Bei vielen chemischen Reaktionen zwischen nicht mischbaren Phasen ist es wichtig, einen möglichst guten Stoffaustausch zwischen den Phasen zu erzielen.

So laufen Reaktionen zwischen Flüssigkeiten und den darin dispergierten Gasen an der Phasengrenzfläche ab. Die Gesamtreaktionsgeschwindigkeit hängt vom Stoffübergang des Gases in die flüssige Phase ab. Dieser Stoffübergang begrenzt in vielen Fällen die Reaktionsgeschwindigkeit.

Es sind Verfahren bekannt, die den Stoffübergang eines Gases in eine Flüssigkeit beschleunigen und damit Energiekosten senken oder die spezifische Volumenausbeute erhöhen oder beides. So wurde vorgeschlagen, die Reaktionsgeschwindigkeit in einem Verfahren zum Härten von ungesättigten Fetten durch katalytisches Hydrieren mit Wasserstoff dadurch zu erhöhen, da man Ultraschall hoher Leistung auf das Reaktionsgemisch einwirken lä t. Es wurden hohe Umsatzsteigerungen gemessen, die allerdings nicht auf eine Verbesserung des Stofftransports zurückzuführen sind. Vielmehr beruhen sie durch die Wirkung der Ultraschallwellen hoher Leistung auf einer Temperaturerhöhung des Reaktionsgemisches, wie intensive Untersuchungen ergeben haben. Vergleichende Messungen mit und ohne Einwirkung von Ultraschall hoher Leistung unter isothermen Bedingungen zeigten keine Unterschiede in der Gesamtreaktionsgeschwindigkeit.

Der Anwendung dieses Vorschlags für industrielle Zwecke stehen weitere Nachteile entgegen. Die in diesem Verfahren eingesetzte Schalleistungsdichte beträgt mehr als 100 Wil Reaktionsvolumen und ist damit für industrielle Zwecke viel zu hoch. Zum anderen werden Ultraschallwellen in Gas-Fiüssigkeits- Dispersionen sehr stark gedämpft, so da die Beschallung grö erer, für industrielle Zwecke geeigneter Reaktoren unwirtschaftlich ist.

In einer Veröffentlichung in Trans. Instn. Chem. Engrs. 44 (1966) T91 berichtet G. J. Jameson über ein anderes Verfahren zum Steigern des Stoffaustauschs in Gas-Flüssigkeits-Dispersionen durch Schallwellen. Hier wird eine Gas- Flüssigkeits-Säule mit niederfrequentem Schall in Resonanzschwingungen versetzt. Dieses Verfahren ist für industrielle Zwecke nicht geeignet, da man im Fall grö erer Gefä e und damit hoher Gas-Fiüssigkeits-Säulen mit sehr niedrigen Frequenzen arbeiten mü te. Diese mü ten unterhalb von 10 Hz liegen und Amplituden von mehr als 0,5 m aufweisen, um den Stoffiransport in nennenswertem Umfang zu verbessern.

Aus der DE 44 36 064 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Frequenz des auf die Gas-Flüssigkeits-Säule einwirkenden Schalls im wesentlichen gleich einer der Resonanzfrequenzen der Phasengrenzfläche zwischen den Gasbläschen und der Flüssigkeit ist. Dabei liegt die Leistungsdichte des Schalls unterhalb der zur Entgasung der Flüssigkeit ausreichenden Werte. Unter diesen Bedingungen wird der Stoffaustausch im Gas-Flüssigkeits-Gemisch deutlich verbessert und die Gesamtreaktionsgeschwind igkeit bei einer Flüssigkeits-Gas-Reaktion wesentlich gesteigert.

Die Schallwellen können bei einem solchen Verfahren in einen Reaktor oder in ein anderes Gefä geleitet werden, in dem die von einem Schwingerreger erzeugten Schwingungen über ein Gestänge einer beweglichen Membran zugeführt werden. Diese Membran ist in der Reaktor- oder Gefä wand installiert.

Dies ist aber nur dann möglich, wenn an beiden Seiten der Membran im wesentlichen der gleiche Druck anliegt. Deswegen gehören zum Stand der Technik solche Anordnungen, bei denen im Gefä oder Reaktor Umgebungsdruck herrscht. Diese Technik ist dann nicht anwendbar, wenn an den beiden Membranseiten eine solche Druckdifferenz anliegt, da die Membran nennenswert aus ihrer neutralen oder Ruhelage gebracht wird. So drückt beispielsweise auf eine relativ kleine Membranfläche von 100 cm2 bei einem Druck im Gefä von 20 bar eine Druckkraft von etwa 2 Tonnen.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, das eingangs beschriebene Verfahren so weiterzuentwickeln, da es zur Schalleinleitung in Druckgefä e und Druckreaktoren geeignet ist. Dieses Problem wird dadurch gelöst, da das Verfahren zur Einleitung von mechanischen Schwingungen derart geführt wird, da ein gefä seitig auf Membran und Stö el wirkender Druck durch die Anordnung von Membran und Stö el in Räumen mit in entgegensetzter Richtung wirkenden Drücken kompensiert wird, wobei der Stö el die auf ihn einwirkenden mechanischen Schwingungen spielfrei überträgt sowie durch eine Vorrichtung, bei der das Gefä ein Druckgefä und die Au enseite der Membran in einem Druckraum angeordnet ist, in dem der gleiche Druck wie im Gefä herrscht, wobei der Schwinggeber mit der Membran über einen Stö el spielfrei verbunden ist.

Mit diesem Verfahren lassen sich in einfacher und gut steuerbarer Weise Reaktionen zwischen verschiedenen Stoffen und insbesondere auch der Stoffaustausch zwischen nicht mischbaren Phasen in Druckgefä en günstig beeinflussen. Von besonderem Vorteil ist, da die Kraft, die durch den Gefä innendruck auf Membran und Stö el wirkt, durch die Anbringung der Druckkammern von der Querschnittsfläche der Membran unabhängig wird. Somit kann die Querschnittsfläche der schall übertragenden Membran relativ frei variiert werden, was bei einer technischen Anwendung des Verfahrens sehr nützlich ist.

Der Stö el, der aus der Umgebungsatmosphäre in die Druckkammer hineingeführt wird, um die vom Schwinggeber auf ihn übertragenden Schwingungen auf die Membran zu übertragen, mu druckdicht geführt werden.

Dies kann zu einer Dämpfung und damit zu einer Beeinträchtigung seiner Beweglichkeit führen. Dies wird durch eine Weiterbildung der Vorrichtung vermieden, bei der der Stö el in Bewegungsrichtung beidseitig durckkompensiert gelagert ist. Dies wird dadurch erreicht, da im Druckraum auf der der Membran gegenüberliegenden Seite eine mit dem Stö el verbundene bewegliche Dichtung und am anderen Ende des Stö els mit diesem verbunden eine zweite bewegliche Dichtung an der Wand eines zweiten Druckraums angeordnet sind, wobei in beiden Druckräumen ein Fluid unter im wesentlichen dem gleichen Druck anliegt, der im Gefä oder Reaktor herrscht. Weisen die beiden beweglichen Dichtungen zum Fluid gleich gro e Druckübertragungsflächen auf, resultieren daraus gleich gro e Druckkräfte, die von beiden Seiten auf den Stö el einwirken und sich in ihrer Wirkung gegenseitig aufheben.

Wenn der Schwinggeber mit dem Stö el au erhalb der beiden Druckräume und zwischen diesen verbunden ist, wird in vorteilhafter Weise vermieden, da das Gestänge des Schwinggebers in die Druckräume geführt und damit druckisoliert werden mu . Die Verbindung der beiden Druckräume über eine Fluidleitung stellt in einfacher Weise sicher, da in beiden Druckräumen die gleichen Fluiddrücke herrschen.

Die Ausbildung der beweglichen Dichtungen als Stülp- oder Rollmembran ermöglicht in vorteilhafter Weise eine äu erst flexible und wirkungsvolle Abdichtung, die die Beweglichkeit des Stö els nicht beeinträchtigt. Weiterhin lä t sich bei einer solchen Ausführungsform die Abstützung der Roll- oder Stülpmembran auf der dem Druckraum abgewandten Seite durch am Stö el befestigte Vorrichtungen in günstiger Weise lösen.

Die Ausbildung der Membran in der Gefä - oder Reaktorwand in der Weise, da sie aus einem beweglichen Membranstoff besteht, der am äu eren Rand in der Reaktorwand und im mittleren Bereich zwischen zwei Metallscheiben dicht eingespannt ist, schafft besonders günstige Voraussetzungen für die Verbindung des Stö els mit der Membran über die Metallscheiben.

Neben den erwähnten werden weitere Vorteile bei der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in beigefügter Zeichnung dargestellt ist.

Darin zeigt Fig. 1 einen Flüssigkeits-Gas-Druckreaktor mit Schwingerreger in schematischer Darstellung und Fig. 2 eine Vorrichtung zur druckkompensierten Einleitung von Schwingungen in einen Druckreaktor.

Der in Fig. 1 nur ganz schematisch dargestellte Druckreaktor für eine Gas- Flüssigkeits-Säule, beispielsweise eine Fetthärtungsapparatur, besteht aus dem Druckreaktor 1, in den über eine Leitung 7 Gase unter entsprechendem Druck eingeleitet werden. Innerhalb des Reaktorvolumens ist ein Druckaufnehmer 8 angeordnet, damit die für den Proze ablauf erforderlichen Drücke kontrolliert und aufrechterhalten werden können. im Boden des Druckreaktors 1 ist eine Membran 5 angeordnet, die mit einem Stö el 4 spielfrei verbunden ist, wobei die dem Reaktor abgewandte Seite der Membran 5 und der Stö el 4 in einer Druckkompensationsvorrichtung 6 angeordnet sind, die hier nur ganz schematisch angedeutet ist und anhand von Fig. 2 näher beschrieben wird.

Unterhalb des Druckreaktors 1 ist ein Schwingerreger 2 dargestellt, der über ein Gestänge 3 als Schwinggeber die erzeugten Schwingungen auf den Stö el 4 und damit über die Membran 5 in den Druckreaktor 1 leiten kann. Als Schwingerreger 2 kann beispielsweise ein Schallerreger, ähnlich einem gro en Lautsprecher, eingesetzt werden.

In Fig. 2 ist die Vorrichtung 6 zur druckkompensierten Einleitung von Schwingungen in den Druckreaktor 1 im einzelnen dargestellt, die in Fig. 1 nur schematisch angedeutet ist. Im oberen Teil der Abbildung ist der Bodenbereich des Druckreaktors 1 zu erkennen. Dieser wird durch die Membran 5 im Boden des Druckreaktors 1 dicht verschlossen. Auf der dem Reaktor abgewandten Seite der Membran 5 befindet sich ein oberer Druckraum 9, dessen oberer Teil eine ähnliche Form aufweist wie der untere sich konisch erweiternde Teil des Druckreaktors 1. Der untere Teil des oberen Druckraums 9 weist eine ähnliche Geometrie auf wie der später zu beschreibende untere Druckraum 10.

Das Membranmaterial der Membran 5 ist peripher und im mittleren Bereich zwischen zwei Metallscheiben 14 dicht eingespannt, die mittig mit dem oberen Ende des Stö els 4 spielfrei verbunden sind. Auf der der Membran 5 gegenüberliegenden Seite wird der obere Druckraum 9 durch eine bewegliche Dichtung 11 abgeschlossen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Roll- oder Stülpmembran ausgebildet ist. Auf der Rückseite der beweglichen Dichtung 11 liegt eine feste Abstützung 12 an. Dichtung 11 und Abstützung 12 sind mit dem Stö el 4 verbunden. Die Abdichtung des unteren Druckraums 10 erfolgt in der gleichen Weise wie die des oberen Druckraums 9. In beiden Druckräume 9 und 10 sind Druckausgleichsöffnungen 13 vorhanden, die über eine nicht dargestellte Druckausgleichsleitung verbunden werden können.

Zwischen den beiden Druckräumen 9 und 10 ist der Stö el 4 in atmosphärischer Umgebung mit dem Gestänge 3 verbunden, das als Schwinggeber mit dem Schwingerreger 2 in Verbindung steht. Dadurch wird gewährleistet, da auch feinste Schwingungen, die zum Beispiel von einer Schallmembran auf das Schwinggeber-Gestänge 3 übertragen werden, hochempfindlich mechanisch auf den Stö el 4 übertragen werden. Durch den beidseitig druckkompensiert gelagerten Stö el 4, der in Richtung Druckreaktor über die Befestigungsstelle an der oberen Stülpmembran 11 und der Abstützung 12 hinaus verlängert und spielfrei mit der Membran 5 über die Metallscheiben 14 verbunden ist, kann im wesentlichen dämpfungsfrei Energie in Form von oszillierender Schwingung übertragen werden.

Die Konstruktion der Vorrichtung 6 zur druckkompensierten Einleitung von Schwingungen in den Druckreaktor 1 ermöglicht es, einen sehr gro en Druck- und Temperaturbereich zu beherrschen. Mit Erfolg wurde die erfindungsgemä e Vorrichtung bei Versuchen mit einem Gas-Flüssig keits-Hochdruckreaktor zur Fetthärtung bei Gasdrücken bis zu 20 bar und Temperaturen bis zu 200 ° Celsius eingesetzt. Die Vorrichtung ist jedoch bei Verwendung geeigneter Materialien und Druckauslegung auch für Unterdruck-Reaktoren oder ganz allgemein mit anderen Grenzwerten für Unter- und Überdruck anwendbar. Als Druck-Fluide wurden mit Erfolg H2 und N2 getestet. Auch hier ist für die Verwendung anderer Fluide in Anpassung an den jeweiligen Reaktionsproze keine Einschränkung gegeben.