DD263462A1

DD263462A1 - Verfahren und einrichtung zur durchsatzabhaengigen stroemungsfuehrung in gas-fluessigkeits-reaktoren

Info

Publication number: DD263462A1
Application number: DD30643087A
Authority: DD
Inventors: Kurt Winkler
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1987-08-28
Filing date: 1987-08-28
Publication date: 1989-01-04

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 vom Durchsatz der fluiden Phasen abhaengigen internen Steuerung der Stroemung. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass Teile der aeusseren Begrenzungen einzelner Teilstroemungen eine durchsatzabhaengig verschiedene raeumliche Orientierung einnehmen, wobei Leiteinrichtungen (2) schwimmend angeordnet und mittels Klappen (9) scharnierartig und flexibel an der Dispergiereinrichtung (1) befestigt werden. Fig. 1 b

Description

Ziel der Erfindung

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

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, strömungsleitende Einbauten in Reaktoren so flexibel zu gestalten, daß in Abhängigkeit vom Durchsatz einer oder beider fluider Phasen ein gewünschter Strömungszustand selbsttätig eingestellt und einem Reaktionsablauf vorteilhaft angeglichen wird.

Erfindungsgemäß wird das dadurch gelöst, daß Strömungsbegrenzungen innerhalb einer fluideii Mehrphasenströmung in oder entgegen einer Hauptströmungsrichtung vertikalbeweglich sind und teilweise ihre räumliche Orientierung in Abhängigkeit vom Durchsatz von mindestens einer f luiden Phase ändern. Dabei wird eine teilweise Richtungsänderung einzelner Strömungsanteile so bewirkt, daß bevorzugt Rezirkulfstionsströmungs- oder Pfropfenströmungsverhalten mindestens eines Fluids eingestellt wird. Regelgrößen sind Auftriebskräfte, die sich in Abhängigkeit vom Niveau bzw. der statischen Druckhöhe mindestens eines Fluids einstellen.

Die zugehörige Einrichtung sieht vor, daß die Strömungsbegronzungen in Form von Leiteinrichtungen einzeln oder im Verband bewegliche und unterteilte Strömungsräume, zumindest ?.trömungskanäle, ausbilden. Die Änderung der Belastungen dieser Räume über das dem Reaktor zuströmende Gas erfolgt üDer Klappen, die oinerseitc an den Leiteinrichtungen und andererseits in Nähe der Dispergiereinrichtung für das Gas befestigt sind. In Nähe der oberen Kanten der Leiteinrichtung, in Abströmungsrichtung für das Gas und auch die flüssige Phase, sind ein oder mehrere Vorrichtungen angebracht, die einen Auftrieb erzeugen, dabei in Abhängigkeit von den Durchsätzen einer oder beider fluider Phasen die Leiteinrichtungen vorwiegend vertikal verschieben und auch die durchsatzregulierenden Klappen bewegen,

Ausführungsbeispiel

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

Fig. 1: Einen gekammerten Blasensäulenreaktor entsprechend im Rezirkulations (a)- und Pfropfenströmungsbetrieb (b), bei Flüssigkeitsregelung,

Fig. 2: Detail einer Ausführungsform nach Fig. 1, bei Regelung durch das Gas, Fig.3: eine Variante nach Fig. 1 mit ausgestalteter Durchsatzregulierung für Flüssigkeit und Gas.

Innerhalb eines Reaktormantels befinden sich eine Dispergiereinrichtung 1, eine gekammerte Leiteinrichtung 2 sowie die daran befestigte Auftriebsvorrichtung 3 (Fig. 1). Der Reaktor besitzt weiterhin die Gaszu- und Gasabführungen 4 und 5, die Flüssigkeitszuführung 6 und mindestens eine Flüssigkeitsabführung 7, die durch mindestens eine weitere Flüssigkeitsabführung T ergänzt sein kann. In den Leiteinrichtungen 2 befinden sich die Durchtrittsöffnungen 8. Die Klappen 9 verbinden scharnierartig die Dispergiereinrichtung 1 mit der Leiteinrichtung 2 und sind jeweils über zwei Befestigungen 10 beweglich angeordnet.

In Durchführung des Verfahrens ist die Wirkung der Einrichtung wie folgt:

Der Reaktormantel wird vom Gas (flächig gezeichnete Pfeile) in einer vertikalen Vorzugsrichtung durchströmt und durchdringt innerhalb der Leiteinrichtung 2 die flüssige Phase (schwarze Pfeile). Bei niedrigen Flüssigkeitsbelastungen ist dio Flüssigkeitsabführung 7 allein ausreichend (Fig. 1 a). Die Auftriebsvorrichtung 3 in Form von Schwimmern befindet sich auf einem Flüssigkeitsspiegel am Reaktorkopf auf einem unteren Niveau. Dadurch werden die alternierend an den Leiteinrichtungen 2 angebrachten Klappen parallel zur Dispergiereinrichtung 1 orientiert, dabei teilweise und alternierend den Gasstrom absperrend. Es bildet sich eine durch die Durchtrittsöffnungen 8 gelangende und erwünschte Rezirkularionsströmung der Flüssigkeit heraus. Bei höheren Flüssigkeitsbelastungen hingegen wird eine zweite Flüssigkeitsabführung T wirksam (Fig. 2). Mit Öffnung der Klappen 9 wird nun jede Kammer innerhalb der Leiteinrichtung 2 mit Gas beaufschlagt. Es wird eine Pfropfenströmung für die Flüssigkeit realisiert.

Mit Öffnung dar Klappen 9 wird nun jede Kammer innerhalb der Leiteinrichtung 2 mit Gas beaufschlagt. Es wird eine Propfenströmung für die Flüssigkeit realisiert.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist besonders einfach. Sie erfordert nur einen geringen zusätzlichen Fertigungsaufwand, der duich die Vorteile einer einfach regelbaren Strömungsführung mehr als aufgewogen wird.

In einer Abänderung kann auch die Regelung der Klappen 9 über eine Abströmregelung der Gasphase erfolgen. Die Auftriebsvorrichtung besitzt in diesem Falle die Form ainer Tauchglocke (Fig. 2). Es ist auch möglich, mit Veränderung der Stellung der Klappen 9 die Durchtrittsöffnungen 8 wahlweise zu öffnen oder zu schließen (Fig. 3), wobei einerseits der Gasstrom begrenzt und andererseits unerwünschte Querströmungen der Flüssigkeit eingeschränkt werden.

Claims

1. Verfahren zur durchsatzabhängigen Strömungsführung in Gas-Flüssigkeits-Reaktoren, in denen die Flüssigkeit die kontinuierliche Phase bildet, die Gasphase vertikale Vorzugsrichtungen einnimmt und die zur Realisierung zweckdienlicher Strömungszustände räumlich unterteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom Durchsatz mindestens eines Fluids eine verschiedene räumliche Orientierung mindestens von Teilen der äußeren Begrenzungen einzelner Teilströmungen erfolgt.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Reaktormantel, der mit einer Dispergiereinrichtung (1), Leiteinrichtungen (2), Gaszuführungen (4), Gasabführungen (5^ "i'ssigkeitszuführungen (6) und Flüssigkeitsabführungen (7 und 7') versehen ist, dadurci. gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtungen (2) im oberen Reaktorteil mit Auftriebsvoi richtungen (3) versehen, im unteren Reaktorteil hingegen mit der Dispergiereinrichtung (2) mittels Klappen (9) über jeweils zwei Befestigungen (10) scharnierartig und flexibel verbunden sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen (8) teilweise oder gänzlich von den Klappen (9) abgedeckt werden.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit einer zugehörigen Einrichtung zur Strömungsführung in Gas-Flüssigkeits-Reaktoren mit inneren Leiteinrichtungen, die für eine prozeßoptimale Strömungsführung vor allem die kontinuierliche flüssige Phase beeinflussen und die sich dabei in Abhängigkeit von den Durchsätzen der flüssigen Phase und/oder der Gasphase selbsttätig strömungsgünstig einsteilen. Anwendungsgebiet sind vorwiegend Blasensäulcn für die Kontaktierung fluidcr Medien, auch in Suspensionen und bei 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 Sektionen, die in fluiden Phasen und an 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 zv. si- bzw. dreiphasigen fluiden Systemen wesentlich von vorgelagerten hydrodynamischen Schritten beeinflußt werden. Diese sind bezüglich ihrer großräumigen Mischwirkung zv/ei Grenziuständen zuzuordnen: der idealen Vermischung und der idealen Pfropfenströmung. Es sind eine Vielzahl von technischen Lösungen bekannt, die eine optimale Anpassung der hydrodynamisch bestimmten Verweilzeit der Phasen an die Zeit eines praktisch vollständigen Reaktionsablaufes zum Ziel haben. Damit werden günstige Raum-Zeit-Ausbeuten der Reaktoren erreicht. Vorzugsweise für Blasensäulenreaktoren werden integrierte Leiteinrichtungen eingesetzt, die entweder einer Schlaujenführung der Flüssigkeit und auch des Gases (in Form von Rezirkulationskonturen) oder einer Abtrennung voneinander benachbarten Stromröhren durch Kammerung dienen. Prozeßoptimale hydrodynamische Zwischenzustände werden dadurch eingestellt, daß auf geeignete Weisen, meist im Apparat räumlich voneinander getrennt und zumeist in der Hauptströmungsrichtung aufeinanderfolgend, sowohl Vorrichtungen zur Erzeugung von Rezirkulationsströmungen als auch von Pfropfenströmungen anteilig miteinander kombiniert werden. Beispiele werden dazu inden Schriften DE-OS-2847443; DE-OS-33ii*b70; SU 790416 und auch in den Materialien zur Achema 1985, insbesondere für biotechnologische Zwecke, angeführt. Allen bisherigen Lösungen haftet gemeinsam nachteilig an, daß die stets vorgegebene, fest installierte geometrische Anordnung der Leiteinrichtungen bestenfalls in schmalen Betricbsbereichen der Reaktoren optimal wirken kann. Zur besseren Ausnutzung von sich stets einstellenden Teillast- oder Überlastungszuständen, die zumindest in An- oder Abfahrperioden des Reaktors auftreten, müssen deshalb zusätzliche Meß-, Stell- und Regelstrecken zur Erzielung günstiger Reaktorfahrweisen zugeordnet werden. Somit wird die Prozeßführung unangemessen kompliziert gestaltet. Diesem Vorgang 'iegt zugrunde, daß bei betriebsbedingten oder zufälligen Änderungen der Phasendurchsätze stets ein größeres Spektrum hydrodynamischer und damit auch ungünstiger Übergangszustände durchlaufen wird. Andererseits kann es zweckmäßig sein, Reaktoren insgesamt, auch in Abhängigkeit von weiterer Betriebsparametern, in verschiedenen hydrodynamischen Zuständen zu betreiben. Eine Vielzahl von technisch bedeutenden Reaktionen laufen z.B. mit bestimmten Induktionszeiten an. In diesem Falle ist eine Rezirkulation noch nicht umgesetzter Reaktionskomponenten sinnvoll, wobei jedoch andorerseits der Stoffdurchsatz durch den Reaktor eingeschränkt wird. Bei entwickeltem Reaktionsverlauf ist hingegen zur Erhöhung der Raum-Zeit-Ausbeuten ein Pfropfenströmungsverhalten mit geringeren Verweilzeiten der Reaktionskomponenten anzustreben. Die bisherigen Lösungen zur Strörnungsumstellung erweisen sich auch für diese Fälle als unflexibel und uneffektiv. Aus den bisherigen Darlegungen folgt, daß eine einfache, vom Phasendurchsatz abhängige Steuerung der Strömung in Gas-Flüssigkeits-Reaktorsn bisher noch nicht gefunden wurde.