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L'invention concerne une installation pour exécuter, de façon continue, des réactions avec refroidissement à reflux, dans laquelle instal- lation un certain nombre de chambres de réaction sont accouplées en série.
Il est connu d'exécuter des réactions, à température élevée, par exemple en présence d'un solvant volatil, dans une installation, dans laquel- le récipient de réaction est muni d'un refroidisseur à reflux, les vapeurs condensées dans ce refroidisseur étant ramenées au récipient de réaction.
Dans une installation de ce type, on peut également exécuter des réactions dans lesquelles des composants de la vapeur réagissent l'un avec l'autre en formant des produits à poids moléculaire élevé, qui refluent et ne se vaporisent plus, mais restent à l'état fluide dans le récipient de réaction. C'est ainsi que l'anhydride phtalique brut, par exemple, peut être débarrassé de l'anhydride maléique et de la naphtoquinone qu'il renferme et qui ont toutes deux un point d'ébullition inférieur à celui de l'anhydri- de phtalique. Il se produit alors une réaction de condensation, pendit la- quelle il se forme, à partir de l'anhydride maléique et de la naphtoquino- - ne, des produits de condensation à poids moléculaire élevé qui refluent vers le récipient de réaction et ne se vaporisent plus.
La séparation de l'anhydride phtalique et des produits de condensation à poids moléculaire élevé formés peut se réaliser alorspar distillation.
Pour la réalisation de ces réactions, les simples installations se composant d'un récipient de réaction équipé d'un refroidisseur à reflux présentent le désavantage de ne permettre que difficilement une opération continue, parce que les matières de départ fraîches se mélangeraient toujours avec le produit de réaction, en sorte qu'une distillation continue subséquente est exclue.
L'invention concerne une installation pour réaliser de façon continue des réactions avec refroidissement à reflux dans des chambres de réaction accouplées en série et équipées d'une conduite pour évacuer la vapeur vers un refroidisseur à reflux commundont la conduite, par laquelle le liquide reflue, est reliée à la première chambre de réaction de la série.
Pour expliquer l'invention, on se réfèrera à présent aux quelques dessins ci-annexés,
La figure 1 représente schématiquement une installation, dans laquelle six chambres de réactions 1 sont accouplées en série et sont reliées entre elles au moyen de conduites 2. La dernière chambre de réaction 1 de la série est munie d'une conduite d'évacuation 3 pour le liquide de réaction. Le refroidisseur à reflux 4 avec chemise de chauffage 5 est relié par une conduite 6,par laquelle le liquide reflue, à la première chambre de réaction 1 de la série.
De ces chambres de réaction, qui sont équipées de dispositifs de chauffage non représentés, la vapeur peut s'échapper par les conduites à vapeur 7 et s'introduire dans le refroidisseur à reflux 6 par la conduite 8. Du côté supérieur, le refroidisseur 4 est équipé d'une conduite d'évacuation 9, par laquelle peuvent s'échapper des vapeurs éventuellement non condensées.
Pour l'amenée du produit de départ, le côté supérieur du refroidisseur 4 est équipé d'une conduite d'adduction 10, de façon que le produit de départ puisse s'introduire par le refroidisseur 4 et la conduite 6 dans la première chambre de la série. Si ce mode d'adduction de la matière de départ n'est pas désiré, la conduite d'adduction peut être reliée directement à la première chambre de réaction.
La figure 2 représente schématiquement, en plan, un autre mode de montage des chambres de réaction, la figure 3 étant une coupe verticale suivant la ligne A-A de la figure 2. La première chambre 1 de la série est disposée centralement, les autres chambres 1 étant disposées tout autour de la chambre centraleo Par les conduites de liaison 2,le liqui de de réaction
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peut traverser successivement les chambres 1 dans le sens indiqué par les flèches. Les conduites à vapeur 7 sont reliées au refroidisseur 4.
Dans ce mode de réalisation, la conduite à vapeur 8 est supprimée, tandis que les courtes conduites 7 servant à évacuer les vapeurs suffi sent.
Les figures 4 et 5 représentent un autre mode de réalisation, la figure 4 étant une coupe verticale suivant la ligne c-c de la figure 5 et la figure 5 une coupe verticale suivant la ligne B-B de la figure 4.
Dans cette construction, la série de chambres de réaction est formée par des compartiments 11 d'un récipient cylindrique horizontal 12. Au-dessus du premier compartiment de la série 11, on a disposé un refroidisseur à reflux (non représenté) , dont la conduite de reflux 6 est reliée au premier compartiment.
Les compartiments 11 sont séparés par des cloisons 13, le liqui- de de réaction peut passer par les trous 14 et peut traverser ainsi successivement tous les compartiments 11 et s'évacuer par la conduite 3. Du côté supérieur, les cloisons 13 sont munies de trous 15 , par lesquels les vapeurs peuvent s'écouler vers la conduite 6 et s'introduire ainsi dans le refroidisseur à reflux.
En opérant avec cette forme d'exécution de l'installation selon l'invention, il s'établit un courant continu de liquide le long du fond du récipient 12, tandis qu'il se forme en même temps, en contre-courant avec ce courant, un courant continu de vapeur, le long du côté supérieur du récipient 12.
L'installation selon l'invention se prête en particulier à la réalisation de réactions, pendant lesquelles les réactifs se trouvent, en quantités assez faibles, dans un liquide de réaction à point d'ébullition plus élevé.
Les réactifs peuvent se trouver aussi comme impuretés, dans des produits à épurer. Lors de l'épuration de glycérol par exemple, il faut éliminer des impuretés, qui sont difficiles à séparer par distillation et qui, à des températures plus élevées, donnent lieu à la formation d'un produit coloré. Dans l'installation selon l'invention, les impuretés colorantes sont converties en un produit résineux, en faisant bouillir le glycérol impur dans les chambres de réaction.. Comme produit de réaction, on obtient du glycérol contenant un produit résineux qui peut en être éliminé par distillation et est retenu comme résidu de réaction. Le glycérol ainsi épuré se prête à la préparation de résines artificielles incolores, par exemple par condensation avec de l'anhydride phtalique.
Un autre exemple consiste dans l'épuration d'anhydride phtali- que, au cours de laquelle les impuretés, se composant principalement d'anhydride phtalique et de naphtoquinone, sont converties en un produit de condensation à poids moléculaire élevé, qui se sépare facilement par distillation de l'anhydride phtalique.
L'installation suivant l'invention peut aussi être utilisée pour l'épuration de substances qui, avant distillation, doivent être soumises à un pré-traitement consistant en un chauffage avec un composé chimique ajouté, pour assurer que les impuretés présentes, qui pourraient passer lors de la distillation, soient converties en des composés faciles à séparer pendant la distillation. A titre d'exemple, on peut citer le caprolactame, qui,comme on le sait, doit être chauffé avant ou pendant la distillation avec des matières d'addition chimiques telles que, par exemple,l'hydroxyde de sodium, l'acide sulfurique ou le permanganate de potassium.
L'installation suivant l'invention se prête, en particulier, à un prétraitement de ce genre.. Pendant la distillation subséquente, les impuretés sont retenues comme résidu, en même temps que les matières ajoutées.
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L'installation suivant l'invention permet aussi d'enlever le soufre de produits organiquestel que le phénol, qui doit être débarrassé du thiophénol volatil qu'il renferme. Cette oxydation, qui peut se réali- ser avec de l'air ou avec d'autres agents d'oxydationpeut être effectuée dans l'installation décrite dans laquelle le thiophénol est converti en bi- sulfure de diphényle non volatil quipendant la distillation, reste sous forme de résidu.
Dans les exemples suivants, on décrit quelques applications de l'installation selon l'invention.
EXEMPLE 1
Dans une installation,telle que représentée aux figures 2 et 3, on a épuré du glycérolo On a utilisé une petite installation renfermant sept chambres de réaction de 150 1 chacune. Le glycérol a été amené dans la première chambre de réaction de la série à une vitesse de 0,1 litre à l'heure par litre de volume de la chambre de réaction. Dans les chambres de réaction, la température a été maintenue à 300 C environ, alors que la tem- pérature, à la partie supérieure du refroidisseur à reflux, était de 250 0.
Le temps de séjour du glycérol dans l'installation était de 12 heures environ.Le glycérol de couleur brun foncé évacué de façon continue a été conduit au dispositif de distillation où il a été distillé de façon continue. Le résidu de la distillation était constitué par un résidu de couleur brun foncé. Le glycérol distillé était incolore et ne se décolorait pas lors d'un chauffage à 250 C pendant quelques heures.
EXEMPLE 2.
Dans une installation, telle que représentée aux figures 4 et 5, on a épuré de l'anhydride phtalique. L'installation utilisée se composait de six chambres de réaction de 150 1 chacune, séparées par des cloisons. De l'anhydride phtalique fondu a été amené de façon continue, par le refroidisseur à reflux, dans la première chambre de réaction de la série à une vitesse de 0,2 1 à l'heure par litre de volume de cette chambre de réaction. Le produit de réaction a été évacué à la même vitesse de la dernière chambre de réaction.
Pour essayer le fonctionnement de cette installation, on est parti d'anhydride phtalique pur, auquel on a ajouté, par 100 parties en poids, 1 partie en poids de naphtoquinone et 2 parties en poids d'anhy- $ride maléque.
La température a été maintenue dans les chambres de réaction à 284 C alors que la température au voisinage de la partie supérieure du refroidisseur à reflux était de 155 C. Le temps de séjour du liquide de réaction dans l'installation était de 6 heures environ.
Le liquide évacué de la dernière chambre de réaction a été conduit à un dispositif de distillation et distillé de façon continue.On a obtenu de cette manière de l'anhydride phtalique d'un blanc pur (point de solidification : 131,3 C), qui ne contenait pas de naphtoquinone et avait une teneur en anhydride maléique inférieure à 0,01%.
On a obtenu les mêmes résultats lors d'un essai suivant, dans lequel on est parti d'anhydride phtalique auquel on a aj outé , par 100 parties en poids, 3 parties en poids de naphtoquinone et 6 parties en poids d'anhydride maléique.
EXEMPLE 3.
Dans la même installation qu'à l'exemple 2, on a épuré du phénol contenant 0,3 % de soufre. Le phénol fondu a été conduit à la première chambre de réaction, dans laquelle on a introduit en même temps de l'air.
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La vitesse d'adduction et le temps de séjour correspondaient environ à ceux de l'exemple 2. La température a été maintenue dans les chambres de réaction à 182 - 185 C et à la partie supérieure du refroidisseur à reflux à 80 - 90 C. Le produit de réaction a été distillé de façon continue. On a obtenu de cette manière du phénol épuré contenant moins de 0,003 % de soufre.
REVENDICATIONS. l. - Installation pour exécuterde façon continue, des réactions avec refroidissement à reflux dans des chambres de réaction accouplées en série, caractérisé en ce que les chambres de réaction sont munies d'une conduite pour évacuer la vapeur vers un refroidisseur à reflux com- mun, dont la conduite, par laquelle le liquide reflue, est reliée à la première chambre de réaction de la série.
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The invention relates to a plant for continuously carrying out reactions with cooling to reflux, in which the plant a number of reaction chambers are coupled in series.
It is known to carry out reactions, at high temperature, for example in the presence of a volatile solvent, in an installation in which the reaction vessel is provided with a reflux cooler, the vapors condensed in this cooler being returned to the reaction vessel.
In a plant of this type, reactions can also be carried out in which components of the vapor react with each other to form high molecular weight products, which reflux and no longer vaporize, but remain in the air. fluid state in the reaction vessel. This is how crude phthalic anhydride, for example, can be freed from maleic anhydride and naphthoquinone it contains, both of which have a lower boiling point than phthalic anhydride. . A condensation reaction then takes place, in which high molecular weight condensation products form from maleic anhydride and naphthoquino- ne which flow back to the reaction vessel and do not form. spray more.
The separation of the phthalic anhydride and the high molecular weight condensation products formed can then be carried out by distillation.
For carrying out these reactions, simple installations consisting of a reaction vessel equipped with a reflux cooler have the disadvantage of not allowing continuous operation with difficulty, because the fresh starting materials would always mix with the product. reaction, so that subsequent continuous distillation is excluded.
The invention relates to an installation for carrying out reactions continuously with cooling to reflux in reaction chambers coupled in series and equipped with a pipe for discharging the vapor to a common reflux cooler, the pipe of which, through which the liquid flows back, is described. is connected to the first reaction chamber in the series.
To explain the invention, reference will now be made to the several accompanying drawings,
Figure 1 shows schematically an installation, in which six reaction chambers 1 are coupled in series and are connected to each other by means of pipes 2. The last reaction chamber 1 of the series is provided with an evacuation pipe 3 for the reaction liquid. The reflux cooler 4 with heating jacket 5 is connected by a line 6, through which the liquid flows back, to the first reaction chamber 1 of the series.
From these reaction chambers, which are equipped with heaters not shown, the steam can escape through the steam pipes 7 and enter the reflux cooler 6 through the pipe 8. On the upper side, the cooler 4 is equipped with a discharge pipe 9, through which possibly non-condensed vapors can escape.
For the supply of the starting product, the upper side of the cooler 4 is equipped with a supply line 10, so that the starting product can enter through the cooler 4 and the line 6 into the first chamber of series. If this mode of adduction of the starting material is not desired, the feed line can be connected directly to the first reaction chamber.
Figure 2 shows schematically, in plan, another method of mounting the reaction chambers, Figure 3 being a vertical section along the line AA of Figure 2. The first chamber 1 of the series is arranged centrally, the other chambers 1 being arranged all around the central chamber o Via the connecting pipes 2, the reaction liquid
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can successively pass through the chambers 1 in the direction indicated by the arrows. The steam pipes 7 are connected to the cooler 4.
In this embodiment, the steam line 8 is omitted, while the short lines 7 serving to discharge the vapors suffice.
Figures 4 and 5 show another embodiment, Figure 4 being a vertical section along line c-c of Figure 5 and Figure 5 a vertical section along line B-B of Figure 4.
In this construction, the series of reaction chambers is formed by compartments 11 of a horizontal cylindrical vessel 12. Above the first compartment of the series 11, there is disposed a reflux cooler (not shown), the pipe of which reflux 6 is connected to the first compartment.
The compartments 11 are separated by partitions 13, the reaction liquid can pass through the holes 14 and can thus successively pass through all the compartments 11 and be discharged through the pipe 3. On the upper side, the partitions 13 are provided with holes 15, through which the vapors can flow to line 6 and thus enter the reflux cooler.
By operating with this embodiment of the installation according to the invention, a continuous flow of liquid is established along the bottom of the container 12, while it is formed at the same time, in counter-current with this stream, a continuous stream of steam, along the upper side of the vessel 12.
The installation according to the invention is particularly suitable for carrying out reactions, during which the reactants are found, in fairly small quantities, in a reaction liquid with a higher boiling point.
The reagents can also be found as impurities, in products to be purified. In the purification of glycerol, for example, it is necessary to remove impurities, which are difficult to separate by distillation and which, at higher temperatures, give rise to the formation of a colored product. In the plant according to the invention, the coloring impurities are converted into a resinous product, by boiling the impure glycerol in the reaction chambers. As the reaction product, glycerol is obtained containing a resinous product which can be removed therefrom. by distillation and is retained as the reaction residue. The glycerol thus purified lends itself to the preparation of colorless artificial resins, for example by condensation with phthalic anhydride.
Another example is the purification of phthalic anhydride, in which the impurities, consisting mainly of phthalic anhydride and naphthoquinone, are converted into a high molecular weight condensation product, which is easily separated by distillation of phthalic anhydride.
The installation according to the invention can also be used for the purification of substances which, before distillation, must be subjected to a pre-treatment consisting of heating with an added chemical compound, to ensure that the impurities present, which could pass during distillation, are converted into compounds which are easy to separate during distillation. As an example, there may be mentioned caprolactam, which, as is known, must be heated before or during distillation with chemical additives such as, for example, sodium hydroxide, sulfuric acid or potassium permanganate.
The installation according to the invention lends itself, in particular, to a pretreatment of this kind. During the subsequent distillation, the impurities are retained as residue, at the same time as the added materials.
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The installation according to the invention also makes it possible to remove the sulfur from organic products such as phenol, which must be freed from the volatile thiophenol which it contains. This oxidation, which can be carried out with air or with other oxidizing agents, can be carried out in the installation described in which the thiophenol is converted into non-volatile diphenyl bisulphide which during the distillation remains under. form of residue.
In the following examples, a few applications of the installation according to the invention are described.
EXAMPLE 1
In an installation, as shown in FIGS. 2 and 3, glycerol was purified. A small installation was used which contained seven reaction chambers of 150 l each. Glycerol was fed into the first reaction chamber of the series at a rate of 0.1 liters per hour per liter of reaction chamber volume. In the reaction chambers the temperature was maintained at about 300 ° C., while the temperature at the top of the reflux cooler was 250 ° C.
The residence time of the glycerol in the installation was approximately 12 hours. The dark brown glycerol discharged continuously was taken to the distillation device where it was distilled continuously. The residue from the distillation was a dark brown residue. The distilled glycerol was colorless and did not fade on heating at 250 ° C. for a few hours.
EXAMPLE 2.
In an installation, as shown in Figures 4 and 5, phthalic anhydride has been purified. The installation used consisted of six reaction chambers of 150 liters each, separated by partitions. Molten phthalic anhydride was continuously fed through the reflux cooler into the first reaction chamber of the series at a rate of 0.2 l per hour per liter of volume of this reaction chamber. The reaction product was discharged at the same rate from the last reaction chamber.
To test the operation of this installation, we started with pure phthalic anhydride, to which were added, per 100 parts by weight, 1 part by weight of naphthoquinone and 2 parts by weight of maleic anhydride.
The temperature was maintained in the reaction chambers at 284 ° C. while the temperature near the upper part of the reflux cooler was 155 ° C. The residence time of the reaction liquid in the plant was approximately 6 hours.
The liquid evacuated from the last reaction chamber was taken to a distillation device and continuously distilled. In this way, pure white phthalic anhydride (solidification point: 131.3 C) was obtained, which did not contain naphthoquinone and had a maleic anhydride content of less than 0.01%.
The same results were obtained in a subsequent test, in which phthalic anhydride was used, to which were added, per 100 parts by weight, 3 parts by weight of naphthoquinone and 6 parts by weight of maleic anhydride.
EXAMPLE 3.
In the same installation as in Example 2, phenol containing 0.3% sulfur was purified. The molten phenol was taken to the first reaction chamber, into which at the same time air was introduced.
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The adduction rate and residence time corresponded approximately to those of Example 2. The temperature was maintained in the reaction chambers at 182 - 185 C and in the upper part of the reflux cooler at 80 - 90 C. The reaction product was continuously distilled. In this way, purified phenol containing less than 0.003% sulfur was obtained.
CLAIMS. l. - Installation for carrying out continuous reactions with cooling to reflux in reaction chambers coupled in series, characterized in that the reaction chambers are provided with a pipe for discharging the vapor to a common reflux cooler, of which the pipe, through which the liquid flows back, is connected to the first reaction chamber of the series.