CS212214B2

CS212214B2 - A method for continuously carrying out ion-catalyzed chemical reactions and a reactor for carrying out this process

Info

Publication number: CS212214B2
Application number: CS326978A
Authority: CS
Inventors: Maciej Kiedik; Jozef Kolt; Edward Grzywa; Kazimierz Terelak
Original assignee: Inst Ciezkiej Syntezy Orga
Priority date: 1977-05-21
Filing date: 1978-05-19
Publication date: 1982-03-26
Also published as: PL107987B1; DD135448A5; RO74848A; PL198328A1

Abstract

Vynález se týká kontinuálního provádění chemických reakcí v reaktoru za přítomnosti měniče iontů, při kterém je zajiětován stálý účinný odvod reakčního tepla. Podstata způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že iontoměnič se uvnitř válcového svislého prostoru reaktoru rozděluje na dvě části, na spodní fluidní vrstvu a na horní nehýbnou vrstvu, přičemž reakční směs se přivádí do spodní čésti reaktoru a cirkuluje ve fluidní vrstvě za současného odebírání tepla vnějším nebo vnitřním výměníkem tepla, popřípadě přímým přestupem do přiváděné reakční směsi. Podstata reaktoru, vytvořeného ve tvaru dutého válcového tělesa se svislou osou a horními a spodními filtračními tryskami, spočívá v tom, že je opatřen v jedné třetině až dvou třetinách své výšky sadou štěrbinových filtračních trysek pro odebíráni části reakční směsi do cirkulačního obvodu, přičemž pod sadou trysek je umístěna dělicí stěna pro zmenšení plochy příčného průřezu reaktoru.The invention relates to the continuous performance of chemical reactions in a reactor in the presence of an ion exchanger, in which a constant effective removal of reaction heat is ensured. The essence of the method according to the invention lies in the fact that the ion exchanger is divided into two parts inside the cylindrical vertical space of the reactor, into a lower fluidized bed and an upper fixed bed, while the reaction mixture is fed into the lower part of the reactor and circulates in the fluidized bed while simultaneously removing heat by an external or internal heat exchanger, or by direct transfer to the supplied reaction mixture. The essence of the reactor, formed in the shape of a hollow cylindrical body with a vertical axis and upper and lower filter nozzles, consists in that it is provided in one third to two thirds of its height with a set of slot filter nozzles for removing part of the reaction mixture into the circulation circuit, while a dividing wall is placed under the set of nozzles to reduce the cross-sectional area of the reactor.

Description

Vynález se týká způsobu kontinuálního provádění chemických reakcí, katalyzovaných iontoměniči, zejména reakcí s velkým tepelným účinkem, při kterém jsou použité reakční složky při reakčních podmínkách kapalné, a reaktoru k prováděni tohoto způsobu.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a process for the continuous carrying out of chemical reactions catalyzed by ion exchangers, in particular a high-temperature reaction in which the reactants used are liquid under the reaction conditions and to a reactor for carrying out the process.

Iontoměniče se používají hlavně pro změkčování vody a odstraňování solí z vody a jsou obvykle vytvořeny ve formě válcových nádob se svislou osou, ve kterých je vrstva měniče iontů uložena na dně, opatřeném oky nebo hubicemi. Pracovní proces probíhá cyklicky, přičemž v prvním cyklu probíhá výměna iontů a v následujícím cyklu probíhá regenerace měniče iontů, přičemž mezi za sebou následujícími cykly jsou zařazeny vložené operace, při kterých se provádí proplachovéní a promíchávání vrstvy měniče iontů, aby se ovlivnila hydraulická struktura vrstvy měniče iontů.Ion exchangers are mainly used to soften water and remove salts from water and are usually formed in the form of cylindrical vessels with a vertical axis in which the ion exchanger layer is deposited on a bottom provided with eyes or spouts. The process is cyclic, with an ion exchange in the first cycle, and an ion exchanger regenerating in the following cycle, with intermittent cycles that include flushing and stirring the ion exchanger layer to affect the hydraulic structure of the ion exchanger layer. ions.

Zařízení pro výměnu iontů nebo jiné zařízení, která mají vzhledem k činnosti tlakového filtru podobný charakter, nebyla dosud považována za vhodné k provádění chemických reakcí s měničem iontů jako katalyzátorem, zejména k provádění reakcí s velkým množstvím reakčního tepla.Ion exchange devices or other devices which are similar in nature to the operation of the pressure filter have not yet been considered suitable for carrying out chemical reactions with an ion exchanger as a catalyst, in particular for carrying out reactions with a large amount of reaction heat.

Tento poznatek byl odvozován z toho, že je zásadní rozdíl mezi chemickým procesem, probíhajícím za přítomnosti měniče iontů a při kterém dochází k velkému tepelnému efektu, a. požadavky, které má splňovat měnič iontů ve srovnání s reaktorem pro výměnu iontů. Je třeba pamatovat na to, že například regenerace měniče iontů, které tvoří základní pracovní operaci při měněni iontů, se v reaktoru pro měnění iontů neprovádí nebo se provádí jen v omezeném rozsahu jako operace s vedlejším významem. Naproti tomu u měničů iontů nevzniká žádný problém s odvodem tepla, který u reaktorů tvoří jednu ze základních funkcí.This finding has been deduced from the fact that there is a fundamental difference between a chemical process taking place in the presence of an ion exchanger and a great thermal effect, and the requirements to be met by an ion exchanger compared to an ion exchange reactor. It should be remembered that, for example, the ion exchanger regeneration, which constitutes the basic ion-exchange operation, is not carried out in the ion-exchange reactor or is only to a limited extent carried out as operations of minor importance. On the other hand, there is no heat dissipation problem with ion exchangers, which is one of the basic functions of reactors.

Je známo, že největšího výtěžku chemických reakcí, katalyzovaných iontoměniči, se obecně dosáhne u takových reaktorů, jejichž konstrukce zaručuje jednoduchý průtok reakční směsi pevnou vrstvou iontoměniče, při nepříliš velkém promíchávání v osovém a příčném směru. Použití pevné vrstvy měniče iontů v reaktoru, ve kterém dochází k přívodu nebo odvodu reakčního tepla, je podmíněno výměnou tohoto tepla, aby se zajistila odpovídající a rovnoměrná teplota v celé vrstvě měniče iontů, přičemž je třeba přihlédnou k tomu, že taková vrítva má nízký činitel tepelné výměny. Kromě toho je třeba zajistit rovnoměrnou strukturu vrstvy měniče iontů i při dlouhotrvajícím průtoku reakční směsi vrstvou. Tyto podmínky je možno dodržovat jen velice obtížně, zejména při proudění reakční směsi směrem dolů.It is known that the greatest yield of chemical reactions catalyzed by ion exchangers is generally achieved in such reactors whose design ensures a simple flow of the reaction mixture through the solid ion exchange layer, with little or no mixing in the axial and transverse directions. The use of a solid ion exchanger layer in a reactor where the heat of reaction is supplied or withdrawn is conditioned by the exchange of heat to ensure an adequate and uniform temperature throughout the ion exchanger layer, taking into account that such a layer has a low factor heat exchange. In addition, it is necessary to ensure a uniform structure of the ion exchanger layer even with prolonged flow of the reaction mixture through the layer. These conditions are difficult to maintain, especially when the reaction mixture flows downwards.

Jednou z charakteristických vlastností vrstvy měniče iontů je přemístovánl zrn, ke kterému dochází v průběhu proudění tekutiny směrem nahoru a při kterém se zvyšuje průtočný odpor, který se také stává nerovnoměrným a kromě toho dochází k vytváření kanálků ve vrstvě a k ucpávání otvorů nebo hubic dna; tyto jevy mají za následek vznik neaktivních částí vrstvy, ve kterých se shromažďují reakční látky a v případě exothermní reakce dochází k neregulovatelnému zvýšení teploty, protože reakční teplo není odváděno v potřebném rozsahu společně s reakčními složkami. Po překročení maximální přípustné pracovní teploty zrn vrstvy měniče iontů dochází v důsledku tepelného rozkladu a desulfurování k desaktivaci měniče iontů. Tento jev se projevil u kyselého měniče iontů, mimořádně odolného proti vyšším teplotám a tvořeného ze sulfonovaného kopolymeru styrénu a divinylbenzenu již při 140 °C, přičemž u jiných typů měničů iontů k tomuto rozkladu dochází při ještě nižších teplotách.One of the characteristics of the ion exchanger layer is the displacement of the grains, which occurs during fluid flow upwards and increases the flow resistance, which also becomes uneven and in addition creates channels in the layer and clogging the holes or spouts of the bottom; these phenomena result in inactive portions of the layer in which the reagents accumulate, and in the case of the exothermic reaction, an unregulated temperature increase occurs because the heat of reaction is not dissipated to the extent necessary along with the reactants. When the maximum permissible working temperature of the ion exchanger layer grains is exceeded, the ion exchanger is deactivated due to thermal decomposition and desulfurization. This phenomenon has been found in an acidic ion exchanger, which is extremely resistant to high temperatures and is composed of a sulfonated copolymer of styrene and divinylbenzene as early as 140 ° C, whereas in other types of ion exchanger this decomposition occurs at even lower temperatures.

Základním požadavkem, kterému proto má vyhovět měnič iontů v reaktoru, je proto udržení optimální reakční teploty v celé vrstvě měniče iontů. Pro selektivitu procesu je častěji rozhodující hodnota vyskytujících se teplot, přičemž charakteristickými znaky četných chemických reakcí, probíhajících za přítomnosti měniče iontů, nejsou jen tepelné účinky, ale také hodnoty teplot, při kterých je průběh chemické reakce nejpříznivějěí a které se jen nepatrně liší od maximálně přípustných hodnot měniče iontů. Dostatečná selektivita procesu je dosažitelná jen v úzkém rozsahu pracovních teplot.Therefore, the basic requirement to be met by the ion exchanger in the reactor is to maintain an optimal reaction temperature throughout the ion exchanger layer. The value of the occurring temperatures is more often decisive for process selectivity, with the characteristic features of many chemical reactions taking place in the presence of an ion exchanger not only thermal effects, but also the temperature values at which the chemical reaction is most favorable and only slightly different from the maximum permissible ion exchange values. Sufficient process selectivity is achievable only within a narrow operating temperature range.

Pro řešení tohoto problému byly vyvinuty četné metody a reaktory pro chemické reakce, prbbíhající za přítomnosti měniče iontů, které byly rovněž použity v průmyslovém měřítku.To solve this problem, numerous methods and reactors for chemical reactions, carried out in the presence of an ion exchanger, have also been developed which have also been used on an industrial scale.

Podle dosavadního stavu techniky je znám způsob, při kterém chemická reakce probíhá v míchacím zařízení, které zajištuje potřebný odvod tepla; v tomto míchacím zařízení vSak dochází k mechanickému rozrušování zrn měniče iontů a přitom výtěžek na jednotku prostoru reaktoru je poměrně nízký.It is known in the art to carry out a chemical reaction in a mixing device which provides the necessary heat dissipation; however, in this agitator, the ion exchanger grains are mechanically disrupted and the yield per unit of reactor space is relatively low.

Pro tento účel byla také použita skupina dvou nebo i více reaktorů, opatřených pevnou vrstvou měniče iontů a zařazených za sebou, mezi nimiž byly jako mezistupně umístěny výměníky tepla. Také byly používány různé filtrační prostředky, jimiž byl vnitřní prostor reaktoru rozdělen na oblasti s pevnou vrstvou měniče iontů a na mezistupně, ve kterých se zajištoval odvod tepla. Takové řešení nejsou přes řadu předností hospodárná, protože je třeba vytvořit složitou reaktorovou soustavu, která se při proměnlivých provozních, podmínkách jen obtížně reguluje.For this purpose, a group of two or more reactors provided with a solid layer of ion exchanger and one after the other, between which heat exchangers were interposed between them, was also used. Various filter means have also been used to divide the interior of the reactor into areas with a solid ion exchanger layer and intermediate stages in which heat dissipation was provided. Despite a number of advantages, such solutions are not economical because a complex reactor system is required which is difficult to control under varying operating conditions.

Umístěné odváděčích prostředků do vrstvy pevného měniče iontů, například chladicích hadů, se v širším měřítku nepoužívá, protože pro zajiětění výměny tepla tímto způsobem jsou potřebné velké plochy, přičemž průtok reakční směsi vrstvou měniče iontů je nerovnoměrný.Placed drainage means into the solid ion exchanger layer, for example cooling coils, are not widely used because large areas are required to provide heat exchange in this way, and the flow of the reaction mixture through the ion exchanger layer is uneven.

Jiné známé metody regulace tepelných podmínek při chemických reakcích, probíhajících za přítomnosti katalyzátoru ve formě měniče iontů, jsou založeny na tom, že se jedna z výhozich látek použije v nadměrném množství nebo se složky směsi zředí inertními látkami.Other known methods for controlling the thermal conditions of chemical reactions taking place in the presence of an ion exchange catalyst are based on the fact that one of the starting materials is used in excessive amounts or the components of the mixture are diluted with inert substances.

Tato opatřeni umožňuji sice odvod reakčního tepla vrstvou měniče iontů a udržení potřebné teploty k proběhnuti chemické reakce, ale snižuji současně výtěžnost na jednotku prostoru reaktoru.These measures, while allowing the removal of the reaction heat through the ion exchanger layer and maintaining the temperature required for the chemical reaction, also reduce the yield per unit of reactor space.

Z polského patentního spisu č. 94 770 je znám způsob provádění chemických reakcí, při kterém se reakční směs nechá proudit vrstvou měniče iontů takovou rychlostí, aby došlo k výměně tepla mezi proudem reakčnich složek v normálním směru a mezi opačně směřujícím recirkulujícím proudem reakčnich složek.A process for carrying out chemical reactions is known from Polish Patent Specification No. 94,770, wherein the reaction mixture is allowed to flow through the ion exchanger layer at a rate such that heat exchange occurs between the reactant stream in the normal direction and the oppositely directed recirculating stream of reactants.

Tento způsob umožňuje další regulaci stupně konverze v závislosti na době oběhu, má však na druhé straně všechny nedostatky periodicky prováděných procesů.This method allows further regulation of the degree of conversion depending on the circulation time, but on the other hand has all the drawbacks of periodically performed processes.

Nedostatky dosud známých postupů jsou odstraněny způsobem kontinuálního provádění chemických reakcí podle vynálezu, při kterém je chemická reakce katalyzována iontovými měniči a při kterém jsou reakční složky vedeny za reakčnich podmínek ve formě svislého válcového sloupce. Podstata způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že iontoměnič se rozděluje v reaktoru proudem reakční směsi na dvě části, jejichž vzájemný poměr odpovídá reakčním podmínkám, přičemž první část tvoří vířivou vrstvu ve spodní části reaktoru, ve které se proud reakční směsi obrací a ve které probíhá předběžná chemická reakce za současného předávání reakčního tepla do proudu reakční směsi. Druhou část iontoměniče tvoří pevná vrstva v horní části reaktoru, kde probíhá další část chemické reakce, přičemž průtoková rychlost reakční směsi pevnou vrstvou iontoměniče je nejméně pětkrát menší než ve vířivé vrstvě. Reakční složky se přivádějí do spodní části a zreagované složky opouštějí horní část odkud jsou také odváděny.The drawbacks of the hitherto known processes are overcome by the process of carrying out the chemical reactions according to the invention in which the chemical reaction is catalyzed by ion exchangers and in which the reactants are conducted under the reaction conditions in the form of a vertical cylindrical column. The process according to the invention is characterized in that the ion exchanger is divided in the reactor by a reaction mixture stream into two parts, the ratio of which corresponds to the reaction conditions relative to each other, the first part constituting a fluidized bed at the bottom of the reactor. a preliminary chemical reaction while transferring the heat of reaction to the reaction mixture stream. The second part of the ion exchanger consists of a solid layer in the upper part of the reactor, where another part of the chemical reaction takes place, the flow rate of the reaction mixture through the solid ion exchanger layer being at least five times smaller than in the fluidized bed. The reactants are fed to the bottom and the reactants leave the top where they are also removed.

Reaktor k provádění způsobu podle vynálezu je vytvořen ve formě svislého válcového sloupce, vyplněného ve spodní i v horní části filtračními prostředky a ve zbývající části mimo filtrační prostředky je umístěna soustava štěrbinových filtračních trysek pro usměrňování proudu reakční směsi. Podstata reaktoru podle vynálezu spočívá v tom, že štěrbinové filtrační trysky jsou umístěny ve výšce, která je rovna jedné třetině až dvěma třetinám celkové výšky reaktoru, a pod štěrbinovými tryskami je umístěna dělicí stěna, zmenšující plochu příčného průřezu reaktoru.The reactor for carrying out the process according to the invention is formed in the form of a vertical cylindrical column filled in the lower and upper portions with filter means and in the remainder outside the filter means there is a set of slotted filter nozzles for channeling the reaction mixture stream. The nature of the reactor according to the invention is that the slotted filter nozzles are located at a height equal to one-third to two-thirds of the total height of the reactor, and a partition wall is located below the slotted nozzles to reduce the cross-sectional area of the reactor.

Podle konrkétního výhodného provedení reaktoru podle vynálezu sestává dělicí stěna z prvků upravených pro výměnu tepla, které jsou rozmístěny po celé ploše příčného průřezu reaktoru, popřípadě jsou pi-vky pro výměnu tepla umístěny na spodní části štěrbinových trysek, popřípadě tvoří přímo spodní část těchto trysek.According to a particular preferred embodiment of the reactor according to the invention, the partition wall consists of heat exchange elements which are distributed over the entire cross-sectional area of the reactor, or the heat exchange rods are located at the bottom of the slot nozzles or form the lower part of the nozzles.

Protože pevná vrstva měniče iontů v horní části reaktoru, není oddělena filtračními prostředky od spodní části reaktoru, obsahující vířivou vrstvu, ale protože tato vrstva je zdržována pouze proudem reakční směsi ve spodní části reaktoru, může se rozdělení reaktoru na dvě oblasti měnit podle potřeby v průběhu procesu, přičemž změna může probíhat v širokých mezích.Since the solid ion exchanger layer at the top of the reactor is not separated by filter means from the bottom of the reactor containing the fluidized bed, but because this layer is retained only by the reaction mixture stream at the bottom of the reactor, process, the change can take place within wide limits.

Celkový objem měniče iontů po nabobtnéní, charakteristickém pro podmínky příslušné chemické reakce, je větší než polovina celkového vnitřního prostoru reaktoru a objem měniče iontů v pevné vrstvě je větší než objem měniče iontů ve vířivé vrstvě. Naproti tomu není poměr zvětšení tlouštky pevné vrstvy měniče iontů v horní části reaktoru vůči původní tlouštce větší než 15 %, aby nedocházelo k nepříznivému vlivu axiálního promíchávání vrstvy.The total volume of the ion exchanger after the swelling characteristic of the chemical reaction conditions is greater than half the total internal volume of the reactor and the volume of the ion exchanger in the solid layer is greater than the volume of the ion exchanger in the fluidized bed. In contrast, the ratio of the increase in the thickness of the solid ion exchanger layer at the top of the reactor to the original thickness is not greater than 15%, so as not to adversely affect the axial mixing of the layer.

Reakční teplo se převádí z proudu reakční směsi ve spodní části reaktoru, kde je v důsledku velké rychlosti průběhu chmické reakce odvod tepla nejintenzivnější, přímo nebo nepřímo do proudu látek, přiváděných do reaktoru.Reaction heat is transferred from the reaction mixture stream at the bottom of the reactor, where, due to the high rate of chemical reaction, heat dissipation is most intense, directly or indirectly, into the stream of materials fed to the reactor.

U způsobu podle vynálezu, prováděného v reaktoru podle vynálezu je zajištěno účinné odvádění reakčního tepla při zachováni potřebných . podmínek pro plynulý průběh chemického procesu a je udržována optimální teplota pro danou chemickou reakci. K dalším přednostem vynálezu patří velký výkon na jednotku prostoru, možnost regulace provozu reaktoru v širokých mezích při nízkých pořizovacích a provozních nákladech zařízení. Regulovatelností provozu reaktoru je získána možnost získávání výsledných reakčních směsí,potřebného složení bez ohledu na proměnlivost mnohých parametrů, zejména katalytické aktivity měniče iontů, složení přiváděné směsi, přítomnosti inertních složek apod. Přesné složení výsledné směsi bez ohledu na časový okamžik jejich získávání je podmíněno odpovídajícím prováděním základních pracovních operací, zejména odlučování a čištění látek.The process according to the invention carried out in the reactor according to the invention ensures efficient removal of the heat of reaction while maintaining the necessary heat. conditions for a continuous chemical process and maintains the optimum temperature for the chemical reaction. Other advantages of the invention include high power per unit space, the possibility of regulating the operation of the reactor within wide limits at low plant acquisition and operating costs. By regulating the operation of the reactor, it is possible to obtain the resulting reaction mixtures, the required composition regardless of the variability of many parameters, especially the catalytic activity of the ion exchanger, the composition of the feed mixture, the presence of inert components etc. basic working operations, especially separation and cleaning of substances.

Reaktor k provádění způsobu podle vynálezu je vytvořen ve tvaru svislého dutého válcového tělesa, jehož vnitřní prostor odpovídá předpokládanému výkonu. Je důležité, aby reaktor měl s ohledem na jeho rozdělení do dvou nad sebou umístěných částí odpovídající štíhlostní poměr, vyjádřený poměrem jeho výšky k průměru, který se mé pohybovat v rozsahu 3 až 5:1, s výhodou 3 až 4:1.The reactor for carrying out the process according to the invention is designed in the form of a vertical hollow cylindrical body, the inner space of which corresponds to the expected power. It is important that the reactor has, with respect to its division into two superposed parts, an appropriate slenderness ratio, expressed as a ratio of its height to a diameter which is in the range of 3 to 5: 1, preferably 3 to 4: 1.

Příklad provedení reaktoru podle vynálezu je zobrazen ve svislém řezu na výkresu.An exemplary embodiment of a reactor according to the invention is shown in vertical section in the drawing.

V horní a dolní části reaktoru jsou vestavěny soustavy vstřikovacích filtračních jednotek 2, £, tvořených zejména štěrbinovými filtračními tryskami, kterými se přivádí a odvádí tekutá reakční směs. Konstrukce trysek má být taková, aby zajištovala bezporuchovou činnost trysek a rovnoměrný průtok reakční směsi. Uvnitř reaktoru je v jedné třetině nebo ve dvou třetinách jeho výšky vestavěna sada £ filtračních trysek, kterými je přiváděna tekutá látka z výtlačné strany oběhového čerpadla 3, na jehož sací stranu je napojen výměník 6 tepla.In the upper and lower parts of the reactor there are built-in systems of injection filter units 2, 6, consisting mainly of slotted filter nozzles through which the liquid reaction mixture is fed and discharged. The design of the nozzles should be such as to ensure trouble-free operation of the nozzles and a uniform flow of the reaction mixture. Inside the reactor, in one third or two thirds of its height, a set 6 of filter nozzles is mounted, through which liquid is supplied from the discharge side of the circulation pump 3, to the suction side of which the heat exchanger 6 is connected.

Při provádění způsobu podle vynálezu se v reaktoru provádí chemická reakce za přítomnosti iontoměniče jako katalyzátoru následujícím postupem. Do reaktoru se přivádí zdola oběhovým čerpadlem cirkulující směs a dávkovacím čerpadlem £ se přivádí směs výchozích látek pro chemickou reakci, přičemž tato směs vstupuje do reaktoru prvními vstřikovacími filtračními jednotkami 2. Cirkulující směs, přiváděná oběhovým čerpadlem 3, 3^e dodávána do reaktoru současně. Proud cirkulující tekuté směsi má být přiváděn v nejméně pětinásobném množství než proud výchozích látek, přiváděných dávkovacím čerpadlem £, aby vrstva měniče iontů udržovala ve spodní části reaktoru ve fluidním stavu.In the process according to the invention, a chemical reaction is carried out in the reactor in the presence of an ion exchange catalyst as follows. The reactor is supplied from the bottom circulation pump circulated the mixture and metering pump £ is fed a mixture of starting materials for the chemical reaction, and the mixture enters the reactor through first fuel injection filter unit 2. The circulating mixture fed via the circulation pump 3, ³ and fed into the reactor simultaneously. The circulating liquid mixture stream should be fed in at least five times the amount of starting material supplied by the metering pump 6 to keep the ion exchanger layer fluidized at the bottom of the reactor.

V této části reaktoru se dosahuje asi 50 % přeměny výchozích látek, přičemž množství měniče iontů nepřekračuje v objemovém množství 30 % celkové hmotnosti iontoměniče v reaktoru. Teplo vyvíjené v této části reaktoru chemickou reakcí se odvádí cirkulující částí směsi, odebíranou sadou £ filtračních trysek a odváděnou do výměníku 6 tepla.In this part of the reactor, about 50% conversion of the starting materials is achieved, with the amount of ion exchanger not exceeding 30% by volume of the total ion exchanger weight in the reactor. The heat generated in this part of the reactor by the chemical reaction is removed by the circulating part of the mixture, removed by the set of filter nozzles 6 and discharged to the heat exchanger 6.

2,22142,2214

Reakční směs postupuje z fluidní oblasti do oblasti s nepohyblivou vrstvou měniče iontů a množství postupující směsi je rovno množství přiváděné surové směsi. Aby se umožnil průtok postupující reakční směsi, je měnič iontů udržován v nepohyblivé vrstvě v rozvolněném stavu, kdy jsou mezi jeho částicemi průchody pro reakční směs. Lineární rychlost postupu reakční směsi nemá být přitom vyšěí než 5 metrů za hodinu. Odvádění tepla v této části reaktoru probíhá pouze stěnami reaktoru.The reaction mixture proceeds from the fluidized area to the stationary layer of the ion exchanger layer and the amount of the progressing mixture is equal to the amount of the raw mixture fed. In order to allow the flow of the progressing reaction mixture, the ion exchanger is kept in a stationary layer in a loose state, with passages for the reaction mixture between its particles. The linear velocity of the reaction mixture should not exceed 5 meters per hour. Heat dissipation in this part of the reactor takes place only through the reactor walls.

Aby se zamezilo propadnutí částic iontoměniče do spodní částí reaktoru, musí se lineární rychlost proudění reakční směsi ve fluidní části udržovat na hodnotách od 5 do 15 metrů za hodinu a nejvýše 25 metrů za hodinu, v závislosti na druhu iontoměniče a hydrodynamických vlastnostech tekuté reakční směsi. Je-li třeba udržovat rychlost postupu reakční směsi na nižších hodnotách, pak musí mít reaktor v oblasti střední sady £ filtračních trysek menší plochu příčného průřezu, aby se v této části lineární rychlost postupu reakční smě si zvýšila.To prevent the ion exchanger particles from falling into the bottom of the reactor, the linear flow rate of the reaction mixture in the fluidized bed must be maintained at a value of 5 to 15 meters per hour and at most 25 meters per hour, depending on the ion exchanger type and hydrodynamic properties of the liquid reaction mixture. If the rate of reaction of the reaction mixture needs to be kept lower, then the reactor must have a smaller cross-sectional area in the region of the central set of filter nozzles in order to increase the linear rate of reaction of the reaction mixture.

K tomuto účelu mohou být do reaktoru vestavěny dělicí stěny, které mohou být tvořeny destičkovými částmi, do kterých se rozšiřuji spodní části trysek, nebo mohou být ke středním tryskám připevněny děrované destičky. Dělicí stěnou může být také spirálová trubka g, tvořící vnitřní výměník tepla, nebo může být tvořena plochými prvky, připevněnými na sadu 4 středních filtračních desek.For this purpose, partition walls may be built into the reactor, which may consist of plate portions into which the lower portions of the nozzles extend, or perforated plates may be attached to the central nozzles. The partition wall may also be a spiral tube g forming an internal heat exchanger, or it may be formed by flat elements mounted on a set of 4 middle filter plates.

Způsob podle vynálezu, prováděný v reaktoru podle vynálezu;,· je podrobněji popsán pomocí příkladu provedeni, týkajícího se alkylace fenolu pomocí trimeru propylenu a výroby difenylpropanu kondenzací fenolu s acetonem za použití směsného polymeru styrenu s divinylbenzenu jako katalyzátoru.The process according to the invention carried out in the reactor according to the invention is described in more detail by way of example concerning the alkylation of phenol with a propylene trimmer and the production of diphenylpropane by condensation of phenol with acetone using a mixed styrene polymer with divinylbenzene as catalyst.

Příklady však neomezují rozsah použití způsobu podle vynálezu a způsob může být prováděn s řadou dalších vhodných iontoměničů jako katalyzátorů chemických procesů.However, the examples do not limit the scope of the process of the invention and the process can be carried out with a variety of other suitable ion exchangers as catalysts for chemical processes.

Příklad 1Example 1

Reaktor, mající vnitřní průměr 100 mm a výšku 1 000 mm se naplnil 3,0 litry předem aktivovaného, sušeného a sulfonovaného směsného polymeru styrénu a divinylbenzenu.A reactor having an inner diameter of 100 mm and a height of 1000 mm was charged with 3.0 liters of pre-activated, dried and sulfonated styrene-divinylbenzene blend polymer.

Střední sada 4 filtračních trysek byla v reaktoru umístěna v polovině výšky.The middle set of 4 filter nozzles was placed in the reactor at half height.

V reaktoru byla prováděna alkylace fenolu pomocí trimeru propylenu při 120 až 122 °C.In the reactor, the phenol was alkylated with a propylene trimmer at 120 to 122 ° C.

Směs sestávající z trimeru a fenolu v molárním poměru 1:2 byla přiváděna spodní soustavou vstřikovacích filtračních jednotek 2, tvořených štěrbinovými tryskami, rychlosti 1,8 litru za hodinu. Cirkulující směs byla dopravována oběhovým čerpadlem takovou rychlostí, že směs byla přiváděna v množství 175 litrů za hodinu, což odpovídá lineární rychlosti pohybu kapaliny ve spodní části reaktoru kolem 22 metrů za hodinu.The mixture consisting of trimmer and phenol in a molar ratio of 1: 2 was fed through the bottom set of injection filter units 2, consisting of slotted nozzles, at a rate of 1.8 liters per hour. The circulating mixture was transported by the circulation pump at a rate such that the mixture was fed at 175 liters per hour, corresponding to a linear velocity of liquid movement at the bottom of the reactor of about 22 meters per hour.

Zreagované směs byla z reaktoru odebírána horní soustavou filtračních jednotek g, tvořených štěrbinovými tryskami. Lineární rychlost tekutiny v horní části reaktoru byla 0,20 metrů za hodinu. Ve fluidní vrstvě došlo k přeměně 48,6 % trimeru propylenu, na výstupu z reaktoru bylo přeměněno 92,3 % trimeru propylenu.The reacted mixture was withdrawn from the reactor by means of an upper set of filter units g, formed by slotted nozzles. The linear velocity of the fluid at the top of the reactor was 0.20 meters per hour. In the fluidized bed, 48.6% propylene trimmer was converted, 92.3% propylene trimmer was converted at the reactor outlet.

Příklad 2Example 2

Difenylenpropan byl vyráběn v reaktoru kondenzací fenolu s acetonem podobným postupem jako v příkladu 1, přičemž teplota reakce se pohybovala od 80 do 83 °C. Směs fenolu a acetonu, vytvořená v poměru 6:1, byla plynule přiváděna tryskami do spodní části reaktoru rychlosti 0,8 litru za hodinu. Průtokové rychlost cirkulující části směsi byla udržována na hodnotách, při kterých se přepraví v cirkulačním obvodu reaktoru 86 litrů eaěsi ze hodinu. Hmotnostní koncentrace 2,2'-di/4-hydroxyfenyl/-propanu v cirkulující směsi ve fluidní vrstvě byla 11,3 % n na výstupu z reaktoru 18,2 %. Výsledný produkt, oddělený krystalizací θ destilací, měl následující vlastnosti: obsah nečistot v hmotnostním poměru 0,2 % a barvu, která v třicetiprocentním roztoku produktu v metanolu překročila 25 jednotek APHA stupnice.Diphenylenepropane was produced in a reactor by condensation of phenol with acetone in a similar manner as in Example 1, the reaction temperature ranging from 80 to 83 ° C. The 6: 1 phenol / acetone mixture was continuously fed through the nozzles to the bottom of the reactor at a rate of 0.8 liters per hour. The flow rate of the circulating portion of the mixture was maintained at values at which 86 liters per hour were transported in the reactor circuit. The mass concentration of 2,2'-di (4-hydroxyphenyl) -propane in the circulating mixture in the fluidized bed was 11.3% n at the reactor exit of 18.2%. The resulting product, separated by crystallization by distillation, had the following characteristics: an impurity content in a weight ratio of 0.2% and a color that exceeded 25 APHA units in a 30% solution of the product in methanol.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

CLAIMS 1. A method for continuously performing chemical reactions catalyzed by ion exchangers, in particular by reacting with the generation of reaction heat, in which the reactants are kept in a liquid state through a vertical cylindrical space in an ascending process of the reaction mixture. to two parts in a proportion corresponding to the reaction conditions of which the first part forms a fluidized bed at the bottom of the reactor through which the reaction mixture is circulated and in which the first part of the chemical reaction takes place while removing the heat of reaction from the reaction mixture; forms an inert layer in the upper part of the reactor, in which another part of the chemical reaction takes place, while the rate of reaction of the reaction mixture through the ion exchanger is kept at least five times less in the inert layer than in the fluidized bed, and happen to the bottom of the reactor and the resulting mixture is discharged from the reactor top.

2. A process according to claim 1, wherein an increase in the height of the upper layer is maintained below 15% as the reaction mixture passes through the upper stationary layer of the ion exchanger.

Process according to claim 1, characterized in that the reaction heat is removed from the reaction mixture at the bottom of the reactor by means of an external or internal heat exchanger, optionally by direct heat transfer to the reaction mixture stream supplied to the reactor.

4. A reactor for carrying out the process according to Claims 1 to 3 with a continuous course of particularly exothermic chemical reactions catalysed by an ion exchanger, in an ascending process of the reaction mixture consisting of a vertical hollow cylindrical body provided with filter elements at the bottom and top. a slotted filter nozzle set (4) located in one third to two thirds of the reactor height for removing part of the reaction mixture stream from the interior of the reactor, wherein a partition wall is provided below the slotted nozzle set (4) to reduce the reactor cross-sectional area.

5. A reactor as claimed in claim 4, wherein the partition wall for reducing the reactor cross section at its level is formed by heat transfer elements distributed particularly uniformly over the cross-sectional area of the reactor, the heat transfer elements being attached to the bottom of the slot nozzles. directly at the bottom of the slot nozzles.

6. The reactor of claim 4 wherein the height to inner diameter ratio is greater than 3: 1.