DE1947851B2

DE1947851B2 - Verfahren und vorrichtung zur durchfuehrung chemischer reaktionen in heterogenem medium

Info

Publication number: DE1947851B2
Application number: DE19691947851
Authority: DE
Inventors: Louis; Gobron Georges; Falize Claude; Diet Jean; Meile Alheritiere (Frankreich)
Original assignee: Melle-Bezons S.A., St.-Leger-les-Melle, Deux Sevres (Frankreich)
Priority date: 1968-10-17
Filing date: 1969-09-22
Publication date: 1976-07-01
Also published as: NL165946B; NO132233C; CS231152B2; BR6913202D0; FR1599004A; NL6915650A; DE1947851A1; US3761521A; NO132233B; GB1295669A; CS679969A2; NL165946C; FI54433C; FI54433B; SE368910B; CH521160A; BE740400A

Description

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Durchführung chemischer Reaktionen zwischen einer gasförmigen, einer flüssigen und einer im Verhältnis zu dieser spezifischen schwereren flüssigen oder festen Phase, unter Kreislaufführung der spezifisch schwereren Phase, wobei ein Teil der leichteren Flüssigkeit in einem mit dem oberen Rand der Reaktionszone niveaugleichen Dekantierbereich abgezogen wird, wobei man den schwereren Bestandteil in den unteren Bereich der Reaktionszone in Folge der Dichtedifferenz einströmen läßt.

Ein derartiges Verfahren ist bereits aus der französischen Patentschrift 14 82 056 bekannt. Dieses Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, daß in Folge der relativ geringen Dichtedifferenz eine außerordentlich große Flüssigkeitshöhe in dem Reaktor relativ zum Reaktordurchmesser erforderlich ist. Hierdurch wird ein hoher Kostenaufwand für die Erstellung und den Betrieb der Anlage verursacht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß die Flüssigkeitshöhe in dem Reaktor relativ zum Reaktordurchmesser geringer werden und trotzdem eine ausreichende Kreislaufführung der Flüssigkeit bzw. der schwereren Phase gewährleistet werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß man im unteren Bereich des Reaktionsgefäßes zur Erhöhung der Differenz der Dichten zwischen Reaktionsmedium und zurückgeführter schwerer Phase die gasförmige Phase mit den anderen Phasen rasch und innig dispergiert und das 2- bis 20fache Volumen des abgezogenen Produktstroms im Kreislauf führt.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bestehend aus einer Kombination eines Reaktionsgefäßes mit einer, sich im Querschnitt nach unten verjüngenden konischen Dekantiervorrichtung, wobei am Oberteil des Reaktionsgefäßes eine Überführungsleitung zur

Dekantierungsvorrichtung vorgesehen ist, von deren unteren Bereich eine Rückführungsleitung in der, unteren Bereich des Reaktionsgefäßes führt.

Aus der französischen Patentschrift 9 05 793 ist bereits eine derartige Kombination bekannt, innerhalb welcher ein als Granulat vorliegender Katalysator in Suspension gehalten und im Kreislauf geführt wird. Es handelt sich jedoch hierbei lediglich um die Umsetzung zweier Phasen, wobei die Kreislaufführung durch eine Pumpe oder einen Ejektor erfolgen soll. Einerseits ist die Anordnung nicht zur Behandlung dreier Phasen vorgesehen, während darüberhinaus, durch die mechanisch bewirkte Kreislaufführung der Verfahrensablauf verteuert und störanfällig wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Höhe des Reaktionsgefäßes zum Durchmesser den Wert von 3: 1 nicht übersteht und daß innerhalb ties Reaktionsgefäßes ein Rührer und in der Nähe des Rührers mündende Gaszufuhrleitungen voreesehen sind. Dabei ist vorzugsweise die Achse des Rührers von einem koaxialem Rohr umgeben, dessen Docres Ende im oberen, von Flüssigkeit freien Bereich d-s Reaktionsraumes mündet, und dessen unteres Ende im Sauebereich des Rührers liegt.

Eine andere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrns besteht aus einem senkrechten zylindrischen Rehälter in dem koaxial ein senkrechter Einsatz voreesehen 'ist der in seinem oberen Teil zylindrisch ge-Lltet ist während er sich nach unten langsam erweitert und so innerhalb des Einsatzes die Reaktionszone bildet die mit Zufuhrleitungen für die flüssige Phase h7w Gasphase und mit einem ersten Rührer ausgerftstet ist wobei die eine der Zufuhrleitungen die Welle h4 Rührers koaxial umgibt und ihr oberes Ende im ob-ren von Flüssigkeit freier, Bereich des Reaktionsraums mündet und ihr unteres Ende im Saugbereich des Rührers liegt, während die ringförmige Zone außerhalb des Einsatzes ein Dekantiergefäß bildet, Ha ich allmählich nach unten verengt, wobei eine übe aufke be für die Flüssigkeit aus dem oberen Teil der Reaktionszone zum oberen Teil des Dekantiergefäße vorgesehen ist, sowie eine Überlaufleitung, die eine Entfer ung der leichten flüssigen Phase aus dem oberen Teil des Dekantiorgefäßes ermöglicht, sov.ie ein peripherer Durchtritt zwischen dem unteren Teil des Dekantiereefäßes und dem unteren Teil! des Reaktionsione füden Übertritt de, schweren Phase in die Reak-

S sash μ trisch angeordneten Reaktionsgefäßen bestimmt. Die Zuführung einer gasförmigen Phase und deren Dispergierung in den flüssigen Reaktionsteilnehmern ist hier nicht vorgesehen oder beabsichtigt. Gemäß der Erfindung werden die Reaktionsteilnehmer und gegebenenfalls das Verdünnungs- oder Lösungsmittel in das Reaktionsgefäß eingeleitet, welches die flüssige Reaktionsmischung und die dritte in dieser Mischung dispergierte Phase enthält. Das Gefäß wird « weiterhin mit einer Gas- oder Dampfphase beschickt, die entweder ein gasförmiges Reagens oder Dämpfe eines solchen Reagens darstellen kann, die im uberschuß angewendet werden, oder auch ein unter den Reaktionsbedingungen inertes Gas oder ein ebensol- »5 eher Dampf sein kann. Die Gas- oder Dampfphase wird in der flüssigen Reaktionsmischung, die die dritte Phase enthält, rasch und innig dispergiert oder emulgiert. Dies führt dazu, daß die Gesamtrnischung verhältnismäßig wenig dicht wird und in dem Reaktionsbehälter nach oben steigt. Man zieht dann aus dem oberen Teil der Reaktionsmischung einen Teil des Gemenges ab, der von der Hauptmenge des Gases oder Dampfes befreit ist und die dritte Phase enthalt, und führt die so abgezogene Mischung in eine Absetzzone, die sich im wesentlichen auf dem gleichen Niveau wie die Abzugsstelle befindet. Aus dem oberen Teil der Absetzzone zieht man die praktisch vollkommen von der dritten Phase freie Flüssigkeit ab, wahrend man aus dem unteren Teil der Zone ein verhältnismäßig dichtes Produkt erhält, das aus der dritten Phase und dem Teil der Reaktionsflüssigkeit besteht, der nicht im Oberteil der Absetzzone abgezogen wurde. Dieses Gemisch läßt man selbsttätig aus dem unterteil der Absetzzone zum Unterteil des Reaktionsbehalttrs strömen. Der Kreislauf der verhältnismäßig weniger dichten Flüssigkeit und der dritten Phase zwischen dem Oberteil des Behälters, dem Oberte.l der Abs U zone, dem Unterteil dieser Absetzzone und dem LInterteil des Reaktionsbehälters wird durch den Die Ie unterschied zwischen der Mischung im Reaktor und der entgasten Mischung d,e d.e a"gere.cherte dntte Phase enthält, erreicht No igenfalls ^ ^d" ^R^ tionsbehälter mit üblichen Mitteln erhitzt oder werden, und der Inhalt des Behälters kann unter^ gehalten werden, insbesondere mit Hufe einer unter Druck stehenden Gasatmosphare über dem Reak-

tionsgemisch. w,-_ht

Ein Vorteil des Verfahrens der Erfindung besteht

Es ist zwar aus der französischen Patentschrift tionen in Gegenwart von

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besonders der Fall bei katalytischen Hydrierungsoder Oxydationsreaktionen in Gegenwart eines festen, fcinvciteilten Katalysators,

}) in Gegenwart eines, zweier oder mehrerer Reagenzien und gebenenenfalls flüssiger Verdünnungsoder Lösungsmittel ohne Anwesenheit eines gasförmigen Reagans. In diesem Fall wird die Gasoder Dampfphase durch ein inertes Medium gebildet, das lediglich durch seine Gegenwart dazu dient, die Dichte der Reaktionsmischung im Reaktionsgefäß zu erniedrigen. Diese Phase kann auch selbst aus einem Reagens entstehen, das in Dampfphase gebracht ist und in dieser Form in das Reaktionsgemisch eingeblasen wird. Diese Technik bezieht sich insbesondere auf die Durchführung von Reaktionen, bei denen man von Verbindungen ausgeht, die unter den Umsetzungsbedingungen lediglich flüssig sind, also beispielsweise bei Veresterungen, bei der Hydrolyse von Estern, der Dehydratisierung von Alkoholen zu Äthern, die in Gegenwart von Ionenaustauscherharzen als Katalysatoren durchgeführt werden, oder bei Ionenaustausch, der mit Hilfe solcher Harze durchgeführt wird,

c) in Gegenwart eines oder mehrerer Reagenzien, die flüssig und gegebenenfalls gasförmig sein können, wie dies in den obigen Fällen a) und b) erwähnt ist, und gegebenenfalls eines flüssigen Verdünnungs- oder Lösungsmittels und in Gegenwart eines flüssigen Katalysators, der mit den anwesenden Verbindungen nicht vollständig mischbar ist, beispielsweise bei der Absorption von Olefinen in wäßriger Schwefelsäure zum Zweck ihrer Hydratisierung zu Alkoholen.

Wenn es sich um eine sehr rasche Reaktion handelt, wie z. B. die Hydrierung von NO₂-Gruppen in NH₂-Gruppen, so genügt eine einfache Reaktions- und Dekantationseinheit gemäß vorliegender Erfindung, um sogleich ein Reaktionsprodukt zu erhalten, das weniger als 100 Teile pro Million nicht umgesetzter Reagenzien aufweist.

Bei langsameren Reaktionen — beispielsweise bei der Hydrierung von Nitrilen oder hinnen zu Aminen, bei der Hydrierung von Aldehyden oder Ketonen zu Alkohol, bei der Hydrierung von olefinischen Doppelbindungen — kann es von Vorteil sein, zwei oder mehrere Einheiten, die in Reihe geschaltet sind, zu verwenden und nötigenfalls unter verschiedenen Reaktionsbedingungen zu arbeiten. Die praktischen Arbeitsbedingungen für derartige kombinierte Systeme sind weiter unten bei den Beispielen 3, 4, 5 näher erläutert, wobei Gruppen zweier Einheiten verwendet werden, aber es versteht sich, daß unter entsprechenden Umständen auch eine Vereinigung einer größeren Anzahl von Einheiten Verwendung finden kann.

Die Abbildungen 1, 2 und 3 der Zeichnungen zeigen drei Formen von Apparaten, die zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung brauchbar sind.

Bei der Vorrichtung nach Abb. 1 besteht das Reaktionsgefäß 1 aus einem zylindrischer. Behälter, der mit einer Rührvorrichtung ausgerüstet ist, die im vorliegenden Fall in Form eines sich drehenden Turbinenrührers 2 mit vorzugsweise vertikaler Achse vorhanden ist. Dieser Behälter steht in Verbindung mit einer Dekantiervorrichtung 3, in der die flüssige Mischung, die die dritte Phase enthält, die aus dem Behälter durch ein im wesentlichen waagerecht liegendes Rohr 4 abströmt, das mit einem Ventil 5 versehen ist, zur Ruhe gelangt und dekantiert.

Wie bereits oben dargelegt, beruht das Prinzip der Arbeitsweise der Vorrichtung darauf, daß sie sich die natürliche Zirkulation zunutze macht, die sich von selbst zwischen der flüssigen Mischung im Behälter 1 und der Dekantiervorrichtung 3 mit Hilfe des Rohrs 4 und der an der dritten, schweren Phase angereicherten ίο flüssigen Mischung am Grunde der Dekantiervorrichtung 3 gegen den unteren Teil des Behälters 1 durch die Rohrleitung 6 in Folge der Verschiedenheit der spezifischen Gewichte di> bis dv der ruhenden Mischung im Dekanüergefäß und der eine Gasemulsion entlialtenden Flüssigkeit in dem Behälter ausbildet. Die Zirkulationsgeschwindigkeit im Rohi 6 nimmt zu mit der Dichtedifferenz dn bis dv sowie der Höhe /;, die den Boden des Gefäßes 1 von der Rohrleitung 4 trennt. Wenn die Vorrichtung im Betriebe ist, bildet sich bei einem gegebenen Rohr 6 eine stabile Zirkuationsgeschwindigkeit aus, die von den oben angegebenen Faktoren abhängt. Wenn man diese verändern will, genügt es, den Durchmesser des Rohrs 6 zu ändern und damit den Druckverlust in diesem Rohr, während der Bewegungsdruck bei einer gegebenen Reaktionsmischung und einer bestimmten Rührintensivität gleichbleibt.

Vorzugsweise ist der Reaktionsbehälter 1 außer mit einem Rührwerk 2 auch noch mit einer Heiz- und Kühlvorrichtung ausgerüstet, die hier in Form einer Schlange 7, die im Querschnitt gezek hnet ist, angedeutet ist. Die dem Gefäß zuzuführen Jen flüssigen und möglicherweise gasförmigen Substanzen werden durch Leitungen 8, 9 eingeleitet, die in der Nähe des Rührers 2 münden. Dieser soll eine genügende Wii ksamkeit besitzen, um innerhalb des flüssigen Mediums eine gute Emulgierung der Gas- oder Dampfphase und eine gute Suspendierung der dritten schweren Phase zu erzielen. Eine an sich bekannte Vorrichtung, wie sie in der Zeichnung wiedergegeben ist, besteit aus einem Turbinenrührer 2, dessen Schaft in einem gewissen Abstand von einem Rohr 11 umgeben ist, dessen unteres Ende dicht im Saugbereich der Turbine mündet, während sein oberes Ende sich in die gasförmige Phase öffnet, die oberhalb der Flüssigkeit vorhanden ist. Eine solche Vorrichtung ermöglicht innerhalb des Reaktionsmediums einen kontinui:rlichen Kreislauf des Gases.

Das Dekantiergefäß 3 hat zweckmäßig eine konischzylindrische Form. Wenn eine dritse feste Phase vorhanden ist, wählt man den Winkel an der Spitze des Konus genügend klein, damit ein Absetzen der dritter Phase auf den Wänden vermieden wird. Der Winkel hängt offensichtlich von der Art der dritten, in Suspension befindlichen festen Phase ab, liegt aber gewöhnlich zwischen 15 und 60°.

Das Dekantiergefäß wird hinsichtlich des Dampfdrucks im Gleichgewicht mit dem Flehälter 1 mit Hilft eines Rohrs 12 gehalten, das mit einem Ventil 1: versehen ist.

Die in das Dekantiergefäß 3 durch das Rohr 4 au: dem Behälter 1 eintretende Mischung strömt Vorzugs weise abwärts durch ein senkrecht abgeknicktes Endi des Rohrs 4 in einen zentralen Karr in 14, der die Rolli einer Entgasungsflasche spielt. Da; obere Ende diese: Kamins öffnet sich in den Gasraurr oberhalb 3er Flüs sigkeit, wahrend sein unteres End; in den konischei Teil des Dekantiergefäßes mündet Die größten Teil

chen der dritten F¹IIaSe, die in der absteigenden Flüssigkeit suspendiert sind, fallen auf den Boden des Konus herab, wahrend die feinsten Teilehen durch im Kamin vorhandene Löcher oder Schlitze in die Ringzone übertreten, die den Kamin umgibt.

Die dekantierte Flüssigkeit strömt am oberen Ende der Zone übet den kreisförmigen Überlauf 16 ab, der mit senkrechten Schlitzen für den Durchtritt der Flüssigkeit ausgestattet ist, wobei die unteren Enden der Schlitze in einer waagerechten Ebene liegen. Die so mit Hilfe des Überlaufs abgetrennte Flüssigkeit wird durch eine Rohrleitung 17 nach Maßgabe ihres Überströmens in die äußere kreisförmige Rinne 18 entfernt.

Wie bereits oben ausgeführt, ist der Druckverlust im Rohr 6 proportional der Höhe h und dem Unterschied in den spezifischen Gewichten du bis dy. Auf Grund der Anwesenheit der Gas-Flüssigkcits-Emulsion im Behälter 1 kann du wesentlich größer sein als dy. Dies ist eine Funktion der Wirksamkeit des Rührens. Der Flüssigkeitsspiegel im Gefäß 1 ist etwas höher als im Dekantiergefäß 3; das letztere Niveau ist durch die Konstruktion der Apparatur gegeben, da sie von dem Überlauf abhängt. Wenn der Druckverlust im Rohr 4 vernachlassigbar ist, wie es erforderlich ist, genügt der normale Umlauf der folgenden Gleichung:

Indr = hiidu

In dieser Formel bedeuten hy und hd die Höhen des Flüssigkeilsniveaus im Gefäß 1 und im Dekantierbehälter 3 oberhalb des Niveaus des Rohrs 4.

Übrigens soll das Ausgleichsrohr 12 weit genug.sein, daß der Druckverlust, der möglicherweise durch ein Rückströmen von Gas, das aus dem Kamin 14 entweicht, zum Behälter 1 verursacht wird, vernachlässigt werden kann.

Falls eine feste dritte Phase vorhanden ist, ist es empfehlenswert, die Zirkulationsgeschwindigkeit und damit den Durchmesser des Rohrs 6 weit genug zu wählen, daß der durch dieses Rohr zurückströmende Schlamm, der die dritte Phase enthält, genügend fließfähig bleibt. Das Rohr darf jedoch nicht so weit sein, daß eine merkliche Dekantierung stattfindet. Der Rückstrom der flüssigen Mischung durch das Rohr 6 beträgt das 2- bis 20fache Volumen der klaren Flüssigkeit, die durch die Rohrleitung 17 abgezogen wird. Bei einem gegebenen System ermöglichen es Versuche, die optimale Geschwindigkeit zu bestimmen. Eine übliche Meßeinrichtung 19 gestattet es, die Umlaufgeschwindigkeit durch das Rohr 6 zu ermitteln.

Die Aufgabe des Rohrs 20 besteht darin, die über der Flüssigkeit in dem Behälter 1 und dem Dekantiergefäß 2 vorhandene Atmosphäre unter Druck zu setzen. Diese Rohrleitung kann auch dazu dienen, die erforderliche gasförmige Phase in die Apparatur einzuleiten, anstatt sie durch das Rohr 8 oder 9 zuzuführen. In diesem Fall erfolgt der Zustrom der Gasphase zu der Ansaugstelle der Turbine 2 lediglich durch das Rohr 11.

Es ist auch möglich, der Turbine 2 durch das Rohr 11 nicht nur die Gasphase, sondern auch frische Flüssigkeit oder Flüssigkeiten zuzuführen, die in die Apparatur eingespeist werden. Zu diesem Zweck genügt es, daß das Zaführungsrohr oder die -rohre für die Flüssigkeit oder Flüssigkeiten am offenen oberen Ende der Rohrleitung 11 münden.

Natürlich soll ein Gasabzug vorgesehen sein, um den Überschuß an Gas zu entfernen. Ein solcher Abzug kann entweder am Rohr Ii vorgesehen sciu, das. aui oberen Teil des Behälters 1 angeordnet und mit einem Ventil 22 ausgerüstet ist, oder mit Hilfe eines Rohrs 23, das am oberen Teil des Dekantiergefäßes 3 angeordnet und ebenfalls mit einem Ventil 24 versehen ist.
Wenn das Rühren aufhört und die Zirkulation zwischen dem Behälter und Dekantiergefäß zur Ruhe kommt, hindert der gebildete Niederschlag von Feststoffen im Dekantiergefäß und im Rohr 6 ein Funktionieren der Vorrichtung beim erneuten Anstellen. Aus

ίο diesem Grunde ist es im Augenblick des Anhaltens der Vorrichtung im praktischen Betriebe notwendig, die Ventile 25 und 26 zu schließen, die in der Rohrleitung 6, unterhalb des Behälters 1 und des Dekantiergefäßes 3 vorhanden sind, um eine Verstopfung der Rohrleitung 6 zu verhindern. Im Augenblick der Wiederinbetriebsetzung ermöglicht eine geeignete Vorrichtung eine Suspendierung der dritten Phase im unteren Teil des Dekantiergefäßes. Eine solche Vorrichtung kann aus einem kleinen Nebenrührer, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist, bestehen, oder in der Einleitung eines gasförmigen Mediums unter ausreichendem Druck.

Natürlich kann das Innere des Dekantiergefäßes in anderer Weise als in der Zeichnung dargestellt ausgestattet sein, so kann beispielsweise der Kamin 14 seitlich an Stelle der zentralen Anordnung vorgesehen sein, und anstelle des peripheren, kreisförmigen Überlaufs kann ein mehr lokaler Überlauf vorhanden sein, der vorzugsweise an einer Stelle angeordnet ist, die diametral dem seitlich angeordneten Kamin, durch den das Dekantiergefäß gespeist wird, gegenüber liegt.

Falls es sich schließlich als erforderlich erweist, einen Teil der die dritte Phase enthaltenden Mischung am Boden des Dekantiergefäßes 3 abzuziehen, kann dies durch ein mit einem Ventil 28 versehenes Rohr 27 erfolgen.

Bei der Vorrichtung nach Abb. 2 ist in dem gleichen Mantel 29 die Reaktionszone 30, die dem Behälter 1 in Abb. 1 entspricht, und außerhalb dieses Behälters in konzentrischer Anordnung eine ringförmige Dekantierzone 31 angeordnet, die der Dekantierzone 3 in Abb. 1 entspricht. Die Dekantierzone empfängt beispielsweise durch Überlauf die in der Zone 30 in Reaktion getretene Flüssigkeit, die die dritte Phase in suspendierter Form enthält. In der Zone 31 tritt eine Abscheidung der dritten Phase ein, die sich im unteren Teil der Zone in Mischung mit der Reaktionsflüssigkeit ansammelt, während der Rest der Flüssigkeit, der keine oder im wesentlichen keine dritte Phase mehr enthält, im oberen Teil der Zone abgezogen wird. Die Mischung der Reaktionsflüssigkeit und dei dritten Phase, die sich im unteren Teil der Zone 31 ansammelt, wird automatisch von hier in die Zone 30 zurück eingesaugt. Dies geschieht unter der Wirkung des kontinuierlich zirku lierenden Flüssigkeitsbades, wie oben auseinanderge setzt, welches zwischen der Reaktionszone und der Dekantierzone in Folge der Emulgierung der Gas- oder Dampfphase in der Flüssigkeit der Reaktionszone umläuft.

In Abb. 2 zeigt die Darstellung A einen senkrechten Schnitt durch die Apparatur, während die Darstellung B einen waagerechten Querschnitt zeigt. In der Zeichnung 2A ist die Linie Ι-Γ die Schnittlinie für Abb. 2B, und in Abb. 2B ist die Linie H-II' die Schnittlinie, längs deren der Schnitt nach Fig. 2A verläuft.

In dem Zylindermantel 29 ist koaxial ein Einsatz 32 vorgesehen, der sich nach unten sanft und schrittweise

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erweitert, um auf diese Weise im Inneren die Fm,.I gierungs- und Reaktionszone 30 von der iiußeren rini" förmigen Dekantierzone 31 abzutreten Die Reaf lionsmischung, die die dritte Phase in suspendiertem Zustand enthält, ström, kontinuierlich aus der Zone 10 in die Zone 31, indem sie durch eine Kerbe M iiLr läuft, deren Öffnung durch Anordnung einer für diesen Zweck üblichen Vorrichtung regelbar »est^Tei kann. Die dritte Phase trennt sich djrchVkanta.in in der Zone 31 und sammelt sich im unteren Teil de Zone an, während die von der dritten Phase freie oder im wesentlichen freie Flüssigkeit kontinuierlich aus der Apparatur durch die Rohrleitung 34 und einen ÜhJ lauf 35 außerhalb des Gehäuses 29 abgezogen wird

Um so weit wie irgend möglich ein Mitreißen der dritten Phase bis zur Vorrichtung 35 zu vermeiden ist das Rohr 34 vorteilhaft an einer Stelle diametral ee^n über der Überlaufkerbe 33 angeordnet. Die S Phase wird von dem unteren Teil der Zone 31 in den unteren Teil der Zone 30 hinüberceführt wie die

durch Pfeile am Boden in Abb. 2A gezeichnet ist Dies geschieht durch die Saugwirkung, die durch die Zirku lat.on der Flüssigkeit aus der Zone 30 in die Zone ^l und wieder zurück von Zone 31 in Zone 30 «,,, ^findet· ^tatt"

Eine Rohrleitung 36 dient zur Einleitune der flüssi gen Reagenzien und gegebenenfalls des Verdünnung oder Losungsmittels in die Nachbarschaft der Tür b.ne 37. Die durch die Rohrleitung 38 zueeführte Gas-oder Dampfphase wird in Folge der Sauewirkun» der Turb.ne 37 durch die Rohrleitung 39 angesagt" weiche koaxial zu dem vorteilhaft senkrechten Wellenschaft 40 der Turbine angeordnet ,V. Die Gas- oder Dampfphase w.rd mit Hilfe der Turbine in dem _sesamten flushen Medium oder der Mischune emul g.ert und diese Emulg.erung verursacht die ZirkulaTiön der Rcaktionsmischung. wie bereits erwähnt Das An steigen der Emulsion in der Zone 30 verursacht eine Saugwirkung sowohl auf die im unteren Teil der Zone vorhandene Flussigke.t, als auch auf die dritte Phase die sich _im unteren Te₁I der Zone 31 befindet. Vorzug weise ,st d.cht am Boden der Zone 30 ein kleiner Ruhrer 41 angeordnet, der ebenfalls auf der Rührwelle 40

Si vv^{m eine VVlr}K^kS _f ^{ame Wieder}gewinnung und au" We.se etnen befned.genden Kreislauf der dritten

'rt ^ap^USK^der ^ZT ^{31 kOmmt}- ^{ZU bewirk}en. Di" Γ '''^{5 4}' ^bestchl 'ediglich darin, eine

ßie Apparatur nach Abb. 3 empfiehlt sich speziel in dem Fall, wenn der feste, in der flüssigen Phas< suspendierte Anteil einen Ionenaustauscher darstellt insbesondere ein Ionenaustauschcrharz, und zwai gleichgültig ob der Ionenaustauscher dazu benutzi wird, einen Ionenaustausch mit den in der Flüssigkeil vorhandenen Ionen vorzunehmen, oder ob es al; Katalysator für eine chemische Reaktion dient, die ir heterogener Phase durchgeführt werden soll.

Bei dieser Apparatur wird die Gasphase, die in dei im Reaktor 45 enthaltenen Flüssigkeit dispergiert werden soll, von einem oder mehreren Gasen oder lJampfen gebildet, die in den unteren Teil des Reaktors durch die perforierte Platte 46 eingeleitet werden. Der bloße Eintritt der Gasphase genügt in diesem Fall, um die notwendige Rührbewegung in dem Reaktionsgefäß herbeizuführen. In dem Fall, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, bildet das Reaktionsgefäß 45 einen Teil einer uestillationskolonne 47. Es handelt sich um eine der Ά ^die zwischen zwei üblichen Kochplatten 48 und 49 angeordnet ist, und durch welche die Dämpfe, die aus dem unteren Abschnitt der Kolonne austreten, nach oben hindurchströmen.

»s , ⁰T'¹ m^{e Ronr}'e'tung 50, die die Gcsamtmenee der von der Platte 49 abfließenden Flüssigkeit sammelt, PI» ft ^{Reaklor dicnt} oberhalb der perforierten ι latte 46 mn Flüssigkeit gespeist. In Übereinstimmung mit den obigen Ausführungen wird die Dispersion des Ionenaustauschers innerhalb der Flüssigkeit im Reaktor duich die Turbulenz erreicht, dieVi dem Hindurchtntt der Dämpfe, die von der Platte 48 aufsteieen, verursacht wird. Die Dämpfe entweichen dann "am oberen Ende des Reaktors zur Platte 49 hin, während die Mischung der Flüssigkeit und des lonenaustau-

vVn, Ϊ ^{ein Rohr 51 austriu}- das mit einem ventil 52 vor dem DekantiergefDß 53 ausgerüs-

Dekantiergefäß tritt eine Flüssiakeitsmenr in der Zeiteinheit in den Reaktor durch die '« eintretende Flüssigkeitsmenee entspricht, Kohrleitung 54 aus und wird zu der Platte 48 mim unteren Teil der Kolonne 47 rektifiziert • ^{Der von} der Flüssigkeit durch Dekantieren Ionenaustauscher wird im Kreislauf aus dem getaß zum unteren Teil des Reaktors zusamder überschüssigen Flüssigkeit durch eine ^{ησ S5 zu}rückgeleitet, die mit einem Ventil 56

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Schließlich wird das Gleichgewicht der Dampfdrücke im oberen Teil des Reaktionsgefäßes und des Dekantiergefäßes durch die Leitung 62 sichergestellt.

Die folgenden Beispiele erläutern verschiedene Anwendungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Ei e i s ρ i e! 1

Das Beispiel bezieht sich auf die Hydrierung von Dinitrotoluolen in die entsprechenden Toluol-Diamine. In diesem Fall wird eine Mischung der isomeren 2,4- und 2,6-Dinitrotoluole der Hydrierung unterworfen. Da die verschiedenen isomeren Dinitrotoluole während der Hydrierung das gleiche Verhalten zeigen, ist es möglich, irgendeines dieser Isomeren oder Mischungen hiervon zu behandeln, d. h., daß die genaue Zusammensetzung der zu behandelnden Mischung keinen Einfluß auf den Gang des Verfahrens hat.

Es wird hierbei eine Vorrichtung ähnlich der in Abb. I dargestellten benutzt, die folgende Merkmale aufweist:

Gefäß 1:

Material: gewöhnlicher Stahl

Innerer Durchmesser: 16O0 mm

Gesamthöhe: 2,8 m

Höhe der Reaktionsmasse im Gefäß während des Verfahrens: 2 m

Volumen der Reaktionsrnasse während des Verfahrens: 3200 I

Überlaufniveau durch Rohr 4 (Höhe h): 1,8 m

Geschwindigkeit des Rührers 2: 500 UpM

Volumenzunahme der Masse während des Verfahrens gegenüber dem Ruhezustand: 30 bis 35%

Dekantiergefäß 3:

Material: gewöhnlicher Stahl

Größter innerer Durchmesser: 1600 mm

Scheitel des Konus: 30

Die Arbeitsbedingungen waren folgende:

Zuführung der Dinitrotoluolmischung in Behälter f durch Rohr 8: 750 kg/h

Zuführung von 96 volumprozentigem Äthylalkohol als Lösungsmittel in Behälter 1 durch Rohrleitung 9: 400 l/h

Temperatur der Reaktionsmischung im Behälter 1: wurde auf 100°C gehalten durch Kühlen mit Hilfe der Schlange 7, die auch zum Aufheizen zu Beginn des Verfahrens benutzt wurde

Wasserstoffdruck (durch Rohrleitung 20 zugeführt): 20 bis 25 · 10⁵ Pa

Katalysator: reduziertes Nickel auf einem kieselsäurehaltigen Träger (Kieselgur) in feinverteiltem Zustand

Nickelgehalt der Reaktionsmischung: 20 g/l

Strömungsgeschwindigkeit der Mischung durch Rohrleitung 6: 5 bis 8 m³/h

Unter diesen Umständen betrug der Gehalt an Dinitrotoluol in dem rohen Reaktionsprodukt, das durch die Leitung 17 abgezogen wurde, weniger als 20 mg/1, und sein Nickelgehalt lag unter 500 mg/1.

Das Rohprodukt wurde dann der üblichen Destillation unterworfen, und zwar zunächst unter Atmosphärendruck, weiterhin unter Vakuum, um von dem gewünschten Erzeugnis das Wasser und den Alkohol abzutrennen, den Alkohol durch Rückführen aufzukonzcntrieren und die Rohmischung der Toluol-Diamine zu rektifizieren, um sie von einigen Nebenprodukten mit niedrigem und hohem Siedepunkt, die während der Reaktion gebildet worden waren, zu befreien.

Die Gesamtausbeute an 2,4- und 2,6-Toluol-Diaminen betrug 98% im Hinblick auf die umgewandelten Dinitrotüluole.

Beispiel 2

Das Beispiel bezieht sich auf die Hydrierung von Mononitrobenzol zu Anilin.

Die Reaktion wurde in einer Vorrichtung nach Beispiel 1 durchgeführt; die Arbeitsbedingungen waren folgende:

Zufuhr von Mononitrobenzol zum Reaktor:

800 kg/h

Zufuhr des 96 volumprozentigem Äthylalkohols als Lösungsmittel zum Reaktor: 320 l/h

Temperatur innerhalb des Reaktors: 100 C
Wasserstoff druck: 20 bis 25 ■ 10⁵ Pa
Katalysator: reduziertes Nickel auf einem hochgereinigten, feindispersem, durch Flammenhydrolyse hergestelltem, Siliziumdioxyd (handelsüblichem »Aerosil«) in feinverteiltem Zustand

Nickelgehalt der Reaktionsmischung: 20 g,.|
Strömungsgeschwindigkeit der Mischung durch Rohrleitung 6: 6 bis 10 m³/h

Unter diesen Bedingungen betrug der Gehalt der rohen Reakticnsmischung, die durch die Rohrleitung 17 abgezogen wurde, an Mononitrobenzo! weniger als 20 mg/1, und sein Nickelgehalt lag unter 500 mg/1.

Das Rohprodukt wurde in üblicher Weise destilliert. Die Anilinausbeute — berechnet auf das umgesetzte Mononitrobenzol — betrug etwa 99%.
40

Beispiel 3

Das Beispiel bezieht sich auf die Hydrierung von Monobutylimin zu Monobutylamin. Diese Reaktion wird in bekannter Weise in Gegenwart von Ammoniak durchgeführt, um eine Bildung von sekundären und tertiären Aminen zu vermeiden.

In dem Beispiel umfaßt die Vorrichtung zwei Gruppen, die in Reihe geschaltet sind und gleichlaufend arbeiten, wobei jede von ihnen aus einem Behälter mil einem Dekantiergefäß besteht, wie es in Abb. 1 dargestellt ist, die aus gewöhnlichem Stahl hergestellt sind Aus Gründen der Vereinfachung werden die Organt oder Einrichtungen der ersten Gruppe mit den Be zugszeichen der Abb. 1 bezeichnet, also beispielswdsf Gefäß 1, Dekaniiergefäß 3. Die der zweiten Gruppf sollen mit den gleichen Ziffern, aber mit einem Strich bezeichnet werden, also beispielsweise Behälter 1' Dekantiergefäß 3'.

Die Apparatur in den beiden Gruppen wurde untei einem Wasserst off druck von 20 · 10⁵ Pa gehalten, wöbe der Wasserstoff im Gefäß 1 durch die Rohrleitung 2( und im Gefäß 1' durch die Rohrleitung 20' zugeleite wurde.

Der Behälter 1 in der ersten Gruppe wird durch dii Rohrleitung 8 mit Monobutylimin beschickt, dai etwas Wasser und eine kleine Menge Ammoniak ent hält, und durch Rohrleitung 9 mit flüssigem Ammo

nifik. Das Wasser- und Ammoniak-enthaltende Monobutylimin ist das Reaktionsprodukt von Butylaldehyd mit Ammoniak, nachdem die rohe Reaktionsmischung dekantiert und das Wasser durch Dekantation abgetrennt ist.

Der Behälter 1' in der zweiten Gruppe wird durch die Rohrleitung 8' mit der klaren Flüssigkeit beschickt, die aus dem Dekantiergefäß 3 der ersten Gruppe durch die Leitung 17 abgezogen wird. Diese Flüssigkeit enthält noch eine Menge von nicht umgesetztem Mono- "> butylamin, dessen Hydrierung praktisch in der Apparatur der zweiten Gruppe vervollständigt wird. Die Rohrleitung 9' bleibt hier unbenutzt.

Jedes P.eaktionsgefäß hat eine nutzbare Kapazität von 10 1 Flüssigkeit und enthält 400 g reduziertes Nickel, die auf einem hochreinen feindispersem, durch Flammenhydrolyse hergestelltem Siliziumdioxyd (handelsüblichem »Aerosil«) in feinverteiltem Zustand aufgetragen sind. Jedes Dekantiergefäß hat eine nutzbare Kapazität von 8 1. ao

Die Abmessungen der Einheiten der Apparaturen waren folgende:

Behälter 1 und Γ:

Durchmesser 180 mm

Gesamthöhe 60 cm ^a5

Niveau bis zum Überlauf durch die Leitungen 4 und 4' (Höhe //): 40 cm

Rührerdrehzahl (2 und T): 1500 UpM

Dekantiergefäße 3 und 3':

maximaler Durchmesser: 180 mm

Scheitel des Konus: 30°

Gesamthöhe: 65 cm

Maximalhöhe der Flüssigkeit in den Dekantiergefäßen: 47 cm

35

Die Temperatur in den beiden Reaktionsgefäßen wurde auf 125 C gehalten mit Hilfe eines äußeren Mantels, durch den eine Wärmeaustauschflüssigkeit hindurchgeleitet wurde.

In jeder Gruppe betrug die Strömungsgeschwindigkeit der Mischung, die durch die Rohrleitung 6 (6') strömte, 25 I/h.

Unter diesen Bedingungen wies die stündliche Arbeitsbilanz der beiden Gruppen, nachdem sich die Anlage im Gleichgewicht befand, folgende Werte auf:

Erste Gruppe
Zufuhr durch Leitung 8: Mischung aus

Monobutylimin 6400 g

Wasser 700 g

Ammoniak 100 g

Zufuhr durch Leitung 9:

Flüssiges Ammoniak '.. 2200 g

Abzug durch Leitung 17:

Monobutylamin 5870 g

Dibutylamin 180 g

Monobutylimin 180 g

Wasser 700 g

Ammoniak 2320 g

Feinverteiltes Nickel 0,8 g

Zweite Gruppe
Zufuhr durch Leitung 8':

Mischung, die durch Rohrleitung 17 (vgl. oben) abströmte

30

55

60 Abzug durch Leitung 17':

Monobutylamin 6040 g

Dibutylamin 180 g

Monobutylimin 10 g

Wasser 700 g

Ammoniak 2320 g

Feinverteiltes Nickel 1,2 g

Die durch die Rohrleitung 17' abgezogene Mischung ist das fertige Rohprodukt des Verfahrens.

Die Gesamtausbeute an Monobutylamin und Dibutylamin betrug 96,5%.

Beispiel 4

Das Beispiel bezieht sich auf die Hydrierung von Methylamin-Propionitril der Formel CH₃-N H-CH₂-CH₂-CN zu Methylamin-Propylamin der Formel CH₃-NH-CH₂-CH₂-CH₂-Nh₂; ein Verfahren, das in Gegenwart von Ammoniak durchgeführt wird.

Die Apparatur besteht aus zwei Reaktions-Dekantierungselemer.ten der in Abb. 2 dargestellten Art, die in Reihe geschaltet sind und im Gleichstrom miteinander arbeiten. Die Elemente sind aus gewöhnlichem Stahl hergestellt, und in jedem Reaktions-Dekamierungselement betrug das durch die Reaküonsmischung während der Umsetzung beanspruchte Volumen 10 I. Zur Bezeichnung der Organe der beiden Einrichtungen sind dieselben Prinzipien wie in Beispiel 3 angewendet.

In jeder der beiden Einrichtungen befinden sich 500 g feinverteilter Katalysator, der aus reduziertem Nickel besteht, das auf einem hochreinen feinteiligem, durch Flammenhydrolyse hergestelltem Siliziumdioxyd (handelsüblichem »Aerosil«) aufgebracht ist. Die Reaktionstemperatur wurde auf 90 C gehalten und der Druck auf 30 · 10⁵ Pa mit Hilfe von Wasserstoff, der durch die Leitung 38 und 38' eingeleitet wurde. Die Umlaufgeschwindigkeit der Rührer (der Turbinen 37 und 37') und der Rührblätter 41 und 4Γ) betrug 1500 UpM.

In die erste Einrichtung (29) wurde durch die Leitung 36 eine Mischung folgender Zusammensetzung pro Stunde eingeleitet:

Methylamin-Propionitril 2,5 kg

Methanol (als Lösungsmittel) 6,0 kg

Ammoniak 3,0 kg

Die aus der Einrichtung 29 durch den Überlauf 3i abgezogene Flüssigkeit wurde in die zweite Reaktions-Dekantiereinrichtung 29' durch das Rohr 36' eingeleitet. Aus der Einrichtung 29' wurde mit Hilfe des Überlaufs 35' eine Mischung aus Methanol, Methylamin-Propylamin und hochsiedenden Nebenprodukten abgezogen.

Nach der Destillation der so erhaltenen Mischung nach üblichen Verfahren wurden 2520 g des gewünschten Diamins und 100 g hochsiedender Nebenprodukte erhalten.

Die Diaminausbeute beträgt 96,3 %.

Beispiel 5

Das Beispiel veranschaulicht die Absorption von Propylen in wäßriger Schwefelsäure. Die Reaktion stellt die erste Stufe der Herstellung von Isopropanol aus Propylen dar; die zweite Stufe besteht in der Hydrolyse der erhaltenen Isopropylsulfate.

Wie in Beispiel 3 werden zwei Gruppen von Apparaturen verwendet, die in Reihe geschaltet sind, wobei

/IO

jede Gruppe.aus einem Behälter mit einem Dekantiersystem gemäß Abb. 1 besteht, die aus rostfreiem Stahl mit einer inneren Bleiauskleidi ng hergestellt sind. Zur Bezeichnung der Organe der beiden Gruppen wird dasselbe Prinzip wie in Beispiel 3 angewendet.

Im Gegensatz zu dem, was in Beispiel 3 geschieht, werden hier die Reaktionsteilnehmer, nämlich das flüssige Propylen und die wäßrige Schwefelsäure, durch das System im Gegenstrom zueinander geführt, wobei das frische flüssige Popylen in die zweite Gruppe eingeleitet und das überschüssige flüssige Propylen aus der ersten Gruppe abgezogen wird, während die wäßrige Schwefelsäure in die erste Gruppe eingeleitet und die fertige Lösung von Isopropylsulfaten aus der zweiten Gruppe abgezogen wird. Eine solche Anordnung, deren Arbeitsweise in mehr detaillierter Form im folgenden beschrieben ist, ist schematisch in Abb. 4 dargestellt.

Die Anlage arbeitet unter Druck, um eine flüssige Propylenphase aufrechtzuerhalten. Die gasförmige *° Phase, die zur Verringerung der Dichte herangezogen wird, besteht aus einem Teil des Propylens, das ursprünglich flüssig in dem Apparat in Gasform übergeht.

In jeder der beiden Gruppen sind die Abmessungen »5 der Organe oder Einheiten wie folgt;

Behälter 1 und 1':

Durchmesser: 180 mm

Gesamthöhe: 20 cm

Niveau des Überlaufs durch die Leitungen 4 und 4'

(Höhe/11: 17,5 cm
Drehzahl der Rührer 2 und 2': 1000 UpM

Dekantiergefäfk 3 und 3':

Maximaldiiirchmesser: 165 mm Scheitel des Konus: 45'

Höhe des Konus: 20 cm

Höhe des zylindrischen Teils oberhalb des Konus:

3 cm

40

Es sei darauf hingewiesen, daß bei dieser Anlage die Rohrleitungen 4 und 4' so dargestellt sind, daß sie in die Dekantiergefäße 3 und 3' an der Stelle münden, an der der untere konische Teil an den oberen zylindrischen Teil der Dekantiergefäße anschließt. Zur Vereinfachung der Konstruktion können die Rohrleitungen zur Einleitung der Reaktionsmischung in das Dekantiergefäß gemäß der Erfindung entweder in den zylindrischen oder konischen Teil oder auch in die Verbindungsstelle dieser beiden Teile münden.

Das Ausgangspropylen von einer Reinheit von 98%, das 2 Gewichtsprozent Propan enthält, wird kontinuierlich in flüssigem Zustand in den Behälter Γ durch die Rohrleitung 9' eingeführt. E)er Behälter Γ empfängt auch durch die Rohrleitung 8' die saure Lösung der Isopropylsulfate, die aus der ersten Apparaturgruppe austritt, eine Lösung, die weitere Mengen Propylen absorbieren kann.

Die flüssige Mischung, die den Behälter Γ durch die Rohrleitung 4' verläßt, trennt sich in dem Dekantiergefäß 3' in zwei Schichten; die obere Schicht besteht aus dem nicht absorbierten Teil des Ausgangspropylens: sie wird durch die Leitung 17' abgezogen und nach Entspannung durch die Leitung 9 in die erste Apparategruppe, nämlich in den Behälter 1, eingeleitet. ⁶S Der Behälter 1 empfängt aui:h durch die Leitung 8 wäßrige Schwefelsäure, die 75 Gewichtsprozent H₂SO₄ Die aus dem Behälter 1 durch die Rohrleitung 4 abströmende flüssige Mischung trennt sich im Dekantiergefäß 3 in zwei Schichten: die obere Schicht, die aus dem überschüssigen, nicht absorbierten, an Propan angereicherten Propylen besteht, wird durch die Leitung 17 aus dem Dekantiergefäß 3 in flüssigem Zustande abgezogen. Dieses unreine Propylen kann entweder zur Wiedergewinnung in flüssigem Zustand gehalten werden, oder es kann — nachdem es mit Hilfe des Entspannungsventils 63 in Gasform übergeführt ist — in diesem Zustand verbrannt werden.

Aus der ersten Gruppe wird durch die Leitung 27 ein Teil der sauren Lösung der Isopropylsulfate kontinuierlich abgezogen, der aus dem Dekantiergefäß 3 in den Behälter 1 im Kreislauf zurückgeführt wird. Dieser Teil entspricht in seiner Menge der Menge der durch die Rohrleitung 8 eingeführten Schwefelsäure. Die so abgezogene Flüssigkeit wird durch Leitung 8' in den Behälter Γ eingeleitet; in gleicher Weise wird durch die Leitung 27' in der zweiten Gruppe kontinuierlich ein Teil der Lösung der Isopropylsulfate abgezogen, der aus dem Dekantiergefäß 3' zum Behälter Γ im Kreislauf zurückgeführt wird. Dieser Teil entspricht ebenfalls in seiner Menge der Menge der Schwefelsäure, die durch die Leitung 8 eingeführt wird. Die Lösung, die das rohe Endprodukt der Propylenabsorption darstellt, wird dann zu weiteren, hier nicht dargestellten Einheiten zur Hydrolyse des Isopropylsulfats weitergeleitet.

In die Vorrichtung, die wie oben beschrieben arbeitet, werden innerhalb I h 2,5 1 75gewichtsprozentige wäßrige Schwefelsäure eingeleitet, was die Absorption von 45 Mol Propylen innerhalb der gleichen Zeit ermöglicht. Dabei sind die Arbeitsbedingungen folgende:

Druck im Behälter 1: 23 · IO⁵ Pa (effektiv)

Druck im Behälter 1' 25 · 10⁵ Pa (effektiv)

Temperatur im Behälter 1: 65 C

Temperatur im Behälter i: 62 C

Äthylengehalt des unreinen, überschüssigen Propylens, das aus der ersten Gruppe durch die Leitung 17 abgezogen wird: 50 Gewichtsprozent

Die Isopropanolausbeute nach der darauffolgenden Hydrolyse betrug 96 °_o.

Beispiel 6

Das Beispiel bezieht sich auf eine Neutralisation eines alkalischen Produkts mit Hilfe eines Ionenaustauschers, nämlich eines Rohprodukts einer Aldolkondensation von Acetaldehyd in Gegenwart von Natriumhydroxyd in einer Reaktions-Destillationskolonne.

Die verwendete Vorrichtung ist die in Abb. 3 dargestellte; sie besteht aus einem Reaktor 45, der mit einem Dekantiergefäß 53 verbunden und in die Kolonne 47 eingesetzt ist. in der oberhalb des Reaktors 45 die Aldolkondensationsreaktion des Acetaldehyds unter Einwirkung von Natriumhydroxyd in Gegenwart von Äthanol als Lösungsmittel stattfindet. Dabei wird ein 96vo!umprozentiger wäßriger Äthylalkohol verwendet. Unterhalb des Reaktors 45 findet eine teilweise Abtrennung des nicht umgewandelten Acetaldehyds aus dem Rohprodukt der Aldolkondensationsreaktion statt, nachdem es im Reaktor 45 neutralisiert ist.

Durch die Rohrleitung 50 wird in der Höhe der nerforierten Platte 46 eine Mischung von Acetaldol,

Yl

nicht umgewandeltem Acetaldehyd, wäßrigem Äthanol und Natriumhydroxyd zugeführt. Die Aikalität dieser Mischung wird im Behälter 45 dadurch neutralisiert, daß sie mit einem Anionen-Austauscherharz in Berührung gebracht wird. Das Rühren geschieht durch die hindurchströmenden Acetaldehyddämpfe, die aus dem unteren Abschnitt, nämlich der Acetaldehyd-Trennstufe, der Kolonne aufsteigen und in den oberen Abschnitt, nämlich die Aldolkondensationszone, zurückkehren, ίο

Wenn der Anionen-Austauscher zu einem Ausmaß von etwa 60 °„ seiner lonenaustauschkapazität neutralisiert ist, beginnt ein kontinuierliches Abziehen eines Teils davon durch die Rohrleitung 58. Der abgezogene Teil wird zu einer hier nicht dargestellten ¹S Regeneriereinrichtung für den Ionenaustauscher geschickt, während durch die Rohrleitung 60 kontinuierlich eine Menge von frischem Ionenaustauscher zugeführt wird, die der Menge des durch die Leitung 58 abgezogenen Austauschers entspricht, um auf diese ^2Cl Weise eine konstante Neutralisationskapazität der im Reaktor 45 und im Dekantiergefäß 53 enthaltenen lonenaustauschermasse aufrechtzuerhalten.

Die neutralisierte Flüssigkeit wird kontinuierlich durch die Leitung 54 auf den Boden 48 geleitet, um auf ²^ diese Weise in dem unteren Teil der Kolonne einen Teil des Acetaldehyde abzutrennen.

Beispiel 7 ₃„

Das Beispiel veranschaulicht die Herstellung von 2-Äthoxyäthylacetat durch Verestern von 2-Äthoxy-1-Äthanol mit Essigsäure in einem Reaktionsgefäß nach Abb. 3, das sich in einer Kolonne 47 befindet und mit einem sauren Kaiionenaustauscherharz — vorzugsweise einem Arylsulfonharz ·— beladen ist.

Der Reaktor empfängt außer der vom Boden 49 durch die Leitung 50 zurückströmenden Flüssigkeit kontinuierlich eine konstante Menge von 2-Äthoxy-Äthanol und Essigsäure durch die Rohrleitung 57. Die zugeführten Mengen der ReaktiDnsteilnehmer werden derart bemessen, daß die Azidität der durch die Leitung 54 zum Boden 48 strömenden Flüssigkeit konstant bleibt. Die Azidität wird in absoluten Werten in Abhängigkeit von der Arbeitstemperatur und dem Alter des Ionenaustauschers fixiert.

Die nach dem Dekantieren des Katalysators in Dekantiergefäß 53 erhaltene, durch die Leitung 54 abströmende Flüssigkeit enthält außer 2-Äthoxy-Äthylacetat noch 2-Äthoxy-Äthanol und Essigsäure, da nur eine teilweise Umsetzung der Reaktionsteilnehmer im Reaktor erreicht wird.

Im unteren Teil der Kolonne 47 werden das 2-Äthoxy-Äthanol ur.d die Essigsäure von der Flüssigkeit abgetrennt und in Dampfform durch die perforierte Platte 46 in den Reaktor zurückgeleitet, während am unteren Ende der Kolonne das von diesen beiden Reaktionsteilnehmern befreite und nur noch eine kleine Menge von hochsiedenden Nebenprodukten enthaltende 2-Äthoxy-Äthylacetat abgezogen wird. Diese hochsiedenden Nebenprodukte werden in einer weiteren, hier nicht gezeichneten Destillationskolonne abgetrennt.

Tm ur.teren Abschnitt der Kolonne 47 wird da; Real.tionswasser in üblicher Weise unter Benutzuni; der Bildung einer heterogenen azeotropischen Mischung von Wasser mit einer Hilfsflüssigkeit abgetrennt, insbesondere einer Hilfsflüssigkeit aus flüssiger Kohlenwasserstoffen wie Cyelohexan, wobei die Reaktionsteilnehmer — nämlich 2-Äthoxy-Äihano und Essigsäure — zum Boden des Kolonnenabschnitt: und zum Reaktor zurückgeleitet werden.

Die aktive Lebensdauer des hier als Katalysatoi verwendeten Ionenaustauschers ist sehr erheblich; sit beträgt mehrere 1000 h. Es ist daher nicht notwendig ihn kontinuierlich zu reaktivieren, so daß die Rohr leitungen 58 und 60 überflüssig sind.

Die Ausbeute an Ester beträgt etwa 98%, berechne auf das in Reaktion getretene 2-Äthoxy-Äthanol ode die Essigsäure.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kontinuierliches Verfahren zur Durchführung chemischer Reaktionen zwischen einer gasförmigen, einer flüssigen und einer im Verhältnis zu dieser spezifisch schwereren flüssigen oder festen Phase unter Kreislaufführung der spezifisch schwereren Phase, wobei ein Teil der leichteren Flüssigkeit in einem mil dem oberen Rand der Reaktionszone niveaugleichen Dekantierbereich abgezogen wird, wobei man den schwereren Bestandteil in den unteren Bereich der Reaktionszone in Folge der Dichtedifferenz einströmen läßt, dadurch gekennzeichnet, da3 man im unteren Bereich des Reaktionsgefäßes zur Erhöhung der Differenz der Dichten zwischen Reaktionsmedium und zurückgeführter schwerer Phase die gasförmige Phase mit den anderen Phasen rasch und innig dispergiert und das 2- bis 20fache Volumen des *° abgezogenen Produktstroms im Kreislauf führt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer Kombination eines Reaktionsgefäßes mit einer sich im Querschnitt nach unten verjüngenden konischen Dekantiervorrichtung, wobei am Oberteil des Reaktionsgefäßes eine Überführungsleitung zur Dekantiervorrichtung vorgesehen ist, von derem unteren Bereich eine Rückführungsleitung in den unteren Bereich des Reaktionsgefäßes fühlt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Höhe des Reaktionsgefäßes zum Durchmesser den Wert 3:1 nicht übersteigt und daf.> innerhalb des Reaktionsgefäßes (1) ein Rührer (2) und in der Nähe des Rührers mündende Gaszufuhrleitung(en) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (10) des Rührers (2) von einem koaxialen Rohr (11) umgeben ist, dessen oberes Ende im oberen, von Flüssigkeit freien Bereich des Reaktionsraums mündet und dessen unteres Ende im Saugbereich des Rührers liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der konisch ausgebildeten Dekantiervorrichtung (3) um das nach unten ab- ^4S gewinkelte Ende der horizontalen Überführungsleitung (4) herum konzentrisch ein zylindrischer Kamin (14) vertikal angeordnet ist, der in seinem unteren Teil in die Flüssigkeit eintaucht und Durchbrüche (15) aufweist.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem senkrechten, zylindrischen Behälter (29) besteht, in dem koaxial ein senkrechter Einsatz (32) vorgesehen ist, der in seinem oberen Teil zylindrisch gestaltet ist, während er sich nach unten langsam erweiteit und so innerhalb des Einsatzes (32) die Reaktionszone (30) bildet, die mit Zufuhrleitungen (36), (39) für die flüssige Phase bzw. die Gasphase und mit einem ersten Rührer (37) ausgerüstet ist, wobei die eine der Zufuhrleitungen (39) die Welle (40) des Rührers (37) koaxial umgibt und ihr oberes Ende im oberen, von Flüssigkeit freien Bereich des Reaktionsraums mündet und ihr unteres Ende im Saugbereich des Rührers liegt, während die ringförmige Zone (31) außerhalb des Einsatzes ein Dekantiergefäß bildet, das sich allmählich nach unten verengt, wobei eine Überlaufkerbe (33) für

60 die Flüssigkeit aus dem oberen Teil der Reaktionszone zum oberen Teil des Dekantiergefäßes vorgesehen ist, sowie eine Überlaufleitung (34), die eine Entfernung der leichten flüssigen Phase aus dem oberen Teil des Dekantiergefäßes (31) ermöglicht, sowie ein peripherer Durchtritt zwischen dem unteren Teil des Dekantiergefäßes (31) und dem unteren Teil der Reaktionszone (30) für den Übertritt der schweren Phase in die Reaktionszone vorhanden ist, und daß dicht über dem Boden der Reaktionszone auf der gleichen Welle (40) wie der erste Rührer (37) ein zweiter Rührer (41) angeordnet ist.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reaktor (4S) mit einem durchlochten Boden (46) zum Eintritt der Gas- oder Dampfphase ausgestattet ist, wobei der Reaktor (45) Teil einer Destillationskolonne (47) ist und mit einer Speiseleitung (50) mit dem unmittelbar darüber befindlichen Boden (49) in Verbindung steht, daß eine Überführungsleitung (51) zu einer Dekantiervorrichtung (53) führt und daß vom Oberteil der Dekantiervorrichtung (53) eine Speiseleitung (54) zum darunterlieger.den Boden (48) und vom unteren Teil des Dekantiergefäßes (53) eine Rückführleitung (54) zum Boden (46) des Reaktors verläuft.