CS213739B1

CS213739B1 - A method for monitoring thermal changes accompanying chemical reactions and apparatus for performing the method

Info

Publication number: CS213739B1
Application number: CS703679A
Authority: CS
Inventors: Miloslav Vesely; Zdenek Bohac; Vaclav Plechacek
Original assignee: Miloslav Vesely; Zdenek Bohac; Vaclav Plechacek
Priority date: 1979-10-17
Filing date: 1979-10-17
Publication date: 1982-04-09

Abstract

Způsob sledování tepelných směn provázejících chemické pochody založený na měření teploty reakční směsi v pomocném prostoru periodicky naplňovaném vzorkem reakční směsi odebíraným z reakčního prostoru dle čs. autorského osvědčení č. / 208 429 spočívající v tom, že pomooný prostor se temperuje reakční směsí, z níž je tento vzorek odebírán.A method of monitoring thermal changes accompanying chemical processes based on measuring the temperature of the reaction mixture in an auxiliary space periodically filled with a sample of the reaction mixture taken from the reaction space according to Czechoslovak patent certificate No. / 208 429, consisting in the fact that the auxiliary space is tempered by the reaction mixture from which this sample is taken.

Description

(54)(54)

VESELÝ MILOSLAV ing., BOHÁČ ZDENĚK ing., PARDUBICE, PLECHÁČEK VÁCLAV ing., ROHOVLÁDOYÁ BĚLÁVESELY MILOSLAV ing., BOHAC ZDENEK ing., PARDUBICE, PLECHACEK VACLAV ing., ROHOVLADOYA WHITE

Způsob sledování tepelných změn provázejících chemické reakce a zařízení k provádění tohoto způsobuMethod for monitoring thermal changes accompanying chemical reactions and apparatus for carrying out the method

113 73B113 73B

Způsob sledování tepelných směn provázejících chemické pochody založený na měření teploty reakční směsi v pomocném prostoru periodicky naplňovaném vzorkem reakční směsi odebíraným z reakčního prostoru dle čs. autorského osvědčení č. / 208 429 spočívající v tom, že pomooný prostor se temperuje reakční směsí, z níž je tento vzorek odebírán.A method of monitoring heat exchanges accompanying chemical processes based on measuring the temperature of the reaction mixture in the auxiliary space periodically filled with a sample of the reaction mixture taken from the reaction space according to the art. No. 208,209, characterized in that the pomonous space is heated by the reaction mixture from which this sample is taken.

213 739213 739

113 718113 718

Vynález se týká způsobu průběžného sledováni i velmi malých rychlostí teplotníoh změn provázejících chemické reakoe podle čs. autorského osvědčení č. 208 429· Jeho součástí je 1 zařízení, umožňujíoí toto sledování. Tento způsob podstatně rozěiřuje možnosti automatiokého řízení ohemiokýoh pochodů, založeného na měření a vyhodnocování teplotníoh změn reakční směsi způsobenýoh reakčním teplem.The invention relates to a method for continuously monitoring even very low rates of temperature changes accompanying chemical reactions according to U.S. Pat. 208 429 · Includes 1 device to enable this tracking. This method substantially expands the possibilities of automatic fire control of the processes based on measuring and evaluating the temperature changes of the reaction mixture caused by the reaction heat.

Širšímu uplatnění termometriokýoh metod při sledování a řízení ohemiokýoh prooesů bránila řada faktorů. Tepelné změny provázejíoí většinu ohemiokýoh reakoí jsou relativně malé, takže vzrůst či pokles teploty reakční směsi, jimiž se uvedené změny projevují, a které je možno měřit a vyhodnocovat, bývají v technologickém měřítku značně ovlivňovány kolísající teplotou okolí, průběhem vedlejších a následných reakoí, jakož i reakcí pomoonýoh látek, například neutralizací. Podle známého stavu teohniky je možno výše uvedené rušivé vlivy v řadě případů eliminovat a chemické procesy objektivně sledovat, řídit a ukončovat tak, že se kontinuálně nebo periodicky měří rychlost teplotní změny reakční směsi, přičemž pokles této ryohlosti nebo s výhodou snížení ryohlosti tohoto poklesu na předem zvolenou hodnotu se využívá jako signál ke změně reakčních podmínek a/nebo k ukončení prooesu. Způsob sledování teplotních změn dle čs* autorského osvědčení č. 208 429 spočívající v měření teploty reakční směsi v oddělené nádobě periodicky naplňované vzorkem reakční směsi odebíraným z reakčního prostoru, umožňuje využití výše uvedeného postupu i pro sledování a řízení izotermně vedenýoh reakoí, tj. i v případeoh, kdy je třeba reakční směs průběžně zahřívat či chladit. Popsaný způsob i zařízení je možno aplikovat také v případeoh, kdy tepelné zabarvení chemické reakoe je vzhledem k výměně tepla s okolím poměrně malé nebo tam, kde reakční směs je vzhledem k nedokonalému míchání a k velikosti či nedostatečné tepelné izolaci reaktoru teplotně nehomogenní. Nevýhodou tohoto postupu i zařízení je určitá nepřesnost měření způsobená vždy větěi čl menší výměnou tepla mezi reakční směsí v oddělené nádobce a okolím, jakož i poměrně dlouhá doba temperace, způsobená tepelnou kapaoitou měřioí nádobky.A number of factors have hindered the widespread application of thermometriocyte methods in monitoring and controlling ohemiocyte prooes. The thermal changes associated with most of the chemical reactions are relatively small, so that the increase or decrease in the temperature of the reaction mixture, which can be measured and evaluated, is largely influenced by fluctuating ambient temperature, the course of secondary and subsequent reactions, by reaction with substances, for example by neutralization. According to the known state of the art, the abovementioned disturbances can in many cases be eliminated and the chemical processes objectively monitored, controlled and terminated by continuously or periodically measuring the rate of temperature change of the reaction mixture, wherein the decrease or preferably the selected value is used as a signal to change the reaction conditions and / or terminate the prooes. The method of monitoring temperature changes according to the author's certificate No. 208 429, consisting of measuring the temperature of the reaction mixture in a separate vessel periodically filled with a sample of the reaction mixture taken from the reaction space, also allows the use of the above procedure also for monitoring and control of isothermally conducted reactions. where the reaction mixture needs to be continuously heated or cooled. The described method and apparatus can also be applied in cases where the thermal color of the chemical reaction is relatively small due to heat exchange with the environment or where the reaction mixture is thermally inhomogeneous due to incomplete mixing and the size or insufficient thermal insulation of the reactor. The disadvantage of this process and the device is a certain measurement inaccuracy caused by a much smaller heat exchange between the reaction mixture in a separate vessel and the environment, as well as a relatively long tempering time caused by the thermal capacity of the vessel measurement.

Podle vynálezu bylo zjištěno, že uvedené nedostatky odstraňuje způsob sledování tepelných změn provázejíoíoh chemické poohody založený na měření teploty reakční směsi v pomooném prostoru periodicky naplňovaném vzorkem reakční směsi odebíraným z reakčního prostoru dle čs. autorského osvědčení 208 429, jehož podstata spočívá v tom, že pomooný prostor se temperuje reakční směsí, z níž je tento vzorek odebírán. Zařízení vhodné k provádění uvedeného způsobu sestává z měřioí nádoby s výhodou tepelně Izolované, opatřené jedním nebo více případně uzavíratelnými otvory pro periodický přívod a odvod reakční směsi, teploměrem s výhodou míchadlem a případně jedním či víoe otvory pro přívod a/nebo odvod pomooného plynu dle čs. autorského osvědčeni č. 208 429, přičemž podle tohoto vynálezu je měřioí nádoba opatřena pláštěm, v němž proudí reakční směs. V některých případeoh může být pléší nádoby tvořen tělesem reaktoru. Teplota še s výhodou měří v nádobě umístěné v reaktoru pod hladinou reakční směsi nebo v nádobě umístěné v proudu reakční směsi z reaktoru přiváděné a do reaktoru se vracející. Kapalinu v měřioí nádobě lze, jak je uvedeno v citované přihlášoe vynálezu, vyměňovat čerpadlem nebo pneumatioky s použitím stlačeného plynu či vakua. Někdy je možno k výměně využít proudění reakční směsi v reaktoru. Nádoba, v niž se sledují tepelné změny provázejíoí chemické poohody, může být tvořena částí potrubí, jímž protéká reakč2According to the invention, it has been found that the method of monitoring thermal changes associated with chemical well-being based on measuring the temperature of the reaction mixture in a Pomoic space periodically filled with a sample of the reaction mixture taken from the reaction space according to US. No. 208,429, which is based on the fact that the pomonous space is heated by the reaction mixture from which the sample is taken. The apparatus suitable for carrying out the method comprises a thermally insulated measuring vessel having one or more optionally closable openings for the periodic inlet and outlet of the reaction mixture, a thermometer preferably a stirrer, and optionally one or more openings for the inlet and / or outlet of the pomon gas. . No. 208,429, wherein the measuring vessel is provided with a jacket in which the reaction mixture flows. In some cases, the sheath of the vessel may be a reactor body. The temperature is preferably measured in a vessel located in the reactor below the level of the reaction mixture or in a vessel located in the reaction mixture stream fed from and returned to the reactor. The liquid in the metering vessel can, as mentioned in the cited application, be replaced by a pump or pneumatics using compressed gas or vacuum. Sometimes it is possible to exchange the reaction mixture in the reactor. The vessel in which the thermal changes accompany chemical reactions can be formed by part of the pipeline through which the reaction flows.

213 739 ní směs· Obsah této části potrubí je pak Od zbývající reakční směsi periodicky oddělován dvěma uzavíracími orgány, např. ventily, kohouty, šoupátky či klapkami. Obecně je výhodné, aby těleso měřicí nádoby mělo co nejmenší tepelnou kapacitu.213 739 mixture · The contents of this pipe section are then periodically separated from the remaining reaction mixture by two shut-off devices, eg valves, taps, gate valves or flaps. In general, it is preferred that the body of the measuring vessel has the lowest heat capacity.

Způsob sledování tepelnýoh změn provázejících chemioké reakce 1 příslušná zařízení, která jsou předmětem tohoto vynálezu, jsou vhodné pro kontinuální 1 diskontinuální procesy. Jejich hlavní výhodou je velmi přesná temperace měřicí nádobky na požadovanou teplotu v závislosti na měnící se teplotě kapaliny v reaktoru a tím podstatné zvýšení přesnosti mě ření rychlosti teplotních změn provázejících chemickou reakci. Výměna tepla mezi měřenou kapalinou a okolím je minimální, doba temperace po, naplnění nádobky čerstvou směsí je velmi krátká. Díky uvedeným přednostem lze způsobem dle tohoto vynálezu sledovat i velmi pomalé teplotní změny, charakteristické pro pomalé reakce.METHOD FOR MONITORING THERMAL CHANGES ACCOMPANYING CHEMICAL Reactions 1 The devices of the present invention are suitable for continuous 1 discontinuous processes. Their main advantage is the very accurate tempering of the measuring vessel to the required temperature in dependence on the changing temperature of the liquid in the reactor and thus a significant increase in the accuracy of measuring the rate of temperature changes accompanying the chemical reaction. Heat exchange between the measured liquid and the environment is minimal, the tempering time after filling the container with fresh mixture is very short. Due to the advantages mentioned above, the very slow temperature changes characteristic of the slow reactions can be observed by the method according to the invention.

Na přiložených výkresech jsou znázorněna příkladná provedení zařízení podle vynálezu, v textu je popsána jejich funkce. Obr. 1 znázorňuje měřicí nádobu, vhodnou pro připojení k okruhu, jímž cirkuluje reakční směs, obr. 2 pak nádobu vhodnou pro zabudování do trubkového reaktoru. Jednoduchá měřicí nádoba na obr. 3 není opatřena zvláštním pláštěm, nebot pláší tvoří těleso reaktoru. Podobně je tomu u zařízení schematicky znázorněného na obr. 4 které je však doplněno pomocnou nádobou na reakční směs. Níže uvedená příkladná provedení předmět vynálezu blíže osvětlují, aniž by jej vymezovaly či omezovaly. Jednotlivá zařízení představují pouze některé základní varianty, vhodné k provádění navrženého postupu.The accompanying drawings show exemplary embodiments of the device according to the invention, their function being described. Giant. 1 shows a measuring vessel suitable for connection to a circuit through which the reaction mixture is circulated; FIG. 2 shows a vessel suitable for incorporation into a tubular reactor. The single measuring vessel in FIG. 3 is not provided with a separate jacket, since the jacket forms the reactor body. Similarly, the apparatus schematically shown in FIG. 4, however, is supplemented by an auxiliary vessel for the reaction mixture. The following examples illustrate the invention without limiting or restricting it. The individual devices represent only some basic variants suitable for carrying out the proposed procedure.

Na obr. 1 je pomocný prostor, v němž se měří teplota reakční směsi, tvořen tepelně izolovanou nádobou 1, opatřenou teploměrem χ, michadlem £, dvěma otvory 2 s klapkami X a tepelně izolovaným pláštěm 6, s dvěma přírubami 8.In FIG. 1, the auxiliary space in which the temperature of the reaction mixture is measured consists of a thermally insulated vessel 1, equipped with a thermometer χ, a stirrer 8, two apertures 2 with flaps X and a thermally insulated jacket 6, with two flanges 8.

Pláší 6 nádoby χ je přírubami 8 připojen na potrubí, jímž nepřetržitě cirkuluje reakční směs z reaktoru. Ve stanovených intervalech se periodicky otevírají a zavírají klapky χ vždy obě současně. V době, kdy jsou klapky X otevřeny,' dojde k výměně reakční směsi v měřicí nádobě χ. Po uzavření klapek X a promíchání kapaliny michadlem £ se měří teplota reakční směsi teploměrem X·The jacket 6 of the vessel 4 is connected via a flange 8 to a pipe through which the reaction mixture is continuously circulated from the reactor. The flap χ both open and close periodically at set intervals. When the flaps X are open, the reaction mixture in the measuring vessel χ is replaced. After closing the flaps X and stirring the liquid with a stirrer £, the temperature of the reaction mixture is measured with a thermometer X ·

Na obr. 2 je schematicky znázorněno zařízení, vhodné pro sledování kontinuálních procesů. Uvnitř trubkového reaktoru vytvářejícího pláší 6 je souběžně s proudem kapaliny připevněna měřicí nádoba χ vybavené teploměrem χ a dvěma otvory 2 s klapkami χ.Figure 2 schematically illustrates a device suitable for monitoring continuous processes. Inside the tubular reactor forming the jacket 6, a measuring vessel χ equipped with a thermometer χ and two apertures 2 with flaps χ is mounted parallel to the liquid stream.

V předem stanovených intervalech se automaticky krátkodobě otvírají klapky X, čímž dochází k periodické výměně kapaliny v měřicí nádobě χ. Vždy několik sekund po uzavření klapek X, tj. po krátkodobé temperaci, se teploměrem χ měří teplota reakční směsi a automatický obvod vyhodnocuje rychlost teplotních změn. Kapalina v nádobě χ se trvale temperuje reakční směsí protékající pláštěm, tj. reaktorem. V některých případech je účelné umístit do reaktoru dvě nebo i více měřioíoh nádob a vyhodnocovat tak vlastnosti reakční směsi s různou dobou prodlení v reaktoru.At predetermined intervals, the flaps X automatically open for a short period of time, thereby periodically changing the liquid in the measuring vessel χ. A few seconds after closing the flaps X, ie after short-term tempering, the temperature of the reaction mixture is measured with a thermometer χ and the automatic circuit evaluates the rate of temperature changes. The liquid in the χ vessel is constantly tempered by the reaction mixture flowing through the jacket, ie the reactor. In some cases, it is expedient to place two or more measuring vessels in the reactor to evaluate the properties of the reaction mixture with different residence times in the reactor.

Obr. 3 představuje válcovou měřicí nádobu X, do které je zaveden teploměr χ a míchadlo £. Nádoba χ je dále opatřena dvěmi čelními otvory 2 s klapkami χ. Pláší nádoby X, upevněné pod hladinou reakční směsi, není na obrázku uveden, neboí je tvořen tělesem míchaného reaktoru.Giant. 3 represents a cylindrical measuring vessel X into which the thermometer χ and the stirrer 6 are introduced. The vessel χ is further provided with two front openings 2 with flaps χ. The shell of vessel X, fixed below the level of the reaction mixture, is not shown in the figure, since it is formed by a stirred reactor body.

iíTmiiíTmi

Periodická výměna reakční směsi v nádobě 1, umožněná pohybem kapaliny v míchaném reále toru, a měření teploty probíhá stejně jako u zařízení uvedeného na obr. 2.The periodic exchange of the reaction mixture in the vessel 1, made possible by the movement of the liquid in the stirred medium, and the temperature measurement are the same as in the apparatus shown in Fig. 2.

Zařízení znázorněné na obr. 4 je vhodné pro sledování teplotníoh směn v násadovém míchaném reaktoru. Měřioí prostor js zde realizován Dewarovou nádobou 1, opatřenou teploměrem £, míchadlem £ a dvěma otvory 2, do niohž je umístěna jednak přítoková trubka X, jednak trubka 8, spojující nádobu 1. přes zpětný ventil Q s pomocnou nádobou IQ. Pomocná nádoba 10 je dále opatřena trubkou 11 s ventilem Q ústící do reaktoru, trubkou 12, spojenou přes ventil 2, s přívodem vakua a trubkou 13. spojujíoí přes ventil Q nádobu 10 s okolní atmosférou, Měřioí nádoba £ je upevněna uvnitř reaktoru pod hladinou reakční směsi, pomocná nádoba IQ je uchyoena nad reaktorem. Plášť 6 nádoby £ není na obrázku uveden, neboť je tvořen tělesem reaktoru.The apparatus shown in FIG. 4 is suitable for monitoring temperature shifts in a batch stirred reactor. The measuring space is realized here by a Dewar vessel 1, equipped with a thermometer 8, a stirrer 4 and two openings 2, in which the inlet pipe X and the pipe 8 connecting the vessel 1 via the check valve Q to the auxiliary vessel 10 are located. The auxiliary vessel 10 is further provided with a pipe 11 with a valve Q leading into the reactor, a pipe 12 connected via a valve 2, a vacuum supply and a pipe 13 connecting the vessel 10 to the ambient atmosphere via a valve Q. of the mixture, the auxiliary vessel 10 is mounted above the reactor. The vessel shell 6 is not shown in the figure since it is formed by the reactor body.

Do nádoby £ se trubkou X periodicky v předem určených intervalech vakuem nasává z reaktoru čerstvá reakční směs. Zároveň se z nádoby £ odsává trubkou Q vzorek kapaliny, jehož teplota byla změřena, do pomocné nádoby £0, odkud po ovzdušnění prostoru trubioí 12 samovolně vyteče trubkou 11 do reaktoru.A fresh reaction mixture is sucked from the reactor into the vessel (6) periodically at predetermined intervals through a tube (X). At the same time, a sample of liquid, the temperature of which has been measured, is sucked out of the vessel 6 into the auxiliary vessel 60, from which after the atmosphere of the tubing 12 is spontaneously it flows through the tube 11 into the reactor.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. The method of monitoring thermal changes is accompanied by fire-retardant processes based on the measurement of the temperature of the reaction mixture in the auxiliary space of the periodicals filled with a sample of the reaction mixture taken from the reaction space according to Art. No. 208,429, characterized in that the auxiliary space is heated by the reaction mixture from which the sample is taken.

2. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, comprising a measuring vessel, preferably thermally insulated, provided with one or more openings or reclosable openings for periodically supplying and discharging the reaction mixture, a thermometer, preferably a stirrer and optionally one or more openings for supplying and / or discharging auxiliary gas according to MS. No. 208 429, characterized in that the vessel (1) is provided with a jacket (6) in which the reaction mixture flows.

Device according to claim 2, characterized in that the jacket (6) of the vessel (1) is formed by a reactor body.