DD263461A1 - Verfahren und einrichtung zur temperaturabhaengigen stroemungsfuehrung in gas-fluessigkeits-reaktoren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die technische Reaktionsfuehrung in fluiden Phasen, insbesondere fuer Synthesegasumsetzungen, die Biotechnologie und die Umweltschutztechnik. Ziel und Aufgabe ist die Schaffung einer temperaturabhaengigen internen Steuerung fuer stroemungsleitende Reaktoreinbauten. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass die Leiteinrichtungen biegsam flexible, konvex oder konkav gegen Vorzugsrichtungen gekruemmte Waende darstellen und vorzugsweise aus einem Bimetall bestehen. Fig. 3 b

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit einer zugehörigen Einrichtung zur Strömungsführung in Gas-Flüssigkeitsreaktoren mit inneren Leiteinrichtungen, die für eine prozeßoptimale Strömungsführung vor ellem die kontinuierliche flüssige Phase beeinflussen und die sich dabei in Abhängigkeit von der Temperatur selbst strömungsgünstig einstellen. Anwendungsgebiet sind vorwiegend Blasensäulen für die Kontaktierung fluider Medien, auch in Suspensionen und Wechselwirkung mit festen Partikeln. Zu den bevorzugten Einsatzgebieten der Erfindung gehört die Umsetzung von Synthesegas zu Olefinen, Aromaten und Kraftstoff komponenten, aber auch Hydrierungen und die Hydroraffination öliger Produkte sowie andere Reaktionen, die in fluiden Phasen und en festen Partikeln ablaufen und von denen mindestens eine Komponente gasförmig ist. Andere Einsatzgebiete betreffen die Biotechnologie, die pharmazeutische und Lebensmittelindustrie sowie die Umweltschutztechnik.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, daß Reaktionsabläufe in zwei- bzw. dreiphasigen fluiden Sys'emen wesentlich von vorgelagerten hydrodynamischen Schritten beeinflußt werden, die bezüglich ihrer großräumigen Mischwirkung zwei Grenzzuständen zugeordnet werden können: der idealen Vermischung und der idealen Propfenströmung. Es sind eine Vielzahl von technischen Lösungen bekannt, die eine optimale Anpassung der hydrodynamisch bestimmten Verweilzeit an die Zeit eines praktisch vollständigen Reaktionsablaufes zum Ziel haben, um günstige Raum-Zeit-Ausbeuten der Reaktoren zu erreichen. Diese betreffen für Blasensäulenreaktoren integrierte Leiteinrichtungen, die entweder einer Schlaufenführung der Flüssigkeit und auch des Gases (Rezirkulationskonturen) oder einer Abtrennung benachbarter Stromröhren voneinander durch Kammerung dienen. Prozeßoptimale hydrodynamische Zwischenzustände werden dadurch eingestellt, daß auf geeignete Weise, meist im Apparat räumlich voneinander getrennt und oft in der Hauptströmungsrichtung aufeinanderfolgend, sowohl Vorrichtungen zur Erzeugung von Rezirkulationsströmungen als auch von Propfenströmungen anteilig miteinander kombiniert werden. Beispiele werden in den Schritten DE 05-2847443; DE-OS-3339570 und SU-790416 und in den Materialien zur „achema 1985", insbesondere zur Biotechnologie, angeführt.

Allen bisherigen Lösungen haftet gemeinsam nachteilig an, daß die vorgegebene, fest installierte geometrische Anordnung der Leiteinrichtungen bestenfalls in schmalen Betriebsbereichen der Reaktoren optimal wirkt. Zur besseren Ausnutzung von sich stets einstellenden Teillast- oder Überlastzuständen müssen deshalb zusätzliche Meß-, Stell- und Regelstrecken zur Erzielung günstiger Fahrweisen zugeordnet werden, die den Prozeß verkomplizieren. Diesem Vorgang liegt zugrunde, daß bei betriebsbedingten Änderungen der Phasendurchsätze prinzipiell das gesamte Spektrum hydrodynamischer und damit auch ungünstiger Übergangszustände durchlaufen wird.

Andererseits kann es zweckmäßig sein, Reaktoren insgesamt (in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern) in verschiedenen Zuständen zu betreihen. Eine Vielzahl von technisch bedeutenden exothermen Reaktionen laufen z.B. mit bestimmten Induktionszeiten ai. In diesem Falle ist bei den auftretenden niedrigen Temperaturen eine Rezirkulation noch nicht umgesetzter ReaKtionskomponer ten sinnvoll. Be; entv\ ickeltem Reaktionsverlauf entstehen jedoch oft hohe Temperaturen bei Stoffumsätzen in wesentlich kürzeren Zeitabschnitten. Hier ist zur Erhöhung der Raum-Zeit-Ausbeuie des Reaktors ein Propfenströmungsverhalten anzustreben. Die bisherigen Lösungen der Strömungsumstellung erweif en sich auch für diesen Fall als zu aufwendig und uneffektiv. Aus den bisherigen Darlegungen folgt, daß eine einfache, temperaturabhängige Steuerung der Strömung in Gas-Flüssigkeits-Reaktoren bisher noch nicht gefunden wurde. Als eine naheliegende Lösung wurde lediglich ein Röhrenreaktor für die Gas-Fest-Reaktionsführung an Katalysatoren bekannt (SU-939060), der in den Abstromteilen der Rohre mit Bimstallklappen veisehen ist. Hier wird jedoch lediglich eine yleichförmige Gasverteilung ohne gesteuerte Strömungsstrukturen angestrebt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens und einer zugehörigen Einrichtung zur temperaturabhängiyen Steuerung der Strömung zum Zweck der optimalen Anpassung ihrer Kenngrößen an diejenigen des Reaktionsablaufes in Blasensäulenreaktoren.

! Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist, strömungsleitende Einbauten in Reaktoren so mit flexiblen Vorrichtungen auszustatten, daß in Abhängigkeit von der Prozeßtemperatur ein gewünschter Strömungszustand selbsttätig einnestelit und einem Reaktionsablauf j vorteilhaft angeglichen wird.

j Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die strömungsbegrenzonden Wände innerhalb eines Reaktors ihre räumliche

j Orientierung in Abhängigkeit von der Temperatur ändern. Die zugehörige Einrichtung sieht deshalb vor, daß die die Wände

J bildenden Leiteinrichtungen gänzlich oder teilweise aus temperaturabhär.gig-flexiblen Materialion be* ehen. Insbesondere sind

j diese ein Verbundmaterial mit verschiedenen und stärker ausgeprägtem Ausdehnungsverhalten beido' Schjchten (Bimetall).

j Dabei können die Leiteinrichtungen vollständig oder teilw ise aus diesem Material bestehen. So können sie auch in Form von

! Laschen auf ein starres Trägermaterial aufgebracht sein, dabei Öffnungen freigebend oder schließend bzw. sich auch endständig

an diesem befinden.

j Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Einen axialsymmetrischen Blasensäulenreaktor,

Fig. 2 und 3: zwei Ausführungsformen eines gekammerten Reaktors mit Kanälen rechteckigen Querschnitts.

Die Bezeichnungen a und b der Figuren bestimmen jeweils die Grenzzustände vollständiger Rezirkulation der Flüssigkeit und überwiegende Propfenströmung.

In einem Reaktormantel, der mit Gaszuführungen 1 und Gasabführungen 2 sowie mit Flüssigkeitszu- und Flüssigkeitsabführungen 3; 4 versehen ist, befinden sich der Gasverteiler 5 und die Leiteinrichtungen 6. Entweder an der Leiteinrichtung 6 odor dem Gasverteiler 5 sind die Laschen 7 und T angebracht. Die Wirkung der Einrichtung ist wie folgt: Der Reaktormantel wird vom Gas (flächig gezeichnete Pfeile) in einer vertikalen Vorzugsrichtung durchströmt und durchdringt innerhalb der Leiteinrichtungen 6 und 6' die flüssige Phase (schwarze Pfeile). Entsprechend den (linU -,befindlichen) Zeichnungen a der Figuren 1 bis 3 wird eine Rezirkulationsströmung dann eingestellt, wenn eine aus biegsamen, zylindermantel-artig-peripher angeordneten Streifen bestehende Leiteinrichtung 6' nach außen konvex aufgehoben ist (Fig. 1) oder die an starren Leiteinrichtungen 6 angeordneten Laschen 7 (Fig. 2 und 3) innerhalb vertikaler Ebenen verlaufen. Die Zeichnungen b zeigen die Einrichtung in einem zweiten SUömungszustand, der gemäß Fig. 1 und 2 weitgehend einer Propfenströmung, gemäß Fig. 3 einer mit Querströmung überlagerten Propfenströmung entspricht. Der Gasvertei'er 5 kann mit zusätzlichen Laschen T zum Abbau einer Restzirkulation durch zusätzlichen Gasauftrieb ausgerüstet sein. In jedem Falle erfolgt die Steuerungsfunktion durch Temperatureinflüsse, entweder für die gesamte Leiteinrichtung 6' (Fig. 1) und/oder durch die Bimetall-Laschen T (Fig. 1) bzw. 7 (Fig. 2 und 3).

Abänderungen der Einrichtung ergeben sich dadurch, daß mehrere Zuführungen 1 und 3, Abfuhrungen 2 und 4, Gasverteiler 5 und Leiteinrichtungen 6 und 6' vorgesehen sind.

Claims (4)

1. Verfahren zur temperaturabhängige!! Strömungsführung in Gas-Flüssigkeits-Reaktoren, in denen die Flüssigkeit die kontinuierliche Phase bildet, die Gasphase vertikale Vorcugsrichtungen einnimmt und die zur Realisierung zweckdienlicher Strömungszustände räumlich unterteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilungen der Strömung durch bedingt variable Begrenzungen gebildet werden, die in Abhängigkeit von derTemperatur eine verschiedene räumliche Orientierung einnehmen.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahre· is nach Anspruch 1, bestehend aus einem Reaktormantel, der mit Gaszuführungen (1), Gasabführungen (2), Flüssigkeitszuführungen (3), Flüssigkeitsabführungen (4), Gasverteilern (5) und Leiteinrichtungen (6 oder 6') versehen ist, wobei die Leiteinrichtungen (6 oder 6') ganz oder teilweise biegsam-flexible, konvex oder konkav gegen die Vorzugsrichtungen gekrümmte Wände darstellen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände oder Teile derselben vorzugsweise aus einem Bimetall bestehen und gänzlich oder zumindest teilweise in Form von Laschen (7) eine verschiedene Orientierung besitzen.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasverteiler (5) zusätzliche Laschen (7') aufweist.