DE1667051B2 - Verfahren und vorrichtung zum eindampfen von insbesondere viskosen fluessigkeiten und zum ausdampfen der bei reaktionen entstehenden produkte - Google Patents

Description

Die vorliegende l.rfindimg iichiet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum I indampl'en von insbesondere viskosen flüssigkeiten und zum Ausdamplen der bei Reaktionen'enisieh..'ndcn Produkte, indem die Flüssigkeit liner Druck aulgehei/i. aus einer Düse expandiert und das gebildete Gemisch aus gasförmiger und flüssiger Phase der F.inw irkiing von /eninfugalkräficn unterworfen wird.

Die Behandlung höherviskoser I lüssigkeiien erfordert Techniken, bei denen oft mechanische Mittel verwendet werden müssen, wie beispielsweise Sehnekken. Rotoren in Dünnschichtverdamplcrn. Rotoren in Zentrifugen usw. Das Vermischen und Ausbreiten der flüssigkeiten ist durch ihre Viskosität behindert. Die bei MehrkomponenienGemischen beim Verdampfen entstehenden Blasen erreichen nur langsam die Verdampfungsoberfläche und reißen meist wegen großer Grenzllächenspannungcn nur schwer auf. Die Zeit zum Krreichen bestimmter Eiiekte nimmt daher in der Regel mit zunehmender Viskosität des Produktes zu, so daß Apparate mit größerem Verweilz.eitspektrum für das Produkt notw endig sind, was darauf hinauslauft, daß die Produkte geschädigt werden. Erhöht man die Produktdurchmisehiing. so kann man zwar meist die Verweilzeil herabsetzen, aber nur solange dem nicht chemische Gesichtspunkte im Wege stehen.

Fs ist bekannt, flüssigkeiten durch Erhitzen und Entdampfen bei Unterdruck zu konzentrieren, zu kondensieren oder einzudicken, wobei die Flüssigkeit wahrend des Fntdampfens zentrifugiert wird. Hierzu ist eine Zentrifuge, also eine Maschine mit einem rolierenen Teil, erforderlich. Bewegte Teile bieten immer Schwierigkeiten bezüglich Abdichtung der Wellen und der GeLihr der Verunreinigung des Produktes durch Schniiermitiel der Wellenlager. Die vom Dampfstrom mitgerissenen Produkiiroplchen werden durch den Rotor nicht abgeschieden.

Bei einem anderen bekannten Verd.mipier tür Losungen ist ein schraubenlinienförmig verlautender Kanal vorhanden, in dem die zu verdamplende Lösung als Bachsiroinung fließt. Da nur der hvdrostatische Druck einwirkt, lassen sich nur dünnflüssige Stolle ausdampfen, weil der Apparat sonst verstopfen wurde, für höherviskose Stoffe besteht auch die Gefahr, daß das Produkt in Schichten strömt oder auch Blasen und Pfropfen bildet und deshalb infolge wechselnden Druckgefälles die Ve'-weilzeilverieilung ungünstig ist und ungleichmäßige Verdampfung stattfindet.

Schließlich ist noch ein Verdampfungsapparai be kunn\. in dem die flüssigkeil unter Druck erwärmt und soil,mn unter Entspannung des I lussigkeusdruckes in einer außerhalb der lleizorgane liegenden Verdampfungskammer vcrdampll w ird. Dieser Kammer wird die fhissiiikeil durch DiossLlorganc zugeleitet. Bei derartigen Einrichtungen ist es bekannt, die Drosselorgane so einzurichten, daß die aus ihnen austretende verdampfende flüssigkeit in der Vcrdamplungskammer in Drehung versetzt wird. Im allgemeinen erreicht man die en /weck durch langeniiale Einführung in den Veidampl'ungsraum. Die Trennung ties Dampfes von der flüssigkeit erfolgt nach tier Entspannung durch tlas Drosselorgan nach Art einer /vklonslrömung. Der Dampf wird zentral nach oben abgeführt, während die nieht-verdaniplie flüssigkeit in einem Sammelbehälter aufgefangen wird, von dem sie über einen Erhitzer dem Trockenorgan wieder zugelührt wird. Diese dauernde Kreislaufführung ist wegen der mehrmaligen thermischen Belastung für das Produkt schädlich, für höherviskose Stoffe läßt sich dieser Verdampfer wegen der damit bedingten Förderseil« ierigkeiten nicht anwenden.

Aufgabe tier vorliegenden Erfindung ist es. ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Eindampfen von insbesondere viskosen flüssigkeiten und zum Ausdampfen der bei Reaktionen entstehenden Produkte zu schaffen, wobei eine thermisch schonende Behandlung bei gleichzeitigem engen Verweil/eiispekirum ermöglicht wird. Die Vorrichtung soll außerdem frei von bewegten Teilen sein.

In verfahrenstechnischer Hinsicht wird dies erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die flüssigkeil aus der Düse in einem schraubenlinienförmig gekrümmten Kanal expandiert wird, so daß sich an der Wand eine f lüssigkeitssehichi über den Umfang bildet.

Dadurch wird erreicht, daß die durch Verdampfung einstehende Gasphase zur Förderung der flüssigen Phase dient. Durch die einwirkenden Zentrifugalkräfte bleibt die Trennung in gasförmige und flüssige Phase während des Durchganges durch den schraubenlinienförmig gewundenen Kanal erhallen, wobei die flüssige Phase durch die mit erheblich höherer Geschwindigkeit strömende Gasphase weitergetrieben wird. Sehr vorteilhaft wirkt sich dabei auch die im Gasstrom entstehende Sekundärsti ömung aus, die zusammen mit der Primärströmung für einen verbessen en Stoffübergang sorgt.

Nach einer besonderen Durehführungsform des erlindungsgeniäßen Verfahrens wird die flüssige Phase erwärmt und die gasförmige Phase gekühlt. Dies ist

besonders bei /vvci- oder Mehrkomponenteii-Gemi· sehen V(Hi Vorteil. Man behei/l dann diejenige Kan.ilseite. au! der die flüssige Phase strömt. Dadurch wird das 1 löhersiedeiide auskundcnsicn unil läuft, durch tue Zcmrifugalsirömung bedingt, /ur Außenwand zurück, wo es sich mit verdampfender Flüssigkeit verbindei. I lurch die Wiedeiverdamplimg kann gleichzeitig eine rektifizierende Wirkung eingestellt werden. Zum Beispiel kann dadurch bei gleich/eilig reagierenden Stoffeii eine Reakiionshemnnmg durch Verarmung an einer Komponente vermieden werden.

Die erlindiingsgcmäße Vorrichtung zur Durchführung des VeIIaIT^-CIiS ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei ineinander angeordneten Rohren ein schraubenlinienförmig gekrümmter Kanal angeordnet ist. an dessen F.inlaßende eine Kxpansionsdüse vorgesehen ist und an dessen Auslaßcndc ein Abscheider anschließt.

Durch das Entspannen in der Expansionsdüsc entstein aufgrund der Verdampfung ein Sprühstrahl, der in dem Kiinal 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 Kanaiströmung sammeln und. durch die Gasströmung angetrieben, in Form einer HIm- oder Bachströmung den Kanal..je nach gegebener Geometrie der Apparatur und dem in ihr vorliegenden Sirömungsziistand. schraubenlinienförmig durchfließen. Im speziellen Fall der Abwärtssiromung ist L>ei bestimmten Sirömungszuständen das Ablaufen in einer Art Wirbelscnke möglich. Durch die Ausbildung der Kanalgeometrie bei Anpassung an die jeweiligen Massenströme und deren physikalische Daten kann jeder gewünschte Strömungsverlauf 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 verbleibt im Kern des Kanals ständig über der ganzen Länge ein freier Gaskanal. Damit ergibt sich auch ein sehr gleichmäßiges Druckgcfälle. So können insbesondere Verdampfungen, die schonend durchgeführt werden müssen, durch Anpassung der Vorrichtung an eine mit der Verdampfung fortschreitend*.· Druckabnahme allmählich sich steigernd durchgeführt werden. Man vermeidet damit Schaumbildung im ersten Teil des Verdampfungsprozesses und Zersetzungen in den letzten Stufen des Prozesses.

Nach einer besonderen Ausführungsform ist jedes der Rohre mit einem besonderen Tempericrsysiem ausgestaltet. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet für die bereits erwähnte Behandlung von Zwei- oder ίο Mehrkomponcnten-Gemischcn.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform

der erfindungsgemäßen Vorrichtung vergrößert sich der Querschnitt des Kanals zum Auslaßende hin. Auf diese Weise lassen sich die strömungs- und verdampfungstechnischen Forderungen verwirklichen.

Vorzugsweise fällt der Boden des Kanals zum

äußeren Rohr hin ab. Dadurch wird das Ansammeln von Flüssigkeit arn Kanalboden in Wirbclsenken vermieden.

Bei der Wahl des Neigungswinkels sind die auftretenden Strömungen zu berücksichtigen.

Anhand einer Zeichnung sei die crfindung>.gemäße Vorrichtung an zwei Au:;führungsbeispielen näher erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 die Vorrichtung in der ersten Ausführung im Längsschnitt,

Fig. 2 die Vorrichtung in der ersten Ausführung in der Draufsicht und

F i g. 3 die Vorrichtung in der zweiten Ausführung im Längsschnitt.

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

In Fig.2 ist die tangentiale Einmündung des Einlaßrohrcs 11 ersichtlich.

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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Eindampfen \im insbesondere viskosen flüssigkeiten und /um Ausdampfen der bei Reaktionen entsiehender. Produkte, indem die flüssigkeil unter Druck aufgeheizt, aus einer Düse expandiert und das gebildete Gemisch aus gasförmiger und flüssiger Phase tier Kinwirkung \on /eninfugalkrälien unterworfen wird, dadurch g e k e η π / c i e h net. daß die flüssigkeit aus der Düse in einen schraubenlinienförmig gekrümmten Kanal expandiert wird, so iljli sieh an der Wand eine llüssigkeitsschichi über den Umfang bildet.

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, dall /vv ischen zw ei ineinander angeordneten Rohren (I, 5) ein Schraubenlinienlormig gekrümmter Kanal (9) angeordnet ist. an dessen Einlaßende (II) eine Expaiisionsdiise (12) vorgesehen ist und an dessen Aiislaßcnde (13) ein Abscheider (14) anschließt.

4. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, dall jedes der Rohre (I, 5) mit einem eigenen femperiersv stein (2, 3, 4; h, 7, 8) ausgestalte! isi.

>. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des K.inals(l I) sich zum Anmaßende (13) hin vergrößert.

h. Vorrichtung nach den Ansprüchen i bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Hoden (10) des Kanals (II) zum äußeren Rohr (5) hin abfällt.

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