Aus dem Stand der Technik sind eine Reihe von heterogenen Gasphasenreaktio- nen, insbesondere Gasphasenoxidationen, bekannt, bei denen aus Edukten in ei- ner, zwei oder mehr Stufen das gewünschte Reaktionsprodukt erhalten wird.

Bei Gasphasenreaktionen, insbesondere bei einstufig durchgeführten Gasphasen- reaktionen, ist oftmals zu beobachten, dass das aus dem Reaktionsbereich austre- tende Produktgas mit einem flüssigen Medium in einer sogenannten Quenchein- richtung in Kontakt gebracht wird. Auf der Strecke zwischen der Reaktionseinheit und der Quencheinrichtung kann es zu unerwünschten weiteren Reaktionen kom- men, die zu einer Erhöhung der Verunreinigungen und damit in der Regel zu einer Ausbeuteminderung und höherem Aufreinigungsaufwand führen. Diese auf dieser Strecke auftretenden Reaktionen werden besonders durch zu hohe Temperaturen des aus dem Reaktionsbereich austretendem Produktgases gefördert. Daher ist es denkbar, zwischen Reaktionsbereich und Quencheinheit einen Wärmetauscherbe- reich vorzusehen, in dem das aus dem Reaktionsbereich austretende Produktgas abgekühlt werden kann.

Aus ökonomischen Gesichtspunkten ist es bevorzugt, vorgenannte zwei oder mehrstufigen Reaktionen möglichst ohne aufwändige Aufarbeitung der Zwi- schenprodukte der einzelnen Reaktionen durchzuführen. Bei einer derartigen Re-

aktionsführung muss jedoch sichergestellt sein, dass die aus den einzelnen Reak- tionsschritten erhaltenen Produkte in möglichst unveränderter Form dem nächsten Reaktionsschritt zugeführt werden. Ein Beispiel für eine derartige mehrstufige Reaktion ist die Synthese von Acrylsäure, die üblicherweise durch einen hetero- gen katalysierten Gasphasenoxidationsprozess von Propylen mit Sauerstoff an einem im festen Aggregatzustand befindlichen Katalysator bei Temperaturen zwi- schen 200 und 450°C abläuft. In einer ersten Stufe wird Propylen mit Sauerstoff zu Acrolein bei einer Temperatur im Bereich von 300 bis 450°C umgesetzt. Das aus diesem Realctionsbereich erhaltene Acrolein wird anschließend in einem wei- teren Reaktionsbereich in Gegenwart von Sauerstoff zu Acrylsäure oxidiert. Es besteht jedoch die Gefahr, dass das in dem ersten Reaktionsbereich erhaltene Ac- rolein spontan verbrennt oder dass es zu einer Weiterreaktion des Acroleins zu Wasser und Kohlenstoff kommt. Bei beiden unerwünschten Reaktionen können den Betrieb des Reaktors störende Rußablagerungen entstehen. Zudem kann die Desublimation von hochsiedenden Nebenprodukten wie Maleinsäureanhydrid (MSA), Phthalsäureanhydrid (PHTA) zur Bildung von Ablagerungen führen. Um dieses zu verhindern, wird das aus dem ersten Reaktionsbereich austretende Acro- lein beinhaltende Gasgemisch in einem kühlbaren Wärmetauscherbereich abge- kühlt. Um die unerwünschten Weiterreaktionen des Acroleins möglichst umfas- send zu vermeiden, muss die Abkühlung auf weniger als 280°C so schnell wie möglich erfolgen. Es ist weiterhin möglich, dass sich an den letzten Reaktionsbe- reich der zwei oder mehrstufig geführten Reaktionen ebenso wie nach dem Reak- tionsbereich der einstufigen Reaktion ein kühlbarer Wärmetauscherbereich an- schließt, auf den eine Quencheinrichtung folgt.

Um die Funktion des Wärmetauscherbereichs für den großtechnischen Einsatz zu optimieren, sind als Strömungshindernisse in dem Wärmetauscherbereich ver- schiedene in Einzelelementen vorliegende Füllmaterialienien wie Kugeln, Ringe, Bruchstücke, Draht, Fasern, Bänder und dergleichen, insbesondere Raschigringe, empfohlen und zur Verbesserung des Wärmeübergangs offenbart.

Diese Füllmaterialienien sind jedoch nachteilhaft, da sie zum einen zu erheblichen Druckverlusten führen und weiterhin eine schnelle Ablagerung, unter anderem von Verbrennungsrückständen-nachfolgend Verkohlung genannt, beim groß- technischen Betrieb zu beobachten ist. Diese Verkohlung nimmt bei vielen Füll- materialien bei eigentlich erwünschter hoher Wärmeableitung in nachteilhafter Weise zu.

Durch die Verkohlung der Füllmaterialien im Wärmeaustauscherbereich und des Wärmeaustauscherbereichs als solchen muss der Betrieb des Realctors häufig zu Reinigungszwecken unterbrochen werden. Dieses ist aufgrund der Tatsache, dass der Reaktor in der Regel zeitaufwändig heruntergefahren und nach dem Stillstand, in dem die Reinigung erfolgt, wieder aufwändig hochgefahren werden muss, un- erwünscht. Die daraus entstehenden umfangreichen Stillstandszeiten sind wirt- schaftlich sehr nachteilig.

Allgemein liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile abzumildern oder gar zu überwinden.

Insbesondere liegt eine erfindungsgemäße Aufgabe darin, das Verkohlen von Wärmetauscherbereichen bzw. in diesen Wärmetauscherbereichen vorgesehenen Füllmaterialien zu verringern.

Eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe liegt darin, die Stillstandszeiten von Re- aktoren zu verringern.

Zudem liegt eine erfindungsgemäße Aufgabe darin, neben einer verringerten Ver- kohlungsneigung von Wärmetauscherbereichen bzw. der darin eingesetzten Füll- materialienien eine möglichst hohe Wärmeabfuhr dieser Wärmeaustauscherberei- che zu erreichen.

Außerdem liegt eine erfindungsgemäße Aufgabe darin, die Bildung von uner- wünschten Nebenprodukten und Folgereaktionen bei Gasphasenreaktionen zu vermindern, um so die Ausbeute zu steigern.

Nach einer anderen erfindungsgemäßen Aufgabe gilt es, den Reinigungsvorgang des Wärmetauscherbereichs bzw. der in den Wärmetauscherbereich befindlichen Füllmaterialienien zu erleichtern.

Des weiteren liegt eine erfindungsgemäße Aufgabe darin, Gasphasenreaktions- produkte von höherer Reinheit und hoher Ausbeute zur Verfügung zu stellen, um so den nach der Reaktion erfolgenden Aufreinigungsaufwand zu verringern.

Eine erfindungsgemäße Aufgabe liegt auch darin, die Bildung von Ablagerungen aus Nebenprodukten der Reaktion wie MSA oder PTHA bei der Synthese von Acrylsäure zu verringern.

Zudem besteht eine erfindungsgemäße Aufgabe darin, einen guten Wärmeüber- gang bei geringer Verkohlung mit einer geringen Materialmenge zur erzielen.

Vorliegend werden die erfindungsgemäßen Aufgaben durch die hierin beschrie- bene Erfindung, insbesondere durch die Haupt-und Nebenansprüche, gelöst, wo- bei die Unteransprüche bevorzugte Ausfubrungsfbrmen der Erfindung darstellen.

So betrifft die Erfindung einen Reaktor mit einander fluidleitend verbunden min- destens aufweisend : - einen Reaktionsbereich, wobei der Reaktionsbereich mindestens einen Feststoffkatalysator aufweist ; - einen kühlbaren Wärmetauscherbereich, wobei der Wärmeaustauscherbereich mindestens ein Gehäuse aufweist,

wobei das Gehäuse mindestens teilweise einen Einsatz auf- nimmt, wobei der Einsatz eine Mehrzahl von Elementen auf- weist.

Als erfindungsgemäße Reaktoren kommen alle dem Fachmann bekannten Reakto- ren in Betracht, die bei der Gasphasenreaktion, insbesondere bei der heterogenen Gasphasenreaktion, Einsatz finden. Hierbei handelt es sich in aller Regel um E- delstahlrealctoren, oder Schwarzstahl wie Rohrbündelreaktoren, Plattenreaktoren und dergleichen. Unter"fluidleitend leitend"wird erfindungsgemäß verstanden, dass mindestens Gase transportiert werden können, wie es beispielsweise durch Rohrleitungen ermöglicht wird.

Der vorzugsweise temperierbare Reaktionsbereich weist mindestens einen Fest- stoffkatalysator auf. Hierbei kann es sich zum einen um einen Pulverkatalysator handeln, der als Pellets geträgert oder ungeträgert als Vollkontakt vorliegt. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Reaktionsbereich auch mit dem Fest- stofRatalysator an seinen Wänden beschichtet sein. Der räumlichen Ausgestal- tung des Reaktionsbereichs sind keinerlei Grenzen gesetzt, sie richtet sich nach der jeweiligen Reaktionsführung. So kann der Reaktionsbereich zum einen röh- renförmig oder in Form von parallel zueinander angeordneten Platten vorliegen. Eine besondere Form der parallel zueinander vorliegenden Platten stellen soge- nannte"Thermobleche"dar. Hierbei handelt es sich um Platten, die abschnitts- weise miteinander verbunden sind und auf diese Weise eine kissenartige Hohl- raumstruktur ergeben. Derartige Reaktoren sind in DE 101 08 380 A1 für Kataly- sator-beschichtete Thermobleche und in DE 100 19 381 AI für mit Pulverkataly- sator versehene Thermobleche so detailliert beschrieben, dass auf diese Offenba- rung als Teil dieses Textes Bezug genommen wird.

Eine andere Gruppe von Reaktoren weist als Reaktionsbereich zwischen zwei Wänden schlitzartig ausgestaltete Reaktionsbereiche auf. Derartige Reaktoren, auch als"Schlitzreaktoren"bezeichnet, sind beispielsweise in WO 02/18042 Al

beschrieben, wobei auf diese Offenbarung ebenso als Teil dieses Textes Bezug genommen wird.

Der sich an den Reaktionsbereich anschließende kühlbare Wärmetauscherbereich weist mindestens ein Gehäuse auf, das sich vorzugsweise direkt an den Reakti- onsbereich anschließt. Derartige Gehäuse können alle dem Fachmann bekannten und für die Zwecke des Wärmetausches geeigneten Formen aufweisen. Unter die- ser Formenvielfalt sind zum einen Röhrenformen und zum anderen zwei im we- sentlichen parallel zueinander verlaufende plattenaufweisende Gehäuse bevorzugt.

Die röhrenförmigen Gehäuse werden vorzugsweise bei Reaktoren eingesetzt, de- ren Reaktionsbereich Röhren aufweist. Besonders bevorzugt werden die Katalysa- tor aufweisenden Röhren des Reaktionsbereichs, vorzugsweise unter Beibehaltung des gleichen Durchschnitts, verlängert und der Katalysator durch eine oder mehre- re Einsätze in der so verlängerten Röhre ersetzt.

Für den Fall, dass eine zwar im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Wände aufweisende Konstruktion bevorzugt ist, kann diese Gehäuse, vergleichbar mit dem Reaktionsbereich, ähnlich wie die dort definierten Thermobleche oder Schlitzreaktoren aufweisen, wobei diese keinen Katalysator sondern ein oder mehrere Einsätze aufweisen. Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Innenraum des Gehäuses, insbesondere der Bereich des Innenraums des Gehäuses, der den Ein- satz aufnimmt, möglichst biegungs- oder gar winkelfrei und bevorzugt möglichst gerade ausgebildet ist. So lässt sich der Einsatz möglichst einfach aus dem Gehäu- se entfernen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Einsatz mindestens eine der folgenden, vorzugsweise alle, nach den hierin beschriebenen Testverfahren be- stimmten Eigenschaften auf.

(A) einen Wärmedruckquotienten AI bei einer Leerrohrgeschwindigkeit v von 0,485 m/s von größer 1,11, vorzugsweise größer 10 und beson-

ders bevorzugt mindestens 50 sowie darüber hinaus bevorzugt min- destens70 Wlm2/K/ (mbar/m) ; (B) einen Wärmedruckquotienten A2 bei einer Leerrohrgeschwindigkeit v von 0,728 m/s von größer 1,53, vorzugsweise größer 2, darüber hinaus bevorzugt größer 12 und besonders bevorzugt mindestens 60 sowie darüber hinaus bevorzugt mindestens 90 W/m2lK/ (mbar/m) ; (C) einen Wärmedruckquotienten A3 bei einer Leerrohrgeschwindigkeit v von 0,970 m/s von größer 1,81, vorzugsweise größer 3,33, darüber hinaus bevorzugt größer 14 und besonders bevorzugt mindestens 70 sowie darüber hinaus bevorzugt mindestens 110 W/m2/Kl (mbar/m).

Jede der einzelnen Eigenschaften A, B oder C stellt für sich eine bevorzugte er- findungsgemäße Ausführungsform dar. Weitere erfindungsgemäß bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus Eigenschaftskombinationen, die den nach- folgenden Buchstabenkombinationen folgen : AB, AC, BC, AC oder ABC. In ei- ner Ausgestaltung der Erfindung kann es bevorzugt sein, dass die Wärmedruck- quotienten A, B und/oder C Maximum besitzen und daher kleiner 1000, vorzugs- weise kleiner 500, bevorzugt kleiner 350 und ferner bevorzugt kleiner 200 und darüber hinaus bevorzugt kleiner 150 W/m2/K/ (mbar/m) betragen. Dieses kann jeweils für die einzelnen Wännedruckquotienten gelten aber auch für die Eigen- schaftskombinationen, die sich aus nachfolgenden Buchstabenkombinationen er- geben : AB, AC, BC, AC oder ABC. Ferner ist es möglich, dass die einzelnen Wärmedruckquotienten in durch die vorstehenden Untergrenzen und Maxima gebildeten Bereichen vorliegen.

In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung einen Reaktor mit einander fluid- leitend verbunden mindestens aufweisend : - einen Reaktionsbereich, wobei der Reaktionsbereich mindestens einen Feststoffkatalysator aufweist ; - einen kühlbaren Wärmetauscherbereich, wobei der Wärmeaustauscherbereich mindestens ein Gehäuse aufweist,

wobei das Gehäuse mindestens teilweise einen Einsatz auf- nimmt ; wobei der Einsatz mindestens eine der folgenden, vorzugsweise alle, nach den hierin beschriebenen Testverfahren bestimmten oben beschriebenen Eigenschaf- ten (A) bis (C) aufweist.

Der Wärmedruckquotient A wird gebildet durch Division des Wärmedurchgangs- koeffizienten k und des probenlängenbezogenen Druckverlustes Ap. Meist reicht A nicht über 800 W/m2/K/ (mbar/n).

Gemäß einer anderen Ausbildung dieser Erfindung weist der Einsatz einen Lü- ckengrad von mindestens 30, vorzugsweise mindestens 60 und besonders bevor- zugt von mindestens 80 auf. Darüber hinaus ist ein Einsatz mit einem Lückengrad im Bereich von 90 bis 99 bevorzugt. Der Lückengrad wird durch Auslitem be- stimmt.

Außerdem ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass im Gegensatz zu den einzeln vorliegenden Raschigringen ein Teil der Mehrzahl der Elemente eines bestimmten Einsatzes zusammenhängend, vorzugsweise einstückig, darüber hinaus bevorzugt aus ein und demselben Material, gebildet sind.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass wenigstens ein Teil der Elemente aus einem min- destens teilweise fadenförmigen Materialien gebildet sind. Hierbei sind 2 bis 30, vorzugsweise 2 bis 15 und besonders bevorzugt 2 bis 10 Element/cm Einsatzlänge der Mehrzahl von Elementen zusammenhängend, vorzugsweise einstückig, aus dem mindestens teilweise fadenförmigen Materialien gebildet sind.

Als fadenförmige Materialien kommen grundsätzlich alle dem Fachmann bekann- ten Materialien in Betracht, deren Länge wesentlich größer, vorzugsweise um das mindestens Zehnfache, bevorzugt mindestens Hundertfache und besonders bevor- zugt mindestens Tausendfache länger ist als der Durchmesser dieses Materials.

Als Materialien für das fadenförmige Materialien kommen sowohl Metalle, Me- talllegierungen, Kunststoffe, insbesondere hochtemperaturbeständige Kunststoffe wie Kohlefasern oder poylfluorierte Kunststoffe (Teflon@) sowie keramische Ma- terialien, insbesondere Basaltwolle, in Betracht. Bei der Auswahl geeigneter Ma- terialien für den Einsatz für die Elemente oder das fadenförmige Materialien trifft der Fachmann die Auswahl von einzelnen Materialien oder von Materialienkom- binationen danach, dass diese Materialien zum einen eine ausreichende Festigkeit des Einsatzes, eine ausreichende Chemikalienresistenz und eine befriedigende Herstellbarkeit der Einsätze ermöglichen.

Ferner ist es nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform bevorzugt, dass mindestens ein Teil der Mehrzahl der Elemente um eine Seele herum angeordnet sind. Hierbei ist es bevorzugt, dass mindestens ein Teil der Mehrzahl der Elemen- te von dieser Seele aufgenommen werden. Als Seele kommt ein Longitudinalele- ment in Betracht. Vorzugsweise wird die Seele aus mindestens zwei Longitudina- lelementen gebildet. Die mindestens zwei Longitudinalelemente können über ei- nen ösenartigen Bereich, vorzugsweise einstückig, miteinander verbunden sein.

Die Longitudinalelemente können gleichfalls aus dem Materialien des fadenför- migen Materials gebildet sein. In der Regel wählt der Fachmann das Material für die Seele nach den gleichen Kriterien aus, wie sie im Fall des fadenförmigen Ma- terial gelten.

Es ist zudem bevorzugt, dass die Elemente von der Seele der Gestalt aufgenom- men werden, dass die Elemente die Seele durchstoßen. Dieses kann nach einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform dadurch erreicht werden, in dem mindestens zwei der Longitudinalelemente unter Ausbildung einer oder mehrerer Windungen umeinander geschlungen sind. Die so erhaltenen Windungen nehmen mindestens eines der Elemente auf. Hierbei hat sich besonders bewährt, dass im Bereich von 1 bis 20, vorzugsweise von 4 bis 15 und besonders bevorzugt von 6 bis 10 Elemente in einer dieser Windungen aufgenommen werden, wobei in die- sem Fall die Windung eine Drehung der Longitudinalelemente von 360° besitzt.

Zudem ist es bevorzugt, dass die Windungen so ausgestaltet sind, dass die Ele- mente von diesen Windungen so beklemmt werden, dass die Elemente in einer bestimmten Position gehalten werden, die nicht durch Einwirkung der Schwer- kraft : des stehenden Einsatz veränderbar ist. Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Elemente von einer Seele aufgenommen werden, die im Ver- gleich zu ihrem Durchmesser deutlich, vorzugsweise um das mindestens Zehnfa- che, besonders bevorzugt mindestens Hundertfache und darüber hinaus bevorzugt mindestens Fünfhundertfache länger ist als ihr Durchschnitt. Eine derartig ausges- taltete Seele weist eine Längsachse auf, um die gemäß einer anderen Ausfiih- rungsform der vorliegenden Erfindung die Elemente um diese Längsachse herum gewunden, vorzugsweise helikal, angeordnet sind. Hierbei ist es bevorzugt, dass jeweils zwei bis 20, vorzugsweise von 4 bis 15 und besonders bevorzugt von 6 bis 10 Elemente einen einen ganzen Kreisbogen beschreibenden Abschnitt dieser He- lix bilden. Ein vollständiger Kreisbogen der Helix liegt dann vor, wenn ein ausge- hend von der Mittelachse der Seele bis zum am weitesten von dieser Mittelachse beabstandeten Punkt des Elements gebildete Linie mit der gleichen Linie eines anderen, nachfolgenden Elements übereinstimmt.

In einer anderen Ausbildung des Einsatzes befinden sich Elementegruppen in kranzförmiger Anordnung um eine Seele herum. Derartige Kränze weisen von zwei bis 20, vorzugsweise von 4 bis 15 und besonders bevorzugt von 6 bis 10 Elemente auf. Ferner ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass wenigstens ein Teil, vorzugsweise die gesamte Mehrzahl der Elemente aus Draht bestehen. Ebenso ist es bevorzugt, dass die Seele gleichfalls aus Draht besteht. Hierbei sind Metall- drähte besonders bevorzugt. Als geeignete Metalle für diese Metalldrähte kom- men Stahllegierungen, vorzugsweise Edelstahl, Messinglegierungen und Platinle- gierungen in Betracht, wobei Federstahl besonders bevorzugt ist.

Ferner ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Einsatz an einem Innenraum- querschnitt des Gehäuses diesen bnenraumquerschnitt ausfüllt. Dieses ist bei- spielsweise dann gegeben, wenn bei einem rohrförmigen Gehäuse der Kreis als Innenraumquerschnitt durch die Anordnung der Elemente ausgefüllt wird, in dem

ein durch Aufsicht auf die Elemente gebildeter gedachter Kreis sich mit dem durch den rohrförmigen Innenraumquerschnitt gebildeten Kreis zu mindestens 80% der durch die beiden Kreise gebildeten Fläche deckt. Bei einem eckigen In- nenraum würde die Fläche eines sich daraus ergebender eckiger Innenraumquer- schnitt sich mit der durch Aufsicht auf den Einsatz durch die Elemente gebildeten Umrissfläche zu mindestens 60, vorzugsweise mindestens 80% decken.

Es ist des weiteren bevorzugt, dass das Gehäuse einen zylindrischen Innenraum aufweist. Dieses ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der durch diesen Innen- raum aufgenommene Einsatz ebenfalls zylinderförmig ist. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, dass sich der zylindrische Innenraum und der zylin- derförmige Einsatz gleichen oder dass der zylinderförmige Einsatz in seinem Kreisradius im demontierten Zustand ein wenig größer, vorzugsweise um 1 bis 30, bevorzugt von 2 bis 20 und besonders bevorzugt von 5 bis 10 % als der des zylindrischen Innenraums ist. Hierbei ist bevorzugt, dass die Kreisradiendifferen- zen mit der Zunahme der Steifigkeit des Materials abnehmen. Diese Maßnahme trägt zum kraftschlüssigen Sitz des Einsatzes im Gehäuse bei.

Dieses hat den Vorteil, dass der biegbare und damit flexible Einsatz durch die Abmessungen des Gehäuses bedingt an dessen Innenwänden beklemmbar ist.

Dieses bietet dem Einsatz von sich aus innerhalb des Gehäuses Halt und ermög- licht des weiteren bei Herausnahme des Einsatzes an den Innenwänden des Ge- häuses anhaftende Verunreinigungen, insbesondere kohlenstoffhaltige Ablagerun- gen wie Ruß, zu entfernen.

In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, dass das Gehäuse eine In- nenwand aufweist, die von zumindest einem Teil der Mehrzahl der Elemente be- rührt wird. Diese Berührung kann der Gestalt sein, dass die Elemente zumindest geringfiigig aus ihrer Position im berührungslosen Zustand außerhalb des Gehäu- ses weg bewegt werden. Auf diese Weise beldemmen die Elemente den Einsatz an der Innenwand des Gehäuses und fuhren somit dazu, dass der Einsatz nicht ohne weiteres innerhalb des Gehäuses verrutschen kann.

In der vorliegenden Erfindung können die Elemente alle dem Fachmann für die Zwecke der vorliegenden Erfindung, insbesondere der Verbesserung des Wärme- abflusses, der Gasdurchmischung und der Rußverminderung, geeigneten Elemente eingesetzt werden. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Elemente Blatt-oder Schlau- fenform oder Elemente mit Blattform mit Elementen mit Schlauienform kombi- niert werden. Als besonders bevorzugt hat sich herausgestellt, dass die Elemente als Schlaufen ausgebildet sind. Ein erfindungsgemäßer Einsatz weist im Bereich von 1 bis 10, vorzugsweise von 1 bis 6 und besonders 1 bis 4 Elemente/cm auf.

Erfindungsgemäß besonders bewährt haben sich Einsätze die eine sich selbst tra- gende skelettartige Struktur aufweisen, die wiederum mindestens zwei Longitudi- nalelemente aufweist die eine im wesentlichen zentral angeordnete Seele bilden, in dem diese Longitudinalelemente umeinander gewunden sind, wobei diese Seele eine Vielzahl von Schlaufen aufweist, die in durch die Windungen gebildeten Öffnungen gehalten sind, wobei die eine Vielzahl der einzelnen Schlaufen sich von der Seele ausgehend in helikaler Art über die längliche Seele erstrecken. Der- artige Einsätze sind beispielsweise in GB-Patent 1 570 530 offenbart, wobei diese Referenz als Teil dieser Offenbarung gilt. Weitere erfindungsgemäße bevorzugte Einsätze sowie Verfahren zu deren Herstellung sind in GB 2 097 910 A offenbart.

Auch diese Referenz gilt als Teil dieser Offenbarung. Weiterhin sind besonderes bevorzugte erfindungsgemäße Einsätze bei der Firma Cal Gavin Ltd., England kommerziell unter der Handelsbezeichnung HiTRANX erhältlich.

Im Zusammenhang mit der Durchführung von zwei und mehrstufigen Reaktionen ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass sich an den Wärmeaustauscherbereich mindestens ein weiterer Reaktionsbereich anschließt. Für den Fall, dass es sich bei diesen mehrstufigen Reaktionen um verschiedene Syntheseschritte handelt, ist es bevorzugt, dass der Katalysator im Reaktionsbereich und ein weiterer Katalysator in dem weiteren Reaktionsbereich verschieden sind. Die Auswahl des Katalysa- tors in dem Reaktionsbereich und die des weiteren Katalysators in dem weiteren

Reaktionsbereich richten sich nach den Reaktionen, die in dem Reaktionsberei- chen durchgeführt werden sollen.

Die Erfindung betrifft zudem einen Reaktor, wobei der erfindungsgemäße Ein- satz, vorzugsweise aus dem Wärmetauscherbereich kommend, mindestens teil- weise in den Reaktionsbereich hineinreicht. In diesem Zusammenhang ist es be- vorzugt, dass der Teil des Einsatzes, der in den Reaktionsbereich (2) hineinreicht, einen Katalysator beinhaltet. Der Katalysator kann zum einen als Beschichtung auf mindestens einem der Elemente vorliegen. Außerdem kann mindestens eines der Elemente aus einem Katalysatormaterial gebildet sein. So können in durch Platin katalysierten Reaktionen Elemente aus Platindraht eingesetzt werden. Fer- ner können die Elemente wegen ihrer räumlichen Ausgestaltung auch Feststoffka- talysatorteilchen tragen oder festhalten. Zudem kann der Einsatz das Eduktgas und die Reaktionsgase in dem Reaktionsbereich besser verteilen, in diesem Fall muss der Einsatz nicht mit Katalysator beschichtet sein. Es ist ausreichend, wenn der Reaktionsbereich bzw. das Gehäuse mit Katalysator beschichtet oder ausge- kleidet ist.

Ferner betrifft die Erfindung einen Reaktor mit einem Reaktionsbereich aufwei- send einen erfindungsgemäßen Einsatz, wobei dieser Einsatz einen Katalysator aufweist. Die hierin beschriebenen Gehäuse-Details und Formen des Katalysators gelten ebenfalls für diese Variante.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Oxidation eines Kohlenwasser- stoffs, wobei der Kohlenwasserstoff als Gas in einem erfindungsgemäßen Reaktor zu einem oxidierten Kohlenwasserstoffprodukt umgesetzt wird. Als zur Oxidation eingesetzter Kohlenwasserstoff kommt vorzugsweise ein ungesättigter Kohlen- wasserstoff in Betracht. Hierbei handelt es sich besonders bevorzugt um Propen.

Als erfindungsgemäß bevorzugte oxidierte Kohlenwasserstoffprodukte sind Acro- lein oder Acrylsäure zu nennen. Hierbei wird Acrolein in einer ersten Stufe in einem Reaktor mit einer ersten Reaktionseinheit und aus dem so erhaltenen Acro- lein in einer weiteren Reaktionseinheit Acrylsäure erhalten.

Im Zusammenhang mit geeigneten Katalysatoren, üblichen Reaktoren, Reaktions- bedingungen und Aufreinigungsmethoden bei der Herstellung von Acrolein und Acrylsäure wird auf"Stets Geforscht", Band 2, Chemieforschung im Degussa- Forschungszentrum Wolfgang 1988,. Seite 108-126, Kapitel"Acrolein und Deri- vate"D. Arntz und Ewald Noll verwiesen, wobei auf diesen Inhalt als Teil dieser Offenbarung Bezug genommen wird.

Zudem betrifft die Erfindung Fasern, Folien, Formkörper, Lebensmittel-oder Fut- terzusatzstoffe, Arzneimittel, Kosmetika, Schäume, Superabsorber, Papier-Leder oder Textilhilfsmittel, beinhaltend oder basierend auf einem erfindungsgemäßen oxidierten Kohlenwasserstoffprodukt, vorzugsweise Acrylsäure.

Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines oxidierten Kohlenwasser- stoffprodukts, vorzugsweise Acrylsäure, in oder für Fasern, Folien, Formkörpern, Lebensmittel-oder Futterzusatzstoffe, Arzneimittel, Kosmetika, Schäume, Super- absorber, Papier-, Leder oder Textilhilfsmittel.

Im Zusammenhang mit Superabsorber, deren Herstellung, Zusammensetzung, Eigenschaften und Verwendung wird auf Modem superabsorbent polymer tech- nology", Fredrick L. Buchholz, Andrew T. Graham, Viley-VCH, 1998, verwie- sen.

Die Erfindung wird nachfolgend durch nicht limitierende Zeichnungen näher er- läutert.

Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Einsatzes, Fig. 2 zeigt die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses mit einem erfindungsgemäßen Einsatz, Fig. 3 zeigt die Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Gehäuse, das einen erfin- dungsgemäßen Einsatz aufweist,

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Reaktors, Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausfubrungsibrm eines erfindungsgemäßen Gehäuses, Fig. 6 zeigt ein schematische Darstellung einer weiteren Ausfiihrungsform eines erfindungsgemäßen Gehäuses, Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gehäuses, Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung eines in einem Reaktor angeordneten erfindungsgemäßen Gehäuses, Fig. 9 zeigt eine diagrammartige Darstellung eines erfindungsgemäßen Reaktors mit sich daran anschließender Quench-, Reinigungs-und Polymerisationseinheit, Fig. 10 zeigt eine Skizze zum Aufbau der Mess Vorrichtung zur Auswahl erfm- dungsgemäß geeigneter Einsätze Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung von einer anderen Ausführungsform eines Gehäuses im Querschnitt.

Figur 1 stellt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einsat- zes 6 als Ausschnitt dar. Dieser weist eine Seele 9 auf, die aus zwei umeinander gewunden Longitudinalelementen 10, die aus Metalldraht bestehen, gebildet ist.

Durch das Verzwirbeln der Longitudinalelemente 10 entstehen in der Seele 9 Windungen 11, die die Elemente 7 in Ausnehmungen 17 aufnehmen. Dadurch, dass die Elemente 7 aus einem fadenförmigen Material 8, vorliegend ebenfalls einem Metalldraht, werden die Elemente 7 durch die Windungen 11 in der Seele 9

gehalten. Die Windungen 11 und die Führung des fadenförmigen Materials 8 sind so ausgestaltet, dass die Elemente 7 in Form von Schlaufen von der durch die See- le 9 gebildeten zentralen Längsachse 16 abgespreizt werden, wobei sich ein Win- kel ß zwischen Längsachse 16 und einer ausgehend von der Längsachse 16 sich in Aufsicht auf das Element 7 in seiner größten Flächenausdehnung bildende Ele- mentfläche 18 an der längsten Strecke, gesehen von der Längsachse 16, schnei- denden Elementachse 19 im Bereich von 45 bis 135°, vorzugsweise im Bereich von 75 bis 115° und besonders bevorzugt im Bereich von 85 bis 95'beträgt. Je näher der Winkel ß an 90° ist, um so besser lassen sich die Einsätze verkantungs- frei in beide Richtungen in einem Rohr bewegen. Weiterhin steigt die verkan- tungsarme Bewegbarkeit mit einer zur Rohrinnenwandung hinweisenden mög- lichst runden, bogenförmigen oder auch kantenarmen Ausgestaltung der Elemente 7. Die Elemente 7 sind bedingt durch die Aufnahmen von ein oder mehreren Ele- menten 7 in den Ausnehmungen 17 der Windungen 11 durch das gegeneinander Verdrehen der Longitudinalelemente 10 wendeltreppenartig um die Seele 9 herum unter Ausbildung einer Element-Helix angeordnet. Die"Dichte"als Anzahl der Elemente pro gegebener Länge des Einsatzes 6 und der Lückengrad kann zum einen durch die Aufnahme von mehr Elementen 7 in den jeweiligen Windungen 11 oder durch stärkeres gegeneinander Verdrehen der die Seele 9 bildenden Lon- gitudinalelemente 10 oder einer Kombination dieser Maßnahmen erhöht werden.

Durch für diese Ausführungsform des Einsatzes 6 beschriebene Ausgestaltung wird erreicht, dass eine Mehrzahl von Elementen 7 zu einer Einheit verbunden sind und ein Einsatz 6 von einer sich selbst tragenden Steifigkeit erhalten wird, der den in einem Gehäuse 5 herrschenden Strömungsverhältnissen ausreichend stand hält. Zudem ist es vorteilhaft für die Bewegung der Einsätze 7, wenn an mindestens einem Ende eine Öse ausgebildet ist. Vorzugsweise wird diese Öse aus den Longitudinalelementen 10 gebildet.

In Figur 2 ist eine Ausführungsfbrm eines Gehäuses 5 abgebildet, das einen in Figur 1 beschriebenen Einsatz 6 aufweist. Der durch die Innwand 14 des Gehäu- ses 5 gebildete Innenraum 13 ist durch den Einsatz 6 so ausgefüllt, dass über Be- rührung von Bereichen der Elemente 7 mit der Innenwand 14 der Einsatz 6 kraft-

schlüssig in den Innenraum 13 des Gehäuses 5 eingepasst ist. Durch diese Maß- nahme wird zum einen das Verrutschen des Einsatzes 6 in dem Gehäuse 5 er- schwert und zum anderen beim Herausnehmen des Einsatzes 6 aus dem Gehäuse 5 auf der Innenwand 14 anhaftende Ablagerungen 20 wie Ruß mindestens teilwei- se abgetragen.. Zur Wärmeabfuhr weist das Gehäuse 5 optional Kühlelemente 21 an seiner Außenwand 22 auf. Der in Figur 2 dargestellte Aufbau kann ebenso in Reaktoren verwendet werden, die einen Katalysator aufweisenden Einsatz bein- halten.

Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch ein einen Einsatz 6 aufweisendes Gehäuse 5. Das Gehäuse weist einen Innenraum 13 mit einem Innenraumdurchmesser ID auf. An die Innenwand 14 des Gehäuses 5 angrenzend sind zwei schlaufenförmige Elemente 7 und 7'abgebildet, die von zwei Longitudinalelementen 10 der mittig in dem Innraum 13 angeordneten Seele 9 gehalten werden. Die Elemente 7 und 7'sind aus Metalldraht als fadenförmiges Material 8 ausgebildet, wobei das faden- förmige Material 8 durch die zwei Longitudinalelemente 10 beklemmt verläuft.

Die beiden Elemente 7 und 7'weisen jeweils eine durch Schraffierung angedeutete Elementfläche 18 und 18'auf, die mittig von der zentralen Längsachse 16 ausge- henden Elementachsen 19 und 19'auf gleiche weise geteilt werden. Die beiden Elementachsen 19 und 19'schließen einen Winkel a ein, der im Bereich von 5 bis 180 vorzugsweise im Bereich von 10 bis 130 und besonders bevorzugt von 30 bis 100° liegt.

Der Bereich, an denen die Elemente 7 nach Montage in dem Gehäuse 5 an der Innenwand 14 des Gehäuses 5 anliegen weist einen Anliegedurchmesser AD auf.

Es ist bevorzugt, dass der ID größer ist als der AD. Weiterhin Beträgt der AD vor- zugsweise 10 bis 90, bevorzugt 20 bis 70 % des ID und liegt darüber hinaus be- vorzugt im Bereich von 25 bis 50 % des ID.

In Figur 4 ist ein Ausschnitt aus einem Reaktor 1 mit einem Reaktionsbereich 2 und einem Wärmeaustauscherbereich 3 abgebildet. Der Reaktor 1 weist eine Re- aktorplatte 23 mit einer Vielzahl von Bohrungen 24 auf, durch die ein Eduktgas

25 dem Feststoffkatalysator 3, der sowohl als Katalysatorpellets als auch als Schichtkatalysator vorliegen kann, zugeführt wird. An dem Katalysator 3 kommt es zu einer chemischen Reaktion, wobei ein heißes Produktgas 26 in ein Gehäuse 5 eingeleitet wird, das es als gekühltes Produldgas 27 verlässt. Diese Kühlung wird dadurch begünstigt, dass in dem Gehäuse 5 ein Einsatz 6 eingebaut ist, den das heiße Produktgas durchströmt und an dem das heiße Produktgas durchwirbelt wird. Die dabei an das Gehäuse 5 abgegebene Wärme wird über an der Außen- wand 22 des Gehäuses 5 angebrachte optionale Kühlelemente 21 durch Vorbeilei- ten eines Kühlmittelstroms 28 abgeführt.

In Figur 5 ist ein Gehäuse 5 abgebildet, in dem der Innenraum 13 einen linsen- förmigen Innenraumquerschnitt 12 aufweist. Weiterhin ist der Innenraum 13 da- durch gestaltet, dass zwei parallel aufeinander gefügte als Bleche ausgeführte Platten entlang parallel zueinander verlaufender im wesentlichen geradlinige und unterberechungsfreie Linien über Schweißnähte 30 als Verbeindungesbereich mit- einander verbunden sind, wobei die Schweißnähte 30 vorzugsweise nicht unter- brochen sind. Der durch den Innenraum 13 eines solchen Gehäuses 5 aufgenom- mene Einsatz 6 weist ebenfalls einen linsenförmigen Querschnitt auf.

In Figur 6 ist eine andere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Gehäuses 5 dargestellt. Hierbei sind zwei als Bleche ausgeführte, im wesentlichen parallel zueinander angeordnete Platten 29 an verschiedenen, vorzugsweise versetzt zu- einander angeordneten Verbindungspunkten 31 miteinander verschweißt. Der Innenraum 13 weist einen zwischen zwei Verbindungspunkten 31 gebildeten In- nenraumquerschnitt 12 in linsenartiger Form auf. Die zwischen den Verbindungs- punkten 31 liegenden den Innenraum 13 des Gehäuses 5 bildenden Bereiche sind lcissenartig ausgebildet. Dieser so ausgebildete Innenraum 13 kann einen Einsatz 6 aufnehmen.

Figur 7 ist eine besondere Ausgestaltung des in Figur 6 abgebildeten Gehäuses 5 und unterscheidet sich von diesem dadurch, dass anstelle der Verbindungspunkte 31 länglich ausgebildete Verbindungsbereiche 32 zur Verbindung der beiden Plat-

ten 29 mit Unterbrechungen entlang einer gedachten Linie angeordnet sind. So wird ein röhrenartiger Innenraum 13 mit einem linsenförmigen Innenraumquer- schnitt 12 jeweils zwischen zwei Verbindungsbereichen 32 erhalten, der einen Einsatz 6 aufnehmen kann.

Das in Figur 8 abgebildete Gehäuse 5 weist gleichfalls eine Mehrzahl von im we- sentlichen parallel zueinander angeordneten Platten 29 auf, die an Haltebereichen 33 gehalten und über eine Haltewand 34 zueinander beabstandet werden, so dass ein Innenraum 13 entsteht, der einen Innenraumquerschnitt 12 aufweist, der aus- reichend ist, um die Einsätze 6 aufzunehmen. Damit die Einsätze 6 ortsfest in dem Innenraum 13 angeordnet sind, weisen die Platten 29 Ausbuchtungen 35 auf, die sich der Querschnittsform des Einsatz 6 teilweise durch Rundungen annähern.

In Figur 9 ist ein Reaktor 1 dargestellt, in den über eine Eduktgaszuführung 37 Eduktgas eingetragen wird, das zunächst einem von einer Vielzahl nicht gezeigter jedoch identisch ausgelegter Reaktionsbereiche mit Feststoffkatalysator zur Reak- tion zugeführt wird und das so entstandene Reaktionsprodukt einem Wärmeaus- tauscherbereich 4 mit einem Gehäuse 5, dass einen Einsatz 6 aufweist, zugeführt.

Das in dem Wärmetauscherbereich 4 abgekühlte Produktgas wird in einem weite- ren Reaktionsbereich 15, der einen weiteren Katalysator 42 aufweist, zu einem weiteren Produkt umgesetzt, dass ebenfalls gasförmig einem weiteren Wärmetau- scherbereich 36, ebenfalls ausgestattet mit einem Gehäuse 5, der einen Einsatz 6 aufweist, zugenihrt wird. Das, optional in dem weiteren Wärmeaustauscherbe- reich 36 abgekühlte, Produktgas wird über die Produktgasabführung 38 einer Quencheinrichtung 39 zugeführt. Als Quencheimichtung 39 sind insbesondere Vorrichtungen bevorzugt, in denen das Produktgas mit einer Flüssigkeit wie Was- ser oder über 100°C siedendes oder siedende Lösemittel in Kontakt gebracht wird.

Die in der Quencheinrichtung 39 erhaltene das Produkt beinhaltende flüssige Pha- se wird zur weiteren Aufarbeitung einem Aufreinigungsbereich 40 zugeführt. Als Aufreinigungsbereich 40 kommen Destillations-, Kristallisationsvorrichtungen für sich oder eine Kombination aus Destillations-und Kristallisationsvorrichtungen in Betracht. Für den Fall, dass das so erhaltene aufgereinigte Produkt, beispielsweise

Acrylsäure, einer Weiterverarbeitung, insbesondere einer Polymerisation, bei- spielsweise zur Herstellung eines Superabsorbers unterzogen werden soll, wird das im Aufreinigungsbereich 40 erhaltene gereinigte Produkt einem Polymerisati- onsbereich 41 zugeführt. Der Polymerisationsbereich 41 kann sowohl in einem räumlichen Zusammenhang mit dem Aufreinigungsbereich 40, dem Aufreini- gungsbereich 40 und der Quencheinrichtung 39 oder dem Aufreinigungsbereich 40, der Quencheinrichtung 39 und Reaktor 1 stehen. Ein derartiger räumlicher Zusammenhang ist insbesondere dann gegeben, wenn die Anordnung an einem Produktionsstandort erfolgt.

In Figur 11 ist eine Kombination von zwei als Thermoblechen gebildeten Gehäu- sen 5 gezeigt, die in ihren von Haltewänden 34 begrenzten, als eigentliches Ge- häuse 5 fungierenden Zwischenräumen 59 Einsätze 6 und/oder Katalysator 3 auf- weisen. Die Zwischenräume 59 sind wellspaltförmig ausgebildet und können ent- weder mit heißem Produlctgas 26 bei Kühlung mit Kühlmittel 28 oder im Fall ei- ner Reaktion mit Eduktgas 25 durchströmt werden. Außerdem können zwei oder mehrere Einsätze 6 durch eine Einsatzverbindung 60 zu Einsatzmodulen 61 zu- sarnmengefasst werden, was die Handhabung größerer Einsatzzahlen erleichtert.

Testverfahren Allgemein sollte bei dem Testverfahren zur Auswahl erfindungsgemäß geeigneter Einsätze beachtet werden, dass die Gestalt des Querschnitts des Hüllrohrs 43 der Form des Querschnitts des Einsatzes entspricht und nicht größer ist als der des Gehäuses für den der Einsatz vorgesehen ist. Dieses gilt insbesondere bei Einsät- zen mit federnden Elementen. Beispielsweise ist bei einem zylindrischen Einsatz ein Hüllrohr 43 mit rundem Querschnitt zu wählen. Ist der Querschnitt des Einsat- zes linsenförmig, ist das Testverfahren in einem Hüllrohr 43 mit gleichfalls lin- senförmigen Querschnitt durchzuführen.

Wie in Figur 10 dargestellt, besteht die Messvorrichtung aus einem senkrecht ste- henden Hüllrohr 43, das aus einem einfachen Kohlenstoffstahl (Wärmeleitfähig-

keit ca. 50 W/m K) mit einer Wandstärke von 2mm ausgebildet ist. Das Hüllrohr 43 besitzt eine Einlaufstrecke 52 und einem darauf folgendem Heizbereich 53 und Heizbereich 53, der mit einem elektrischen Heizband 44 umwickelt ist. Die Wick- lungen des Heizbands 44 liegen direkt auf der Rohraußenwand 45 des Hüllrohrs 43, so dass ein guter Wärmeübergang sichergestellt ist. Das Heizband 44 wird über eine elektrische Leistungsregelung mit Energie versorgt, wodurch dem Heiz- bereich 53 des Hüllrohrs 43 eine Wandtemperatur aufgeprägt wird. Das Heizband 44 besteht aus einem durchgehenden Metallgewebeband, dass in einem Wick- lungsabstand von 30 mm gleichmäßig im Heizbereich 54 auf das Hüllrohr 43 ge- wickelt ist. Das Heizband 44 besitzt eine Nennleistung von 60 W bei einer An- schlussspannung von 27 Volt. Unterhalb des Heizbereichs 53 erstreckt sich das Hüllrohr 43 um weitere 100 mm ohne eine Heizbandwicklung 44. Der Heizbe- reich 53 weist eine Probenkammer 57 zur Aufnahme einer Probe 48 mit einer Probenlänge PL auf. Die Länge des Heizbereichs 53 und PL sind gleich. Die Ein- laufstrecke besitzt die 4-Fache Länge von PL. An den dem Heizbereich 53 des Hüllrohrs 43 gegenüberliegenden Ende des Hüllrohrs 43 ist dieses durch eine stopfenfönnige Abdichtung 50 verschlossen. Gegen Wärmeverluste durch Kon- vektion bzw. Strahlung sind die Wicklungen des Heizbands 44 im Heizbereich 53 durch eine 150 mm dicke Isolierung aus Mineralwolle geschützt. Durch die stop- fenfönnige Abdichtung 50 gehalten, ist am oberen Ende des Hüllrohrs 43 eine Druckmesslanze 47 senkrecht eingesteckt. Über die Druckmesslanze 47 kann das Hüllrohr 43 mit einem Gasstrom beaufschlagt werden. Über die Anordnung von Manometern 54 in Strömungsrichtung 51 über einer Blende 49 und Manometer 54'kann der Druckverlust des durch das Füllrohr 43 bzw. durch die Probe geleite- ten Gases ermittelt werden. Die Gastemperatur vor der Probe 48 (TEin) wird mit- tels im Rohrquerschnitt des Hüllrohrs 43 montierten Ni 100 Thermometern (TI 101), dessen Messspitze sich mittig 3 mm oberhalb der Probe 48 befindet, be- stimmt. Die Gastemperatur nach der Probe 48 (TAu,) wird mittels im Rohrquer- schnitt des Hüllrohrs 43 montierten Ni 100 Thermometern (TI 102), dessen Mess- spitze sich mittig 3 mm unterhalb der Probe 48 befindet, bestimmt. Mit dem Ni 100 Thermometer (TI 103) wird die Temperatur (Twand) an der Rohraußenwand 45 im Abschnitt des Heizbereichs 53 bestimmt.

Druckverlustbestimmung Zur Druckverlustbestimmung Ap werden über die Manometer 54 und 54'die Drücke PG1 und PG2 bestimmt. Über den in Formel I dargestellten mathemati- schen Zusammenhang kann Ap berechnet werden.

Formel I Wärmedurchgangskoeffizient Der Wärmedurchgangskoeffizient k ergibt sich aus dem mathematischen Zusam- menhang der Formeln II und III, wobei Q die Heizleitung, I die Stromstärke der elektrischen Beheizung des Heizbereichs 53, mGas der Massestrom der Luft, AROhr und AT, logeritmische Temperaturdifferenz nach Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 19. Auflage, Springer Verlag Berlin 1997, ist.

Formel II k= Q MGaS AROh ATI Formel III k= m J HM"Em 7""'M/ Gas Rohr TWand TEin (TlMand ttlS)

Durchführung a. Probenvorbereitung Die in nachfolgender Tabelle angegebenen Proben 48 wurden in die Probenkam- mer 57 bei Raumtemperatur eingesetzt. b. Druckverlustmessung An Manometer 54 wird ein Druck von 300 mbar über eine Schwebekegeldurch- flussmesser 58 angelegt. Die Druclanesslanze 47 wird auf das Hüllrohr 43 aufge- setzt und mit Stopfen 50 abgedichtet und PG2 an Manometer 54'gemessen. c. Wärmedurchgangskoeffizientmessung Die in der nachfolgenden Tabelle angegebene Leerrohrgeschwindigkeit v werden über Ventil 56 eingestellt. Über den Heizbereich 53 wird Energie zugeführt und in Form von Wänne auf das vorbeiströmende Gas (Luft) übertragen. Die Energie- menge wird so gewählt, dass nach Erreichen eines stationären Zustands TA"s 90°C beträgt. Anschießend werden TEin und TW", d gemessen. d. Verkohlung Die Eignung der verschiedenen Einsätze wurde über die Häufigkeit der durch Verkohlung entstandenen Rückstände notwendigen Reinigungsarbeiten für die einzelnen Einsätze ermittelt. Diese Ergebnisse sind ebenfalls in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt. Hierzu wird die Standzeit mit Raschigringen auf 1 gesetzt, um so die"Relative Standzeit"zu erhalten.

Tabelle Teil I. Probencharakterisierung ... Druckverlust "Ap"bei Leerohrge- schwindigkei-Wärmedurchgangskoeffizient [W/m2/K] en #v" 0,970 #k" bei verschiedenen Leerohrgeschwin- Material Lückengrad m/s digkeiten #v" [m/s] [-] [%] [mbar/m] 0, 485 m/s 0,728 m/s 0,970 m/s a 57, 0 7, 2 8 11 13 94,1 0,5 5 6 7 c 93, 3 1, 5 1 3 5 Sample A 98, 4 0, 05 5 6 6 Sample B 97, 7 0, 07 6 9 11 Sample C 96, 5 0, 09 6 | 10 Sample D 94, 9 0, 1 7 10 12 a Raschigringschüttung b Drahtgestrick 28mm Kreisdurchmesser, 1 m Länge (Fa. Anselm GmbH & Co. KG) c Drahtgestrick 28mm Kreisdurchmesser u. teilw. Flachdraht, 1 m Länge (Fa. An- selm GmbH & Co. KG) Die"Sample A bis D"Drahteinsätze mit Schlaufen mit 1 m Länge (Fa. Cal Gavin Ltd, GB) Teil II. Standzeit und Wärmedruckquotient ärmedruckquotient ##" [W/m2/K/(mbar/m)] bei verschiedenen Leerohrgeschwindiglceiten Material Relative Standzeit #v" [m/s] [-] [-] 0,485 m/s 0,728 m/s 0, 970 m/s a 1 1,1 1,5 1,8 0, 6 1, 0 12, 0 14, 0 c 0, 5 0, 7 2, 0 3, 3 Sample A 3 100, 0 120, 0 120, 0 Sample B 2,8 85,7 128,6 157,1 Sample C 2,3 66,7 88,9 111,1 Sample D 2,1 70,0 100,0 120, 0 Die Einsätze nach Sample A bis D"zeigen gegenüber den anderen Proben die besten relativen Standzeiten bei sehr geringen Druckverlusten.

Bezugszeichenliste 1 Reaktor 2 Reaktionsbereich 3 Feststoffkatalysator 4 Wärmetauscherbereich 5 Gehäuse 6 Einsatz 7 Element 8 fadenförmiges Material 9 Seele 10 Longitudinalelement 11 Windung 12 Innenraumquerschnitt 13 Innenraum 14 Innenwand 15 weiterer Reaktionsbereich 16 zentrale Längsachse 17 Ausnehmungen 18 Elementfläche 19 Elementachse 20 Ablagerung 21 Kühlelement 22 Außenwand 23 Reaktorplatte 24 Bohrung 25 Eduktgas 26 heißes Produktgas 27 gelcühltes Produktgas 28 Kühlmittel 29 Platten 30 Schweißnaht

31 Verbindungspunkt 32 Verbindungsbereich 33 Haltebereich 34 Haltewand 35 Ausbuchtung 36 weiterer Wärmeaustauschbereich 37 Eduktgaszuführung 38 Produktgasabßihrung 39 Quencheinrichtung 40 Aufreinigungsbereich 41 Polymerisationsbereich 42 weiterer Katalysator 43 Hüllrohr 44 Heizband 45 Rohraußenwand 46 Isolierung 47 Druckmesslanze 48 Probe 49 Blende 50 Abdichtung 51 Strömungsrichtung 52 Einlaufstrecke 53 Heizbereich 54 Manometer 55 Gaszufuhr 56 Ventil 57 Probenkammer 58 Schwebekegeldurchflussmesser 59 Zwischenraum 60 Einsatzverbindung 61 Einsatzmodule