CS261692B1

CS261692B1 - A device for the continuous oxidation of amine salts of 2-mercaptobenzothiazole

Info

Publication number: CS261692B1
Application number: CS877566A
Authority: CS
Inventors: Miroslav Ing Hanak; Alois Ing Csc Jaros; Stanislav Ing Csc Kacani; Jan Ing Csc Holcik; Oubomir Ing Pridala; Vendelin Ing Fucik; Jaroslav Ing Vybora; Jozef Ing Kvasnicka; Jozef Ing Csc Kristofcak; Alexander Poor; Otto Zeleny
Original assignee: Hanak Miroslav; Jaros Alois; Kacani Stanislav; Holcik Jan; Oubomir Ing Pridala; Vendelin Ing Fucik; Jaroslav Ing Vybora; Kvasnicka Jozef; Kristofcak Jozef; Alexander Poor; Otto Zeleny
Priority date: 1987-10-21
Filing date: 1987-10-21
Publication date: 1989-02-10
Also published as: CS756687A1

Abstract

Riešenie sa týká zariadenia na kontinuálnu oxidáciu aminových solí 2-merkaptobe.nzotiazoilu, ktoré pozostáva z centrálnej rú- ry so zabudovaným rýchlobežným miešadlom s prevažujúcou axiálnou zložkou prúdenia na ciirkuláciu reakčnej zmesi, symetricky poadíž osi, opatrenej 2 až 4 narážkami, z prí- vodov surovin, usmerňnjúcich ich nátok do centrálnej rúry (1), z tepe-lnéhó výmeníka a z přepadového hrdla na odtah reakčnej zmesi. Tepelný výmenník je tvořený rúrkovým reakčným priestorom a medzirúrkovým. chladiacim priestorom s přepážkami na zlepšenie přestupu tepla na straně chladiaceho média. Poměr prierezu centrálnej rúry a súč- tu prierezov rúrkového reakčného priestoru je 1: 1 až 3. Riešenie je možné využit v chemickém priemysle.The solution concerns a device for the continuous oxidation of amine salts of 2-mercaptobenzothiazolyl, which consists of a central tube with a built-in high-speed stirrer with a predominant axial flow component for circulating the reaction mixture, symmetrically along the axis, provided with 2 to 4 stops, raw material inlets directing their inflow into the central tube (1), a heat exchanger and an overflow neck for withdrawing the reaction mixture. The heat exchanger is formed by a tubular reaction space and an inter-tube cooling space with partitions to improve heat transfer on the side of the cooling medium. The ratio of the cross-section of the central tube to the sum of the cross-sections of the tubular reaction space is 1: 1 to 3. The solution can be used in the chemical industry.

Description

Riešenie sa týká zariadenia na kontinuálnu oxidáciu aminových solí 2-merkaptobe.nzotiazoilu, ktoré pozostáva z centrálnej rúry so zabudovaným rýchlobežným miešadlom s prevažujúcou axiálnou zložkou prúdenia na ciirkuláciu reakčnej zmesi, symetricky poadíž osi, opatrenej 2 až 4 narážkami, z prívodov surovin, usmerňnjúcich ich nátok do centrálnej rúry (1), z tepe-lnéhó výmeníka a z přepadového hrdla na odtah reakčnej zmesi. Tepelný výmenník je tvořený rúrkovým reakčným priestorom a medzirúrkovým. chladiacim priestorom s přepážkami na zlepšenie přestupu tepla na straně chladiaceho média. Poměr prierezu centrálnej rúry a súčtu prierezov rúrkového reakčného priestoru je 1: 1 až 3.The present invention relates to a device for the continuous oxidation of the amine salts of 2-mercaptobenzothiazole, which consists of a central tube with a built-in high-speed stirrer with a predominantly axial flow component to circulate the reaction mixture symmetrically in sequence. inlet to the central tube (1), from the heat exchanger and from the overflow throat to withdraw the reaction mixture. The heat exchanger consists of a tubular reaction space and an inter-tubular space. a cooling space with baffles to improve heat transfer on the cooling medium side. The ratio of the cross-section of the central tube to the sum of the cross-sections of the tubular reaction space is 1: 1 to 3.

Riešenie je možné využit v chemickém priemysle.The solution can be used in the chemical industry.

Vynález sa týká zariadenia na kontinuálnu o-xidáciu aminových solí 2-merkaptobenzotiazolu, a to najma cyklohexylamínovej (cyklohexylamóniumbenzotiazolyl-2-merkaptol) a morfolínovej soli (morfolíniumbenzotiazolyl-2-merkaptiolj. Vznikajúce zlúčeniny sa vyskytujú v chemickom priemysle pri výrobě urýchfovačov vulkanizácie sulfénamidového typuje známe, že oxidácia aminových solí 2-merkaptobenzotiazolu je silné exotermná a velmi rýchla nevratná reakcia s hodnotou reakčného tepla v rozsahu 185 — 400 MJ/ /Kmól v závislosti od oxidačného činidla a druhu soli. VzhTadom na selektivitu reakcie a termickú labilitu oxidačných produktov sa v priemyselnej praxi pracuje pri relativné nízkej teplote (30 — 45 °C) vačšinou v izotermickom režime, v. zariadení tvorenom chladeným premiešavaným kotlom. Pri priemyselnej oxldácii soli 2-merkaptobe.nzotiazolu je klučovým problémom odvod tepla z reakčného priestoru, ktorý komplikuje tvorba inkrustov na chladlacich plochách, pretože vzhladom na nedostatečný poměr chladiacej plochy k pracovnému objemu reaktora nie je možné pracovat s dostatečné nízkým rozdielom medzi teplotou reakčnej zmesi a chladiaceho média, čo je faktor, ktorý poměrně spofahlivo zabraňuje tvorbě inkrustov. Chladiaca plocha duplikátora premieša váného kotlá sa preto často doplňuje o rožne chladiace vestavby s ciefom zvýšenia poměru chladiacej plochy k pracovnému objemu, čo však mává za následok změnu hydraulického režimu v kotli, vznik hluchých, menej intenzívně preroiešavaných priestorov, kde potom přednostně dochádza k tvorbě krystalických zárodkov na chladiacich plochách a ďalej k postupnému vytváraniu inkrustov a k výraznému zníženiu koeficientu přestupu tepla. Tieto chladiiace vostavby sú náročné na výrobu aj na čistenie a prevádzkovú údržbu, čo v konečnom dósledku znamená narušenie kontinuity procesu a negativným dopadom na ekonomické parametre výroby.The present invention relates to an apparatus for the continuous oxidation of amine salts of 2-mercaptobenzothiazole, in particular cyclohexylamine (cyclohexylammonium-benzothiazolyl-2-mercaptol) and morpholine salt (morpholinium-benzothiazolyl-2-mercaptiol). The oxidation of the amine salts of 2-mercaptobenzothiazole is a strong exothermic and very fast irreversible reaction with a reaction heat value in the range of 185-400 MJ / Kmol depending on the oxidizing agent and the type of salt. In practice, it works at a relatively low temperature (30-45 ° C), usually in the isothermal mode, in a device consisting of a cooled stirred boiler. cooling surfaces since, due to the insufficient ratio of cooling surface to reactor working volume, it is not possible to operate with a sufficiently low difference between the temperature of the reaction mixture and the cooling medium, a factor that reliably prevents the formation of incrusts. The cooling surface of the mixed boiler is therefore often supplemented by a spiral cooling system with the aim of increasing the ratio of the cooling surface to the working volume, which results in a change of the hydraulic regime in germs on the cooling surfaces and further to the gradual formation of incrusts and a significant reduction of the heat transfer coefficient. These cooling systems are both demanding in terms of production and cleaning and operational maintenance, which ultimately means disruption of process continuity and a negative impact on the economic parameters of production.

Další spósob, akým možno získat dostatečná chladiacu plochu, potrebnú na odvedeme reakčného tepla, je zvýšenie objemu oxidačného kotlá. Negativným následkom je zvýšenie strednej doby zdržania zmesi v reaktore, znižovanie jeho měrného výkonu (dóležitý intenzifikačný faktor), ako aj zvýšené tepelné namáhanie termolabilných produktov oxidácie.Another way to obtain a sufficient cooling surface to dissipate the heat of reaction is to increase the volume of the oxidation boiler. A negative consequence is an increase in the mean residence time of the mixture in the reactor, a decrease in its specific performance (an important intensification factor), as well as increased thermal stress on thermolabile oxidation products.

Známe je tiež použitie vonkajšieho chladiče, ktorým cirkuluje reakčná zmes z reaktora a chladí sa na požadovanú teplotu. Nevýhodou tohoto riešenia je však nutnost' použitia energeticky náročného oběhového čerpadla, ktoré dopravuje cez chladič relativné velké množstvo abrazívnej suspenzie kryštálov, čo vyvolává problémy s voíbou materiálu čerpadla a jeho upehávok. Okrem toho pri cirkulácii suspenzie kryštálov cez oběhové čerpadlo dochádza tiež k destrukci! kryštálov za vzniku jemného podielu, čo má negativny vplyv na granulometrické zloženie produktu a na následné operácíe (filtráciu).It is also known to use an external cooler through which the reaction mixture is circulated from the reactor and cooled to the desired temperature. The disadvantage of this solution, however, is the necessity of using an energy-intensive circulating pump which transports a relatively large amount of abrasive crystal suspension through the condenser, which causes problems with the choice of the pump material and its traps. In addition, when the crystal suspension is circulated through the circulation pump, destruction also occurs! crystals to form a fine fraction, which has a negative effect on the granulometric composition of the product and on subsequent operations (filtration).

Uvedené nedostatky odstraňuje zariadenie na kontinuálnu oxidáciu aminových solí 2-merkaptobenzotiazolu podlá vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že zariadenie pozostáva z centrálnej rúry so zabudovaným rýchlobežným miešadlom s prevažujúcou axiálnou zložkou prúdenía, kde cirkuluje reakčná zmes, opatrenej 2 až 4 narážkami, z prívodov surovin, usmerňujúcich ich nátok do centrálnej rúry z tepelného výmenníka a z přepadového hrdla na odťah reakčnej zmesi. Tepelný výmenník je tvořený rúrkovým reakčným priestorom a medzirúrkovým chladiacim priestorom s přepážkami na zlepšenie přestupu tepla na straně chladiaceho média. Poměr prierezu centrálnej rúry a súčtu prierezov rúrkového reakčného priestoru je 1:1 až 3. Je výhodné volit poměr týchto prierezov tak, aby v· centrálnej rúre holá vyššia rýchlosť a do tejto zóny zvýšenej turbolencie privádzať suroviny, čím sa zníži možnost' vzniku lokálnych fluktuácií v koncentrácii reakčných zložiek pri krátkodobých výkyvech v dávkovaní surovin.The above-mentioned drawbacks are overcome by the device for the continuous oxidation of the amine salts of 2-mercaptobenzothiazole according to the invention. SUMMARY OF THE INVENTION The device consists of a central tube with a built-in high-speed stirrer with a predominantly axial flow component, circulating the reaction mixture provided with 2 to 4 stops, feeds directing their inlet to the central tube from the heat exchanger and overflow to withdrawing the reaction mixture. The heat exchanger consists of a tubular reaction space and an inter-tube cooling space with baffles to improve the heat transfer on the side of the cooling medium. The ratio of the cross-section of the central tube to the sum of the cross-sections of the tubular reaction space is 1: 1 to 3. It is preferable to select the ratio of these cross-sections so that the higher speed is bare in the central tube and feeds into this zone of increased turbolence. in the concentration of reactants during short-term fluctuations in feedstock dosing.

Výhodou zariadenia podlá vynálezu je predovšetkým to, že má pre danú kapacitu v porovnaní s premiešavaným kotlom s chladiacim duplikátorom a chladiacimi vestavbami oveía priaznivejší poměr chladiacej plochy k jeho pracovnému objemu. Značná rezerva chladiacej plochy, ktorú je možné účinné ovplyvňovať volbou prierezu rúrok, ich počtom a dížkou, umožňuje pracovat s velmi malým rozdielom teplot zmesi v reaktore a chladiaceho média a tak prakticky zamedzuje vznik inkrustov. Z toho vyplývá i významné kratšia středná doba zdržania reakčnej zmesi, čo je priaznivé z hlediska menšieho tepelného namáhania produktov oxidácie ako aj z hlediska váčšieho měrného výkonu reaktora.The advantage of the device according to the invention is, in particular, that it has a much more favorable ratio of cooling surface to its working volume for a given capacity compared to a stirred boiler with a cooling duplicator and cooling installations. The large reserve of cooling surface, which can be efficiently influenced by the choice of tube cross-section, number and length, makes it possible to work with a very small temperature difference between the reactor mixture and the coolant and thus practically avoids the formation of incrustations. This also results in a significantly shorter mean residence time of the reaction mixture, which is favorable in terms of less thermal stress on the oxidation products and in terms of greater specific reactor power.

Zariadenie podl'a vynálezu je znázorněné na pripojenom obrázku·The device according to the invention is shown in the attached figure.

Zariadenie pozostáva z centrálnej rúry 1 so zabudovaným rýchlobežným miešadlom 2, s prevažujúcou axiálnou zložkou prúdenia na cirkuláciu reakčnej zmesi, symetricky pozdlž osi opatrenej 2 až 4 narážkami 3, z prívodov 4 surovin, usmerňujúcich ich nátok do centrálnej rúry 1, z tepelného výmenníka 5 a z přepadového hrdla 9 na odťah reakčnej zmesi. Tepelný výmenník 5 je tvořený rúrkovým reakčným priestorom 6 a medzirúrkovým chlaidiacim priestorom 7 s přepážkami 8 na zlepšenie přestupu tepla na straně chladiaceho média. Poměr prierezu centrálnej rúry 1 a súčtu prierezov rúrkového reakčného priestoru 5 je 1: 1 až 3.The apparatus consists of a central tube 1 with a built-in high-speed stirrer 2, with a predominantly axial flow component for the circulation of the reaction mixture, symmetrically along an axis provided with 2 to 4 stops 3, feedstocks 4 directing their inflow to the central tube 1; overflow neck 9 for withdrawing the reaction mixture. The heat exchanger 5 is formed by a tubular reaction space 6 and an inter-tube cooling space 7 with baffles 8 for improving the heat transfer on the cooling medium side. The ratio of the cross-section of the central tube 1 to the sum of the cross-sections of the tubular reaction space 5 is 1: 1 to 3.

Aminová sol' 2-merkaptobenzotiazolu a oxidačně činidlo sa v příslušných pomeroch dávkujú prívodmi 4 vo veku reaktora do centrálnej rúry 1 s rýchlobežným miešadlom (například vrtulovým), ktoré čerpá reakčnú zmes z hladiny smerom ku dnu reaktora. Reakčná zmes cirkuluje medzi centrálnou rúrou 1 a rúrkovým reakčným priestorom 6 tepelného výmenníka 5 a je ochladzovaná chladiacim médiom prúdiacim v medzirúrkovom chladiacom priestore 7 s přepážkami 8. Priaznivý poměr chladiacej plochy k pracovnému objemu zariadenia sa dosiahne rozdělením pracovného objemu tepelného výmenníka 5 do rúrkového reakčného priestoru 6 váčšieho počtu zvislých chladených rúrok s identickým hydrodynamickým režimom vnútri týchto rúrok. Vysoká intenzita prúdenia chladiaceho média a tým aj vysoká intenzita přestupu tepla sa dosahuje přepážkami 8 v medzirůrkovom chladiacom priestore 7, ktoré možu byť umiestnené například prstencovite. Chladiace médium, zvyčajne voda, sa privádza jedným alebo viacerými vstupmi a odvádza sa jedným alebo viacerýimi výstupmi, umiestnenými po· obvode tepelného výmenníka S. Vznikajúca reakčná zmes sa zo zariadenia odvádza přepadovým hrdlom 9.The amine salt of 2-mercaptobenzothiazole and the oxidizing agent are metered in appropriate proportions through reactor 4 feeds into a central tube 1 with a high-speed stirrer (for example a propeller), which pumps the reaction mixture from the surface towards the bottom of the reactor. The reaction mixture circulates between the central tube 1 and the tubular reaction space 6 of the heat exchanger 5 and is cooled by the coolant flowing in the inter-tube cooling space 7 with the baffles 8. A favorable ratio of the cooling surface to the working volume of the device is achieved by dividing the working volume of the heat exchanger 5 into the tubular reaction space. 6 of a plurality of vertically cooled tubes having an identical hydrodynamic regime within these tubes. The high flow rate of the cooling medium and hence the high rate of heat transfer is achieved by the baffles 8 in the inter-chamber cooling space 7, which can be arranged, for example, in an annular manner. The cooling medium, typically water, is fed through one or more inlets and is discharged through one or more outlets located around the periphery of the heat exchanger S. The resulting reaction mixture is discharged from the apparatus through the overflow neck 9.

Claims

SUBJECT

Apparatus for the continuous oxidation of amine salts of 2-mercaptobenzothiazole, in particular morpholine salt, characterized in that it consists of a central tube (1) with a built-in high speed stirrer (2) with a predominant axial flow component for circulating the reaction mixture symmetrically along the axis 2 to 4 baffles (3), feeds (4j of raw materials directing their inflow to the central oven (1), heat exchanger (5) with tubular reaction space (6) and inter-tube cooling space (7) with baffles (8j for improvement) heat transfer on the side of the cooling medium and from the overflow throat (9) for withdrawing the reaction mixture, wherein the cross-sectional ratio of the central tube (1) and the sum of the cross-sections of the tubular reaction space (5) is 1: 1 to 3.