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Reaktionskolonne
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flussgeschwindigkeit der Reaktionsteilnehmer usw. während der verschiedenen Phasen des Reaktionsab- laufes jeweils unabhängig so zu regeln, dass eine gute Ausbeute gewährleistet wird und unerwünschte
Nebenreaktionen vermieden werden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung vermeidet die angeführten Nachteile und stellt ein allgemein verwendbares Gerät für die kontinuierliche Durchführung zahlreicher, bisher nur im chargenweisen Ver- fahren durchführbarer Reaktionen dar. Sie besteht aus einer zu einer Kolonne zusammengesetzten Reihe voneinander teilweise unabhängiger, jedoch jeweils durch ein Überlaufrohr in der Flüssigkeitsphase mit- einanderverbundener Reaktionsgefässe, die je für sich in bekannter Weise gesondert beheizt bzw. gekühlt werden können. Ebenso können die einzelnen getrennten Abschnitte auch getrennt voneinander mit Roh- stoffen bzw. Hilfsstoffen beschickt werden.
Erfindungsgemäss wird beispielsweise ein Rohstoff am Kopf des Behälters zugeführt und fliesst von oben nach unten durch die Kolonnenabschnitte, wobei die Möglich- keit besteht, in jedem einzelnen Abschnitt diejenigen Roh- bzw. Hilfsstoffe in genau dosierter Menge zuzusetzen, die die Reaktion erfordert. Es ist dadurch möglich, in kontinuierlicher Fahrweise Reaktionen durchzuführen, die sonst in Reaktionskesseln bei allmählichem Zusatz eines oder mehrerer Reaktionsteil- nehmer durchgeführt werden, wobei eine Erwärmung oder Kühlung des Reaktionsgemisches notwendig ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung erlaubt es auch, mehrere Reaktionen mit einem und demselben Aus- gangsstoff hintereinander kontinuierlich durchzuführen, was bisher nur mit mehreren Reaktionskesseln möglich war.
Der Erfindungsgegenstand ist an Hand der Fig. 1 und 2 der Zeichnungen beispielsweise erläutert.
Die erfindungsgemässe Reaktionskolonne besteht aus einer Säule übereinander angeordneter und miteinander verbundener Kolonnenabschnitte (Fig. 1 und 2), deren oberster die üblichen Rohranschlüsse für die Zu-und Abführung von flüssigen und gasförmigen Reaktionsmedien und einen Rohrstutzen für die Durchführung einer gegebenenfalls verwendeten Rührerwelle aufweist. Die Säule ruht auf einem üblichen, erweiterten Behälter für das Sumpfprodukt, wobei zweckmässig ein Ringstück mit einem Schauglas zwischengeschaltet sein kann.
Fig. 1 der Zeichnungen veranschaulicht zwei Abschnitte der erfindungsgemässen Kolonne. Jeder Abschnitt besteht aus einem mit einem Boden 10 versehenen zylindrischen Gefäss 11. Durch den Boden 10 ragen zwei Rohrstücke, u. zw. das Rohrstück 12 zur Belüftung der Kolonne und gleichzeitig als Führung für die Rührerwelle 9, sowie der Überlauf 13 für das flüssige Reaktionsgemisch in den jeweils darunter befindlichen Kolonnenabschnitt. Auf der Rührerwelle 9 ist in jedem Kolonnenabschnitt ein beliebig gestalteter Rührer 14 befestigt.
Das untere Ende des Rohres 12 ist mit dem Boden 10 des Kolonnenabschnittes verschweisst, sein oberes Ende ragt bis über die Flüssigkeitsoberfläche 15. Die vornehmlichsie Aufgabe dieses Rohres 12 ist jedoch, bei der Reaktion gebildete Gase zur Verbesserung des Reaktionsgleichgewichts möglichst ohne weiteren Kontakt mit der Flüssigphase bis zum Abzug aus dem Kolonnenkopf zu führen. Das an sich bekannte Überlaufrohr 13 reicht von der Flüssigkeitsoberfläche bis in die Nähe des Bodens des darunter befindlichen Kolonnenabschnittes.
In jedem Kolonnenabschnitt sind weiters vorgesehen eine Rohrschlange 16 zur Beheizung oder Kühlung des Reaktionsgemisches, wobei die Heizung gegebenenfalls auch elektrisch erfolgen kann, ein oder mehrere Zuführungsrohre 17 für flüssige Roh- oder Hilfsstoffe, gegebenenfalls wie zuvor erwähnt ein Rührer 14 an der Welle 9, ein Thermometerstutzen 18 und ein Ablassrohr 19 für das Reaktionsprodukt oder einen Teil desselben, soweit es nicht durch das Überlaufrohr 13 in den nächsttieferen Abschnitt fliessen soll. Das Rohr 19 kann natürlich auch zur Probenahme verwendet werden. Ausserdem kann erforderlichenfalls ein Einlassstutzen 17'mit einem Gasverteiler für die Zufuhr von Gasen vorgesehen werden.
Eine andere Ausführungsform der Kolonnenabschnitte ist beispielsweise in Fig. 2 dargestellt. Hier wird auf einen Rührer verzichtet. Die Reaktionsabgase werden aus dem Inneren eines jeden Abschnitts durch ein Rohr nach aussen geleitet, wo sie entweder frei abgelassen oder aufgefangen werden können.
Eine solche Vorrichtung wird besonders dort verwendet werden können, woindeneinzelnenReaktions- phasen verschiedene gasförmige Produkte anfallen, die gesondert abgeführt oder aufgefangen werden sollen. Dieses Gasabführungsrohr kann entweder wie bei 20 oder bei 20'dargestellt angeordnet
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gebenheiten.
Zweckmässigerweise kann die Mündung des Rohres 17 oberhalb der Mündung des Überlaufrohres 13 angeordnet sein, so dass beim gemeinsamen Durchfliessen beider Flüssigkeiten in den unterhalb befindlichen Kolonnenabschnitt einen gründliche Durchmischung erfolgt. Dies gilt besonders für die Darstellung gemäss Fig. 2 der Zeichnungen, für welche ein mechanischer Rührer nicht vorgesehen ist.
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Zur kontinuierlichen Durchführung einer Reaktion mittels der erfindungsgemässen Vorrichtung wird gegebenenfalls zunächst das Rührwerk der Kolonne in Gang gesetzt und sodann werden ein odermehrere
Rohstoffe durch die Zuleitungsstutzen am Kolonnenkopf eingeführt. In dem Masse, als sich die einzelnen
Kolonnenabschnitte mit den am Kolonnenkopf aufgegebenen Rohstoffen füllen, wird derjenige Roh- und/oder Hilfsstoff, der erfahrungsgemäss nur langsam bzw. in Portionen zugegeben werden soll, durch die Zuleitungsstutzen 17 und/oder 17'zugeführt. Sollen mehrere Roh-und/oder Hilfsstoffe zuge- führt werden, dann werden in jedem Abschnitt der Kolonne entsprechend mehr Zuleitungsstutzen ange- bracht.
Erforderlichenfalls können die Reaktionspartner auch abwechselnd oder nacheinander in die
Kolonne eingeführt werden, wodurch gegebenenfalls zwei oder mehrere Reaktionen im Durchgangsver- fahren aneinander gereiht werden können. Je nach Erforderung werden die Kolonnenabschnitte mit Hilfe der eingebauten Rohrschlangen 16 geheizt oder gekühlt, um sie bei einer für die Reaktion günstigen Temperatur zu halten. Für die Wärmezufuhr bzw. -abfuhr kann jedes geeignete Heiz- oder Kühlmittel, einschliesslich elektrischen Stromes, verwendet werden. Die Temperaturkontrolle erfolgt durch die in die Thermometerstutzen 18 eingebauten Messgeräte. Für die Zudosierung von Reaktionsteilnehmern kann jede bekannte, der Reaktion angepasste Messvorrichtung verwendet werden.
Die Anwendbarkeit der beschriebenen Kolonne ist nachstehend an einigen Beispielen erläutert :
Beispiele :
1. Herstellung von Benzolsulfonsäure :
In eine Reaktionskolonne ohne Rührwerk mit vierzehn Abschnitten, von denen jede einen Durchmesser von 200 mm und eine Höhe von 400 mm besitzt, wird zuoberst rauchende Schwefelsäure mit 7% SO 3 in Stundenmengen von 130 kg kontinuierlich eingetragen. In die oberen zwölf Kolonnenabschnitte wird in der gleichen Weise Benzol zugeführt, u. zw. so, dass eine Gesamtstundenmenge von 39kg (45 l) auf diese gleichmässig verteilt wird. Die Temperatur in der Kolonne wird durch Kühlung auf rund 700C gehalten. In die untersten zwei Kolonnenabschnitte wird kein Benzol zugeleitet, um das Gemisch ausreagieren zu lassen.
Es fallen im Kolonnensumpf stündlich 86 kg Roh-Benzolsulfonsäure an, entsprechend 95,5go der Theorie.
2. Herstellung von Chlorkresol :
In einer Kolonne gemäss Beispiel 1, jedoch mit vierundzwanzig Abschnitten und Rührwerk, werden am Kopf 22kg o-Kresol je Stunde bei einer Temperatur von 350C eingetragen und die Temperatur der gesamten Kolonne auf rund 320C gehalten. In jeden der oberen zwanzig Abschnitte werden 1, 4 kg Sulfurylchlorid je Stunde unter Rühren zugesetzt. In die untersten vier Abschnitte wird kein Sulfurylchlorid eingetragen. Es bilden sich stündlich 27, 5 kg Roh-Produkt, bestehend aus 960/0 Monochlorkresolen und 4% nicht chloriertem o-Kresol. Am Kolonnenkopf entweicht ein Gasgemisch, bestehend aus je 50 Mol-% SO, und HCl.
3. Herstellung von Nikotinamid :
In eine, wie oben beschrieben, mit Rührwerk versehene Reaktionskolonne werden bei einer Temperatur von 1000C am Kolonnenkopf unter Rühren 11, 5 kg/h nicotinsauresAmmonium inForm einer möglichst konzentrierten, wässerigen Lösung eingetragen. Die Kolonne besteht aus fünfzig Abschnitten, deren Temperatur von oben nach unten um je rund 10C zunimmt und in den untersten vier Abschnitten 1400C erreicht. Durch Gaszuleitungsrohre in Bodennähe werden je Abschnitt rund 100 g Ammoniakgas/h eingeleitet. Am Kolonnenkopf entweicht ein Gasgemisch, bestehend aus Wasserdampf und Ammoniak. Am Fuss der Kolonne erhält man stündlich 10, 5kg Roh-Nikotinsäureamid, welches in bekannter Weise durch Umkristallisation gereinigt wird.
4. Herstellung von Maleinsäuredibutylester :
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20 kg in den Kopf einer Kolonne gemäss Beispiel 1, jedoch mit Rührwerk, bei 80 C eingetragen. Unter Rühren werden nun je Kolonnenabschnitt 400 cm3 Benzin je Stunde zugesetzt. Die Kolonnenabschnitte werden mittels einer eingebauten Dampfschlange beheizt, u. zw. so, dass die Temperatur im obersten Abschnitt 900C beträgt und nach unten regelmässig auf 125 - 1300C ansteigt. Die entweichende Brüde wird am Kolonnenkopf gesammelt, von dort abgeführt, kondensiert und in ein Abscheidegefäss geleitet, von wo aus die aus Benzin bestehende Oberschicht in der beschriebenen Weise wieder in die Kolonne zurückgeführt wird. Das abgeschiedene Wasser wird verworfen.
Im Kolonnensumpf sammelt sich Dibutylmaleinat mit 95% figer Ausbeute, welches in üblicher Weise geschönt wird.
5. Herstellung von Alkylbenzolen :
Hiefür wird eine aus vierzig Abschnitten bestehende Reaktionskolonne verwendet, deren oberste zwölf
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Abschnitte Gaszuleitungen 17', jedoch kein Rührwerk besitzen. Auch die Flüssigkeitszuleitungen 17 können hier teilweise fehlen, gegebenenfalls werden sie bis hierher blindgesetzt. Die darauffolgenden zwanzig Kolonnenabschnitte sind mit Rührwerken und, mit Ausnahme der obersten vier, auch mit Flüssigkeitszuleitungsstutzen 17 versehen. Der unterste der obersten sechzehn Abschnitte besitzt am Boden kein Belüftungsrohr 12 und ist somit in der Gasphase von den darunter befindlichen Abschnitten getrennt. Die Abschnitte 33 - 40 (von oben gerechnet) besitzen weder Rührer noch Flüssigkeitszuleitung.
Die Gase aus den Abschnitten 17 - 40 werden in der in Fig. 2 bei 20 oder 20'veranschaulichten Weise seitlich abgeleitet.
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gehören, wird das Reaktionsgemisch auf 450C abgekühlt und in das so vorbereitete Gemisch ab dem 17. bis zum 32. Abschnitt unter Kühlung je 30 kg/h Benzol mit einem Zusatz von 0, 2% Aluminiumchlorid durch den Stutzen 17 zugeführt. Während dieses Vorganges wird gerührt und die Temperatur des Reaktionsgutes durch Kühlung auf 450C gehalten.
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Komplexverbindungen zusammengesetzte Phase zu Boden und wird durch die Stutzen 19 abgezogen. Ein Gemisch, bestehend aus dem Reaktionsprodukt und den nicht umgesetzten Ausgangsstoffen, verlässt die Kolonne durch den untersten der Überlaufstutzen 13 und wird in bekannter Weise weiterverarbeitet.
Sowohl während der Chlorierung (Abschnitte 1 - 16) als auch während der Benzylierung (Abschnitte von 17 abwärts) wird Chlorwasserstoff gebildet. Im ersten Fall fällt der Chlorwasserstoff rein, im zweiten Falle mit Benzoldämpfen gemischt, an. Es besteht daher ein Interesse daran, diese beiden'Abgase gesondert aufzufangen, weshalb die Abgase aus den ersten sechzehn Abschnitten am Kolonnenkopf, der Rest aber aus den Abschnitten 17 - 40 seitlich abgeleitet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Reaktionskolonne zur kontinuierlichen Durchführung chemischer Reaktionen, insbesondere solcher mit mehreren verschiedenen und bzw. oder verschieden zu regelnden Reaktionsphasen mit mindestens einem flüssigen Reaktionsteilnehmer und mindestens einem flüssigen Reaktionsprodukt, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Mehrzahl einzelner, funktionell mindestens teilweise voneinander getrennter Abschnitte mit je einem Überlauf (13) für die flüssige Phase, abschnittsweise voneinander getrennter Zuführungen (17) für flüssige bzw.
(17') in Bodennähe für gasförmige Stoffe, je einer eigenen Produktabführung (19) in Bodennähe, die auch zur Probenahme verwendet werden kann, getrennte Ableitungen für Reaktionsgase bzw. für Hilfsgasüberschuss aus jedem Kolonnenabschnitt und einer an sich bekannten, je für sich regelbaren Heiz- oder Kühleinrichtung (16) in jedem Abschnitt, sowie einem bekannten Kolonnensumpf für die Sammlung des Endproduktes besteht.
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Rohr (12) für die rasche gemeinsame Abführung von Reaktionsgasen bzw. Hilfsgasüberschuss zum gemeinsamen Gasauslass am Kolonnenkopf und gegebenenfalls auf der Welle (9) befestigte, in die Reaktionsflüssigkeit eintauchende Rührarme (14) aufweist.