CN102361687A - 用于非催化或均相催化反应的管束反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有平板进料罩盖的管束反应器。或者，出料罩盖也可为平板设计。该平板设计降低在不是仅在管束中进行的反应类型(非催化反应和具有均匀分布的催化剂的反应)中在罩盖中形成的反应热。已经在罩盖中进行的不希望反应由于积聚热而由此被显著抑制，从而在温度敏感性反应中实现更大选择性。此外，可精确控制罩盖内的温度分布。该管束反应器包括具有与管束反应器的进料罩盖连接的进料端的管束，其中该进料罩盖以具有在进料端的截面积和内部体积的平板形状设计并且内部体积与截面积之比小于0.35m。此外，本发明通过一种操作管束反应器的方法实施，包括：将反应物混合物引入管束并使至少一部分反应物混合物在管束内转化成产物。该引入步骤包括：将反应物混合物供入管束反应器的进料罩盖的内部空间并将反应物混合物以流体流动形式输送至管束进料端。该流体流动在一进入进料端就具有截面积且流体流过的进料罩盖内部空间具有内部体积；其中内部体积与截面积之比小于0.35m。

Description

用于非催化或均相催化反应的管束反应器
发明领域
本发明涉及用于反应混合物的反应物向产物连续化学转化的反应器领域，尤其是管束反应器及其操作方法。该类反应器用于基本以气相和/或液相存在的自由流动物质混合物的连续转化。反应条件经由反应物供料和由管束反应器排出的转化混合物的再循环控制。此外，反应条件经由操作参数如反应器内的温度、压力和流速控制，其直接影响化学转化过程。通常而言，在管束反应器内，管束各管内的催化剂还用于将反应限制在催化剂位置，即限制在管处。
管束反应器在催化剂存在或不存在下用于物质混合物内可控的化学反应行为，尤其是以生产规模，用于多种反应物和产物。
现有技术
管束反应器通常通过“管壳式”设计生产，该设计类似于管束换热器。例如，在“Chemical Process Equipment”，Walas，Stanley M.，Butterworth-Heinemann，Series in Chemical Engineering，Butterworth-Heinemann，USA中，第569页描述了一组也被认为是换热器的管束反应器。然而，在换热器中，热仅由一次回路传输到二次回路或反之，而在管束反应器中在那里又发生反应，反应热经由介质回路去除或供应，介质回路就流体技术而言是独立的，但就热而言是耦合的。在管束反应器中在那里发生反应，热交换介质又在包围管束的壳内流动且循环并由此形成介质回路。热交换介质通过与管束接触而将管内空间的热去除或通过接触供应热。
管束反应器通常用作多相催化反应用固定床反应器。在多相催化中，反应物流体的化学反应或反应混合物的转化在催化剂作用下进行，催化剂具有不同于反应物的物质状态并且在该情况下由固体构成。在固定床反应器的情况下，构成催化剂的固体和由固体形成的表面在管束反应器内是安全的，无论固体是固定在管束各管内还是以另一方式，其中催化剂固定或紧固在管束各管内，使得反应物流体可在不夹带催化剂下输送通过。其中管束反应器用作固定床反应器的多相催化反应的实例为苯氧化成马来酸酐，丁烯醛氢化成1-丁醇，由乙烯、乙酸和氧气合成乙酸乙烯酯以及由乙烯和氯气合成氯乙烯。这些和其他实例可在例如“Perry′s ChemicalEngineers Handbook”，第7版，1997，第23-38页中找到。在所有情况下，各方法在低压下进行。具有所规定最高压力的方法为丁烯醛氢化成丁醇，其在约39巴下进行(例如见“Applied Industrial Catalysis”，第1卷，Academic Press，1983，第51页)。氯乙烯合成例如在仅4-6atm下进行(参见“Applied Industrial Catalysis”，第1卷，Academic Press，1983，第251-252页和第264页)。
管束反应器的各种构造变型在这些出版物中和由文献已知。例如，出版物DE 202 19 277 U1、DE 202 19 278 U1和DE 202 19 279 U1描述了管束反应器的细节构造，其全部用作固定床反应器。这些出版物涉及管束反应器内的热管理，其中一个方案是借助安装在反应器外部的冷却盘管使反应器中的冷却介质在管束末端高度处从外部冷却，或通过借助外部支路导入新鲜冷却介质影响热管理。其次，公开了换热器，其在管束末端高度处与在外部反应器处的冷却盘管连接以调节管束内温度，尤其是反应器管束末端温度。然而，在该出版物中描述的全部构造中，使用将管束设计成圆筒的管束反应器并且所连接的大体积机盖用于连接管束。
此外，US 4,221,763描述了管束反应器，其具有围绕在管束四周的圆筒形中间夹套部分和用于进料或出料的末端凸缘连接的罩盖。在该情况下，与管束各管连接的一组管安装在进料罩盖中。进料罩盖体积用于混合和转化反应物。冷却流体围绕反应器管束流动以冷却。该出版物中详细描述的反应器构造具有几个缺点。构造复杂且由此花费高。仅机盖耐压，这导致停工的风险，因为反应管具有薄壁且仅由冷却介质的相反压力支撑。如果冷却介质压力下降，将导致反应管爆裂，对于反应侧的压降也是如此。在该停工情况下存在于冷却介质(高压)和反应介质(降低的压力)之间的压差可容易地毁坏反应管的结构完整性。
文献DE 1 601 162描述了为进行反应而安装的管束换热器。该换热器包括装有催化剂的管，使得反应仅在管束内进行。在管束内，在管之间以可控方式使用隔板，以降低在管之间的单一冷却剂流动。在未详细描述的罩盖中没有反应进行，因为那里不存在催化剂。
EP 1 080 780 A1同样公开了具有管束的反应器，管束中的管安装有固定催化剂床。气相反应物反应的反应热由此仅在管束内产生，管束具有环状截面以更好冷却。管束内部区域保持中空以改进热去除和防止热点。该措施仅涉及管束。在罩盖中基本没有反应进行，因为那里不存在催化剂材料。
EP 1 080 780 A1又公开了类似的反应器，其同样用于催化气相氧化，其中使冷却流体适当地混合以有效除去基本仅在固定催化剂床管束处产生的热。在反应器罩盖中管束之外也基本没有反应进行。
对于特殊化学反应，管束反应器提供一整套优点。一个优点在于管束反应器内的流动非常接近理想的活塞式流动，具有极低的返混。管束反应器由此特别适合于其中可能进行其他反应的反应。尤其是当所形成的目标产物快速反应而产生转化产物时，用管束反应器可实现高选择性。在较高转化率情况下也是如此。此外，管束反应器提供的优点还在于装置复杂性和与测量和控制有关的复杂性显著低于例如具有类似输出的搅拌釜级联情况。
此外，管束反应器借助大的管外总面积提供大的热交换面积。由此还可以在强放热或吸热反应的情况下有效控制反应温度。更特别地，可保持窄的温度范围且可有效地控制或抑制反应器内或管束内的温度梯度。对于给定的生产能力，另一优点在于管束反应器内显著更低的压降，相比于由单一反应管组成的反应器。因此，为了将反应混合物输送通过反应器而需要施加的功率在使用管束反应器的情况下也显著降低。
根据现有技术，将管束反应器，尤其是用于多相催化反应的管束反应器设计成具有大体积入口和出口罩盖。例如将它们设计成半球或具有与半球类似的体积形式的旋转椭圆体。这样的原因是大体积入口罩盖降低进入的反应物料流的动压力并均匀流动至管束的全部反应管。入口罩盖内的体积由此用于使反应混合物在进入之后分解并且其部分结果是大体积的反应物料流输送导致入口速率和反应管全部入口端的压力大致相同。更特别地，现有技术的入口机盖优选构造使得仅在罩盖内大体积范围内宽扇形展开导致管束入口端反应料流截面内的均匀压力分布。大体积防止直接的入口流动仅到达管束中间并且反应管边缘承受显著更低的压力或显著更低的反应物料流流动。
其一个实例为DE 202 19 277 U1中的构造，由图1罩盖内(尤其是入口罩盖内)的流动箭头很明显看出罩盖内部的体积或形状起均化流动特性的作用。然而，其中所示反应器设计成固定床反应器，使得反应基本在管束内进行；结果，反应的局限于反应器管束体积内，而在罩盖构造中，不必考虑其中进行的反应和相关的温度变化。该程序也可以由DE 202 19 279U1获知，其中具有额外环形通道的管束入口部分和出口部分用于温度控制，然而，由于其在管束上的排列而不用于也不适合用于入口罩盖内(即管束外)的温度控制。
然而，当反应不局限于管束内时，例如在非催化进行的反应中，或当催化剂均匀溶解在反应混合物中或与反应混合物形成悬浮液时，仅得到不充分的控制入口罩盖内反应的反应过程的手段，此时使用构造用于多相催化反应且反应基本在管束内进行的反应器。然而，由于入口罩盖内的大体积，反应可以不可控方式尽早在入口罩盖内进行，此时反应不局限于管束内。例如在强放热情况下，这导致显著升高的温度，使得有价值产物因不希望的化学反应如聚合而损失。此外，放热反应，尤其是在入口罩盖内的放热反应可导致温度升高至反应不可控且急剧变化的程度。在极端情况下，这甚至可能导致反应器损坏。
EP 1 882 518 A2描述了一种改变管束反应器温度的方法，其中当热载体不再充分地循环时将温度控制气体输送通过管束，按照启动或停止过程中的体积流动而使温度控制气体适当地节流。然而，这并不涉及管束反应器入口罩盖或出口罩盖中存在的混合物的加热或冷却。
当所需反应的反应物和/或产物是热敏性的时，构造用于多相催化反应的管束反应器同样是不合适的。在大体积入口和出口罩盖中的较高停留时间可导致发生有价值产物的显著损失和低选择性。
常规大体积入口罩盖的另一缺点在于入口罩盖内(或出口罩盖内)不可控反应可能在反应混合物泵能量供应不足的情况下进行。如果能量供应不足，则反应物和产物不再输入和输出并且由此较大量的反应混合物保留在罩盖内，这可能由于基于罩盖体积的低表面积而仅在很小程度上被温度影响。
此外，已知反应器的罩盖形状由静态和稳定性决定，静态和稳定性具有使罩盖内横向力最小化和由此甚至在低厚度片状金属情况下获得足够耐压性的目的。
总之，管束反应器中大体积入口和出口罩盖用于使进入的混合物减压并使其均匀分布于管束各管之间，使得管束入口端的入口压力或入口速率均匀。现有技术没有公开任何类型的用于均匀进料而不是借助大体积罩盖成扇形分布进料流的替代机制。这同样适用于出口罩盖，出口罩盖同样构造有大体积以不在管中边缘处产生返混并且使以大体积离开管束的混合物束缚成一股出料流而不产生明显湍流。由于罩盖内的大体积，大量反应混合物在那里输送通过，尤其是在非催化反应的情况下或在均匀分布催化剂的情况下，这导致罩盖内的高温度梯度，高温度梯度导致不希望反应程度升高。首先，在连续操作的情况下，这导致罩盖体积内与低可控性相关的低选择性，并且在其中反应混合物仅不充足地输送的故障操作的情况下，导致临界温度和压力条件，临界温度和压力条件在极端情况下可能导致反应混合物的不可控排出。
因此，本发明目的是提供一种管束反应器或操作管束反应器的方法，使用该管束反应器还可以高选择性进行非催化和均相催化反应。相关目的是提供一种管束反应器和操作管束反应器的方法，其能够获得甚至在罩盖内的精确温度状况，例如在热敏性反应物的转化中和/或对于具有热敏性反应产物的反应。本发明管束反应器和本发明方法尤其适合于非催化反应和其中催化剂就位置而言不局限于管束内的反应，即具有均匀溶解于反应混合物中的催化剂的反应和具有悬浮于反应混合物中的催化剂(即具有多相分布催化剂，如例如使用颗粒状阮内镍作为催化剂的氢化情况下那样)的反应。此外，本发明管束反应器和本发明方法还适合于使用固定床催化剂的反应。
发明概述
本发明基于的概念是配备具有较小内部体积的入口罩盖，反应混合物通过该入口罩盖供入管束反应器的管束。相比于现有技术反应器，这允许更好地控制罩盖内的混合物温度，同时罩盖内存在质量更少的反应混合物，基于管束内质量。这可能实现的结果是在反应器中不同位置处(即罩盖和管束)的温度可以基本相互匹配并且基本均匀的反应条件由此存在于整个反应器中，即使罩盖内流动条件和热传导机制不同于管束中那些。罩盖内温度尤其可通过用本发明构造的外部热供应或热去除精确控制并且本发明罩盖构造防止罩盖本身反应条件的不均匀。平板构造借助增加的传热(基于罩盖体积)允许抑制罩盖内热点，使得还可以高选择性获得热不稳定产物，因为罩盖内热分布基本是均匀的。整个罩盖内反应条件基本对应于管束内反应条件，其结果是罩盖内(相比于管束)温度偏差没有影响选择性。罩盖内几乎全部反应混合物具有与管束内混合物相同的温度。罩盖内仅可忽略比例的混合物或没有混合物具有不同(甚至仅略微不同)于管束内的温度。更特别地，罩盖内反应条件可以与管束内反应条件更好地匹配，因为仅少量反应混合物存在于罩盖中，基于管束内质量和基于物料通过速率。
较小体积指的是基于反应器尺寸的本发明罩盖体积，其小于基于反应器尺寸的现有技术罩盖体积。就此而言，反应器尺寸可看作是(i)管束截面，(ii)形成管束的各管的内部体积，(iii)完全包围管束的体积，(iv)包围管束的壳的体积或(v)在可控操作下管束反应器的生产率。此外，可以使用其他几何或工艺技术反应器参数以用作罩盖体积的参照点或标准。现有技术罩盖在这里被认为是说明书引言部分描述的罩盖形式，即半球形罩盖、钟形罩盖或其形状为旋转椭圆体且为现有技术管束反应器一部分的常规罩盖。
本发明进料罩盖的低体积相当于进料罩盖的平板设计，其截面轮廓不同于半球形、常规旋转椭圆体和其他钟形的现有技术罩盖，其中罩(在此处将混合物供入)的截面明显不同于罩盖与反应器管束部分连接端的截面，并且由于罩与连接端之间短距离，截面朝向连接端同时显著增加。换言之，从罩盖罩向上至与反应器管束部分连接处的开口轮廓与沿着纵轴朝向管束的截面积增加相关，这显著大于常规半球形或旋转椭圆体罩盖情况下的增加。连接端为罩盖的面向管束或邻接管束(即邻接管束进料端或出料端)的那端。
在本发明管束反应器构造情况下截面积的较高增长自动与罩盖表面积和罩盖内部体积(显著大于常规罩盖构造)之比相关，这导致在小罩盖内部体积内基于待冷却质量(或通常要控制其温度)的更好热去除(或热供应)。热供应或热去除在这里尤其通过热传导(例如传导至介质如环境空气或冷却流体)或通过自然对流实现。然而，将外部混合物料流供入管束所需要的截面增加特别是与基于管束反应器内或管束内总量的管束外(即进料罩盖内)反应混合物比例较低相关。借助进料罩盖内(即管束外)反应混合物的小体积和由此少量，所提供的反应条件可以更均匀，使得罩盖内反应条件可与管束的反应条件相匹配，并且由此罩盖中和管束中的温度(和压力)基本相同。除了本发明罩盖的小体积之外，其平板形式也通过基于罩盖体积的大表面积实现。由于该大表面积(基于体积)，在该体积内产生的反应热可有效地在大表面积上去除(即尤其是经由与罩盖连接的管束的管板以及经由罩盖朝外的一侧去除)。平坦且小体积设计防止罩盖内热点形成，因为热可有效从罩盖中任意点去除，即以高传热速率去除。尤其在具有均匀分布催化剂的反应的情况下和在不用催化剂进行或在管束外进行的反应的情况下，由此还可以实现罩盖内的稳定条件或罩盖中的条件可与管束中的条件相匹配。尤其在严格反应形势的情况下，例如在自动加速反应中或当反应混合物流动被干扰时，进料罩盖内(即管束外)的少量反应混合物可以更好地控制，原因包括少量和罩盖内更好的辐射冷却，其通过相比于现有技术罩盖而言更大的罩盖表面积/内部体积之比产生。经由罩盖的放热与经由管板的显著放热相加，其用位于背对罩盖那侧的管束的冷却介质冷却。罩盖内反应混合物的冷却因此由该两侧进行，即由管板和相对的罩盖罩进行。通常而言，通过管板的冷却效果显著强于罩盖罩处的冷却效果，但尤其在热敏性产物的情况下重要的是温度在任何点都不显著偏离目标(即也不在罩盖罩处)。
因此，本发明进料罩盖的平板设计可由基于进料罩盖罩(即罩盖与管束端相对的内表面)和与管束反应器管束段的连接点之间的距离的截面积增加而限定。就此而言，为了覆盖截面增加，流体料流经由其供入罩盖的截面(在多个入口孔或入口点的情况下：总截面)以与流过面向管束的进料罩盖端的流体料流截面的关系式表示。更特别地，在管束处的进料罩盖截面可以以与进料罩盖相对端处的全部入口孔的总截面的关系式表示，以覆盖截面增长。该截面增长基于罩盖高度。罩盖高度为罩盖两端之间的距离，即面向管束端和相对端之间的距离。根据本发明，罩盖从罩盖始端至罩盖末端(位于管束的进料端)的截面在短距离内沿着管束反应器的纵轴增加。这与现有技术以半球形式或以已知旋转椭圆体形式的截面积增长相反。对于截面增长所报导的量度可以为每毫米截面积的增长(以百分数表示)。具有常规半球或圆形(circle segment)形式的已知反应器的一般值具有0.1-0.3％/mm的截面积增长，而在本发明构造的情况下，进料罩盖通常具有至少1％/mm、至少2％/mm、至少3％/mm、至少4％/mm、至少5％/mm、至少6％/mm、至少7％/mm、至少8％/mm、至少10％/mm、至少12％/mm、至少15％/mm、至少20％/mm等的值。在这里应注意的是对于具有旋转抛物体或半球形式的罩盖，理想化形式并不以该根据形成基础，在该情况下平面部分不形成圆而是形成直接在球表面或者在旋转抛物体尖端的点。代替理想化数理形式，这里的出发点是实际形式，其中进料/出料过孔存在于罩盖罩处。这些过孔的位置用作记录截面增长的参考点。截面增长由此基于由输送和进入的反应混合物提供的流动截面的加宽。截面增长被认为是由流动反应混合物占据的截面的增长。由于流动沿着进料罩盖内表面进行，其轮廓对截面增长是关键的。附图描述详细地额外阐述了本发明罩盖形式及其通过沿着纵轴朝向管束反应器的管束的截面增加的限定。截面增长不是微分参数，但是通过将罩盖的入口过孔/全部入口过孔的截面积与罩盖在管束出料端具有的截面积相比较而测量。截面增长由此基于整个罩盖的高度，即进料端与罩盖相对出料端的内表面的距离。在多股进料料流的情况下，用于高度的测量值可为全部进料的平均高度或全部高度中的最大值。
在本发明另一方面，平板设计的特征在于罩盖内部体积以与管束过渡处的截面积的关系式表示。内部体积的特征在于罩盖内反应混合物的质量(罩盖内反应混合物的质量由于缺少控制手段而对于反应过程，尤其是选择性是关键的)，而罩盖在管束进料端(罩盖向管束过渡处)的截面积的特征在于用于定性评估内部体积及由此罩盖是否具有平坦构造或者反应混合物基于管束截面的相对量是否能够将管束内的反应过程显著转换成罩盖内的反应过程的相关参照参数。换言之，根据本发明希望内部体积较小且相应截面积较大，使得内部体积中反应混合物的总量(以绝对值考虑)即使在正常或低流速下也能快速通过截面积进入管束，以能够与那里的温度和压力条件相匹配。因此，混合物在罩盖中的停留时间在其进入管束之前很短，其结果是混合物在罩盖中停留的关键时间显著缩短。混合物在罩盖中的停留比混合物在管束中的停留更关键，因为管束中的温度可显著更好地控制。
对于现有技术管束反应器的罩盖，尤其是对于进料罩盖的一般设计由于凸出形式而具有0.6m-0.8m的内部体积与截面积之比。这意味着对于每平方米管束入口处(或出口处)-即管板处的截面积有0.6m3-0.8m3的反应混合物存在于管束上游或储存在管束下游出料罩盖中并由此存在于通过管束冷却提供的温度控制之外。换言之，对于每平方米管束的入口面积有0.6m3-0.8m3的反应混合物在常规进料罩盖的情况下必须立即储存在进料罩盖入口和管束实际入口之间，而不能够如在管束内控制工艺条件那样控制工艺条件。尤其在反应混合物输送体系突发故障的情况下，很明显较大量反应混合物存在于可控管束之外。因此，根据本发明，提供的内部体积与截面积之比≤0.5m、≤0.4m、≤0.35m、≤0.3m、≤0.25m、≤0.2m、≤0.15m、≤0.1m、≤0.08m或≤0.05m。这实现的效果在于在进料罩盖中以及如果合适在与管束出料端连接的出料罩盖中，基于由管束的截面积决定的管束容量，有体积较少或质量较少的反应混合物存在于管束反应器内的管束之外。
在本发明另一方面，进料罩盖(或出料罩盖)的平板设计可通过罩盖两个相对端之间的最大距离(即罩盖罩和管板之间的罩盖高度)相对于管束转折处的截面积的合适比实现。该最大距离是指内部体积的最大内部高度，其中该距离在进料罩盖内表面和管束进料端(即管束始端)之间测量。最大距离还可以称为大量合适形式的罩盖中的罩盖高度，即罩盖罩相对于与管束连接的罩盖末端的高度。此外，与管束的进料端无关，最大距离可被认为是进料罩盖内表面和进料罩盖所终止的平面之间的最大距离。以相同方式，这限定了出料罩盖的设计，在该情况下管束出料端代替进料端。最大距离由此在罩盖或罩盖内部体积完全呈凸形的情况下是指罩盖的最大高度，基于管束反应器中间，即基于管束。在另一实施方案中，其中罩盖不完全以凸形弯曲，而是通常以在管束处平面中终止的形式存在，之间的轮廓分几部分是均匀的，最大距离以具有与进料罩盖的终止平面的最大距离的位置的距离计算。例如，一个设计包括具有分几部分平坦或完全平坦的基托的罩盖，其中该基托以平行于罩盖的终止平面而构造。该设计例如包括圆筒形设计，其中基托在一个平面内完全延伸并且与管束连接，或包括经由与管束纵轴平行延伸的侧壁围绕管束的反应器壁。在该情况下，最大距离对应于基托和管束末端之间或基托和罩盖终止平面之间的距离。罩盖的终止平面可以在其中存在管束末端的平面内，或可以沿着管束纵轴与其偏移，例如当管束末端与罩盖的终止平面朝向出料罩盖偏移时。在由偏移产生的中间空间中，可以提供进料管线或间隙或穿孔板，以将从罩盖的终止平面排出的流体流供应至管束。如已说明，截面积以罩盖或罩盖内部在进料端或在出料端具有的面积描述。截面积还可以被认为是在罩盖终止平面中的罩盖截面积。更特别地，该截面积可以被认为是反应器壁在管束一端高度处具有的面积。上文使用的截面积的定义可与下文的定义自由互换。根据本发明，本发明罩盖设计借助由此定义的最大距离(即罩盖高度)相对于由此定义的截面积之比实现，该比≤0.15m-1、≤0.1m-1、≤0.075m-1、≤0.06m-1、≤0.05m-1、≤0.04m-1、≤0.03m-1、≤0.025m-1、≤0.02m-1或≤0.01m-1。由于罩盖最大距离明显经由罩盖的几何形状与内部体积有关，基于截面积的最大距离也为罩盖平板设计的合适量度。该平板设计防止大量反应混合物存在于反应器内，而是存在于管束外。如已说明，在罩盖中预计的该量不能控制到与管束内混合物相同的程度，使得在罩盖内许多反应和操作参数的情况下，当罩盖包含大量反应混合物时，热条件的进展与在管束中不同。如已说明，平板设计的定义允许管束上游或下游的反应混合物的量以与管束截面积的关系式表示，其中管束外反应混合物的体积(由包括最大距离的参数限定)基于管束容量，其由截面积限定。
在本发明另一方面，进料罩盖(或出料罩盖)的平板设计可通过罩盖内全部点与最接近的热去除表面的最大距离描述。热去除表面是指反应器基托(尤其是进料处的反应器基托)和罩盖内表面。全部点应理解为是指其中可以存在反应混合物的全部位置，例如罩盖间隙内。就此而言，反应混合物不能存在于罩盖中存在的内件或组件内。例如，反应混合物不能存在于偏转装置中，该装置内位置由此不应用于计算最大距离。当最大(＝最大距离)低时，确保了全部点接近热去除表面，使得不能产生热点和显著的温度梯度或显著的温度升高。此外，这确保了罩盖中的条件(例如温度)与管束中的条件相匹配或基本相同。
例如，由此定义的最大距离，即罩盖内全部点与每种情况下罩盖(即进料罩盖或出料罩盖)内表面上最接近点或与罩盖所终止的管板的距离的最大值，在反应器管束直径为2或3m的反应器情况下，该最大值小于10cm，优选小于5cm或小于3cm。管束反应器优选具有4.5m-0.5m的直径；在直径为4.5m的情况下该最大值优选小于25cm或小于15cm。在直径为0.5m的情况下该最大值优选小于3cm或小于2cm。原则上最大值(＝最大距离)基于管束直径，如上述通过范围限定。在其他直径的情况下(上述范围之外的直径)，该最大值应以直接成正比方式根据这些特定比例调节。基于管束直径，该最大值由此优选≤5％、≤2％、≤0.8％、≤0.6％、≤0.4％、≤0.25％，非常特别优选≤1％的管束直径。该直径可以基于反应器壁的内截面或管束的全部截面或优选罩盖在面向管束那一端的截面。在非圆形截面的情况下，代替直径，可以使用相对点的最大径向间距，或中心和圆周之间的间距，在整个圆周上为平均值。更特别地，直径可以被认为是内切圆的直径或外切圆的直径。
平板设计经由截面增长、内部体积与截面积之比和最大距离或高度与截面积之比的上述定义可单独使用以及可以相互组合使用。例如，该设计可仅通过截面增长的上述说明、仅通过内部体积与截面积之比的说明限定、仅通过最大距离相对于截面积之比的说明限定。然而，上述参数说明还可以任何方式通过逻辑“和”的关系相互组合。此外，全部三个参数的限制可用于限定平板设计。
本发明由此通过包括管束的管束反应器实施，管束具有与管束反应器的进料罩盖连接的进料端，其中该进料罩盖以平板设计构造。进料罩盖的平板设计构造成具有进料端的截面积和内部体积，其中在优选实施方案中内部体积与截面积之比≤0.35m。此外，进料罩盖以平板设计构造，其具有进料罩盖和进料端的最大距离(＝“罩盖高度”)，其中在优选实施方案中最大距离与截面积之比≤0.1/m。此外，进料罩盖以平板设计构造，其具有以入口孔全部截面积开始的截面增长，混合物通过入口孔供入朝向管束的罩盖，其中由入口孔全部截面积开始沿着管束纵轴朝向管束向进料端(或出料端)截面积的截面增长为至少0.6％/mm。出料罩盖优选也具有该平板设计，出料罩盖的出口孔代替入口孔并且出料罩盖的出料端代替进料端。此外，平板设计的相同定义也适用于就进料罩盖而言的出料罩盖。
本发明基于的概念还通过操作管束的方法实现，包括将反应混合物引入管束并将至少一部分反应混合物在管束内转化成产物。在该方法中，该引入步骤包括将反应混合物供入管束反应器的进料罩盖的内部。反应混合物以从罩盖内部到管束的液体料流形式通入管束的进料端。在本发明第一方面，流体料流在进入进料端时具有截面积并且流体料流流过的进料罩盖内部具有内部体积，其中内部体积与截面积之比小于0.35m。在本发明第二方面，流体料流在进入进料端时具有截面积和通入进料端的流体料流与进料端之间的最大距离，其中最大距离与截面积之比小于0.1m。最大距离在这里是指具有最大不同的那部分流体料流与其中存在截面积的平面之间的距离。截面积还可以基于流体料流，或基于围绕进料端管束的反应器壁的内径，或可以为在进料罩盖面向管束的那端处的进料罩盖截面。全部这些参照点用于平板设计的可互换定义并可以与全部实施方案和特征组合。平板设计的定义仅限定罩盖的几何形状并可以与本发明管束反应器的全部其他特征组合，尤其是与在罩盖中具有内件、具有特定连接特征或具有不直接与罩盖几何构造连接的其他特征的实施方案组合。
进料罩盖形式(及由此进料罩盖的内部体积形式)为从背对管束的那端开始至少分几部分均匀地或至少分几部分绝对均匀地或以相隔管束一定距离不连续地朝管束延伸的形式。进料罩盖内部体积的至少一段以圆筒形构造，其设置在进料端且优选与进料端或罩盖端邻接。定义为圆筒形的圆筒优选具有圆形截面、但是卵形或多边形也是可以的。
该进料罩盖内部体积段还可以构造成中空圆筒或具有圆形内外截面的中空圆筒形式。中空圆筒形式以进料罩盖内侧作为外边界，即作为圆筒侧壁，并且包括设置于进料罩盖内且提供中空圆筒内边界的体。该体的优选实施方案在下文详细描述。其中内部体积经由中空圆筒形式且由此例如形成环形间隙的段优选不直接与管束的进料端邻接，而是与管束进料端经由间隙连接。在该情况下，间隙内的内部体积优选具有连续截面，即呈圆形圆筒形式，或内部体积构造成多个基本均匀分布的圆筒。例如，穿孔板借助其过孔限定了多个圆筒。
该内部体积段作为中空圆筒的设计用于不使流入罩盖的混合物直接流入管束，而是防止直接流入与入口孔相对的管或入口孔。为此，将直接对准管束的反应混合物流借助中空圆筒的内圆筒阻挡在该段中，使得反应混合物不能不受阻碍地直接进入管束。呈中空圆筒形式的反应混合物输送确保反应混合物在管束中的装载不集中在管束中间或管束另一段，而是使进入的流体料流通过阻断而加宽，以围绕中空圆筒的内圆筒流动。因此，管束外部区域也具有足够的料流。
此外，本发明概念通过引入步骤实施，其中引入步骤包括：引入具有恒定截面积的流体料流；使流体料流在进料罩盖内通过，包括：使引入的流体料流分散分布；使分散的流体料流朝着进料端偏转；以中空圆筒形式输送偏转的流体料流和将流体料流合并而得到具有恒定截面的合并流体料流。此外，根据本发明，将合并的流体料流引入管束的进料端。通过引入罩盖中且由此供入管束的反应混合物提供流体料流。
为了形成至少一段内部体积作为中空圆筒，将偏转装置设置在进料罩盖的内部体积内。偏转装置设置在进料罩盖的进料连接(即进料罩盖背对管束的那端)和管束的进料端之间。其结果是从罩盖的进料连接流入进料罩盖的流体料流中的至少部分以径向或以背离纵轴的方向朝外偏转，之后流体料流进入进料端且由此进入管束。偏转装置由此包括导致从纵轴朝外的表面，其尤其可以径向延伸。偏转装置的该表面面向罩盖的进料连接。流体料流冲击该表面且方向朝外，远离反应器的纵轴。在该表面，流体料流由此朝外输送，以防止或阻断反应混合物从未受阻碍的罩盖进料端直接流入管束中。
术语“方向朝外”是指相对于管束的纵轴或进料罩盖的纵轴或偏转装置的纵轴倾斜且指向远离纵轴的方向。由此定义的方向可以导致流体料流偏转90°，即从与纵轴平行的方向偏转至与纵轴垂直的方向(＝径向)，或者可以为任何需要的方向，其除了导向纵向且指向与纵轴平行的方向的分量外还具有该径向分量。该偏转装置由此包括增大流体料流进入进料连接的圆周的表面。这使流体料流散开。该偏转装置可被理解为阻断元件，其防止在进料连接处进入的料流未加宽地直接进入管束进料端，并由此基本上防止管束的仅部分截面积供入充足或充分限定的反应混合物流，而其他段，例如外部段接收较低的反应混合物流体流。偏转装置例如以挡板提供，尤其是呈圆形的挡板，其使反应混合物方向朝外且与罩盖形成环形间隙，反应混合物以轴向(即以与纵轴平行的方向)引导通过该环形间隙，呈中空圆筒形。由偏转装置提供的流体流的更大圆周至少以最小程度宽于管束进料端的截面，偏转装置借助其几何尺寸构造流体料流的表面积，使得偏转流体料流的中空圆筒形的内截面大于进料端的截面积。偏转装置及尤其是其表面由此优选延伸超出管束进料端的截面积并且完全罩住沿着反应器纵轴凸出的进料端。在另一实施方案中，偏转装置通过额外边缘延伸超出管束截面积。在偏转装置面向管束的表面和那里的管束进料端之间在管束纵向上存在另一连续间隙，使得流体流在通过偏转装置偏转之后可在恒定截面上汇集，其中恒定截面通过额外边缘至少与进料端截面积一样大或比进料端截面积大。这实现的效果是偏转流体流可在偏转装置和进料端之间在整个进料端截面上再汇集，之后流体间接或直接进入管束。
在本发明另一实施方案中，偏转装置包括截面小于进料端罩盖内部体积的分布器板。分布器板可由此完全设置在进料罩盖的内部体积内，尤其是在罩盖面向管束的那端。在分布器板和罩盖内表面之间，由此形成环形间隙。通道延伸在分布器板外边缘和面向管束的进料罩盖那端的罩盖内侧之间。分布器板的截面由此小于进料端内部体积的截面，其结果是形成通道，其沿着板的轴向在板外边缘处延伸在内部体积内并且围绕分布器板外边缘延伸。在分布器板和罩盖之间形成通道对应于罩盖内部体积的段，其中内部体积以中空圆筒形成。罩盖的内部体积由此在该点被认为是进料罩盖之间的自由空间，在那里可以形成流体流动。
管束反应器的偏转装置进一步包括均化板，均化板具有贯穿该均化板的多个通道，该通道优选各自构造成具有平行于管束纵轴的纵轴的圆筒。该均化板设置在分布器板和进料端之间。更特别地，该均化板在空间上与分布器板沿着管束纵轴隔开，使得它们之间可形成轴向间隙，其在整个罩盖截面上是恒定的，以使流体在偏转之后能够在宽截面上分散，即在罩盖的整个截面上或在那里存在的内部体积段的整个截面上分散。分布器板由此在进料连接和均化板之间分隔了一个内部体积的自由段。结果，另一轴向间隙同样在分布器板或分布器板面向罩盖入口端的表面和进料罩盖入口端之间形成，并且在那里存在的进料罩盖内部的整个截面上延伸。进料罩盖的入口端为与管束相对的那端，并且优选包括一个、一个以上或全部入口孔，通过该入口孔将反应混合物供入进料罩盖及由此供入管束反应器。均化板由此具有均化偏转的流体流的功能，一旦其再汇集在内部体积的整个截面上，与压力和流速有关，之后流体料流进入管束的进料端。均化板可以直接设置在管束的进料端，或在管束和均化板之间可以提供间隙，以使得离开均化板的各流体流可以被影响。该影响导致流的进一步均化。
均化板用于使反应混合物在进入管束之前返混，以例如实现100-200毫巴的限定压降，例如在1，5，9-环十二碳三烯与一氧化二氮反应得到环十二碳-4，8-二烯酮的反应中。该实例涉及特定实施方案；原则上可以提供0.01-10巴的压降，条件是原则上压降基本上由均化板限定且借助压降在管束截面(尤其是在进料端)上的均匀通流(就通过量而言)由操作参数和均化板的流动特性产生。压降在关键程度上由操作参数范围(压力、温度、流速)决定，其又明显依赖于要进行的转化反应。本发明不应被限制为1，5，9-环十二碳三烯与一氧化二氮的反应；而是本发明还适合用于进行许多各种转化和反应。均化板的各孔优选相对于管束的正好一个相应管的入口设置。代替均化板或与均化板组合，通过反应混合物在进入管束之前在罩盖中的可控返混提供的均化还可以伴随着在管束的进料端提供内件或者使管的入口以可控方式变窄的限制器。该限制器元件例如可借助螺纹连接固定在特定管的入口上或其中；这里提供的限制器例如可为螺钉头。在该情况下，各螺钉头部分覆盖正好一个管的管入口。该螺钉头可具有孔，例如当螺钉头完全覆盖管入口时。此外，在螺钉头形式或限制器形式与管的内截面形式相比的差别可以限定方式减少进料端的管入口。
通过均化板提供的本发明方面还可以通过在将合并流体料流引入管束进料端的过程中进行的工艺步骤实施，其包括：将合并流体料流输送通过设置在进料端的均化板的多个通道。在该背景下，均化板在进料端的设置意味着其中均化板直接邻接于进料端的设置或其中另一间隙在均化板和进料端之间提供的设置，以使得从均化板排出的流体料流能够相互影响。均化板优选在进料端整个截面上延伸，并且在分布器板在均化板上突出的情况下，均化板完全被分布器板覆盖，偏转板优选具有额外的外边缘，该外边缘超出在偏转板上突出的均化板。如已说明，分布器板不通过直接接触而直接覆盖均化板，而是在分布器板和均化板之间存在轴向间隙，借助流体流在偏转之后汇集在那里存在的进料罩盖的内部体积的整个截面上。均化板可以安装有穿孔金属板，具有多个直径小于30mm、15mm、10mm或3mm的相同圆形过孔。优选借助激光获得的通路同样可获得小于3mm-1mm的直径。更特别地，均化板内各通道的截面优选小于管束各管的内截面并且优选相当于小于管束各管的内截面的75％、60％、50％、40％、30％、20％、10％或5％。形成通道的均化板过孔优选在空间上相互均匀地隔开并且具有的全部截面积相当于管束截面(由管束填充的圆)的至少10％、25％、30％、40％、50％、60％或75％。分布器板可以以挡板提供，其优选为圆形，且与进料罩盖同轴设置。分布器板优选具有对应于管束纵轴并且同样优选对应于均化板纵轴的纵轴。设置均化板纵轴本身优选使得其对应于管束纵轴。分布器板优选构造成完全圆形板，其厚度为为至少3mm且至多200mm，优选厚度为至少10mm且至多100mm，尤其优选厚度为20-40mm。该厚度数值基于半径为约700mm、800mm、900mm、1000mm、1200mm、1500mm或1800mm的分布器板。
在本发明第一方面，分布器装置延伸在管束的进料端和进料罩盖的进料连接之间。分布器装置覆盖整个进料端(就从进料连接排出的流体料流而言)以通过偏转流体料流而完全并且基本上完全覆盖进料端(就来自进料连接的直接轴向流体流而言)。如已说明，分布器装置覆盖进料端指的是完全覆盖沿着反应器纵轴的突出，其优选具有额外的外边缘，尽管在轴向上，在分布器装置和进料端之间提供间隙，使得偏转的流体可在那里汇集于内部的整个截面积上。
本发明该方面也通过一个工艺步骤实施，根据该工艺步骤，以中空圆筒形式提供的偏转流体料流具有与中空圆筒的内截面相对应的内截面。中空圆筒的内截面由此与面向入口孔的偏转装置的表面相对应，所述装置阻断沿着纵轴引导的流体流。根据本发明，在代表流体料流形式的中空圆筒中，在内截面内基本不提供流，而偏转流体料流的内截面基本上覆盖进料端的整个截面(关于所引入的流体)。如已说明，内截面对进料端的覆盖还可以具有额外的边缘，具有该额外边缘的流体料流中空圆筒的内截面超出进料端的外边缘。
在本发明另一方面，进料罩盖的产物混合物经由在纵轴处提供的入口孔供入，或经由多个入口孔供入。多个入口孔经由多个进料通道供料，入口孔提供在进料罩盖的壁中并通向进料罩盖的内部体积中。在具有多个入口孔的实施方案的情况下，至少一个入口孔设置在进料端的中心轴之外，该中心轴对应于圆筒形管束的纵轴。此外，根据本发明，全部入口孔可以围绕中心轴、沿着圆或在环内均匀设置。在多个入口孔的情况下，反应混合物由此不进入具有中心流体流的进料罩盖内部，而是反应混合物流入已分布于多个单独设置在进入内罩盖时的入口点之间。这在反应混合物进入时已经产生一定分布，然后进一步通过偏转装置均化。当一些或全部入口孔沿着圆设置时，圆心优选对应于罩盖背离管束那端的中心，并且优选对应于罩盖和管束纵轴之间的交叉点。这同样适用于入口孔设置在环内，环的宽度优选对应于不大于50％、不大于30％、不大于15％、不大于10％、不大于5％或不大于2％的环外径。这基本赋予圆形，尽管例如制造产生的与圆偏差也是可以的。
管束反应器构造成具有多个进料通道所根据的上述方面可以工艺步骤实现。在基于该方法的本发明实施中，本发明方法包括供入反应混合物，其中该供入步骤包括：将反应混合物进料料流分股成多股进料料流，其各自输送通过多个通道之一，之后进料料流在入口点(即入口孔位置)进入内部，其在空间上相互隔开。在该情况下，至少一个入口点或全部入口点位于管束进料端的中心轴之外。或者，全部入口点围绕管束进料端的中心轴、沿着圆或在环内均匀设置。中心轴、圆和环的特征对应于已经在前面段落中描述的中心轴、圆和环的特征。如已说明，在进入内部之前分股能够在流体料流偏转之前实现初步分布。
尽管偏转，入口点或入口孔的合适设置还是能够防止不均匀的流动分布，其中特定入口孔或入口点向管束某些管优先供应反应混合物，而其他管供料较少。因此，根据本发明，入口孔相对于管束反应器各管的纵轴偏移(即相对管束反应器全部孔的纵轴偏移)，各入口孔的中心具有与各管最靠近的纵轴的最大距离。因此，在入口孔和管束特定管之间没有优先流动。与管束反应器相关的该特征可同样借助工艺步骤实施，其中在不同入口点之间的进料料流分股中，入口点偏移管束反应器各管的纵轴，并且各入口点的中心具有与各管最靠近的纵轴的最大距离。这更详细地限定了供入反应混合物的步骤，借助入口料流(其通过入口点限定)相对各管的空间设置。
在本发明另一方面，进料通道通过分支管提供，其各自具有与供应反应混合物的两个入口孔或两个入口点连接的Y分支，或与另一Y分支连接。Y分支为通道(其通过一个管提供)分裂成优选相同尺寸的两个通道(其通过两个管提供)，该两个通道各自同样与第一个管连接。由于各通道或各管的轮廓，该分支称为Y分支。为了将沿着管束反应器纵轴延伸的进料管线分成各自具有一个入口孔的两个、四个或八个通道，分支管或管线的轮廓根据入口孔的设置弯曲。应提供所得Y分支管线的曲率使得与管线的管径相关的曲率半径≥2。该分支可以是一级的，例如从一个管线到两个通向末端孔的管线，或可以是两级或更多级的，在该情况下第一分支级将进料管线首先分成两个管线，其在每种情况下又在另一级中被再分成两个管线。最后一级的管线数，即与入口孔连接的那级的管线数则包括2n的管线数，其中n为级数且2表示在各分支中由一个管线提供两个管线这一事实。最后一级的管线数则对应于入口孔数，因为在最后一级每个管线提供正好一个入口孔并且正好一个入口孔通过该管线提供。
基于管束反应器的该进料通道方面同样可通过基于本发明方法的工艺步骤实现，其中根据本发明，分成多股进料料流通过将反应混合物或被输送通过进料管线的反应混合物输送通过分支管或管线。输送反应混合物包括使反应混合物穿过Y分支，其向两个入口点(其与入口孔相邻)供应反应物混合物(即供应的反应混合物)，或向另一Y分支供应反应物混合物。当Y分支向两个入口点供应反应物混合物时，由分支通向入口点的管线为最后一级的管线。相反，当Y分支管线供应另一Y分支时，前一个Y分支属于第一级或最后一级的上一级。
根据本发明，不仅进料罩盖构造成平板设计，而且出料罩盖也构造成平板设计，管束将反应混合物输送至出料罩盖中并且借助出料罩盖将反应混合物输送出管束反应器。原则上，进料罩盖或出料罩盖或这些罩盖中仅一个可以根据本发明平板设计构造。这里所用平板设计的定义，对于进料罩盖的定义，同样涉及出料罩盖，并且对于出料罩盖所给的定义同样涉及进料罩盖。进料罩盖、出料罩盖或该两个罩盖是否具有本发明平板设计尤其取决于反应和反应混合物。然而，优选进料罩盖根据本发明平板设计构造。平板设计应理解为不是仅指罩盖罩的轮廓，而是根据本文所用定义更特别地涉及整个罩盖或基于管束体积或管束截面的罩盖体积的设计。对于出料罩盖和其中存在或与其连接的相应组件的设计，对进料罩盖所述的相同特性和特征由此适用，其中出料罩盖以进料罩盖的镜像设置。而进料罩盖连接于管束的进料端，出料罩盖连接于管束的出料端，其位于进料端的相对端。进料端和出料端为两个末端平面，管束反应器在其间纵向延伸。因此，出料罩盖也以平板设计构造，其具有出料端的截面和内部体积，其中内部体积与出料罩盖的截面积之比≤0.35m，或出料罩盖以平板设计构造，其具有出料罩盖和出料端之间的最大距离，并且出料罩盖和出料端之间的最大距离与出料端的截面积之比≤0.11/m。出料罩盖可根据本说明书对于进料罩盖所述构造，这尤其适用于上述用于限定进料罩盖的几何性能和比例。更特别地，出料罩盖可如进料罩盖那样构造，基于出料端截面积的截面增长、内部体积与出料罩盖截面积之比和最大距离与出料端截面积之比对应于已在上文对于进料罩盖所给的设计定义。设置比例由此还基于管束反应器的对称性定义；对于出料罩盖的定义，出料端代替管束的进料端，出料罩盖的内部体积代替进料罩盖的内部体积并且出料罩盖和出料端之间的最大距离代替进料罩盖和进料端。同样，截面积覆盖出料端或出料罩盖面向管束的那端。
从而对于管束反应器出料罩盖限定的特征实施本发明，也适用于涉及从管束排出产物的以下工艺步骤。因此，本发明方法包括从管束排出产物的步骤，其中产物在进料端相对端的管束的出料端以液体料流形式从管束排出并进入管束反应器出料罩盖的内部。就此而言，流体料流在从出料端排出时具有截面积并且流体料流流过的出料端内部具有内部体积，其中出料罩盖的内部体积与流体料流在出料端的截面积之比≤0.35m。替代或与其组合，出料端的流体料流具有截面积和从出料端排出的流体料流与进料端之间的最大距离，其中最大距离与截面积之比≤0.11/m。如已说明，对于流体料流的构造或限定它的出料罩盖，应使用对进料罩盖所给的说明和定义。
还如进料罩盖那样，出料罩盖也优选构造成与纵轴旋转对称，该纵轴对应于管束纵轴。进料罩盖、出料罩盖或两者构造成一个部件或构造成两个或更多个部件，每个组件具有旋转对称形式。在罩盖中可以存在内件，即偏转装置、分布器板和均化板，其也优选构造成与反应器纵轴旋转对称。
就热辐射而言，进料罩盖可以在外部不绝缘，由此以从外部实现冷却效果。然而，优选进料罩盖热绝缘和/或进料罩盖与具有热传递的加热或冷却系统连接，以控制或调节罩盖内的温度。从外部穿过罩盖的温度控制效果(冷却或加热)由于进料罩盖中少量的反应混合物而对混合物温度具有显著作用。进料罩盖内反应混合物的温度由此更易于控制。这同样也适合于根据本发明构造的出料罩盖，其中出料介质一离开管束就例如可以被冷却至不关键的温度，以防止其他反应。除了通过省却热绝缘提供的自由热辐射外，还可以在进料罩盖或出料罩盖外侧上设置冷却盘管。这防止在特定反应器罩盖中不可控的温度升高。通常而言，来自罩盖的热量可被传递到冷却介质并经由罩盖外部去除。除了通过罩盖壁传热外，热量还通过反应器基托从罩盖内反应混合物传递或传递到罩盖内反应混合物。尤其是进料罩盖处的反应器基托去除大部分在进料罩盖中产生的反应热。用于热去除的任何组件原则上也可以用于热供应，借助加热介质和反应混合物之间的温差信号，其通过合适选择介质温度而可逆。尤其是在反应器启动的情况下，热量也可供应给反应混合物。
当产物混合物在穿过管束之后基本反应完全且出料罩盖中反应条件仅在很小程度上是温度关键的，出料罩盖可按常规构造，即具有弯曲罩盖，如现有技术所已知的。然而，尤其是在管束中反应仅进行到部分转化的情况下，或在热敏性产物或产物混合物的情况下，两个罩盖，即进料罩盖和出料罩盖根据平板设计构造。两个罩盖可以具有相同构造或可以具有不同构造，在该情况下两个罩盖优选对应于上述说明。
进料罩盖和出料罩盖或仅其一个优选可移动，以能够不受阻碍地接近管束的内部或者接近管束的进料端或出料端。为此，反应器罩盖具有元件，借助该元件罩盖可以通过螺纹连接如凸缘形式被固定在反应器壁上。管束被认为是至少2个和至多50000个平行反应管，其末端优选各自在两个平面之一中提供。管束可以由相同管(例如相同壁厚和相同内截面)或不同类型管组成，例如管束外面的管大于(即更大的壁厚、更大的内截面或在相同或更小内截面下更大的壁厚)内管。管束尤其被认为是其数量为至少2个，至少5个或优选1000-3000个，优选1500-2500个，优选2400或1600个的反应管。取决于管束直径、各管直径和管数(tube level)，甚至更多个管原则上也可以形成管束，例如大于5000个，大于10000个，大于20000个或大于30000个。这些管的优选外径为20-100mm，优选30-80mm，尤其是40-55mm的直径。管间距定义两个相邻管之间的平均距离，优选为30-100mm，尤其是50-70mm。通过这些平面限定的末端侧称为管束出料端或进料端。出料端优选设置在进料端上方，管束反应器优选垂直(即沿着重力线)并且出料端垂直设置在进料端上方。
管束反应器优选具有“管壳式”设计，管束反应器包括反应器壁，其包围管束且具有圆筒形，在其末端侧设置出料罩盖和进料罩盖。出料罩盖、进料罩盖和圆筒形反应器壁由此使内部完全密封，其中存在管束。
反应器壁优选具有冷却介质入口，尤其是水入口，或具有足够热容的另一温度控制介质如热载油或液体盐化合物入口。此外，冷却可通过液体蒸发，尤其是水蒸发提供，为此储水罐容器优选连接于反应器夹套上，例如汽包(steam drum)。温度控制介质流过反应器夹套包围的空间，从出料端到进料端或反之，并由此夹带来自管束的反应热。为了促进温度控制介质循环，可以提供泵或可以提供自然对流循环，加热介质可由此循环。此外，优选提供受热器，温度控制介质可向其释放所吸收的热。以类似方式还可以提供热源，如果它们需要均化热能平衡。这些热源优选与反应器以它们加热温度控制介质的方式连接。优选选择温度控制介质的循环速率及尤其是外部传热系数(例如约1000W/m2/K)使得在温度控制介质入口和温度控制介质出口之间提供10K的最大温差。
借助冷却管束外的少量混合物，其伴随罩盖的平板设计产生，在整个反应器内提供基本等温状态，使得产生反应器出料的恒定组成。由于反应器出料的基本恒定组成，可以在下游加工装置如加工塔上给出非常精细的控制调节。这是在整个反应器中精确控制操作参数如温度和压力的结果。同时，用于加工的蒸馏设备中的能量输入可最小化，这进一步同样使在从各加工阶段排出不希望的次级组分的情况下的产物损失最小化。通过罩盖平板设计实现的温度控制中的良好可调节性和快反应时间使得可以实现的效果是管束各管内的最高温度比冷却介质的平均温度高不大于15K，优选不大于6K。此外，热电偶可设置在管上，优选设置在轴的位置，可以在热保护管中提供热电偶，热保护管具有不大于反应管内径三分之一的外径。管内最高温度优选用这些在管内轴向设置的热电偶测定，其可提供在热保护管中且由于热保护管的低外径而仅不显著地阻碍反应管内的流动。
在另一实施方案中，管束的一些管或全部管可以是空的，使得管内部完全填充反应混合物。或者，在反应管内可提供合适的无规填料或规整填料，优选无规填料，以改进管内传热。更特别地，有利的是提供无规填料使管内的空体积占至少75％的比例，以不用不必要地降低反应空间，例如当使用薄壁腊希圈时。无规填料首先允许改进的传热并且其次以体积表示的无规填料比例降低了反应热的体积浓度。因此，甚至在强放热反应的情况下也可以更好地控制温度。所用无规填料优选为腊希圈，或按需要限定管内流动且可以在各管的入口和出口之间导致额外压差的其他无规填料。构造无规填料使得它们产生足够的交叉混合，其增加传热。优选构造无规填料使得它们仅占据小体积(基于管的内部体积)。无规填料可有效影响流动。借助无规填料，优选实现活塞流，而不是层流。管束上压降主要由无规填料床引起。此外，无规填料在管束内提供表面，反应混合物直接流过该表面，来自反应混合物的热量传递至该表面并且该表面吸收的热量经由管壁向外传递至输送通过管外的冷却介质。
根据本发明，在能量供应不足的情况下，温度控制介质由于反应器夹套空间中的液压而流出储罐容器。因为储罐容器根据本发明设置使得储罐容器中温度控制介质的液体水平基本上至少处于与反应器外部空间的液体水平相同的高度，温度控制介质向下流入反应器，由于吸热而沿着各管蒸发并在反应器内产生蒸汽。形成的料流排出反应器以维持压力基本恒定或以进一步降低温度。蒸发的水降低反应器内的液体水平，使得新鲜温度控制介质由储罐容器供应。为了确保即使在反应器完全溢流的外部空间的情况下也有充足的温度控制介质流入，还可以设置储罐容器使得储罐容器中的液体水平总是高于反应器中的液体水平。
在能量供应不足的情况下，优选反应器夹套空间中的压力以可控方式降低。由于夹套空间中的压力降低，温度控制介质的沸腾温度也下降。由此可降低管中的温度。在理想情况下，甚至可以将温度降低至使反应终止的温度。
如上所述，在反应器中释放的反应热通过温度控制介质去除。离开反应器的产物料流具有与反应温度基本相当的温度。原则上，蒸汽可能在分解之后直接通入后处理。然而，可有利的是使用产物料流的潜热以加热一股或多股反应物料流。这通常在独立的换热器中进行。然而，当待加热的产物料流或反应物料流是热敏性的时，有利的是使用其罩盖具有与本发明管束反应器的罩盖具有相同设计的管束换热器。在一个实施方案中，使用来自反应器的热产物料流以在换热器中预热一股或多股供至反应器的反应物料流。
在特别优选的实施方案中，不将单独换热器用于该目的，而是换热器直接安装在反应器的出料侧。
为了产生管束，优选使用内径为至少30mm且至多150mm的管。特别优选使用内径为40-50mm，例如约41.1mm，例如壁厚为2-5mm，优选约3.6mm的管。为了在管的内部和夹套空间中的温度控制介质之间获得足够的良好传热并且同时具有足够的管强度，优选所用管的壁厚为5-15mm，尤其是7-11mm，例如8.5-9mm。在本发明一个实施方案中，其特别适合用于较高的工作压力范围，不是全部反应管具有相同的壁厚。更特别地，将更靠近管束外部的反应管构造成具有比更靠近管束纵轴的管更大的壁厚。这实现了更高的加压阻力，而无需提供管板或反应器外壳，特别是承受应力的厚金属板。
在反应器壳内，优选提供支撑各管及由此管束的装置结构。在该情况下，该装置结构优选自由安装在反应器内，使得用于密封反应器的出料罩盖和进料罩盖可自由通过。
罩盖内部，即在进料罩盖内表面和管束进料端之间延伸的体积，优选具有的高度为2-300mm，优选5-200mm或10-50mm。在该内部，优选安装挡板，使得罩盖和管板之间的空间，即罩盖和进料端之间的空间，在形式上对应于间隙。就此而言，间隙是指其高度显著小于其(平均)直径的体积。进料端和罩盖基托之间的内部，即由罩盖内侧表面、罩盖罩内侧和管束进料端封闭的空间，由此被分割成两个间隙，其仅经由外部环形间隙相互连接。这导致用于在挡板水平处输送通过挡板的料流呈中空圆筒形。连接两个分割内部的环形间隙优选具有与管束进料端和进料罩盖罩之间的整个内部类似的外部尺寸。环形间隙的宽度，即挡板圆周和相对内表面之间的距离，对应于约内部高度，即管束的进料端和进料罩盖的相对内表面之间的(最大)距离。环形间隙的宽度优选相当于0.05-5倍的罩盖内表面和进料端之间的距离，更优选0.08-0.8倍的罩盖内表面和管束的相对进料端之间的距离。该内部因此优选与通过挡板外边缘和罩盖内部之间的距离限定的大约一样高。借助本文给出的挡板的定义仅是示例性的；通常而言，挡板提供偏转装置，其限定流体料流从供入罩盖直到进入管束的进料端，由于间隙形成和进料罩盖内部的二等分。如已说明，偏转装置以及示例性情况下的挡板，用于均化供至管束的流体料流并且尤其是用于将供入罩盖的料流不直接供入进料端，其导致与进料速率和管束截面内压力相关的不均匀，而是用于使直接流入的反应混合物首先转化成显著加宽的流，使得该加宽的流在进料端产生更均匀的进料分布。在偏转装置(挡板)和进料端之间设置穿孔板，即穿孔金属板，可用来使一旦围绕偏转装置流动就进一步均化该流。
原则上，可在进料罩盖内部提供内件，其将引入进料罩盖的反应物均匀分布在管束各管之间。除了用作均化板的穿孔板或筛板之外，还可以使用多孔烧结板，反应混合物输送通过该多孔烧结板且该多孔烧结板同样提供均化板。优选构造均化板使得它通过对流体流动提供流阻不仅仅产生截面上均匀的一个限定压降，而且可以额外用作在各管内提供的床材料的支撑物。穿孔板由此具有加强件，其具有足够的材料厚度和/或具有支撑物，其目的是可以支撑各管内的床材料。在特定实施方案中，穿孔板优选与管束相关进行构造和设置，使得穿孔板恰好对管束的每个管提供一个孔，这可以允许要省却的管束进料端和均化板之间的额外空间。在该情况下，呈穿孔板形式的均化板直接设置在管束的进料端并借助相应对准管束排列的孔具有通道，其全部以相同方式向管束的各管供应所供入的反应混合物。穿孔板由此具有正好与在管束中提供的管一样多的孔，穿孔板各孔正好对准特定管的过孔。换言之，穿孔板各孔具有与正好一个管的纵轴相对应的纵轴。如果合适，穿孔板各孔可略微偏离各管，条件是确保穿孔板的孔的整个截面在与其连接的管的截面内。穿孔板的孔径由此优选稍微小于各管的内径并且优选小于各管内径的90％、80％、70％、60％、50％或30％。在特定实施方案中，也使用导向隔板，其提供在穿孔板和管之间，并且其用来将冲击的流体射流分割成单股料流或流体射流。更特别地，还可以使用环形分布器以将来自均化板的流体料流引导至管束的进料端。
在管束反应器的另一实施方案中，其与换热器连接，换热器与出料罩盖直接连接。以相同方式，本发明方法优选具有额外的工艺步骤，根据该工艺步骤将出料端排出的产物或产物混合物供入换热器，通过换热器和出料罩盖之间的直接连接提供进料。在其他实施方案中，管束反应器包括换热器或预热反应物料流的热源，为此换热器或热源与进料罩盖直接连接，或提供在通向进料罩盖的进料管线中。以相同方式，本发明方法优选包括加热供入的反应物混合物或供至进料罩盖的反应混合物的步骤，其中通过换热器或热源提供加热。
在另一优选实施方案中，出料罩盖与进料罩盖的进料经由换热器或其他组件间接连接，或例如经由泵直接连接，使得至少一部分产物或产物混合物再循环。再循环连接除了泵之外还可以包括换热器或热源，以适当地控制产物混合物的温度。本发明方法由此进一步相应地包括将来自出料罩盖的产物或产物混合物间接或直接再循环至进料罩盖的步骤，优选将再循环混合物在供入进料罩盖之前与反应物料流混合，并且将所得混合物供入进料罩盖。各反应物的转化由此可以更精确地控制，尤其是当反应物混合物或反应混合物包含在单程通过管束过程中未完全反应的组分时。在循环过程中，也可在再循环产物料流或再循环产物混合物与反应物混合之前或在再循环产物混合物供入进料罩盖之前进一步加工产物料流，例如通过蒸馏。为此，加工装置如蒸馏装置优选引入再循环管线中，其提供从出料罩盖至进料罩盖的反向连接。
代替借助换热器或热源加热，出料罩盖排出的产物料流或产物混合物还可以借助冷却装置或借助换热器冷却。连接(间接或直接)进料罩盖和出料罩盖的连接管线由此可具有冷却装置，例如冷却单元或换热器。
本发明涉及一种使用本发明管束反应器进行非催化或均相催化反应的方法，其中可以包括热敏性反应物和/或产物。更特别地，本发明管束反应器和本发明方法适合用于具有热敏性反应物或产物的反应，例如其中由产物形成不希望的转化产物的反应。此外，本发明适合用于需要在窄温度范围(window)或压力范围内进行的反应。本发明还适合于在反应器外也进行的反应，即不用催化剂的反应和用均匀分布于反应物料流或反应混合物中的催化剂的反应。对于具有显著放热或吸热的反应尤其如此，特别是在要在特定窄温度范围内进行的该类反应情况下。
合适的非催化反应例如为用氧气、空气或一氧化二氮氧化或第尔斯-阿尔德反应。有用的均相催化反应例如包括氧化，羰基化，加氢甲酰化，氢化，复分解反应，单烯烃和非共轭或共轭聚烯烃的氢氰化，烃的氧化，亲核体如水、醇、氨、伯胺和仲胺和硫醇在环氧化物、氮丙啶或硫杂丙环上的加成，CO2、COS或CS2在环氧化物、氮丙啶、硫杂丙环上的加成，烯烃、羰基化合物或亚胺的均相催化加氢，烯烃、环氧化物、氮丙啶的均相催化低聚或聚合，二醇或多元醇与二酸或多元羧酸或其衍生物、二胺或多胺与二酸或多元羧酸或其衍生物、二醇或多元醇与二异氰酸酯或多异氰酸酯、二醇或多元醇与二碳亚胺或多碳亚胺的缩合低聚或缩合聚合。
单烯烃和非共轭或共轭聚烯烃作为起始化合物可以在不控制温度升高的情况下以放热反应形成低聚物和聚合物。然而，其他不饱和体系如具有不饱和碳-氮键的化合物也倾向于低聚或聚合。一个实例是氰化氢，其在氢氰化中用作C1单元且可在放热反应中聚合。
本发明管束反应器和本发明方法尤其适于制备环十二碳-4，8-二烯酮，其可通过随后氢化转变成环十二烷酮。为了合成环十二碳-4，8-二烯酮，将1，5，9-环十二碳三烯与一氧化二氮作为反应物供入管束反应器中。反应器内反应混合物包含这些反应物。
在通过1，5，9-环十二碳三烯与一氧化二氮反应制备环十二碳-4，8-二烯酮中进行的反应适于进行本发明并且描述于WO 05/030690和WO08/000756中。更特别地，本发明管束反应器适于该反应。
1，5，9-环十二碳三烯与一氧化二氮的反应在液相中不存在催化剂下进行。
就本发明而言，原则上可以使任何环十二碳三烯或者两种或更多种不同环十二碳三烯的任何混合物与一氧化二氮反应。这里有用的实例包括1，5，9-环十二碳三烯，例如顺，反，反-1，5，9-环十二碳三烯或顺，顺，反-1，5，9-环十二碳三烯或全反-1，5，9-环十二碳三烯，或其混合物。反应物混合物可以进一步包含其异构体，或杂质或添加剂。
用于该反应的一氧化二氮原则上可以纯净形式或以包含一氧化二氮的合适气体混合物形式使用。更特别地，所用气体混合物可以为WO05/030690中描述的气体混合物，其包含一氧化二氮。
环十二碳三烯为热敏性化合物，其已在放热反应中在环十二碳三烯转化的温度范围内显著分解。进料管线中，即进料通道中和进料罩盖中的温度由此保持在190-205℃。换言之，以混合物在进入管束或进料端之前为190-205℃的方式控制温度。这些温度甚至在有故障的情况下也必须不升高，例如在动力不足的情况下。在这些条件下，环十二碳三烯已经在混合器、进料管线和下方罩盖中与一氧化二氮反应。然而，温度升高通过不绝缘混合器和反应器进料管线而防止，并由此通过传导、对流和辐射促进热去除。然而，出于安全原因，混合器和进料管线被保护并由此热绝缘，并且因此热量基本经由管板以及经由罩盖散逸。此外，根据本发明，在进料罩盖内仅提供小体积的反应混合物。换言之，根据本发明通过小高度的进料罩盖或通过小内部体积或通过进料罩盖在管束方向上的显著截面增长而能够或有利于温度控制。
在管束反应器中环十二碳三烯与一氧化二氮反应得到环十二碳二烯酮的反应在230-270℃，优选240-260℃，更优选240-250℃下进行。通过换热器和/或通过反应器壳内的加热介质实现的温度控制根据本发明设定以在操作中实现这些温度范围。在管束反应器各管以及优选在罩盖中，在这些温度下的压力为50-100巴，优选70-100巴，更优选90-100巴。
在本发明一个方面，以管束反应器的反应器进料中环十二碳三烯与一氧化二氮的摩尔比基本为10∶1，优选基本8∶1，更优选基本7∶1的方式操作管束反应器。相关的一氧化二氮转化率为80-100％，优选90-100％，更优选95-100％。因此，供入的环十二碳三烯以10-30％，优选12-25％，更优选14-20％的程度转化。
环十二碳二烯酮目标产物可以进一步与其他一氧化二氮反应得到二酮。本发明可借助能够实现反应器内温度仅低分散的本发明管束反应器和本发明方法至少部分地防止该反应。更特别地，这能够通过本发明出料罩盖实现，其借助进料罩盖内量小而允许更高效且更有效的冷却或温度控制，这避免了转化产物。管束反应器与高环十二酮/一氧化二氮摩尔比组合使用使环十二碳二烯酮的选择性高达95％。
本发明平板反应器罩盖的其他优点在于，在用一氧化二氮氧化环十二碳三烯得到环十二碳二烯酮同时形成氧气中，其中热敏性环十二碳三烯在进料罩盖中放热分解，在故障如动力不足的情况下以提高程度发生的分解相比于已知反应器设计大大降低。为此，平板反应器罩盖确保反应热的良好扩散，因为本发明平板设计由于有利的罩盖内(尤其是进料罩盖内)的表面积/体积比而导致稳定且安全的操作模式，甚至在反应器内流体流动出现问题的情况下。
反应管用水或在反应器夹套空间中循环的另一冷却介质冷却。进料在形成流动通道的各管中加热。此外，供入的反应混合物或其一部分可在经由罩盖供入反应器中之前被加热到反应温度。通过冷却水吸收的反应热例如用于产生蒸汽，其可在该方法中其他位置使用或供入蒸汽进料格栅中。
管束反应器的反应出料从出料罩盖或与其直接连接的任何换热器排出，冷却和蒸馏后处理而得到纯环十二碳二烯酮。所得未转化的环十二碳三烯如新鲜环十二碳三烯那样被预热，优选通过与从出料罩盖排出的反应出料热交换预热，并经由再循环管线以反应物入流供入混合装置。热交换优选通过换热器进行，其将出料罩盖的混合物或与其直接连接的具有传热的任何换热器的混合物与引入进料罩盖的混合物合并。为此，换热器具有与再循环管线连接或与出料罩盖连接的第一回路，和与进入进料罩盖的新鲜反应物进料连接的第二回路。或者，换热器可以将进料罩盖、新鲜反应物进料管线、进料混合器或其组合连接于具有传热的出料罩盖并且可以相应地与其连接。
本发明进一步涉及在本发明管束反应器中制备的化合物，尤其是环十二酮，其借助本发明方法由环十二碳三烯制备。
附图简述
图1a和1b显示出本发明管束反应器的两个实施方案的总体结构；
图2详细地显示出另一本发明管束反应器；
图3和4显示出本发明反应器的进料罩盖的细节；
图5显示出连接有换热器的本发明管束反应器的出料罩盖；及
图6显示出本发明另一实施方案的本发明进料罩盖和部分所连接的管束反应器。
附图详述
图1a显示的是本发明管束反应器1，其具有在管束两端之间延伸的多个平行反应管。反应管2形成管束反应器的管束。在操作过程中反应混合物提供在管内。反应器壁2a围绕整个圆周包围管束并由此使管束密闭。在管束各管之间和在管束和反应器壁之间提供的空间相互连通并且在操作过程中冷却介质或温度控制介质流过它们。在图1a中，阴影表示反应介质。管束反应器进一步包括入口侧罩盖，即进料罩盖3，在那里反应物料流5从下方进入管束反应器。在该情况下，管束反应器优选取向使得进料罩盖按照重力场而在管束反应器最低点提供，并且管束反应器按照地球重力场而垂直设置。在另一实施方案中，图1中未示出，反应器的方向可与重力场相反，反应器料流从顶部进入，再在下端出料罩盖离开。供入的反应混合物，见箭头5，经由进料罩盖3引入管束2，即引入管束2各管内部，并且以向上方向穿过管束，以在出口侧罩盖排出或进入其内部体积，出口侧罩盖提供出料罩盖4。出料罩盖由此与管束2连接以吸收在那里流过它的反应混合物并与产物流出口6连接，穿过管束的反应混合物通过产物流出口6离开管束反应器。
出料罩盖4具有现有技术常用的大体积形式，而进料罩盖3以基于截面非常小的体积构造，并且由此为本发明平板设计。在管束的进料端10(在此处提供管板以支撑管束)提供窄间隙7，进料罩盖的内部体积由其限定。由图1可直接看出进料罩盖的体积比出料罩盖4的体积小许多倍，即使两者具有相同截面。
由图1a可直接推断，在罩盖内放热反应的情况下和在(假定)出料罩盖4内相同起始位置的情况下，相比于进料罩盖3会产生显著更强的“热点”。在进料罩盖3中，温度升高由此仅可以有限程度发生，因为进入的反应混合物几乎立即进入管束而不经中间储存，由此温度可有效地通过热去除和供应控制。可直接看出，在如根据现有技术构造的出料罩盖4所提供的设计的情况下，进入的反应混合物首先在罩盖内停留一段时间，并由此释放出显著更大量的热或温度，其仅可很差地去除，其结果是热例如还以热点的形式积聚。
根据本发明，反应器壁2a具有圆筒形，优选环状圆筒形构造，并且在面向出料罩盖4的上端(即出料端)包括冷却剂出口，该冷却剂出口与反应器内部接触并由此与包围管束的空间接触。以相同方式提供冷却剂进料8，其接近进料罩盖3设置，并且由此设置在进料端10处。如已说明，管板提供在进料端10处并使管相互密封，由此使反应器壁内各管之间的空间与管束内、进料端3内和出料端4内的空间隔开。然而，该隔开仅影响流体流动，使得冷却剂(阴影)和反应混合物保持隔开，而基本由管束2各反应管的外表面提供的大的热交换面积能够在温度控制介质和反应混合物之间提供良好的传热。除了在进料端提供的管板10外，在与进料端相对的管束出料端提供另一管板。该管板起支撑管和如果合适支撑管内提供的各组件如混合元件、内件、传热元件等的作用。如果合适，在管束内还可以提供催化剂，催化剂通过管板保持在它们的位置。由图1a还可以看出两个罩盖3和4具有边缘连接元件，其对应于在进料端10和相对的出料端处反应器壁的连接元件。在进料端和出料端，由此可以将反应器壁2a或其末端侧与特定罩盖的开口端密封连接。虽然图1a不应被认为是在壁厚或几何尺寸方面成比例的图，但可明显看出进料罩盖3由于平板形式而相比于出料罩盖4具有显著更大的壁厚，因为出料罩盖3的平板形式导致相比于出料罩盖4的罩盖形式在罩盖内更强的横向力。在图1a所示实施方案中，进料罩盖的内端侧面和相对的外端侧面各自沿着与管束反应器纵轴成直角的平面延伸。对于间隙7，其提供进料罩盖的内部体积，这导致盘状，即具有相比于直径而言低高度的环状圆筒形。
图1b显示出本发明管束反应器11的另一实施方案的总体构造，其具有形成管束的反应管12，管束又被反应器壁12a完全包围。管束反应器11进一步包括与图1a的进料罩盖一样构造的进料罩盖13，流入的流体料流15和流出的流体料流16，流体料流16经由管束反应器的出料罩盖14除去在管束内已经至少部分转化的反应混合物。与图1a的实施方案相反，出料罩盖14同样以本发明平板设计提供。这导致窄间隙形式的小的内部体积，窄间隙在进料罩盖13内部体积的端面(背离管束反应器)和管束进料端20a之间，出料罩盖14的内表面与管束出料端20b同样提供窄间隙17b，其构成出料罩盖14的内部体积。这也导致出料罩盖内的混合物在图1b管束反应器的出料端的停留时间非常短。在热敏性反应混合物的情况下这是尤其重要的，高的出料罩盖14表面积与内部体积之比额外能够通过出料罩盖14外部良好热辐射。换言之，相比于现有技术(参见图1a出料罩盖)，在图1b管束反应器的情况下，离开管束反应器的产物混合物也被立即输送出反应器，没有在升高的温度下长时间停留在出料罩盖内。由于停留时间短，抑制了热点形成。如已说明，尤其在热敏性产物的情况下，停留时间是关键的，因为增加量的不希望的转化产物和转化反应可能由此产生。
还如图1a反应器那样，图1b反应器具有将罩盖13、14固定在反应器壁2a上的固定元件。还如图1a中那样，在图1b所示反应器中，选择凸缘连接以能够在罩盖壁和反应器壁2a之间产生耐压密封连接。正如图1a所示反应器那样，图1b所示反应器包括冷却剂入口18和冷却剂出口19以灌注冷却剂通过反应器并由此至少部分除去管束的反应热，其中冷却剂与管束接触。在未示出的另一实施方案中，所示冷却剂入口18起冷却剂出口的作用，并且所示冷却剂出口19起冷却剂入口的作用。冷却剂并流和逆流根据本发明原则上都是可以的。
虽然图1b也不是代表反应器类型的真正比例，但可明显看出管束各管的表面积与内部体积之比接近罩盖14和13的表面/内部体积之比，优选提供类似的表面/体积之比。根据本发明，进料罩盖和/或出料罩盖的表面/体积之比相当于管束12的反应管或单一反应管的表面/体积之比的至少30％、至少50％、至少70％或至少100％。这通过低高度尺寸的间隙17a和17b实现，间隙17a和17b限定了进料罩盖13和出料罩盖14的内部体积并因此同样限定了表面/体积之比。与热辐射相关的罩盖表面基本由罩盖13和14的外端面限定，罩盖13和14的外端面各自沿着与管束纵轴成直角的平面延伸。该表面积又基本由管束或反应器壁的直径限定，其中罩盖13和14的外端面由反应器壁在反应器管束各端的截面限定，反应器管束各端包括用于将罩盖固定于反应器壁2a的凸缘连接的边缘。管板尤其用于将反应热去除至反应器壁，至罩盖，尤其是管束内的冷却剂中。
还如图1a反应器那样，图1b反应器进一步包括提供在管束的进料端20a和出料端20b的管板以将反应器壁12a的内部，即其中提供冷却介质的空间与罩盖13和14的特定内部隔开。
图2显示出管束反应器的进料罩盖内的其他细节的另一实施方案。
图2中示意图所示管束反应器包括反应器壁100，其呈圆筒形。还如反应器其他特征那样，没有描述壁厚，反应器壁100仅由沿着其轨迹的单线表示。反应器壁100包围管束110，管束110各管112。管112在进料端114和出料端116之间延伸。全部管的管端由此相互成一直线提供，使得全部管端在进料端处于同一平面内并且全部管端在出料端处于同一平面内。平面各自以与管束反应器的纵轴成直角或与管延伸方向成直角延伸。管束反应器进一步包括更详细显示出的进料罩盖120和设置于侧壁上的冷却剂连接140、142，包括冷却剂入流140和冷却剂出流142。两个冷却剂连接优选靠近管束的相对端设置，以不提供离开管束各段的任何优先流动。
此外，为了使冷却剂更好地分布在反应器壁内，可提供内件以输送、混合和/或回荡冷却剂。进料罩盖120包括进料通道150、152a、152b，其在下文详细描述。进料通道在入口处与进料罩盖120的末端侧面连接，该末端侧面与管束的进料端114相对设置。流入进料罩盖120内部的反应混合物或反应物混合物首先冲击内部的偏转装置，在图2的实施方案中，偏转装置包括分布器板122(在这里呈挡板形式)和均化板124。分布器板122提供在进料罩盖120入口孔和均化板124之间，其中均化板124设置于偏转板122和管束的进料端114之间。两者在进料罩盖120内部体积内同轴延伸。分布器板122使首先供入的流体料流从轴向偏转成径向朝外，其中分布器板122面向入口孔的一侧限定一方向，流体沿着该方向向外流至分布器板122的圆周。在加宽流体料流截面程度的分布器板122的外圆周和进料罩盖120之间提供间隙，该间隙使供入的流体料流再呈轴向。流体料流的轴向由分布器板外圆周的轴向轮廓和分布器板122水平处进料罩盖内壁的圆筒形轮廓限定。
内部由此在轴向上被分布器板分割。在分布器板122和均化板124之间提供另一间隙，其在轴向上延伸且使流体流动的空间保持开口，该空间在进料罩盖120的整个截面上径向延伸。流体流动由此可以在罩盖的整个截面积上汇集，其之前在分布器板水平处被限定至在那里提供的通道的环形截面。为了在整个截面上均化流动分布(关于压力和流速)，均化板124提供了许多沿着管束反应器纵轴延伸的轴向通道。均化板124中各孔用于为各管产生限定压降并由此用于保证均匀分布。为了保证该均匀分布，均化板124和管束进料端114之间的间隙可具有合适尺寸，并且在优选实施方案中，其厚度可以接近0(图2中未示出)以使进料端114与面向管束的均化板侧面基本直接邻接或接触。
各通道以可控方式提供流阻，其在均化板124和分布器板122之间的中间空间产生(小)返混，其中供入的流体可被分布。这尤其是流体作为液相存在的情况。在均化板124和管束110的进料端114之间提供另一(任选)中间空间，由于离开均化板的各流动能够相互影响，由此可能发生均化。如图3所示，该中间空间可以完全省却，在该情况下均化板直接邻接于管束的进料端。分布器板122均匀构造且不能使任何流动在轴向上，例如呈挡板形式，而均化板以穿孔金属板提供，其中穿孔提供产生可控流阻的各轴向通道。
图2中所示管束反应器进一步包括图2中未示出的管板，其首先用作管112的支撑物并且其次用于将进料罩盖的内部和反应器壁的内部(其中提供温度控制介质)隔开。在图2中，管板形成管束的下端，其终止于管板。管束的进料端由此位于管板内和其下端。管板将包围管束的反应器空间与进料罩盖120隔开。
流体料流的进料以多股进料料流提供，多股进料料流由各进料通道150、152a、152b和相应Y分支提供。图2中所示进料包括分支管，其借助Y分支150、152a、152b分割成在进料罩盖的特定入口孔处提供的多个进料点。
图2显示出借助Y分支的二级分支，其中各进料料流首先在Y分支150处被分割成相同尺寸的两个进料通道，分割通道各自又被下一级的其他Y分支152a、152b分割成其他进料通道。在进料通道Y分支处的曲率半径为与其连接的管的管截面至少两倍大。
在穿过均化板124和均化板与进料端之间的间隙(也可省却)之后，反应混合物流过管束110的管112，以在管束的相对端-出料端116排出。该间隙优选省却(对应于厚度为0)或小于管束外径的5‰、2‰、1‰、0.5‰、0.1‰或0.05‰。图2显示出放大形式的间隙并且目的是使装置的各功能元件更好地彼此区别。在出料端116，来自各管的反应混合物在进入出料连接160之前进入内部体积162。管束出料端的内部体积162由出料罩盖164内侧限定，图2仅显示出其内轮廓线，因为进料罩盖120也仅由与流体流动相关的管束反应器内轮廓线显示。出料罩盖124以流体密封的方式与完全包围管束110的反应器壁或反应器夹套100连接。出料罩盖由此具有与管束出料端的反应器壁相同的直径；这同样适用于进料罩盖120，其具有与管束110的进料端114处的反应器壁相同的内截面。出料罩盖与管束的流体密封连接优选借助直接与反应器基托(未示出)邻接且由此以流体密封方式与其连接的面向管束的罩盖端提供。反应器基托在径向上完全延伸至反应器壁或至面向管束的罩盖端并使管板完全终止。出料罩盖164具有与进料罩盖120互补的功能，即使管束110的出料端116排出的流体流动成束以将其以成束形式供入具有更低截面的出料连接160。进料罩盖的互补功能为加宽供入的(成束)流体料流并将其均匀分散或分布至管束110的进料端114。在图2中，出料罩盖164内部的高度小于进料罩盖120内部的高度。然而，优选进料罩盖和出料罩盖具有相同设计，对于进料罩盖提及的构造特征也适用于出料罩盖，反之亦然。然而，在本发明另一发面，出料罩盖164还可以具有小于进料罩盖120的高度，因为进料罩盖120包括或涵盖偏转装置，而出料罩盖164在罩盖罩和出料端160之间具有空的内部162。出料端160可以终止于出料侧管板(未示出)。管束在管板处或朝管板开口(未示出)，其中管板将各管和管束之间的中间空间与出料罩盖164的内部162隔开。出料罩盖164的(中空)内部162则以液体密封的方式终止于管板，其也在密封下终止于反应器壁和出料罩盖164以及出料罩盖164的内壁。
出料连接160可以与将产物混合物输送至另一加工段或填充装置的管线连接。然而，在本发明一个发面，换热器170直接与出料连接160连接，其在图2中以虚线示出。在换热器170和出料罩盖164之间优选由此仅提供非常短的连接，其例如小于管束半径或小于管束半径的75％、50％、25％、10％或5％。将由出料连接160排出的产物混合物供入换热器170并在那里冷却，并在换热器172的出料处再次排出(以冷却或温度控制形式)。
对于温度控制，换热器优选同样包括管束或冷却盘管，其用于将产物混合物与温度控制介质隔开，但其同时能够由产物混合物向温度控制介质进行传热。为此，换热器170包括入口174和出口176，其中入口174将冷却介质引入换热器170的内部并(在待冷却产物混合物的情况下)使加热的温度控制介质通过出口176流出反应器170。取决于反应条件，还可以预热在换热器上游供入的反应物混合物或反应混合物。为此，换热器使用出料潜热以预热供入反应器的混合物并且同时冷却反应器出料。该热耦合通过换热器提供的适当传热连接实现，其将反应器进料和反应器出料与传热连接，由换热器支持。优选构造出料连接160使得已存在的介质借助罩盖中的特定出料点适当地进入换热器170的管束，其中出料罩盖的出料点对应于管束反应器的产物混合物进料点。
图2不是按真正比例绘制的。尤其是进料罩盖尺寸、出料罩盖尺寸和进料罩盖中存在的各板的尺寸没有按比例绘出，而是沿着反应器纵轴延伸，使得流体流动轮廓可容易地看出。
图3显示出进料罩盖的细节并详细显示出邻接的本发明管束反应器的管束的进料端。进料罩盖220与管束反应器200连接并由此与包括许多管212的管束210连接。全部管末端在同一平面上，其构成管束反应器的进料端214。在管束210的进料端设置进料侧管板213，管束210在其中终止或开口。管212与管板过孔连接或至少部分延伸进入管板，从而提供管内部与进料罩盖的流体密封和在管212之间延伸的中间空间。在进料罩盖220方向上，反应器壁205展开通向固定装置20，由固定装置208形成凸缘，进料罩盖220借助凸缘与反应器壁205连接。反应器基托213也以流体密封的方式与该固定装置208连接。在图3中，反应器壁205以及尤其是固定元件208终止于平面214，在那里还存在管束214的进料端和反应器基托213的内端侧面。反应器基托213的相对内端侧面面向管212之间的空间。在该平面214中，进料罩盖或面向进料端的那端侧面邻接反应器壁以及尤其是反应器壁205的连接装置208。管212由管板213支撑，管板213具有与管212对应的通道，它们被插入通道中或管212以其他方式与通道连接，其结果是管板213支撑管212。管板213以机械稳定和流体密封的方式与反应器壁205在反应器壁205内侧连接。提供有通道的管板终止于管束210的进料端214。
在另一未示出的实施方案中，管板(以及在图3中未示出的出口侧管板)和一部分固定装置构造成凸缘，其中管板的固定装置部分与管板一起构造成具有用于管的通道或孔的单块钢板。则管板正如反应器壁那样在进料端构造固定装置部分，在管板和反应器壁之间分布的固定装置段构成凸缘连接，其例如具有固定螺丝。
在另一未示出的实施方案中，管束反应器的进料端和管板213以向上方向偏移，即偏移面向进料端的进料罩盖的末端侧面一定距离，这导致额外体积。由于该体积在反应混合物进料和管束进料端之间提供，其被认为是进料罩盖内部体积的一部分。管束进料端的偏移导致均化板224和管束214的进料端之间的另一间隙。在图2中，该间隙用参考数字130表示。然而，在特别优选的实施方案中，均化板直接邻接于进料侧管板而不形成明显间隙，如图3中所示。
在图3所示的实施方案中，构造成其通道与穿孔板的通道成一直线的穿孔板的均化板214直接邻接于管束214的进料端并由此同样与终止于进料端214的管板213直接接触，其中管端延伸穿过整个管板。或者，管束可仅延伸进入管板的一部分(上面部分)，其中管板的通道形成与进料罩盖的流体连接并且管束的进料端由此延伸至平面214(其邻接于均化板)。均化板224构造成具有多个在管束纵向上延伸的通道的穿孔板，其提供一定的流阻。这导致可控的(小)返混，其使截面和管束全部管上的流速均化。均化板插入进料罩盖220的圆周套中，使得进料罩盖220与反应器壁的连接元件208的连接同样固定均化板224。均化板224的穿孔可显著小于各管212的截面，使得各管接收均化板224的多个穿孔的流体。或者，均化板224可以具有各自被指定给特定管的孔，使得正好一个穿孔为正好一个指定管提供反应混合物。均化板224中穿孔的截面积在该情况下优选小于各管的内截面积。
进料罩盖220也具有分布器板222，与均化板相反，其不具有通道，而具有连续截面。分布器板222用进料罩盖220的端面内侧上的连接元件223固定，其相对于进料端214设置。如已在图2中描述，反应混合物在入口点251进入进料罩盖220的内部并冲击那里的分布器板222的表面，将反应混合物流体料流径向朝外输送。在图3中，该表面未以平坦表面示出，如图2所示，而是设计成朝管束倾斜的凹面。供入的流体料流冲击的表面原则上可具有任何形状，但优选为平坦的或具有流体输送所需的其他形式。分布器板222由此在进料罩盖220的内部体积的进料侧端面之间提供第一间隙，其中供入的流体料流被加宽。其中流体料流被加宽的该间隙226尤其确保进入的反应混合物不优先进入特定管并且其他管没有注入更低流。为此，分布器以及由此供入的进料料流冲击的表面在进料端截面上延伸。进料端的截面是指进料端管束的截面或围绕管束的内接圆。在分布器板222和均化板224之间提供另一间隙227，在其中存在穿过内部体积的自由流动，并且其由此用于汇集分散的流体料流。因为在分布器板和均化板224之间通过间隙227提供一定体积并且均化板224形成一定返混，反应混合物在间隙227中在内部体积的整个截面上，尤其是在管束截面上汇集，并且能够均化压力，这导致截面间隙227内的流动均化。间隙227由此在反应混合物以均化方式进入进料端214之前用作反应混合物的汇集空间。此外，间隙227用作由均化板224提供的返混或压差的积聚空间。
图4显示出具有进料罩盖320和管束的进料端314的管束反应器的一部分，其中例如示出3个管312。罩盖在背离进料端的那端侧面上包括进料351，反应混合物穿过进料351进入进料罩盖320的内部。进料351偏移纵轴L并由此在反应器罩盖中心外部提供。由于未示出的其他偏心进料，供入的料流通过分布器板322径向朝外偏转，分布器板322提供在进料罩盖320内。在分布器板322的外边缘(未示出)和进料罩盖的内侧之间提供环形通道，其使反应混合物在轴向上再偏转并使其偏转进入进料罩盖内分布器板322和均化板324之间的间隙327中。如已说明，与分布器板322相反，均化板324具有(轴向)通道，例如呈穿孔板或烧结板形式。通常而言，均化板内的通道以他们将均化板的两端侧面相互连接的方式设置。均化板内通道的具体轮廓可自由选择并且尤其可省却，以提供合适的流动条件和合适的流阻。任选均化板具有间隙327a，其用于更好说明，并且在优选实施方案中当均化板324直接冲击管板313时还可以省却。管312插入管板313中。在图4中，管312插入管板的第一段312b中，并且第二段312a提供管与进料罩盖内部的流体连接的通道。管板第二段313a具有通道，其截面小于管的内截面。因此，也如均化板324那样，第二段313a也形成对于进入反应混合物的返混作用并形成用于管束各管的一种限制器。均化板324由此是任选的且可以省却；第二段312a中的通道截面可根据所需流动条件提供。第一段312b由此用于支撑管束各管，而第二段312a用于形成反应混合物的进料通道，以将反应混合物供入管束并以可控方式在该进料管线中使流动截面变窄。第一段312b可以与第二段312a以一个工件形成，或该两个段可以具有两部分形式。在两部分构造的情况下，各段相互直接连接或经由支撑物配置或经由反应器夹套连接。
在未示出的实施方案中，第二段(312a)的通道截面和第一段(312b)的截面一样大；在该情况下，优选使用均化板，其更优选与管板直接邻接。在该实施方案中，该两段之间没有差别且两者均如第一段313b那样构造。换言之，在该实施方案中，通道具有恒定截面，各管完全透过管板并优选终止于管板面向进料罩盖的那侧。进料端则对应于沿着该侧延伸的平面。管板借助压配合、借助熔合或优选借助两者与管束各管连接。在该实施方案中，与对应管端段一起形成用于将反应混合物供入管束的通道的管板段还用于支撑管。相反，在图4的构造中，这两个功能被分割成段313a和313b。未示出的实施方案优选与均化板组合。该均化板直接与进料平面邻接。
还参照图4中的实施方案，均化板同样设置在那里的管板上并用参考数字324表示。分布器板322不与进料罩盖320侧面或其侧壁邻接或在那里终止，而是设置均化板324使得它与进料罩盖在密封下连接或至少覆盖全部管入口。由此在均化板外部或在均化板外边缘处没有显著流动。供入的全部混合物穿过均化板324的通道。由于均化板324的孔或通道，由此产生流阻，全部流体流在其穿过均化板324时在流阻下被供入。这导致在间隙327中可控的返混，其用于间隙327内沿着进料罩盖截面的均压化。在均化板324和进料板313a之间可以提供另一间隙327a，其用于在流体流进入管束各管312之前进一步均化离开均化板324的流体流。然而，优选该间隙不存在或显著小于管板通道的直径或小于管束各管的内径。管板的第二段313a包括与各管邻接的通道。更特别地，第二段313a包括对于各管正好一个通道，其与管的内截面成一直线。管的内截面由此在管束的进料端314处完全包围第二段313a的通道截面。
另外或与其组合，提供管板的第一段313b，管312末端通入其中。管板由此与管在密封下连接，第一段313b以及由此段313a中的通道相互连接并在密封下与管312连接，且由此将有效进料端延伸至反应器基托下侧(面向进料罩盖)。这可通过用来将管束压在管板313a、313b上的重力实现，优选包括管和反应器基托之间的压配合和/或熔合。由此优选设置管束反应器使得纵轴L对应于重力方向并且进料罩盖构成管束反应器的下端。管板313a首先用于支撑管束并且如果合适还用作在管中提供的材料如热量释放材料或催化剂材料的支撑物。热量释放材料优选提供在管束中，尤其是当管束反应器用均匀分布的催化剂或不用催化剂操作时。尤其是在放能反应或强放能反应类型的情况下，在管中提供的热量释放材料用于降低反应体积，即其中管束内存在反应混合物的体积，并同时用于除去所产生的反应热，通过将反应混合物输送通过热量释放材料，并将热量释放材料通过与管312的内壁接触或通过用管312的内壁固定，能够向管壁释放热量以及由此向围绕管312的外管壁输送的温度控制介质释放热量。这首先通过占据其中没有反应进行的空间的热量释放材料降低基于对应体积所产生的反应热，并且其次另外除去反应热，因为反应混合物不仅经由管还经由热量释放材料或其表面释放反应热。更特别地，在稳定状态下，流动返混以可控方式增加，这导致在流动截面上所需的流速分布。返混增加外部传热。在故障的情况下，例如在反应混合物回路中的泵故障(动力故障)，成型体由于高热容而吸收大量热并防止不希望的反应混合物强加热，这由于不除热而产生(由于停留时间增加)。优选提供管板313a、313b内通道或通路的截面使得它小于热量释放材料的最小截面，以防止热量释放材料穿过管板313a、313b进入进料罩盖320。为此，在管束上还可以设置筛，其使热量释放材料保留在管束内。筛的功能可以通过均化板实现，则其优选直接与管束的进料端或管板邻接。代替热量释放元件或与其组合，可以在管内提供催化剂材料，以为反应混合物提供另外的催化剂表面。可提供腊希圈作为管中的热量释放材料。此外，管束在进料端可以具有限制器元件以降低管内截面。它们具有的作用与均化板和第二段313a中的更细通道相同。由于热量释放材料以及热基作用，尤其导致流动作用(混合)并以可控方式人为降低管中体积，热量释放材料还可以称作混合材料或空间支撑材料。
图5详细地显示出具有换热器的本发明管束反应器的出料端。图5显示出出料侧上的管束反应器401的上端。例如示出管束反应器的管束的各管402。管束反应器包括出料罩盖，其通过管板405的末端侧面、环404和罩盖段403形成，管402通入管板405中。它们可以构造在一个工件中(未示出)或如示出那样构造成两个工件且相互连接。罩盖段403与环404一起形成窄间隙404a，在那里将反应混合物引入管402中。在反应器出口侧的反应器管板405经由凸缘连接与环和罩盖段403连接。该凸缘连接还包括螺纹连接(未示出)，其延伸用罩盖段403和管板405边缘的点线表示。图5中所示反应器进一步包括连接间隙404a和间隙404b的连接孔413，其在罩盖段背离反应器的那端侧面和换热器的管板406之间形成。入口侧管板405经由凸缘连接与罩盖段403连接，其中对应螺纹连接的延伸以换热器的入口侧管板的外边缘上的点线示出。
换热器包括热交换管408，在图5中仅举例示出两个热交换管。经由热交换管通入其中的换热器的入口侧管板406，由反应器排出的产物混合物进入热交换管408。由热交换管408形成的管束设置于换热器夹套408a内，其中存在温度控制流体，即温度控制回路的热介质。换热器由此包括次级冷却回路的入口411和次级冷却回路的出口412，次级冷却回路与穿过热交换管408的初级冷却回路连接。为了实现逆流操作，入口411设置在换热器远离出料罩盖的那端并且出口412设置在换热器的出料罩盖端。在特别优选的实施方案中，反应物料流穿过次级冷却回路的入口411，由次级冷却回路的出口412排出并输送至反应器401的进料罩盖。这在引入进料罩盖的反应混合物和由出料罩盖排出的流体混合物之间提供热交换。在另一实施方案中，不是全部反应物料流，而是可调节比例的反应物料流穿过次级冷却回路，整个反应过程的温度控制通过控制输送通过次级冷却回路的反应物料流比例调节，该比例基于直接引入进料罩盖的比例。由此可以预热反应物料流411(在入口411处)，其例如提供冷反应物料流，在该情况下预热的反应物料流412(在出口412处)的出口与反应器进料直接或例如经由混合器连接。
图5反应器的换热器进一步包括另一管板，其提供在换热器的出口侧。换热器的出口侧罩盖409与其连接，在那里汇集输送通过热交换管408的产物料流或产物混合物。换热器的出口侧罩盖409连接有冷却产物出口410，冷却产物料流由此排出并且例如可供入另一加工段或填充装置。图5中所示换热器由此确保从产物料流向反应物料流的传热，在该情况下产物料流中存在的反应热释放至反应物料流以将其预热。预热首先在反应器内实现较低温度梯度并且其次待供入反应器的反应混合物已被引导至合适的操作点。通过换热器直接在反应器出料端早期除去反应热还具有的优点是产物混合物在一从反应器排出就被冷却至更低临界温度。如在环十二碳三烯与一氧化二氮反应的情况下，如果从反应器排出的混合物包含具有不希望其他反应的物质，则冷却可实现的效果是出料罩盖中不希望的其他反应基本被抑制，因为出料罩盖内部体积小，并且所排出的混合物料流的其他反应被抑制，因为其在从出料罩盖排出之后立即被那里提供的换热器冷却。此外，图5中所示的其中换热器的入口侧管板直接与罩盖段403邻接的构造实现排出产物料流的快速冷却，因为罩盖段403通过换热器的入口侧管板406冷却。因此，甚至在连接孔413内仅以有限程度发生另一反应，因为温度控制或冷却已在那里借助换热器实现。如已说明，代替借助所供入冷反应物料流的冷却，还可以将温度控制介质经由次级冷却回路引入换热器，此时反应物已经以预热形式存在并由此不适合充分冷却。
本发明方法尤其适于其中反应物混合物包含至少一种未完全转化且甚至在穿过反应器管束之后仍可进行其他反应的组分的反应，在该方法中离开反应器的产物混合物优选通过与冷却反应物混合物的热耦合而直接冷却，如图5装置中那样，其中提供冷却的换热器直接提供在出料罩盖上。在管束反应器中环十二碳三烯与一氧化二氮的反应中尤其如此，其中环十二碳三烯在反应混合物内未完全转化，例如仅以30％或更小的程度转化。剩余的环十二碳三烯由于未完全转化而保留在产物料流内，且可尤其在较高温度下导致其他反应，这显著降低目标产物的选择性。然而，根据本发明当所排出的产物混合物立即冷却时，这些其他反应显著降低。此外，产物混合物中存在的目标产物环十二碳二烯酮可进一步与其他一氧化二氮反应而产生二酮，这同样降低选择性。因为该不希望反应是依赖温度的，其可通过直接冷却排出的产物混合物而被实质上抑制。尤其在环十二碳三烯与一氧化二氮反应产生环十二碳二烯酮和氮气的反应的情况下，可以通过进料罩盖中、出料罩盖中和下游产物流动区域中的精确温度控制而降低不希望的副反应、其他反应和不希望的产物。这通过进料罩盖内、出料罩盖内的小体积和通过直接冷却由反应器排出的产物料流而实现。这将反应基本限制在管束，使得仅非常少量的混合物存在于管束外(即进料罩盖、出料罩盖内和排出的产物料流内)，其由于所产生的反应热而具有不同的操作点且可以产生不希望的转化产物。
进料罩盖中、管束中以及优选出料罩盖中的反应混合物优选以液相存在或其中小比例以气相存在。更特别地，进料罩盖中和管束中的反应混合物基本以液相存在，而出料罩盖中的反应混合物以液相存在并且其中以气相存在的最大比例为反应器体积(＝罩盖体积+管束体积)的20％、10％、5％、2％、1％、0.5％或0.1％。就此而言，完全溶解于液体中的气体和液化气体混合物也被认为是液相。
图6显示出本发明管束反应器的另一实施方案，其详细显示进料侧。该管束反应器包括进料罩盖503，其具有沿着反应器纵轴L延伸的进料505。该反应器进一步包括管板513b，管束的各管512通入其中。管板513b由此与进料罩盖503一起形成进料罩盖的内部503a。该内部被认为是管512的进料端和反应器罩盖503的相对内端面之间的整个空间。一部分内部体积由此通过反应器基托513b提供，其包括朝着出料罩盖延伸的环，其内截面算作内部。此外，在该内部提供偏转装置，其包括分布器板522和均化板524。这提供三个间隙，其各自具有在整个内部延伸的中空的完整截面。在分布器板522和出料罩盖503内端面之间提供间隙，该内端面与管的进料端相对。在整个截面上连续的另一间隙提供在分布器板522和均化板524之间，第三个间隙提供在均化板和管束端面之间，即在均化板524和管512的进料端之间。在分布器板522水平处，截面被限定为窄间隙，该间隙提供在分布器板522外边缘和分布器罩盖内侧之间。
流进入流505的混合物由此径向朝外穿过分布器板522和反应器罩盖503内端面之间的第一个间隙，穿过进料罩盖内壁和分布器板522外边缘之间的环形间隙，使得在混合物进入分布器板522和均化板524之间的间隙之前流体料流具有环的形式，该环具有窄边缘。在该间隙中，流体料流再汇集在整个截面积上，使得流体料流以内部截面形式具有对应于圆的截面。分布器板和均化板之间的间隙527用于均匀地分布流动，因为均化板524以可控方式使流动返混。分布器板和进料罩盖503内壁之间的环形间隙527a用于分散从进料505中的流动截面开始的流动截面。进料罩盖进一步包括将分布器板512和与管512进料端相对的进料罩盖503内端面连接的固定元件，该固定元件还将均化板以一定距离固定于分布器板522上，由此限定间隙527的高度，与进料罩盖503的连接也将均化板524固定在进料罩盖上。在其他实施方案中，在均化板和进料罩盖503的内侧壁之间优选不提供间隙，然而，可以提供小于间隙527a的宽度且优选小于环形间隙527a间隙宽度的50％、30％、20％或10％的小间隙，环形间隙527a提供在分布器板522的外边缘和进料罩盖的内侧壁之间。
图6中所示本发明管束反应器的实施方案进一步包括用于冷却水的入口短管508，优选围绕反应器壁502a的圆周且靠近管512进料端设置的短管，以将温度控制介质供入反应器内部。该反应器进一步在出料侧包括同样的短管(未示出)，其用于将温度控制介质从反应器内部排出。该反应器进一步包括穿孔板513，管512穿过其延伸，其进一步包括在管之间提供的轴向通道，通过该轴向通道向出料端及尤其是出料短管(未示出)输送温度控制介质。
在优选实施方案中，反应器进一步包括约2500或约1600个管。根据实例，分布器板522和均化板524之间的间隙527具有25mm±4mm的高度，分布器板522和进料罩盖503内端面之间在进料505处的通道具有25mm的高度和700mm或550mm的直径。内部503a优选构造成圆筒形，其纵轴对应于管束反应器的纵轴L的纵轴。分布器板522具有30mm的厚度，分布器板522的外边缘和进料罩盖503的内侧壁之间的距离为15mm。这在分布器板水平上得到呈中空圆筒形式的流动截面，其长度为30mm且厚度(＝内圆筒和外圆筒之间的半径距离)为15mm。

Claims (17)

1.一种包括管束的管束反应器，所述管束具有与管束反应器的进料罩盖连接的进料端，其中所述进料罩盖以具有在进料端的截面积和内部体积的平板设计构造并且内部体积与截面积之比小于0.35m。
2.根据权利要求1的管束反应器，其中在进料端设置的进料罩盖的内部体积的至少一段以圆筒形、圆柱形、中空圆筒形或具有圆形内外截面的中空圆筒形构造。
3.根据权利要求1或2的管束反应器，其中在进料罩盖的内部体积内提供设置在进料罩盖的进料连接和管束的进料端之间的偏转装置，以在流体料流进入进料端之前使从进料连接流入进料罩盖的至少部分流体料流以径向朝外偏转。
4.根据权利要求3的管束反应器，其中所述偏转装置包括其截面小于进料端内部体积截面的分布器板，以形成在内部体积内在所述板的外边缘处以所述板的轴向且围绕分布器板外边缘延伸的通道，并且所述偏转装置还包括具有穿过其延伸的多个通道的均化板，其中所述均化板设置在分布器板和进料端之间并且所述分布器板在空间上将进料连接和均化板之间的内部体积的中空段分割。
5.根据权利要求3或4的管束反应器，其中分布器装置在管束的进料端和进料罩盖的进料连接之间延伸，并且就从进料连接流出的流体料流而言覆盖整个进料端，以通过偏转流体料流而就来自进料连接的直接轴向流体流而言基本完全覆盖进料端。
6.根据上述权利要求中任一项的管束反应器，其具有多个进料通道，进料通道提供多个入口孔，入口孔提供在进料罩盖壁中并通向内部体积，其中至少一个入口孔设置在进料端的中心轴外或全部入口孔围绕中心轴沿着圆或在环内均匀设置。
7.根据权利要求6的管束反应器，其中所述入口孔偏离管束反应器的管的纵轴并且各入口孔的中心具有与最靠近的管的纵轴的最大距离。
8.根据权利要求6或7的管束反应器，其中通过分支管提供进料通道，所述分支管包括与两个入口孔连接或与另一Y分支连接的Y分支。
9.根据上述权利要求中任一项的管束反应器，其中所述管束具有位于进料端的相对端且与管束反应器的出料罩盖连接的出料端，其中所述出料罩盖以具有在出料端的截面积和内部体积的平板设计构造并且内部体积与出料端的截面积之比小于0.35m。
10.一种操作管束反应器的方法，包括：将反应物混合物引入管束并使至少一部分反应物混合物在管束内转化成产物，其中引入包括：将反应物混合物供入管束反应器的进料罩盖的内部并将反应物混合物以流体料流的形式输送至管束的进料端，所述流体料流一进入进料端就具有截面积，并且其中流体料流流过的进料罩盖内部具有内部体积；并且内部体积与截面积之比小于0.35m。
11.根据权利要求10的方法，其中所述引入步骤包括：引入具有恒定截面积的流体料流；并使流体料流在进料罩盖内通过，包括：使引入的流体料流分散分布；使分散的流体料流朝着进料端偏转；以中空圆筒形式输送偏转的流体料流和将流体料流合并而得到具有恒定截面的合并流体料流；并且将合并的流体料流引入管束的进料端。
12.根据权利要求11的方法，其中将合并的流体料流引入管束的进料端包括：将合并的流体料流输送通过设置在进料端的均化板的多个通道。
13.根据权利要求11或12的方法，其中以中空圆筒形式提供的偏转流体料流具有与中空圆筒的内截面对应的内截面并且在内截面内基本不提供流动，而偏转流体料流的内截面基本上覆盖与所引入流体料流相关的进料端的整个截面。
14.根据权利要求10-13中任一项的方法，其中反应物混合物的供应包括：将反应物混合物进料料流分成多股进料料流，其各自输送通过多个通道之一，之后进料料流在入口点进入内部，其在空间上相互隔开，并且至少一个入口点或全部入口点位于管束进料端的中心轴之外，或者全部入口点围绕管束进料端的中心轴沿着圆或在环内均匀设置。
15.根据权利要求14的方法，其中所述入口点偏离管束反应器的管的纵轴并且各入口点的中心具有与最靠近的管的纵轴的最大距离。
16.根据权利要求13或14的方法，其中分成多股料流通过将反应物混合物输送通过分支管而提供，并且输送反应混合物包括使反应混合物流过Y分支，Y分支向两个入口点供应反应物混合物或向另一Y分支供应反应物混合物。
17.根据权利要求10-16中任一项的方法，其进一步包括从管束排出产物的步骤，其中产物在进料端相对端的管束出料端以流体料流形式从管束流出并进入管束反应器的出料罩盖内部，流体料流在从出料端排出时具有截面积并且流体料流流过的出料罩盖的内部具有内部体积；并且出料罩盖内部体积与流体料流在出料端的截面积之比小于0.35m。
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