CH126493A - Verfahren zur Durchführung chemischer Reaktionen bei erhöhter Temperatur. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Durchführung chemischer Reaktionen bei erhöhter     Temperatur.       Im schweizerischen Hauptpatent \ r.  117     ??8    ist ein Verfahren angegeben zur  Durchführung chemischer Prozesse bei er  höhter Temperatur, wobei ein Stoffgemisch  oder mindestens Teile desselben im Zustande  grosser innerer Beweglichkeit, das heisst ge  körnt oder flüssig im Innern eines rasch um  laufenden Drehgefässes durch Zentrifugal  kräfte auf dessen Wand ausgebreitet und  fixiert werden. Dabei erfolgt die Erhitzung  des Reaktionsgemisches durch elektrische  Widerstandsheizung. Falls das Reaktions  gut ausreichend elektrisch leitet, bildet es  im zentrifugal ausgebreiteten Zustande selbst  das Heizelement. Es wird zu diesem Zwecke  zwischen Elektroden ausgebreitet.

   Ist die  Leitfähigkeit nicht ausreichend, so wird aus  einem geeigneten leitenden Material von gro  sser innerer Beweglichkeit ebenfalls durch       Zentrifugalwirkung    ein Heizelement gebildet.  Dabei kann dieses durch geeignete Wahl der  Dichte der     Heizmasse    sowohl auf der äussern  oder     innern    Seite der Reaktionsschicht, als  auch diese durchsetzend angeordnet werden.  



  Dieses Verfahren führt zu einem neuen  Ofentypus, dem des     ra.schlaufenden    Dreh-    Ofens, den man mit Rücksicht auf die Wir  kungen, die auf den Ofeninhalt ausgeübt  werden, als     Zentrifugalofen    bezeichnen kann.  



  Von hervorragender Wichtigkeit ist dabei  ein     Merkmal    der Erfindung, das im genannten  Hauptpatent implizite schon enthalten, im  Zusatzpatent Nr. 124 086 für einen beson  deren Fall deutlich formuliert und darge  legt ist, nämlich die Möglichkeit, die     Aus-          fütterung    der äussern, aus     Festigkeisrück-          sichten    zweckmässig metallischen Ofenhülle  ebenfalls durch     Zentrifugalwirkung    zu er  zeugen.

   Diese Ausfütterung mit losem Ma  terial kann nicht nur auf denkbar einfache  Weise angebracht und wieder entfernt. wer  den, sondern es steht hierzu im Hinblick auf  thermische, elektrische und chemische Festig  keit eine Auswahl von Stoffen zur Verfügung,  wie sie bei fester Ausfütterung niemals von  ähnlicher Reichhaltigkeit und Billigkeit sein  kann. Eine Reihe von elektrothermischen Pro  zessen, genannt seien nur     Al-Nitrid    und     Cy-          anidprozess,    liessen sich bis jetzt nicht durch  führen, weil .die Ofenbaumaterialien, ins  besondere die Ofenausfütterungen, nicht wi  derstandsfähig genug hergestellt werden      konnten.

   Beim     Zentrifugalofen    mit Innen  heizung und     Zentrifugalausfütterung    ent  fallen alle diese     Schwierigkeiten.     



  Für die Innenheizung des     Zentrifugal-          ofens    können beliebige Wärmequellen heran  gezogen werden, wie zum Beispiel wärme  strahlende     Heizelemente,    wie glühende  Drähte, Stäbe, Lichtbögen usw., die im Ofen  innern angeordnet werden und elektrisch be  trieben werden; vor allem aber erhitzte Gase,  die das Reaktionsgut durchstreichen. Diese  letztere     Erhitzungsart    ist zwar auch dann  vorhanden, wenn andere Wärmequellen im  Innern des Ofens ungleiche Temperaturver  teilung und daher     Gaszirkulation    hervor  rufen.

   Bei Heizung durch erhitzte Gase wer  den jedoch die letzteren zweckmässig durch  ausserhalb des Ofens     liegende    Mittel, beispiels  weise Gebläse, in Bewegung gesetzt. Der  Wärmeinhalt kann den Heizgasen auf an sich  bekannte Weise mit elektrischen oder nicht  elektrischen Mitteln entweder vor Eintritt in  den Ofen oder im Ofen selbst erteilt werden;  beispielsweise kann ein brennbares Gas mit  Luft gemischt vor oder nach Eintritt in den  Ofen verbrannt werden.

   Im Falle von     Gas-          reaktion,    bei welchen Gase absorbiert wer  den, wie zum Beispiel Stickstoff bei     Azo-          tierungen,    wird zweckmässig ,das     zu.zufiih-          rende    Gas als Wärmeträger     verwendet.     



  Besondere Vorteile ergeben sich aus der  Kombination der Heizung durch erhitzte  Gase und durch elektrische Heizelemente im  Ofen selbst, insbesondere durch das     Zentri-          fugalheizelement    des eingangs     erwähnten     Hauptpatentes.

   Diese Kombination ist beim       Zentrifugalofen    leichter als bei     andern    Ofen  konstruktionen durchführbar, weil es sich um  einen geschlossenen Ofen handelt und weil  der Ofeninhalt vollständig symmetrisch an  geordnet ist, und führt zu einer vorzüglichen       Wärmewirtschaft.    Es kann nämlich der  Wärmeinhalt der heissen Reaktionsmassen  nach beendeter     Reaktion    durch Gasströme auf  noch nicht zu Ende     reagiertes    oder auf erst  anzuwärmendes Reaktionsgut übertragen wer  den.

       Sodann    können die heissen Abgase eines  in vollem Betrieb stehenden Ofens ebenfalls    zur     Anwärmung    noch kalter     Ofen    und ihres  Inhaltes benützt werden.  



       Dies    lässt sich am besten realisieren, in  dem man mehrere Ofen von verschiedenem       Betriebszustande    zu einem Ofenstrang ver  einigt, das heisst sie in Serie schaltet.  



  Die Kombination von Gasströmen mit im  Ofen befindlichen elektrisch betriebenen     Heiz-          elementen    ergibt ausserdem die wertvolle  Möglichkeit, einen raschen Wärmeaustausch  zwischen Heizelement und     Reaktionsgut,    so  wie zwischen Stellen ungleicher Temperatur  im Innern des Reaktionsgutes herbeizu  führen und damit die Reaktion schnell zu  beendigen.  



  Der Bau eines zweckentsprechenden Ofens  zur Realisierung des     vorstehendenVerfahrens     ist für den Fachmann ohne weiteres aus be  kannten Elementen möglich Die im folgen  den mitgeteilten Ausführungsformen bieten  jedoch einige besondere Vorteile.  



  Der     Zentrifugalofen,    schematisch in     Fig.     I dargestellt, besitzt einen Eisen- oder Stahl  zylinder 1, der leicht drehbar gelagert ist  als äussere Hülle. Für chemische Zwecke  kommt meist horizontale Lagerung in Frage,  und es ist dann vorteilhaft, von Lagerungen  und Antrieb durch Aufhängen des Ofen  körpers an Tragrädern mittelst Ketten oder  einem     ähnlichen        Tra.nsmissionsmittel    Ge  brauch zu machen (in der     Fig.    I durch 2 und  3 angedeutet). Unter Umständen kann auch  eine Rollenlagerung Verwendung finden. Die       Stirnseiten    des Ofens sind durch     aufge-          flanschte    Platten 4 verschlossen.

   In diesen  sind zentrale Öffnungen 5 angebracht mit  Ansatzstutzen 6 von genügender Weite, um  die Beschickung des Ofens und die Zu- und  Abfuhr von Gasen leicht zu ermöglichen.       Verschlussplatten    und Ansatzstutzen tragen  zweckmässig eine     feste        Wärmeschutzschicht    7,  während beim Ofenmantel eine feste Aus  fütterung entbehrt werden kann, da der  Wärmeschutz leicht aus lockerem Material  nach dem     Zentrzfugalverfahren    erzeugt wer  den kann. Für manche Fälle wird diese ein  fache Konstruktion schon genügen.

   Dann           nämlich,        -,venn    die     Innenheizung    allein durch  erhitzte Gase vorgenommen wird und das  Reaktionsgut nur in dünner Schicht und  grober Körnung vorliegt. Bei grosser     Schicht--          dicke    des Reaktionsgutes ist es dagegen nötig,  durch besondere     Blassnahmen        das        wärme-          iragende    Gas zu zwingen, seinen Weg durch  die Reaktionsschicht zu nehmen. Das lässt  sich leicht erreichen durch Anbringen einer       Zwischen-wand    8, die nur exzentrisch ange  brachte     Durchlässe    9 hat.

   Das Heizgas tritt  demnach zentral in den Ofen ein und ver  lässt den Reaktionsraum am äussern Rande  der Reaktionsschicht, oder nimmt den     umge-          kehrten        Weg.     



  Die     Arbeitsweise    mit diesem beschrie  benen oder einem ähnlich gebauten     Zentri-          fugalofen    ist die folgende:  In den zunächst ruhenden leeren Ofen  wird das     Material    für die     -\Ärä.rmeschutz-          schicht    eingebracht und der Ofen hierauf in  rasche Umdrehung versetzt, wobei Umdre  hungszahlen von zirka. 50 bis einige Hundert  per     Minute,    je nach Ofendurchmesser, in  Frage kommen.

   Das lose     Wä.rmeschutz-          material,    das häufig zweckmässig aus einer  Komponente des Reaktionsgemisches oder aus  einem     Reaktionsprodul_i;    besteht, wird durch  die     Drehung    zu einer gleichmässigen Schicht  <B>10</B>     auf        cler    Innenfläche des Ofenmantels     aus-          'rebreitet.    Statt in den ruhenden Ofen kann  man das     Wärmescliutzmaterial    auch in den  schon in     Drehun,--    befindlichen Ofen ein  bringen.

   Nach dieser Einformung des Ofen  futters     wird    nun in den rasch     umlaufenden     Ofen das Reaktionsgut eingebracht und in  gleichmässige Schicht 11 verteilt. Hierzu       homnicn    vorteilhaft mechanische     Besehik-          hungs    v     orricht.unY;en    zur Anwendung.

   Hier  auf     kann    mit: dem Einleiten des     wärmetra-          Irenclen    Gases begonnen     werden.    Nach     Be-          des    Prozesses ist es oft vorteilhaft,  den gesamten     Ofeninhalt        herauszunehmen.     Dies kann momentan erfolgen, wenn der       zylindrische    Ofenmantel in seiner ganzen       L-Inge,    soweit der Reaktionsraum reicht,     auf-          gekIa.ppt    werden kann.

   Es wird meist ge-         nügen,    die     Konstililition    gemäss     Fig.        II,    die  einen Schnitt durch den Ofenmantel dar  stellt, auszuführen und zwei     aneinanderlie-          gende        Viertelssektoren        aufklappbar    zu ma  chen.  



  Für die Kombination von heissen Gasen  und elektrischen     Erhitzungsmitteln    bleibt die  Ofenkonstruktion in ihren Grundzügen die  vorstehend     gesiehilderte.    Neu hinzukommen  Elektroden im Ofeninnern, Schleifringe und  Bürsten aussen.     Fig.        III    zeigt eine Ausfüh  rungsform eines     Zentrifugalofens    für die be  sonders leistungsfähige Kombination der  elektrischen Erhitzung mit zentrifugal er  zeugtem Heizelement und der Erhitzung  durch heisse Gase.

   Der Ofenmantel 1 ist auch  hier wieder ein zweckmässig metallener, am  besten     stählener    Zylinder, der zweckmässig       a        a        us        mehreren        Zylindersegmenten        mit        Hilfe     von Flanschen zusammengesetzt wird.

   In den  beiden     stirnseitigen    Segmenten 2 sind den  Reaktionsraum begrenzende Zwischenwände  3,     .1    untergebracht.     Diese        dienen:        zurSteuerung     der Gasströmung im Ofeninnern, indem das  Gas     beispielsweise    durch die zentrale Öff  nung 5 eintritt und durch am äussern Rande  der Reaktionsschicht liegende Öffnungen 7  austritt oder aber den     umgekehrten    Weg ge  führt wird. Besonders einfach wird der Ofen  aufbau, wenn diese Zwischenwände zugleich  als     Elektroden        :dienen    können.

   Man kann  sie zum Beispiel aus     Kohlenstoffsteinen    von       genügender    Leitfähigkeit oder überhaupt aus       Elektrodenkohle        aufbauen.    Zwischen     fliesen          Elektrodenplatten    bildet sich dann durch       Zentrifuga.lwirkung    das verbindende     Heiz-          element    8 aus lockerer     Widerstandsmna;sse.     Der elektrische Strom wird den     stirnseitigen     Zylindersegmenten 2 und 3 über Schleifringe  und Bürsten zugeführt.

   Die Zylindersegmente  2 und 3 müssen natürlich von dem mittleren  Teil des Ofenmantels elektrisch isoliert wer  den. Es ist     zweckmässig,    diesen mittleren Teil  des Ofenmantels auch hier der Länge nach       aufklappbar    zu machen, um den Ofeninhalt  momentan entleeren zu können.  



  Es ist vorteilhaft, auch die mittleren  Segmente des Ofenmantels voneinander zu      isolieren     urrd    falls deren mehrere vorhanden  sind, die Isolation durch     geniigend    hohe Wi  derstände zu überbrücken. Hierdurch erreicht  man den Vorteil, dass die gesamte Ofen  spannung von     Segment    zu Segment gleich  mässig abfällt, so dass die     Spannungsdifferenz          zwischen    Ofenmantel und den innern leiten  den Partien klein ausfällt und elektrische       Durchschmelzungen    der Ofenwand nicht ein  treten können:

Claims (1)

1. PATFNTANKPRTTf;FT T Verfahren zur Durchführung chemischer Reaktionen bei erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reaktionsgemisch im Zustande grosser innerer Beweglichkeit durch Zentiifugalkräfte auf der Innenwand eines rasch rotierenden, einen Rotationskörper bil denden Gefässes ausgebreitet und mindestens zeitweise fixiert wird, wobei eine zum Wär- ineschutz erforderliche Ausfütterung des Ge fässes mindestens zum Teil ebenfalls durch Zentrifugalwirkung aus einem losen Material geformt wird. UNTERANSPRüCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I, gekenn zeichnet durch die Verwendung erhitzter, durch ausserhalb des Reaktionsgefässes be findliche Mittel in strömende Bewegung versetzte Gase, als Wäimequellen. <B>91</B> Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausser den Gasen für die Erhitzung des Reaktionsgutes noch im Reaktions gefäss befindliche elektrisch betriebene Heizelemente benützt werden.

   PATENTANSPRUCH II: Reaktionsgefäss zur Durchführung che mischer Reaktionen bei erhöhter Temperatur nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch einen drehbaren metallenen Hohlzylinder, dessen Stirnseite durch metallene, mit Öff nungen für Beschickung mit Reaktionsgut und Zu- und Abfuhr von Gasen versehene Platten verschlossen sind und in welchem Zwischenwände angebracht sind, die mit Durchlässen zur Führung der strömenden Gase versehen sind. .

   UNTERANSPRüCHE 3. Reaktionsgefäss nach Patentanspruch 1I, insbesondere für kombinierte Erhitzung des Reaktionsgutes durch erhitzte Gase und durch mittelst Zentrifugalwirkung ge- bildetesHeizelement, dadurch ,gehennzeich- net, dass die zylindrische Aussenhülle des Reaktionsgefässes aus mehreren gegenein ander elektrisch isolierten Zylinderseg menten aufgebaut ist. 4.

   Reaktionsgefäss nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Steu erung der Gase dienenden Zwischenwände aus elektrisch leitendem Material be stehen, zum Zwecke der Verwendung als Elektroden. Reaktionsgefäss nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass der das Re aktionsgut enthaltende Teil der Ofenhülle zwecks momentaner vollkommener Eilt. leerung der Länge nach aufklappbar ist.