DE1064949B

DE1064949B - Verfahren zur Durchfuehrung organisch-chemischer Reaktionen

Info

Publication number: DE1064949B
Application number: DED24247A
Authority: DE
Inventors: Dr Gerhard Kaebisch; Dr Albert Gross; Dr Helmut Bruenner
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1956-11-09
Filing date: 1956-11-09
Publication date: 1959-09-10
Also published as: CH372284A; FR1184847A; US2990238A

Description

Verfahren zur Durchführung organisch-chemischer Reaktionen Eine in der Verfahrenstechnik häufig durchgeführte Maßnahme ist die Umsetzung von Flüssigkeiten mit Flüssigkeiten oder Gasen mit Flüssigkeiten oder die Umwandlung einer Flüssigkeit in Gegenwart von festen Katalysatoren, die in der umzusetzenden Verbindung grob- oder feindispers verteilt oder in einem Teil des Reaktionsgefäßes fest angeordnet sind. Beispiele dieser Art sind katalytische Hydrierungen, Dehydrierungen, Hydrationen, Isomerisierungen, Abspaltungen, Umlagerungen oder sogar auch säurebasenkatalysierte Reaktionen mit Ionenaustauschern.
Will man eine derartige Reaktion kontinuierlich gestalten, dann ist es erforderlich, den Katalysator, dessen Wirksamkeit z. B. lange anhält, im Reaktionsraum zu halten und aus dem Reaktionsgefäß eine katalysatorfreie Flüssigkeit in dem Maße abzuziehen, wie frische - noch nicht zur Reaktion gebrachte -Flüssigkeit dem Reaktionsgefäß zugeführt wird. Diese Maßnahme kann dadurch erfolgen, daß man den festen Katalysator in dem Reaktionsgefäß nachgeschalteten Zentrifugen oder Hydrocyclonen abscheidet und dem Reaktionsgefäß wieder zuführt. Die genannte, oft durchgeführte Maßnahme ist nicht nur umständlich und verursacht einen großen Energieaufwand, sondern der gewünschte Effekt wird manchmal nur bedingt erreicht, weil der feste Katalysator nicht restlos abgeschieden werden kann. Für derartige Fälle ist es dann erforderlich, durch Einsetzen von Filterkerzen in das Reaktionsgefäß unter Überdruck aus dem Reaktionsraum eine katalysatorfreie Flüssigkeit abzuziehen oder durch Anwendung von Vakuum die Flüssigkeit durch Filterschichten hindurch zu entnehmen. Die beiden zuletzt genannten Maßnahmen haben den Nachteil, daß die zur Phasentrennung benutzten Filterschichten mit der Zeit verstopfen, wodurch eine Reinigung oder ein Auswechseln erforderlich wird.
Es wurde nun gefunden, daß man organischchemische Reaktionen in Gegenwart von mindestens einer Flüssigkeit, in der ein fester Katalysator verteilt ist, kontinuierlich ohne Änderung der Druckverhältnisse und ohne Anwendung komplizierter Vorrichtungen durchführen kann, wenn man in das Reaktionsgefäß Filterschichten einbaut, durch die dem Reaktionsraum ständig bestimmte Flüssigkeitsmengen katalysatorfrei entzogen werden können, während der in der Flüssigkeit verteilte Katalysator im Reaktionsraum verbleibt. Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß es erfindungsgemäß möglich ist, laufend oder in kurzen Zeitabständen einen bestimmten Teil der bereits katalysierten Flüssigkeit durch die Filterschicht zurückzuführen.
Es ist zwar nach der deutschen Patentschrift 812 426 bekannt, Filterkerzen, durch welche eine Lösung abgezogen wird, alle zwei Stunden abzuspülen; diese Reinigung wird hierbei am besten durch ganz kurzes Eindrücken der frischen Lösung durch die Filterkerze nach Schließung des Ausgangsventils erreicht. Bei diesem Verfahren ist immer ein erheblicher Teil des Katalysators in Form eines Filterkuchens auf der Kerze angehäuft und kann daher nicht im Sinne der gewünschten Umsetzung wirken. Durch den Filterkuchen wird auch das Filtrieren selbst erschwert, so daß laufend ein erhöhter Druck angewendet werden muß oder aber die Filtriergeschwindigkeit nicht konstant bleibt. Demgegenüber wird nach dem Verfahren die Bildung eines Filterkuchens auf dem Filter überhaupt vermieden, da laufend oder in kurzen Zeitabständen ein gewisser Anteil der filtrierten Flüssigkeit durch die Filterschicht hindurch in den Reaktionsraum zurückgeführt wird. Man kann also ohne Anwendung von Druck arbeiten, die Filtriergeschwindigkeit sogar über Tage hinweg konstant halten und hat den gesamten Katalysator in einer Form vorliegen, in der er seine höchste Wirksamkeit entfalten kann.
Erfindungsgemäß kann das Abziehen der katalysatorfreien Flüssigkeit aus dem Reaktionsraum unter Zuhilfenahme einer oder mehrerer Pumpen erfolgen, die mit 1 bis 500, vorzugsweise 10 bis 200 Hüben je Minute arbeiten und durch die während eines Druckhubes ein bestimmter Teil der bereits katalysatorfreien Flüssigkeit wieder durch die Filterschicht in den Reaktionsraum zurückgedrückt wird. Dadurch wird die Filterschicht bei jedem Zurückdrücken durchgespült und von Verstopfungen durch Katalysatorteilchen freigehalten. Gleichzeitig wird dadurch die Kontinuität des Verfahrens uneingeschränkt aufrechterhalten.
Zur Durchführung dieses Verfahrens ist eine Pumpenvorrichtung erforderlich, die gekennzeichnet ist durch einen oder mehrere auch während des Druckhubes geöffnete Durchlässe auf der Saugseite.
Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß man die Menge der Flüssigkeit, die durch die Saugleitung zurückgedrückt werden soll, genau einstellt.
In Fig. 1 sind der Kolben 11 und der Zylinder 12 einer Kolbenpumpe wiedergegeben. An der Saugseite ist die Filterplatte 13 angebracht; die Druckleitung ist mit 17 und das Druckventil mit 18 bezeichnet. Beim Ansaugen (Fig. 1a) bewegt sich der Kolben 11 in der Richtung des Pfeiles und zieht durch die Filterplatte 13 katalysatorfreie Flüssigkeit in den Zylinder 12. In der Druckphase (Fig. l b) bewegt sich der Kolben 11 auf die Filterplatte 13 zu, und ein Teil oder praktisch die Gesamtmenge der Flüssigkeit wird durch die Druckleitung 17 bei geöffnetem Druckventil 18 wegbefördert. Gleichzeitig kann ein anderer Teil durch die Filterplatte 13 zurückgedrückt werden. Wenn der Druckhub so weit fortgeschritten ist, daß der Kolben 11 die Druckleitung 17 verschließt (Fig. 1 c), dann wird die gesamte in dem zwischen der Druckleitung 17 und der Filterplatte 13 vorhandenen Raum 12a noch enthaltene Flüssigkeitsmenge durch die Filterplatte 13 zurückgedrückt. Das Verhältnis der wegbeförderten zu der zum Spülen zurückgedrückten Flüssigkeitsmenge kann auf verschiedene Art geändert werden, z. B. durch Versetzen des Druckstutzens 17 am Zylinder 12, durch Verengen oder Erweitern des Druckventils 18, durch Verwendung eines feineren oder eines gröberen Filters 13 oder durch den Einbau eines Reduzierventils (nicht gezeichnet) in die Druckleitung 17.
Bei der in Fig. 2 wiedergegebenen Anordnung erfolgt die Förderung der Flüssigkeit mit Hilfe der Membranpumpe 20/21/22. Durch das Diaphragma 23 fördert man bei Saughub Flüssigkeit aus dem Behälter 24 in die Saugleitung 25 und die Kammer 22.
Beim Druckhub wird ein Teil der katalysatorfreien Flüssigkeit durch die Druckleitung 27 bei geöffnetem Druckventil 28 wegbefördert. Das Verhältnis der die Leitung 27 durchfließenden zu der durch das Diaphragma 23 zurückgedrückten Flüssigkeitsmenge kann durch Öffnen oder Drosseln des in der Druckleitung 27 eingebauten Reduzierventils 29 eingestellt werden.
In Fig. 3 sollen 30, 31 und 32 eine Membran- oder eine Kolbenpumpe darstellen. Der Saughub bewirkt, daß durch das Diaphragma 33 Flüssigkeit aus dem Reaktionsgefäß 34 in die Saugleitung 35 gesogen wird. Das Saugventil 36 ist dabei geöffnet. Durch die Druckleitung 37 wird während des Druckhubes bei geöffnetem Druckventil 38 und geschlossenem Saugventil 36 eine bestimmte Menge der katalysatorfreien Flüssigkeit entfernt, der andere Teil dieser Flüssigkeit geht durch die Umgehungsleitung 51 zurück und wird zum Durchspülen des Diaphragmas 33 verwendet. Die gewünschte Spülmenge wird durch entsprechendes Einstellen des in der Umgehungsleitung 51 vorhandenen Ventils 52 erhalten.
In vielen Fällen empfiehlt es sich, oder ist es sogar erforderlich, die katalysatorhaltige Flüssigkeit während des Filtriervorganges durch geeignete Maßnahmen in kräftiger Bewegung zu halten. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, kann diese Maßnahme z. B. in dem hier verwendeten Rührer 53 bewirkt werden, der die in das Gefäß 34 einlaufende und durch das Diaphragma 33 ablaufende Flüssigkeit ständig in Bewegung hält und auch dazu dienen kann, ein unerwünschtes, zu frühes Absetzen der suspendierten Teilchen zu verhindern.
Mit der in der Fig. 3 gezeigten Vorrichtung kann man auch folgendermaßen arbeiten: Man schließt das Reduzierventi152 und läßt die Pumpe zuerst ohne Spülung ausschließlich zum Wegbefördern der katalysatorfreien Flüssigkeit laufen. Nur jeweils nach der Durchführung einer bestimmten Anzahl von Druck-und Saughuben wird einmal während eines Druckhubes das Ventil 52 geöffnet und dadurch gespült. Wenn der Flüssigkeitsdruck oberhalb des Druckventils 38 größer ist als der Widerstand des Diaphragmas 33, wird bei diesem einmaligen Druckhub die gesamte im Saughub herangeführte Flüssigkeitsmenge wieder zurückgedrückt. Das restlose Zurückdrücken kann auch mit Hilfe eines zweiten Reduzierventils (nicht gezeichnet) erreicht werden, das in der Druckleitung 37 angebracht und während des Spulens geschlossen ist. Selbstverständlich kann man auch so arbeiten, daß man für das Verhältnis des Wegbeförderns zum Spülen an Stelle der unterschiedlichen Anzahl der Hübe unterschiedliche Längen der Zeit zugrunde legt, z. B. daß man das Reduzierventil a Minuten geschlossen hält und es dann für die Dauer von b Minuten öffnet. Bevorzugt wird aber das vollkontinuierliche Arbeiten, d. h. ständiges Wegdrücken und ständiges Spülen.
In Fig. 4 bedeuten 40/41/42 wieder die Hauptteile einer Membran- oder einer Kolbenpumpe. Die Saugleitung und das Saugventil sind mit 45 und 46, die Druckleitung und das Druckventil mit 47 und 48 bezeichnet. Das Saugventil 46 ist so konstruiert, daß es während des Druckhubes absichtlich undicht bleibt. Das erreicht man durch bestimmte Ausbildung des beweglichen Abschlußteiles des Saugventils. So verwendet man beispielsweise nach Fig. 4 a eine Verschlußkugel 46a mit mehreren axial verlaufenden Öffnungen oder nach Fig. 4b einen Ventilkegel 46 b mit einem Längskanal. In beiden Fällen wird während des Druckhubes durch die Kanäle der beweglichen, jetzt fest angedrückten Absperrorgane 46a und 46b Flüssigkeit in die Leitungen 45 zurückgedrückt, um die Filterschichten- 43 (nicht gezeichnet) durchzuspülen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch folgendes Beispiel erläutert, welches die Durchführung der Hydrierung einer Lösung in Gegenwart von Suspensionskatalysatoren beschreibt. Beispiel In einer 101 fassenden Rührvorrichtung werden 6 1 einer lOgewichtsprozentigen Lösung von Äthylanthrachinon in einer Mischung aus 10 Volumprozent Benzol und 60 Volumprozent Diisobutylcarbinol mit einem der bekannten Hydrierungskatalysatoren (z. B. Raneynickel, Palladium auf Trägermaterial) versetzt und bei einer Temperatur von 30° C mit Wasserstoff begast. Nachdem etwa 501/a des Äthylanthrachinons zum entsprechenden Anthrachinon hydriert worden sind, wird die Hydrierung kontinuierlich fortgesetzt, derart, daß stetig so viel frische Arbeitslösung dem Reaktionsgefäß zufließt, wie zu 50"/o- hydrierte Lösung mit Hilfe der Filterpumpe über ein im Flüssigkeitsraum befindliches Diaphragma abgezogen wird. Die genannte Filterpumpe arbeitet mit 50 Hüben je Minute und ist so eingestellt, daß von der angesaugten Flüssigkeitsmenge zwei Drittel zum Fördern und ein Drittel zum Rückspülen des Diaphragmas benutzt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Durchführung organisch-chemischer Reaktionen in Gegenwart von mindestens einer Flüssigkeit, in der ein fester Katalysator verteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß man aus dem Reaktionsraum durch eine in ihm befindliche Filterschicht hindurch eine bestimmte katalysatorfreie Flüssigkeitsmenge ständig abzieht und einen Teil dieser Flüssigkeit laufend oder in kurzen Zeitabständen durch die Filterschicht hindurch in den Reaktionsraum zurückführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abziehen der katalysatorfreien Flüssigkeit aus dem Reaktionsraum mit einer oder mehreren Pumpen erfolgt, die mit 1 bis 500, vorzugsweise 10 bis 200 Hüben je Minute arbeiten und durch die ein bestimmter Teil der bereits katalysatorfreien Flüssigkeit wieder durch die Filterschicht in den Reaktionsraum zurückgedrückt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die katalysatorhaltige Flüssigkeit während des Filtriervorganges durch geeignete Maßnahmen, z. B. durch Rühren, in kräftiger Bewegung gehalten wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 812 426.