendig ist, an ' der Außenwand niedergeschlagen, von wo sie sich in einer Art

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Kanalströmung sammeln und durch die Gasströmung angetrieben in Form einer Film- oder Bachströmung den Kanal, je nach gegegebener Geometrie der Apparatur und dem in ihr vorliegenden Stromungszustand, schraubenförmig durchfließen. Im speziellen Fall der Abwärtsströmung ist bei bestimmten Strömungszuständen das Ablaufen in einer Art Wirbelsenke möglich. Durch die Ausbildung der Kanalgeometrie bei Anpassung an die jeweiligen Massenströme und deren physikalischen Daten kann jeder gewünschte Stromungsverlauf eingestellt werden, so daß Wärme- und Stofftransportvorgänge optimal berücksichtigt werden können. Das Produkt durchläuft mit einer sehr einheitlichen Verweilzeit den Reaktor und wird in sich durch sekundäre Strömungen ständig umgewälzt.

Es bilden sich keine Blasen oder Ballen und es bleibt im Kern des Kanals ständig über der ganzen Länge ein freier Gaskanal. f Damit ergibt sich auch ein sehr gleichmäßiges Druckgefälle. So können insbesondere Verdampfungen, die schonend durchgeführt werden müssen, durch Anpassung der Anlage an eine mit der Verdampfung fortschreitende Druckabnahme allmählich sich steigernd durchgeführt werden. Man vermeidet damit Schaumbildung im ersten Teil des Verdampfungsprozesses und Zersetzungen in den letzten Stufen des Prozesses,

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Wird bei dem VerdampfungsVorgang ein Zwei- oder Mehrkomponentengemisch getrennt, so ist es möglich, die Kanalseite, auf der die flüssige Phase strömt, zu heizen, während die Seite der Gasphase gekühlt wird, so daß das höher Siedende auskondensiert und durch die Zentrifugalströmung bedingt, zur Außenwand zurückläuft, wo es sich mit· verdampfender Flüssigkeit verbindet. Durch die VTiederverdampfung kann gleichzeitig eine rektifizierende Wirkung eingestellt werden. Dadurch kann z. B. bei gleichzeitig reagierenden Stoffen eine Reaktionshemmung durch Verarmung an einer Komponente vermieden werden.

Hierzu ist die Vorrichtung erfindungsgemäß für jedes der beiden den Kanal begrenzenden Rohre mit einem besonderen Temperiersystem ausgestattet.

Entsprechend den Strömungs- und verdampfungstechnischen Forderungen vergrößert sich vorzugsweise der Querschnitt des Kanals zum Auslaßende hin.

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Um das Ansammeln von Flüssigkeit am Kanalboden in Wirbelsenken zu vermeiden, ist dieser zum äußeren Rohr entspredhend abfallend gestaltet. Bei der Wahl des Neigungswinkels sind die auftretenden Strömungen zu berücksichtigen.

Anhand einer Zeichnung sei die erfindungsgemäße Vorrichtung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert, und zwar zeigen: — Figur 1 die Vorrichtung in der ersten Ausführung im Längsschnitt, Figur 2 die Vorrichtung in der ersten Ausführung in der Draufsicht und
Figur 3 die Vorrichtung in der zweiten Ausführung im Längsschnitt

Das innere Rohr 1 ist mit dem Temperiermantel 2 versehen, das den Zulauf 3 und den Ablauf 4- aufweist. Das äußere Rohr 5 ist vom Temperiermantel 6 umgeben.und besitzt den Zulauf 7 und den Ablauf 8. Zwischen den Rohren 1 und 5 ist der schraubenförmig gewundene Kanal 9 mit seinem nach außen geneigten f Boden 10 angeordnet. Der Kanal 9 kann jeden geeigneten Querschnitt, z. B. kreisförmig, elliptisch, quadratisch usw. besitzen. Am Einlaßende 11 des Kanals 9 ist die Expansionsdüse angeordnet. An das Auslaßende 13 schließt sich der Abscheider 14 an, der die gasförmige Phase von der flüssigen trennt.

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In Figur 2 ist die tangentiale Einmündung des Einlaßrohres 11 ersichtlich.

In Figur 3 erweitert sich das äußere Rohr 5 zum Auslaßende 13 hin, damit der Querschnitt des Kanals 9 entsprechend zunimmt.

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Durchführen von Verdampfungen und Reaktionen mit Gasbildung, indem das Produkt unter Druck aufgeheizt und in einer Düse expandiert und anschließend in ein Verdampfungsrohr eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Düse versprühte Produkt während dee Verdampfens durch Zentrifugalkräfte in gasförmige und flüssige Phasen getrennt wird und diese Trennwirkung während des Verdampfungsvorganges weiter aufrechterhalten wird, indem der Zweiphasenstrom in einem schraubenförmig gebogenen Kanal weitergeführt wird, wobei die flüssige Phase durch die mit erheblich höherer Geschwindigkeit strömende Gasphase weitergetrieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Phase erwärmt und die gasförmige Phase gekühlt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei ineinander angeordneten Rohren (1, ein schraubenförmig gekrümmter Kanal (9) enseordnet ist, an dessen Einlaßende (11) eine BxpansionsdUse (12) vorgesehen ist und an deeean Auslaßende (13) ein Abscheider (H) anschließt.

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4· Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Rohre (1, 5) mit einem besonderen Temperiersystem
(2, 3, 4; 6, 7, 8) ausgestattet ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4_f dadurch gekennzeichent, daß der Querschnitt des Kanals (11) sich zum Auslaßende (13) hin vergrößert.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (10) des Kanals (11) zum äußeren Rohr (5) hin abfällt.

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