CS218217B1 - Způsob výměny tepla pri kontinuální výrobě difenylaminu z anilinu v kapalné fázi - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výměny tepla při kontinuální výrobě difenylaminu z anilinu v kapalné fázi.

Difenylamin je surovinou pro výrobu stabilizátorů pryže, bezdýmých prachů aj.

Kondenzace anilinu na difenylamin v kapalné fázi katalyzovaná různými kyselými katalyzátory, z nichž jsou výhodné zejména sloučeniny fluoridu boritého·, například oxyfluoroboritany (čs. autor. osv. č. 173 389), probíhá s dostatečnou rychlolsti až při teplotě nad 300 “C. V průmyslové praxi se tato reakce uskutečňuje obvykle při teplotě 320 až 360 °C. Při kondenzaci lze sice dosáhnout až 501% konverze anilinu, protože však reakční rychlost klesá progresivně se stoupající. konverzí, pracuje se obvykle s konverzí jen 15 až 30 % hmot. Z ochlazené reakční směsi se separuje nezreagovaný anilin destilací a vrací se do procesu. Při výrobě difenylaminu se tedy zahřívá velké množství anilinu na vysokou teplotu a značné množství tepla se též spotřebuje na oddestilování nezreagovaného anilinu z reakční směsi.

Při kondenzaci anilinu na difenylamin se tvoří amoniak, jehož přítomnost snižuje rychlost reakce, a proto se z reakčního prostoru odpouští. Při reakční teplotě 320 až 360 °C má anilin tenzi par 1,2 až 3,0 MPa, a protože se v autoklávu udržuje jen o málo vyšší tlak než je tenze par anilinu, odchází spolu s amoniakem několikanásobné množství pár anilinu, které kondenzují ve zpětném chladiči a stékají nazpět do· reaktoru — autoklávu. Na odpaření tohoto anilinu se též musí dodat do reaktoru značné množství tepla. Kromě toho· se zpětný chladič zanáší často těkavým katalyzátorem.

Výroba difenylaminu se tedy vyznačuje velkou spotřebou tepla, a protože se teplo¹ obvykle dodává elektrickým topením nebol pomocí organických přenašečů, zvyšuje tato okolnost značně výrobní náklady. Využití tepla je tedy jedním z hlavních problémů ekonomiky výroby difenylaminu.

Často se syntéza difenylaminu provádí diskontinuálně v autoklávech s míchadlem, v nichž se anilin po několik hodin zahřívá na reakční teplotu za současného odpouštění amoniaku. Reakční směs se obvykle ochladí pomalou expanzí přes zpětný chladič na normální teplotu varu, tj. cca 185 hl a vypustí se z autoklávu k dalšímu zpracování rektifikací. Obdobným způsobem se pracuje v kontinuálním uspořádání, kterému se u větších jednotek dává přednost. Někdy se expanzí odpařený anilin nevrací do reakční směsi a přidává se k čerstvému anilinu nasazovanému do procesu. Anilin odpařený expanzí reakční směsi však obsahuje 3 až 6 % hmot. difenylaminu a tímto způsobem se až 20 % hmot. vytvořeného difenylaminu vrací neužitečně do reaktoru.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob výměny tepla při kontinuální výrobě difenylaminu z anilinu v kapalné fázi a za přítomnosti kyselých katalyzátorů podle vynálezu, jehož podstatou je, že se reakční směs, tvořená dlfenylaminem, anilinem a katalyzátorem o· teplotě 270 až 360 °C a tlaku 1,5 až 3,0 MPa podrobí adiábatické expanzi až na tlak 0,1 až 0,2 MPa, načež se odpařený anilin s dlfenylaminem oddělí v koloně s účinností 2 až 4 teoretických pater s refluxním poměrem 0,1 až 0,5, přičemž anilin nastřikova-ný do· reaktoru se předehřívá kondenzačním teplem par anilinu, odcházejících z hlavy kolony, dále se předehřívá na teplotu 25-0 až 200 °C a nastřikuje -do- reaktoru. Využití tepla se dále zvýší tím, že se předehřátý -anilin nastřikovaný do reaktoru vede přes směšovací cíhladič, do nějž se zavádí páry anilinu, odcházející z reaktoru spolu s amoniakem. Reakční směs, odcházející z reaktoru za teploty 310 až 260-°C je účelné ochladit před expanzí výměnou tepla s anilinem nastřiko-vaným ro reaktoru, a to- na teplotu 270 až 300 °C.

Podstata vynálezu nejlépe vyplyne z dalšího popisu a z přiloženého obrázku.

Reakční směs vytékající z autoklávu 1 s teplotou 300- až 360' “C a s tlakem 1 až 4 MPa se nejprve ochladí ve výměníku tepla 2 anilinem, již předtím předehřátém ve výměníku

5. Reakční směs se ve výměníku 2 ochladí n-a 2-70 až 30-0 °C a pak expanduje na tlak 0,1 až 0,2 MPa do předlohy 3, přičemž se odpaří značná část -anilinu a část difenylaminu. Páry se vodou do rektifikační kolony 4 s účinností min. 2 teoretická patra, odkud odcházejí do výměníku 5, kde předávají teplo anilinu nastřiko-vanému do reaktoru. Malý zbytek par kondenzuje v pojistném vodním chladiči. Část kondenzovaného anilinu, 10 až 30 proč. hmot. se vrací jako reflux do kolony 4, většina anilinu s obsahem pod 0,5 % hmot. difenylaminu odchází do zásobnílk-u anilinu, odkud se znovu použije v syntéze. Reakční směs z předlohy 3 obsahující značně zahuštěný difenylamin v množství 40 až 80 % hmot., se zpracuje o-bvyklým způsobem. Nejčastěji se nejprve izoluje katalyzátor a neutrální směs se zpracuje rektifik-ací.

Z autoklávu 1 odcházející amoniak s vysokým obsahem anilinových par se v ko-lo-ně 6 propírá anilinem předehřátým ve výměnících 5, 2 a v předehřívací 7. Do předehřívače 7 a do reaktoru se přivádí teplo, nejlépe pomocí organického přenášeče. V kolo,ně 6, která funguje jako směšovací chladič s-e páry ochladí na 250 až 3|0O°C, přičemž většina anilinu zkondenzuje a so-učalsně se z p-ar odstraní obvykle těkavý katalyzátor.

Výsledkem takového uspořádání je, že se anilin vstupující do reakce zahřeje na reakční teplotu se spotřebou velmi malého množství tepla a přitom reakční produkt z předlohy 3 je vysoce koncentrovaný difenylamin i při malém stupni konverze v reaktoru.

Chlazení reakční směsi před expanzí v-e výměníku 2 má několik výhod. Tepelný obsah reakční směsi je tak velký, že při expanzi na -atmosférický tlak se odpaří všechen anilin, který přejímá kondenzační teplo ve výměníku 5, není schopen všechno teplo pojmout, protože se může parami anilinu zahřát maximálně na 180 °C. Naopak v protiproudém výměníku 2 se může -anilin, který je pod tlakem jaký panuje v reaktoru, zahřát reakční směsí na značně vyšší teplotu. Zařazením výměníku 2 se tedy zlepší využití tepla. Další výhoda spočívá v tom, že při expanzi již částečně ochlazené reakční směsi se tolik nezahustí katalyzátor, který jinak může z koncentrovaného roztoku vykrystalizovat ve formě komplexu s -amoniakem nebo aminy a tyto- tuhé látky pak mohou ucpat zařízení. Stupeň ochlazení reakční směsi ve výměníku 2 se volí podle druhu a koncentrace katalyzátoru a podle reakční teploty a může se event. i vypustit. Hloubka ochlazení se reguluje podílem anilinu, který se připouští do- chladicího- prostoru výměníku 2, ostatní anilin je veden obtokem přímo- do předehřívače 7.

Rektifikační čištění par anilinu a difenylaminu z expanze reakční směsi odstraňuje z anilinu difenylamin, který by se jinak vracel do- reaktoru, čímž by se snížila produkce difenylaminu až o 20 °/o. Normální rektifikace zkondenzovaného- anilinu by spotřebovala mnoho tepla. V koloně 4 se současně z par anilinu odstraní těkavý katalyzátor.

Vynálezem navržené chlazení par odcházejících z reaktoru sprchováním předehřátým anilinem má před obvykle používaným zpětným chladičem několik výhod. Především se využije tepl-a kondenzace anilinu k předehřátí nastřikované-ho anilinu. Směšovací chladič 6, nejlépe válec s náplní porcelánových nebo kovových kroužků, nebo válec vyplněný patry různých typů, /je levnější než trubkový kondenzátor. Trubkový .kondenzátor se může zanášet tuhými komplexy katalyzátoru, při uspořádání podle vynálezu se katalyzátor rozpustí ve velkém množství stékajícího- anilinu a vrátí se do reaktoru. Zanášení trubkového ko-ndenzát-oru snižuje prostup tepla, a proto- musí -být výměnná plocha značně předimenzována. Při řešení podle vynálezu se usazeným katalyzátorem výměna tepla neovlivní. Obvykle není třeb-a pouštět do- směšovacího chladiče všechen nastřikovaný anilin, spodní hranice je 30 % hmot. z celkem nastřiko-vaného anilinu. Splachováním unikajícího- katalyzátoru nazpět do reaktoru se poněkud zvyšuje výkon reaktoru.

Výměna tepla mezi parami látek a kapalinami je obecně známá, například v oblasti rektifikace, stejně jako- princip směšovacího kondenzátoru. Pro výrobu difenylaminu je však rozhodující posloupnost výměny teplá a hloubka výměny tepla v jednotlivých stupních vymezená vlastnostmi směsí látek, dále

218 je charakteristická kombinace výměny tepla s rektifikací, kiterá kromě efektu úspory tepla odstraňuje i specifické obtíže výroby di1 7 fenylaminu, to· je zanášení zařízení katalyzátoru a zvyšuje výkon zařízení.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT

   1. Způsob výměny tepla při kontinuální výrobě difenylaminu z anilinu v kapalné fázi a za přítomnosti kyselých katalyzátorů, vyznačující se tím, že se reakční směs, tvořená difenylaminem, anilinem a katalyzátorem o teplotě 270 až 360 °C a tlaku 1,5 až 3,0 MPa, podrobí adiabatické expanzi až na tlak Οι, 1 až 0i,2 MPa, načež se odpařený anilin s difenylaminem dělí v koloně s účinností 2 až 4 teoretických pater o refluxním poměru 0,1 až 0,5, přičemž anilin nastřikovaný do reaktoru se předehřívá kondenzačním teplem par anilinu, odcházejících z hlavy

   VYNÁLEZU kolony, dále se předehřívá na teplotu 250 až 300 °C a nastřikuje se do reaktoru.
2. 2. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že se předehřátý anilin, nastřikovaný doi reaktoru, zahřívá protiproudým směšováním s parami anilinu, odcházejícími z reaktoru spolu s amoniakem.
3. 3. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že se· reakční směs, odcházejí z reaktoru za teploty 310 až 360 °C před expanzí ochlazuje na teplotu 270 až 300 ^aC výměnou tepla s anilinem, nastřikovaným do reaktoru.