DD245366A1

DD245366A1 - stirred reactor

Info

Publication number: DD245366A1
Application number: DD28676486A
Authority: DD
Inventors: Juergen Dunkel; Walter Leipnitz; Gerhard Kamenz; Juergen Koppe; Heinz List; Guenter Freyer; Hermann Schindler; Holger Hermann
Original assignee: Buna Chem Werke Veb
Priority date: 1986-02-05
Filing date: 1986-02-05
Publication date: 1987-05-06

Abstract

Ziel der Erfindung ist, einen Ruehrreaktor zu entwickeln, bei dem ein Waermeaustausch durch die Wandung stattfinden kann. Die Aufgabe wird erfindungsgemaess so geloest, dass ein duennwandiger, druckuebertragender Behaelter in einen dickwandigen, druckaufnehmenden Behaelter angeordnet wird, wobei die duennwandige Wand in Form eines Faltenbalges axial gefaltet ist, auch im Bereich des gekruemmten Bodens und diese nur mit den aeusseren Kanten des Faltenbalges die Innenwand des aeusseren Behaelters beruehrt, oben in einen breiten, duennen Flansch uebergehend, der zwischen Deckel und einem Ring mit Rohrdurchfuehrungen, der seinerseits auf den Topfflansch des Ruehrreaktors liegt, angeordnet ist, unten in einen Stutzen, der seinerseits in einen Stutzen des druckaufnehmenden Behaelters ragt, endet und sich im oberen Teil des Ruehrreaktors ein Turbinenruehrer befindet, dessen aeusserer Durchmesser so gross ist, dass der Querschnitt des Ruehrreaktors genau geteilt wird (Durchmesser Ruehrer0,7 Durchmesser Ruehrreaktor) und unter dem Ruehrer ein Ansatzrohr, das bis kurz vor den Boden des Innenbehaelters reicht und im oberen Teil eine Einschnuerung besitzt, angeordnet ist und im Stutzen des druckaufnehmenden Behaelters am Boden mindestens 3 Rohrleitungen, um den Umfang verteilt, seitlich befestigt sind, die mit einer Ringleitung fuer ein Heiz- bzw. Kuehlmedium verbunden sind.The aim of the invention is to develop a stirred reactor, in which a heat exchange can take place through the wall. The object is achieved according to the invention such that a thin-walled, druckuebertragender container is placed in a thick-walled, pressure-receiving container, wherein the thin-walled wall is folded axially in the form of a bellows, even in the area of the curved bottom and this only with the outer edges of the bellows Inner wall of the outer container Berührhrt, above in a wide, thin flange, which is located between the lid and a ring with tube ducts, which in turn lies on the pot flange of the stirred reactor, down a spigot, which in turn projects into a socket of the pressure-receiving container , ends and in the upper part of the agitator a Turbinenruehrer is, whose outer diameter is so large that the cross section of the Ruehrreaktors is divided exactly (diameter Ruehrer0,7 diameter Ruehrreaktor) and under the Ruehrer a neck tube, which until shortly before the soil of the Innenbehaelters enough and in the Upper part has a Einschnuerung, is arranged and the nozzle of the pressure-receiving container at the bottom of at least 3 pipes, distributed around the circumference, are laterally attached, which are connected to a ring line for a heating or cooling medium.

Description

Darlegung des Wesens der Erfindung'Explanation of the essence of the invention

— Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelost wird- The technical problem, which is solved by the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rührreaktor, in dem eine unter Druck ablaufende Polymerisationsreaktion mit Wärmeaustausch durch die Wandung hindurch stattfinden kann und die obigen Bedingungen erfüllt, zu entwickeln.It is an object of the invention to develop a stirred reactor in which a pressurized polymerization reaction can take place with heat exchange through the wall and fulfill the above conditions.

— Merkmale der ErfindungFeatures of the invention

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem in einem dickwandigen, druckaufnehmenden Außenbehälter ein dünnwandiger, korrosionsfester und druckübertragender Innenbehälter angeordnet wird, wobei die dünnwandige Wand in Form eines Faltenbalges axial gefaltet ist, auch im Bereich des gekrümmten Bodens und diese nur mit den äußeren Kanten des Faltenbalges die Innenwand des druckaufnehmenden Außenbehälters berührt, oben in einen breiten, dünnen Flansch übergehend, der sich zwischen Deckel und einem Ring mit Rohrdurchführungen, der seinerseits auf dem Topfflansch des druckaufnehmenden Außenbehälters liegt, befindet, unten in einen Stutzen, der seinerseits in einen Stutzen des druckaufnehmenden Außenbehälters am Boden ragt, endend und sich im oberen Teil des Rührreaktors ein Turbinenrührer befindet, dessen äußerer Durchmesser so groß ist, daß der Querschnitt des Rührreaktors genau geteilt wird (Durchmesser Rührer = 0,7 Durchmesser Rührreaktor) und unter dem Rührerein Ansatzrohr (Durchmesser Ansatzrohr = 0,7 Durchmesser Rührreaktor) angeordnet ist, das bis kurz vor den Boden des Innenbehälters reicht und im oberen Teil, dicht unter dem Turbinenrührer, eine Einschnürung auf 0,55 bis 0,60 Reaktordurchmesser besitzt und im Stutzen des druckaufnehmenden Behälters am Boden mindestens 3 Rohrleitungen um den Umfang verteilt seitlich befestigt sind, die mit einer Ringleitung für ein Kühl- bzw. Heizmedium verbunden sind.The object is achieved by a thin-walled, pressure-resistant inner container is arranged in a thick-walled, pressure-receiving outer container, wherein the thin-walled wall is folded axially in the form of a bellows, even in the region of the curved bottom and this only with the outer edges of the bellows the inner wall of the pressure-receiving outer container contacts, at the top into a wide, thin flange, which is between the lid and a ring with pipe penetrations, which in turn is on the pot flange of the pressure-receiving outer container, down a spigot, which in turn into a nozzle of the pressure-receiving Outer container protrudes from the bottom, ending and in the upper part of the stirred reactor is a turbine stirrer whose outer diameter is so large that the cross section of the stirred reactor is exactly divided (diameter stirrer = 0.7 diameter stirred reactor) and below the R a neck tube (diameter neck tube = 0.7 diameter stirred reactor) is arranged, which extends to just before the bottom of the inner container and in the upper part, just below the turbine agitator, has a constriction to 0.55 to 0.60 reactor diameter and in the neck of the pressure receiving container at the bottom of at least 3 pipes distributed around the circumference are laterally attached, which are connected to a ring line for a cooling or heating medium.

Ausführungsbeispielembodiment

Ein 1 m³-Rührreaktor (0:L = 1:2,5) besteht aus dem druckaufnehmenden Außenbehälter 1, dem druckübertragenden Innenbehälter 2 mit dem Flansch 3, dem Ring 4 mit den Rohrdurchführungen, dem Deckel 5, dem Turbinenrührer 6, dem Ansatzrohr 7, das am Deckel 5 angeschweißt ist, dem Stutzen 8 des Außenbehälters amßoden mit den eingeschweißten Rohren, wie in der Abb. 1 schematisch dargestellt ist. Der Innenbehälter besteht aus VA-Material (2,5 mm Wandstärke) und ist, wie in Abb. 2 schematisch dargestellt, axial gefaltet. Die Faltung setzt sich auch am gekrümmten Boden fort, wobei zum Stutzen am Boden hin die Tiefe der Falten stetig bis auf 0 abnimmt. Auf dem Innenumfang des Außenbehälters liegen insgesamt 125 Falten (Abstand 20 mm) des Innenbehälters auf. Die Tiefe einer Falte beträgt 25 mm. Damit vergrößert sich die zur Verfügung stehende Kühlfläche im Rührreaktor auf 225%. Infolge der nur kurzen Wegstrecke vom Ringraum 9 im Stutzen 8 am Boden bis zum Ring mit den Rohrdurchführungen, dem erheblichen Querschnitt des Durchtritts für das Kühlmedium (ca. 300cm², vergleichbarer Rohrdurchmesser ca. 19,5cm) ist bei entsprechender Geschwindigkeit (0,4m/s) des Kühlmediums die Erwärmung gering, so daß fast das Dreifache der Wärmeenergie, die durch die normale glatte Wand abgeführt werden kann, abgeleitet wird.A 1 m ³ stirred reactor (0: L = 1: 2.5) consists of the pressure-receiving outer container 1, the pressure-transmitting inner container 2 with the flange 3, the ring 4 with the tube passages, the cover 5, the turbine agitator 6, the neck tube 7, which is welded to the lid 5, the nozzle 8 of the outer container amodes with the welded tubes, as shown schematically in Fig. 1. The inner container is made of VA material (2.5 mm wall thickness) and, as shown schematically in Fig. 2, is axially folded. The folding also continues on the curved bottom, with the depth of the folds steadily decreasing to 0 for necking at the bottom. On the inner circumference of the outer container are a total of 125 folds (distance 20 mm) of the inner container. The depth of a fold is 25 mm. This increases the available cooling area in the stirred reactor to 225%. Due to the short distance from the annulus 9 in the nozzle 8 at the bottom to the ring with the pipe penetrations, the considerable cross section of the passage for the cooling medium (about 300cm ² , comparable pipe diameter about 19.5cm) is at appropriate speed (0.4m / s) of the cooling medium, the heating low, so that almost three times the heat energy that can be dissipated by the normal smooth wall, is derived.

Die Rührung erfolgt durch einen Turbinenrührer 6 im oberen Bereich des Rührreaktors. Der Turbinenrührer besitzt 3 Schaufeln, die die Flüssigkeit aus dem Ansatzrohr herausheben und an die Wand schleudern. Da durch das Ansatzrohr dicht über dem Boden (Abstand Boden bis Unterkante Ansatzrohr 150 mm) aus dem äußeren Raum angesaugt wird, wird die vom Rührer in Richtung Wand geschleuderte Flüssigkeit sofort nach unten gesaugt. Es entsteht dadurch ein Flüssigkeitsumlauf ohne Gaseinschluß und ohne Thrombenbildung. Infolge der Faltung der Wandung des Innenbehälters in axialer Richtung wirkt die gesamte Wand als Stromstörer, so daß eine gerichtete Strömung mit 1 bis 4m/s auftritt.The stirring takes place through a turbine agitator 6 in the upper region of the stirred reactor. The turbine stirrer has 3 blades that lift the liquid out of the neck tube and hurl it at the wall. As is sucked in from the outer space through the approach pipe just above the ground (distance bottom to bottom edge of the neck tube 150 mm), the liquid thrown by the stirrer in the direction of the wall is sucked immediately downwards. This results in a fluid circulation without gas inclusion and without thrombus formation. Due to the folding of the wall of the inner container in the axial direction, the entire wall acts as a baffle, so that a directional flow of 1 to 4m / s occurs.

Sechs weitere kleine Schaufeln am Umfang desTurbinenrührers wirken infolge der scharfen, außenliegenden Kanten, an denen große Scherkräfte auftreten, suspendierend oder emulgierend.Six other small blades on the periphery of the turbine stirrer act to suspend or emulsify due to the sharp, outer edges where large shear forces occur.

Der äußere Durchmesser desTurbinenrührers liegt im vorliegenden Fall bei 0,56 m bei einem Reaktorinnendurchmesser vonThe outer diameter of the turbine stirrer in the present case is 0.56 m at an internal reactor diameter of

Die Höhe der Schaufeln beträgt am Außendurchmesser desTurbinenrührers 15 cm, an der Achse 30 cm. Die 6 weiteren kleinen Schaufeln sind ebenfalls 15cm hoch am äußeren Durchmesser des Rührers. Sie sind aber nur 10cm lang in radialer Richtung und in axialer Richtung verstellbar.The height of the blades is 15 cm at the outer diameter of the turbine stirrer and 30 cm at the axle. The 6 other small blades are also 15cm high at the outer diameter of the stirrer. But they are only 10cm long in the radial direction and adjustable in the axial direction.

Bei einem 1 m³ Kessel alter Bauart (Mantelkühlung außen) läßt sich der Kesselinhalt von 0,95 m³ Wasser in 8,1 min von 20⁰C auf 55°C erwärmen, wenn durch den Mantel Wasser (10m³ χ h~¹) mit 95⁰C Eingangstemperatur geleitet wird. Die Übertragungsleistung beträgt 45kW χ h"¹ χ (m²)"¹).In a 1 m ³ boiler (external jacket cooling), the boiler content of 0.95 m ^{3 of} water can be heated from 20 ⁰ C to 55 ° C in 8.1 min, if through the mantle water (10m ³ χ h ~ ¹ ) with 95 ⁰ C inlet temperature is passed. The transmission power is 45kW χ h " ¹ χ (m ² )" ¹ ).

Der gleiche Kessel nach EP 0012410 (Stand der Technik) umgebaut, würde durch Verbesserung der Wärmeübertragung die gleiche Erwärmung in 4,5min bewirken. Die Ubertragungsleistung beträgt 82kW χ h"¹ χ (m^z)~¹.The same boiler rebuilt according to EP 0012410 (State of the art) would effect the same heating in 4.5 minutes by improving the heat transfer. The transmission power is 82kW χ h " ¹ χ (m ^z ) ~ ¹ .

Bei erfindungsgemäßer Bauart des 1 m³ Kessels werden 13OkW χ h"¹ χ (m²)"¹ übertragen und die Aufheizung in 2,8 minIn the inventive design of the 1 m ³ boiler 13OkW χ h " ¹ χ (m ² )" ¹ transferred and heating in 2.8 min

vollzogen, vorausgesetzt, die zugeführte Menge an Wasser mit 95⁰C Eingangstemperatur wird auf 2Om³* χ h"¹ erhöht.completed, provided that the supplied amount of water with 95 ⁰ C inlet temperature is increased to 2Om ³ * χ h " ¹ .

Gegenüber dem Stand der Technik erhöht sich die Übertragungsleistung auf 158,5%.Compared to the prior art, the transmission power increases to 158.5%.

Bei der Kühlung konnten folgende Ergebnisse erzielt werden:During cooling, the following results could be achieved:

Die Mantelkühlung (1 m³ Kessel alter Bauart) ließ sich mit einer Wassermenge von 21,6 m³ χ h"¹ beaufschlagen bei einer Eingangstemperatur von 22⁰C. Der Kesselinhalt von 0,95 m³ Wasser wurde auf 55°C vorgewärmt, dann das Kühlwasser angestellt und eine solche Menge Dampf eingeleitet, daß die Kesseltemperatur konstant bei 55⁰C blieb. Im stationären Zustand beträgt die Temperaturdifferenz zwischen Kühlwassereingang und -ausgang 9 K. Damit überträgt die Wand eine Leistung von 27 kW χ fr¹ χ (m²r¹.The jacket cooling (1 m ³ boiler of old design) was treated with a quantity of water of 21.6 m ³ χ h " ¹ at an inlet temperature of 22 ⁰ C. The kettle content of 0.95 m ^{3 of} water was preheated to 55 ° C, then turned on the cooling water and introduced such an amount of steam that the boiler temperature remained constant at 55 ⁰ C. In the steady state, the temperature difference between the cooling water inlet and outlet 9 K. The wall transmits a power of 27 kW χ for ¹ χ (m ² r ¹ .

Beim Umbau des Kessels nach EP 0012410 (Stand der Technik) würde unter gleichen Bedingungen eine Leistung von 47 kW x h~¹ x (m²)"¹ übertragen werden können.When converting the boiler according to EP 0012410 (prior art) under the same conditions a power of 47 kW xh ~ ¹ x (m ² ) " ^{1 would be} transmitted.

Bei erfindungsgemäßer Bauart muß die Kühlwassermenge"auf 43,2m³ χ h~¹ erhöht werden, um ein möglichst hohes Temperaturgefälle einzuhalten. Die Eingangstemperatur des Kühlwassers betrug 19°C. Die Temperaturdifferenz zwischen Kühlwassereingang und-ausgang betrug 13,5K. Damit wurde eine Übertragungsleistung von 8OkW χ h~¹ χ (m²)"¹ möglich.In the design according to the invention, the amount of cooling water must be increased to 43.2 m ³ χ h ^-1 in order to maintain the highest possible temperature gradient The inlet temperature of the cooling water was 19 ° C. The temperature difference between the cooling water inlet and outlet was 13.5 K. Transmission power of 8OkW χ h ~ ¹ χ (m ² ) " ¹ possible.

Gegenüber dem Stand der Technik erhöht sich die Übertragungsleistung auf 170%. Zum Vergleich wurde immer die Fläche des Kessels alter Bauart herangezogen, in diesem Fall 6,3 m².Compared to the prior art, the transmission power increases to 170%. For comparison, the area of the boiler of old design was always used, in this case 6.3 m ² .

Claims

Invention claim:

1. Stirred reactor for carrying out a polymerization reaction under pressure with heat exchange through the wall, characterized in that in a thick-walled, pressure-receiving outer container (1) a thin-walled, pressure-transmitting inner container (2) is arranged, wherein the thin-walled wall of the iris container (2) in shape a bellows is folded axially, even in the region of the curved bottom and this touches only with the outer edges of the bellows, the inner wall of the outer container (1), the top of a wide, thin flange (3) merges between the lid (5) and a ring (4) with pipe penetrations, which in turn ßenbehältersd) rests on the pot flange of the Au, down in a nozzle which projects into a nozzle (8) of the outer container (1) ends and in the upper part of the stirred reactor a turbine agitator (6 ), whose outer diameter is so large that the cross section of the stirred reactor is divided exactly in half and under the turbine agitator (6) a cover pipe (7) attached to the cover (5) is arranged, which extends to just before the bottom of the inner container and in the upper part has a constriction to 0.55 to 0.60 reactor internal diameter and in the nozzle ( 8) of the outer container at the bottom at least 3 pipes, distributed around the circumference, are laterally fixed, which are connected to a ring line for a heating or cooling medium.

2. Stirred reactor for carrying out a polymerization reaction under pressure with heat exchange through the wall according to item 1, characterized in that the annular space (9) between the bottom flange of the inner container (2) and the bottom flange (8) with pipes as feeds on the outer container (2) Inlet for the heating or cooling medium is.

3. Stirred reactor for carrying out a polymerization reaction under pressure with heat exchange through the wall according to item 1, characterized in that the ring (4) which rests on the pot flange of the outer container (1) is provided with discharges for the cooling or heating medium ,

For this 1 page drawings

Field of application of the invention

The invention relates to a stirred reactor for carrying out a polymerization reaction under pressure with heat exchange through the wall.

Characteristic of the known technical solutions

In the prior art, stirred reactors, which are used for example for the polymerization of monomers, provided with a special agitator and with an outer jacket cooling to dissipate the heat energy released. The jacket cooling can be increased somewhat by measures such as the guidance of the cooling medium in half-pipe coils or by injecting into the cooling jacket in effect. A fundamental improvement is proposed by EP 0012410. The half-pipe coils are then not welded on the outside, but on the inside of the stirred reactor. The cooling capacity increases considerably (up to about 180%). The disadvantage is the use of an impeller stirrer with some Stromstörem, which unnecessarily energy must be registered and which can occur in places with low fluid movement caking. Another disadvantage is that the cooling medium in the cooling coil has to travel a considerable way, on which it heats up relatively strong. Another disadvantage is that the production of half-pipe coils and welding consuming and the surface at best increases to 160% compared to the smooth.

According to DE 2852622, two cylindrical displacement bodies are attached as baffles in a large reactor with down-lying impeller mounted on the dome hanging. This reduces the formation of thrombi and allows for increased heat dissipation through the smooth wall. Disadvantages are the unnecessarily high energy input due to the stirring, the strong forces acting on the displacement bodies, and the still existing formation of thrombi. According to DE 2451695 baffles and stirrer are equipped hollow and coolable in a stirred reactor. Thus, an increase in heat dissipation through the cooled baffles and the stirrer is possible and at the same time the formation of deposits is reduced. Again, as in the other cases occurs too high energy input through the stirrer. In addition, the design of the cooled stirrer is complicated, technically complex and prone to failure.

Object of the invention

The object of the invention is to eliminate the disadvantages associated with the known stirred reactors for polymerization reactions under pressure with heat exchange through the wall, such as unnecessarily high energy input, too little heat exchange through the wall, too long routes of the cooling medium, excessive technical complexity and thrombogenesis.