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WO2007042133A1 - Dehnströmungs-trennschicht-reaktor - Google Patents

Dehnströmungs-trennschicht-reaktor Download PDF

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WO2007042133A1
WO2007042133A1 PCT/EP2006/009192 EP2006009192W WO2007042133A1 WO 2007042133 A1 WO2007042133 A1 WO 2007042133A1 EP 2006009192 W EP2006009192 W EP 2006009192W WO 2007042133 A1 WO2007042133 A1 WO 2007042133A1
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WO
WIPO (PCT)
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flow
reactor according
dehnströmungs
separating
channel
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2006/009192
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Riebel
Urs Peuker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Original Assignee
Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
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Publication date
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Priority to EP06805803A priority patent/EP1933977A1/de
Priority to CA002625288A priority patent/CA2625288A1/en
Priority to US12/089,710 priority patent/US20080226510A1/en
Publication of WO2007042133A1 publication Critical patent/WO2007042133A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J2219/194—Details relating to the geometry of the reactor round
    • B01J2219/1941—Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped
    • B01J2219/1946—Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped conical

Definitions

  • the invention relates to a reactor with which in particular very fast precipitation reactions in the liquid phase can be carried out.
  • Precipitation is by far the cheapest method for producing small particles.
  • the problem is that with the available precipitation methods particles with a diameter of ⁇ 100 nm can not be reliably and reproducibly produced.
  • Here fails the classical precipitation in the stirred reactor.
  • the speed of mixing plays a crucial role.
  • the mixing rate at which the reactants are mixed is less than the nucleation rate.
  • particles which have already been precipitated in a diffusion-controlled manner constantly come into contact with freshly supplied reactants and also with the germs resulting therefrom. This ultimately leads to uncontrollable particle growth and different particle sizes.
  • reaction components must be mixed so quickly that the mixture is complete before the first seeds or even particles have formed.
  • the object of the present invention is to provide a reactor with which, in particular, very fast precipitation reactions in the liquid phase can be carried out in such a way that the reaction product with a very narrow particle size distribution can be produced with small particle sizes from the micrometer to the nanometer range.
  • an expansion flow separation layer reactor has a channel in which at least two educts and at least one separating fluid spatially separating them are fed. Furthermore, an expansion zone adjoining the channel is provided, which serves for drawing off the educt or separating fluid flows in largely laminar, flowing at an increased speed layers. This is followed by a turbulence generating device for generating a turbulent micro-mixing of the educts.
  • the stretch-flow separation layer reactor according to the present invention permits mixing in the following steps:
  • the educts are introduced into the channel in the form of a layer flow.
  • a non-reactive fluid for example water, is introduced as separating layer between the two educt layers so that initially no reaction can take place.
  • the expansion flow separation layer reactor according to the invention makes it possible with this procedure to carry out a precipitation reaction which is particularly suitable for producing particularly fine-grained, crystalline and amorphous precipitation products.
  • reactions can be carried out in which otherwise the reaction product would prevent the mixing of the reactants. This applies, for example, to a rapid polymerization in which the polymer greatly increases the viscosity of the solution.
  • the turbulence generating device may be formed by a divergent extension of the slot nozzle.
  • the turbulence generating device may be formed by a baffle plate arranged opposite the slot nozzle.
  • the turbulence generating means may also be formed by a liquid reservoir disposed opposite to the slot nozzle or by a resonance chamber with self-excitation or external excitation.
  • the channel can basically be designed as a planar, substantially two-dimensional flow channel.
  • the starting materials can be introduced laterally into the channel while the separating fluid is introduced centrally between them.
  • baffles can be arranged, which allows a safe separation of the educt layers from the inflowing separating fluid layers.
  • the channel may be formed as a planar substantially two-dimensional flow channel.
  • the channel is designed as a rotationally symmetrical body, in which the educts and the separating fluid are sequentially introduced on the circumference as a tangential flow.
  • a cone for flow guidance can be arranged centrally in the rotationally symmetrical channel, which assumes the formation of the rotational flow and the guidance of the flow to the opening of the rotationally symmetrical channel.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a Dehnströmungs- separation layer reactor according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a sectional view through a Dehnströmungs separating layer reactor in a slightly modified embodiment for the representation of FIG. 1,
  • FIG. 3 a stretch-flow separating layer reactor according to a further embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows yet another alternative embodiment of a stretch-flow separating layer reactor according to the present invention.
  • the expansion flow separation layer reactor 10 shown in FIG. 1 initially has a flat channel 12. On the opposite sides, a reactant A 14 and a reactant B 16 are fed. For feeding in here corresponding feed pumps 18 and 20 are shown. Centrally from above, a separating fluid 24, for example water, is fed into the channel 12 via a pump 22. It is essential that the separating fluid 24 does not react with the educts 14 and 16. The separating fluid may be miscible or immiscible with the educts.
  • the laminar layer flow with three layers shown in FIG. 1 is formed, namely the starting material A, the separating fluid and the starting material B.
  • Adjoining the channel 12 is an expansion zone (acceleration zone) 26, which in the present case consists of a convergently tapered slot nozzle 26.
  • the layer flow is pulled out to very thin laminar flowing layers at high speed.
  • layer thicknesses of 0.2 mm, flow velocities of 100 m / s are achieved, for example. ne that here a reaction between the educts takes place.
  • the slot nozzle 26 is adjoined by the turbulence generating device 28, which in this exemplary embodiment represents a divergent extension.
  • sudden strong turbulences are generated, so that it comes within a very short flow path to a perfect mixing of the thin layers, so follows the best possible mixing.
  • the fine-grained product 30 is withdrawn from the expansion-flow separation layer reactor 10.
  • FIG. 2 shows the expansion flow separation layer reactor 10, which substantially corresponds to the construction according to FIG.
  • the inlet 32, 34 and 36 for the reactants A and B and the separating fluid are shown.
  • baffles 38 are provided in this construction, leading to a separation of the respective flows of the reactant A, the reactant B and the separating fluid in the inflow, d. H. in the area of the inlets 32, 34 and 36 leads.
  • FIG. 3 shows a slight modification of the expansion-flow separating layer reactor 10 according to FIGS. 1 and 2.
  • separating fluid 24 is supplied in each case from above at three points, layers likewise being introduced from above into the channel 10 between the separating fluid, first the educt A 14 and the educt B 16.
  • separating plates 38 are arranged, which ensure an initial separation of the flows.
  • separation fluid is thus introduced between educt A and wall of the channel 10 or educt B and wall of the channel 10, so that an undesired contact between educt A or B and wall of the channel 12 is avoided.
  • FIG. 4 An alternative embodiment of a stretch-flow separating layer reactor 10 results from the illustration according to FIG. 4. Above is a top view of the channel 12 and below a sectional view of the channel 12 is shown. Here it is clear that the channel here has a rotationally symmetrical arrangement and that it has four inlets 40, 42, 44 and 46 for the tangential introduction of the educt A 14, a first separating liquid 24, the second starting material B 16 and a second separating liquid 25 has. The tangential supply of these flow components creates a rotary flow 48, which is supported in the rotationally symmetrical channel 12 by the centrally arranged cone 50.
  • the slit nozzle 26 for extracting the educt or separating fluid flow adjoins the rotationally symmetrical channel 12 in the middle, wherein in this embodiment the laminar flow layers move in a rotational movement toward the opening, in order then to emerge as a free jet 52.
  • a baffle 54 By hitting a baffle 54, the sudden turbulent micro-mixing is then achieved.
  • FIG. 5 an alternative embodiment of the invention is again shown.
  • the reactant A 14 and the starting material B 16 are each introduced laterally into the top of the channel 12, wherein the separating liquid 24 is introduced centrally from above.
  • the convergent tapered slot nozzle 26 again adjoins the channel 12, from where the layers which are still present separately here emerge in a free jet.
  • This free jet is directed into a liquid 56 contained in a container 58.
  • the free jet strikes the liquid 56 in a mixing zone 60 and leads to rapid turbulent micromixing.
  • the product 30 may then be withdrawn from the container 58.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor mit einem Kanal, in dem mindestens zwei Edukte und mindestens ein diese räumlich trennendes Trennfluid eingespeist werden, einer an den Kanal anschließenden Dehnzone zum Ausziehen der Edukt- bzw. Trennfluidströmungen in weitgehend laminare mit erhöhter Geschwindigkeit fließende Schichten und einer anschließenden Turbulenzerzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer turbulenten Mikrovermischung der Edukte.

Description

Brandenburgische Technische Universität Cottbus D-03046 Cottbus
Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor
Die Erfindung betrifft einen Reaktor, mit dem insbesondere sehr schnelle Fällungsreaktionen in flüssiger Phase durchgeführt werden können.
Will man schnelle Fällungsreaktionen in flüssiger Phase durchführen, muß eine schnelle Vermischung der beiden Reaktionslösungen, die jeweils eine hohe Übersättigung aufweisen, hergestellt werden. Daher werden derartige Reaktionen üblicherweise durch eine turbulente Vermischung ausgelöst, wobei der Prozess teilweise durch eine Ultraschalleinwirkung unterstützt werden kann. Nachteilig bei bekannten Verfahren ist es, dass es bereits in der ersten Mischphase, dem sogenannten Makromischen, zu einer vorzeitigen Ausfällung von Reaktionsprodukten an den Grenzflächen kommt. Hierdurch ist es bei derartigen Reaktionen leider häufig nicht möglich, eine eigentliche gewünschte enge Partikelgrößenverteilung, insbesondere mit sehr feinen Partikelgrößen zu schaffen. Viele wichtige Anwendungen erfordern aber gerade Produkte mit einer sehr engen Partikelgrößenverteilung im Bereich von unter 1 Mikrometer bis hinunter zu wenigen Nanometern. Beispiele für solche Anwendungen sind Katalysatoren, Pigmente, keramische Pulver, elektrokeramische Mischoxide, magnetische Partikel und Flüssigkeiten, pharmazeutische, medizinische und kosmetische Produkte.
Die Fällung ist die mit Abstand preiswerteste Methode zur Herstellung von kleinen Teilchen. Problematisch ist es, dass mit den zur Verfügung stehenden Fällungsmethoden Teilchen mit einem Durchmesser von < 100 nm nicht zuverlässig und reproduzierbar herstellbar sind. Hier versagt die klassische Fällung im Rührreaktor.
Für die Partikelgrößenverteilung spielt die Geschwindigkeit bei der Mischung eine entscheidende Rolle. Bei einer schnell ablaufenden chemischen Fällung in einem Rührreaktor ist die Mischungsgeschwindigkeit, mit der die Reaktanden vermischt werden, geringer als die Keimbildungsgeschwindigkeit. Darüber hinaus treten in einem solchen Reaktor bereits diffusionskontrolliert gefällte Partikel ständig mit frisch zugeführten Reaktanden und auch mit den daraus entstehenden Keimen in Kontakt. Dies führt letztlich zu einem unkontrollierbaren Partikelwachstum und unterschiedlichen Partikelgrößen.
Die Voraussetzungen für eine Fällung von qualitativ anspruchsvollen Nanopartikeln sind:
die Rückvermischung bereits gefällter Partikel mit frischen Reaktionskomponenten muß ausgeschlossen werden,
die Reaktionskomponenten müssen so schnell gemischt werden, dass die Mischung abgeschlossen ist, bevor sich die ersten Keime oder sogar Partikel gebildet haben.
Unter dieser Voraussetzung findet eine maximale Übersättigung statt und die Bildung sämtlicher Keime erfolgt synchron. Kontinuierliche Mischer herkömmlicher Bauweise, bekannt als Y- oder T-Mischer, ermöglichen im begrenzten Ausmaß zwar Fällungen ohne Rückvermischung. Die gewünschten hohen Mischgeschwindigkeiten lassen sich mit diesen Mischern aber nicht erreichen.
In dem sogenannten MicroJetReactor entsprechend der EP 1 165 224 A1 kollidieren zwei feine Flüssigkeitsstrahlen mit den Reaktanden als gelösten Inhaltsstoffen (sogenannte impinging jets) in der Mitte eines gasgefüllten Raumes miteinander. Durch eine dritte Öffnung wird ein Gasstrahl in den Reaktionsraum geleitet, der die Reaktionsprodukte durch eine vierte gegenüberliegende Öffnung austrägt. Der kleine Durchmesser (ca. 200 μm) und die hohe Geschwindigkeit der Strahlen (z. B. 100 m/s) bewirken zusammen mit hohen Scherkräften eine sehr schnelle und intensive Mischung sowie die Fällung der unlöslichen Reaktionsprodukte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Reaktor zu schaffen, mit dem insbesondere sehr schnelle Fällungsreaktionen in flüssiger Phase derart durchgeführt werden können, dass das Reaktionsprodukt mit einer sehr engen Partikelgrößenverteilung mit kleinen Partikelgrößen vom Mikrometer- bis hin zum Nanometerbe- reich herstellbar sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Dehnströmungs-Trennschicht- Reaktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierzu weist ein Dehnströ- mungs-Trennschicht-Reaktor einen Kanal auf, in dem mindestens zwei Edukte und mindestens ein diese räumlich trennendes Trennfluid eingespeist wird. Weiterhin ist eine an den Kanal anschließende Dehnzone vorgesehen, die zum Ausziehen der Edukt- bzw. Trennfluidströmungen in weitgehend laminaren, mit erhöhter Geschwindigkeit fließenden Schichten dient. Es schließt sich eine Turbulenzerzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer turbulenten Mikrovermischung der Edukte an. Der Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt eine Vermischung in folgenden Schritten:
Die Edukte werden jeweils in Form einer Schichtströmung in den Kanal eingeführt. Zwischen die beiden Eduktschichten wird dabei ein nicht reaktives Fluid, beispielsweise Wasser, als Trennschicht eingeführt, so dass zunächst keine Reaktion stattfinden kann.
Durch Beschleunigung der Schichtenströmung in einer konvergenten Schlitzdüse werden die Edukte und die Trennflüssigkeit zu sehr dünnen, mit hoher Geschwindigkeit laminar strömenden Schichten ausgezogen. Dabei werden z. B. Schichtdicken von 0,2 mm und Strömungsgeschwindigkeiten von 100 m/s erreicht, ohne dass es hier schon zu einer Reaktion käme.
In einer sich anschließenden Turbulenzerzeugungseinrichtung werden sehr starke Turbulenzen erzeugt, so dass innerhalb einer sehr kurzen Strömungsstrecke eine vollständige Vermischung der dünnen Schichten erfolgt.
Der erfindungsgemäße Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor ermöglicht mit dieser Verfahrensweise eine besonders geeignete Durchführung einer Fällungsreaktion, mit der besonders feinkörnige, kristalline und amorphe Fällungsprodukte herstellbar sind. Daneben können auch Reaktionen durchgeführt werden, bei denen sonst das Reaktionsprodukt die Vermischung der Reaktionspartner verhindern würde. Dies trifft beispielsweise zu auf eine schnelle Polymerisation, bei der das Polymer die Viskosität der Lösung stark erhöht.
Besondere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.
Demnach kann die Turbulenzerzeugungseinrichtung durch eine divergente Erweiterung der Schlitzdüse gebildet sein. Alternativ kann die Turbulenzerzeugungseinrichtung durch eine gegenüber der Schlitzdüse geordnete Prallplatte gebildet sein. Zur Turbulenzbildung kann die Turbulenzerzeugungseinrichtung auch durch ein gegenüber der Schlitzdüse angeordnetes Flüssigkeitsreservoir oder durch einen Resonanzraum mit Selbsterregung oder Fremderregung gebildet sein.
Der Kanal kann grundsätzlich als ebener, im wesentlichen zweidimensional ausgebildeter Strömungskanal ausgebildet sein.
Die Edukte können seitlich in den Kanal eingeführt werden, während das Trennfluid mittig zwischen diesen eingeführt wird. Im Einströmbereich der Edukte können Leitbleche angeordnet sein, die ein sicheres Trennen der Eduktschichten von den einströmenden Trennfluidschichten ermöglicht.
Zusätzlich zum Trennfluid im Bereich zwischen den Edukten kann auch noch Trennfluid im Bereich zwischen den Edukten und der jeweiligen Kanalwandung führbar sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Kanal als ebener im wesentlichen zweidimensionaler Strömungskanal ausgebildet sein. Eine andere Ausführungsvariante beinhaltet, dass der Kanal als rotationssymmetrischer Körper ausgebildet ist, in dem die Edukte und das Trennfluid sequentiell auf Umfang als Tangentialströmung eingeführt werden.
Weiterhin kann im rotationssymmetrischen Kanal zentrisch ein Kegel zur Strömungsführung angeordnet sein, der die Ausbildung der Rotationsströmung und die Führung der Strömung zu der Öffnung des rotationssymmetrischen Kanals hin übernimmt.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand unterschiedlicher in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen: Fig. 1 : eine schematische Prinzipdarstellung eines Dehnströmungs- Trennschicht-Reaktors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2: eine Schnittdarstellung durch einen Dehnströmungs-Trennschicht- Reaktor in leicht abgewandelter Ausgestaltung zur Darstellung gemäß Fig. 1 ,
Fig. 3: einen Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 4: eine weitere alternative Ausgestaltung eines Dehnströmungs- Trennschicht-Reaktors gemäß der vorliegenden Erfindung und
Fig. 5: wiederum eine weitere alternative Ausgestaltung eines Dehnströmungs- Trennschicht-Reaktors gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der in Fig. 1 dargestellte Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor 10 weist zunächst einen flachen Kanal 12 auf. Auf den sich gegenüber liegenden Seiten werden ein Edukt A 14 und ein Edukt B 16 eingespeist. Zur Einspeisung sind hier entsprechende Speisepumpen 18 und 20 dargestellt. Mittig von oben wird in den Kanal 12 über eine Pumpe 22 ein Trennfluid 24, beispielsweise Wasser eingespeist. Wesentlich ist es, dass das Trennfluid 24 mit den Edukten 14 und 16 nicht reagiert. Das Trennfluid kann mit den Edukten mischbar oder nicht mischbar sein. Es bildet sich die in der Fig. 1 dargestellte laminare Schichtströmung mit drei Schichten, nämlich dem Edukt A, dem Trennfluid und dem Edukt B.
An den Kanal 12 schließt sich eine Dehnungszone (Beschleunigungszone) 26 an, die im vorliegenden Fall aus einer sich konvergent verjüngenden Schlitzdüse 26 besteht. Hierdurch wird die Schichtströmung zu sehr dünnen, mit hoher Geschwindigkeit laminar strömenden Schichten ausgezogen. Dabei werden beispielsweise Schichtdicken von 0,2 mm, Strömungsgeschwindigkeiten von 100 m/s erreicht, oh- ne dass hier eine Reaktion zwischen den Edukten stattfindet. In der Fig. 1 schließt sich an die Schlitzdüse 26 die Turbulenzerzeugungseinrichtung 28 an, die in diesem Ausführungsbeispiel eine divergente Erweiterung darstellt. Hier werden schlagartig starke Turbulenzen erzeugt, so dass es innerhalb einer sehr kurzen Strömungsstrecke zu einer vollkommenen Vermischung der dünnen Schichten kommt, also eine möglichst gute Vermischung folgt. Im Ergebnis wird das feinkörnige Produkt 30 aus dem Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor 10 abgezogen.
Fig. 2 zeigt den Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor 10, der im Wesentlichen dem Aufbau gemäß der Fig. 1 entspricht. Hier sind jeweils die Einlaufe 32, 34 und 36 für die Edukte A und B sowie das Trennfluid dargestellt. Innerhalb des Kanals 12 sind in dieser Bauausführung Leitbleche 38 vorgesehen, die zu einer Trennung der jeweiligen Strömungen des Edukts A, des Edukts B und des Trennfluids im Einströmbereich, d. h. im Bereich der Einlasse 32, 34 und 36 führt.
In Fig. 3 ist eine geringfügige Abwandlung des Dehnströmungs-Trennschicht- Reaktors 10 gemäß der Figuren 1 und 2 dargestellt. Hier wird jeweils von oben an drei Stellen Trennfluid 24 zugeführt, wobei ebenfalls von oben in den Kanal 10 zwischen dem Trennfluid Schichten, zunächst das Edukt A 14 und das Edukt B 16, zugeführt wird. Zwischen den Zuführbereichen des Trennfluids 24 und der Edukte A und B 14 und 16 sind jeweils Trennbleche 38 angeordnet, die ein anfängliches Trennen der Strömungen sichern. In dieser Ausführungsform wird also zwischen Edukt A und Wandung des Kanals 10 bzw. Edukt B und Wandung des Kanals 10 jeweils Trennfluid eingeleitet, so dass eine unerwünschte Berührung zwischen Edukt A bzw. B und Wandung des Kanals 12 vermieden wird.
Eine alternative Ausgestaltung eines Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktors 10 ergibt sich aus der Darstellung gemäß Fig. 4. Oben ist eine Draufsicht auf den Kanal 12 und unten ist eine Schnittdarstellung des Kanals 12 gezeigt. Hier wird deutlich, dass der Kanal hier eine rotationssymmetrische Anordnung aufweist und dass er vier Einlasse 40, 42, 44 und 46 zum tangentialen Einführen des Edukts A 14, einer ersten Trennflüssigkeit 24, des zweiten Edukts B 16 und einer zweiten Trenn- flüssigkeit 25 besitzt. Durch die tangentiale Zuführung dieser Strömungskomponenten entsteht eine Drehströmung 48, die in dem rotationssymmetrischen Kanal 12 durch den zentrisch angeordneten Kegel 50 unterstützt wird. An den rotationssymmetrischen Kanal 12 schließt sich mittig unterhalb die Schlitzdüse 26 zum Ausziehen der Edukt- bzw. Trennfluidströmung an, wobei in dieser Ausführungsvariante die laminaren Strömungsschichten sich in einer Rotationsbewegung hin zur Öffnung bewegen, um dann als Freistrahl 52 auszutreten. Durch Auftreffen auf eine Prallplatte 54 wird dann die plötzliche turbulente Mikrovermischung erreicht.
In der Darstellung gemäß Fig. 5 ist wiederum eine alternative Ausgestaltung der Erfindung gezeigt. Grundsätzlich ist hier eine ähnliche Ausgestaltung wie in den Figuren 1 und 3 wiedergegeben, wobei hier das Edukt A 14 und das Edukt B 16 jeweils seitlich oben in den Kanal 12 eingeleitet werden, wobei mittig von oben die Trennflüssigkeit 24 eingeleitet wird. An den Kanal 12 schließt sich auch hier wieder die sich konvergent verjüngende Schlitzdüse 26 an, von wo aus die hier noch getrennt vorliegenden Schichten in einem Freistrahl austreten. Dieser Freistrahl wird in eine Flüssigkeit 56 geleitet, die in einem Behälter 58 enthalten ist. Der Freistrahl trifft in einer Mischzone 60 auf die Flüssigkeit 56 und führt zu einer schnellen turbulenten Mikrovermischung. Das Produkt 30 kann dann aus dem Behälter 58 abgezogen werden.

Claims

21.09.2006 02947-06 La/es
Brandenburgische Technische Universität Cottbus D-03046 Cottbus
Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor
Patentansprüche
1. Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor mit einem Kanal, in den mindestens zwei Edukte und mindestens ein diese räumlich trennendes Trennfluid eingespeist werden, einer an den Kanal anschließenden Dehnzone zum Ausziehen der Edukt- bzw. Trennfluidströmungen in weitgehend laminare, mit erhöhter Geschwindigkeit fließende Schichten und einer anschließenden Turbulenzerzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer turbulenten Mikrovermischung der Edukte.
2. Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzerzeugungseinrichtung durch eine divergente Erweiterung der Düse gebildet ist.
3. Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzerzeugungseinrichtung durch eine gegenüber der Düse angeordnete Prallplatte gebildet ist.
4. Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzerzeugungseinrichtung durch ein gegenüber der Düse angeordnetes Flüssigkeitsreservoir gebildet ist.
5. Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzerzeugungseinrichtung durch einen Resonator gebildet ist.
6. Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzerzeugungseinrichtung dadurch gebildet ist, daß ein Schall- bzw. Ultraschallstrahl schräg bzw. senkrecht auf die laminare Schichtströmung gerichtet wird.
7. Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal als flacher Strömungskanal ausgebildet ist.
8. Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Edukte seitlich in den Kanal eingeführt werden, während das Trennfluid mittig zwischen diesen eingeführt wird.
9. Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Einströmbereich der Edukte Leitbleche angeordnet sind.
10. Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Trennfluid im Bereich zwischen den Edukten und der Kanalwandung führbar ist.
11. Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal als rotationssymmetrischer Körper ausgebildet ist, in den die Edukte und das Trennfluid sequentiell auf Umfang als Tangentialströmung eingeführt werden.
12. Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß im rotationssymmetrischen Kanal zentrisch ein Kegel zur Strömungsführung angeordnet ist.
13. Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnzone zur Erzeugung einer Schichtenströmung aus einer sich konsequent verjüngenden Schichtendüse besteht.
14. Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnzone zur Erzeugung einer Rotationsströmung aus einer sich konsequent verjüngenden Runddüse besteht.
15. Dehnströmungs-Trennschicht-Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnzone aus einer sich konsequent verjüngenden Düse und einem Freistrahl besteht.
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