DE1947851C3

DE1947851C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung chemischer Reaktionen in heterogenem Medium

Info

Publication number: DE1947851C3
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: 1977-02-17

Description

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Durchführung chemischer Reaktionen zwiscln'-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 niveauglcichen Dckanlicrbereich 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 Reaklionsmediuin 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 Jieses 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 „ntcren Bereich eine Rückführungsleilung in den 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 Einerseils 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 übersteigt und daß innerhalb des Reaklionsgefäßes ein Rührer und in der Nähe des Rührers mündende Gaszufuhrleitungen vorgesehen sind. Dabei ist vorzugsweise die Achse des Rührers von einem koaxialem Rohr umgeben, dessen oberes Ende im oberen, \on Flüssigkeit freien Bereich des Reaktionsraumes mündet, und dessen unteres Ende im Saugbereich des Rührers liegt.

Eine andere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem senkrechten zylindrischen Behälter, in dem koaxial ein senkrechter Einsatz vorcesehen ist, der in seinem oberen Teil zylindrisch gestaltet ist, während er sich nach unten langsam erweitert und so innerhalb des Einsatzes die Reaktionszone bildet, die mit Zufuhrleitungen für die flüssige Phase bzw. Gasphase und mit einem ersten Rührer ausgerüstet ist, wobei die eine der Zufuhrleitungen die Welle des Rührers koax-al 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 außerhalb des Einsatzes ein Dekantiergefäß bildet, das sich allmählich nach unten verengt, wobei eine Überlauf kerbe für die Flüssigkeit aus dem oberen Teil der Reaktionszone zum oberen Teil des Dekantiergefäßes vorgesehen ist, sowie eine Überlaufleitung, die eine Entfernung der leichten flüssigen Phase aus dem oberen Teil des Dekantieigefäßes ermöglicht, sowie ein peripherer Durchtritt zwischen dem unteren Teil des Dekantiergefäßes und dem unteren Teil des Reaktionszone für den Übertritt der schweren Phase in die Reaktionszone vorhanden ist, und daß dicht über dem Boden der Reaktionszone auf der gleichen Welle wie der erste Rührer ein zweiter Rührer angeordnet ist.

Schließlich kann ein Reaktor mit einem durchlochten Boden zum Eintritt dei Gas- oder Dampfphase ausgestattet sein, wobei der Reaktor einen Teil einer Destillationskolonne ist und mit einer Speiseleitung mit dem unmittelbar darüber befindlichen Boden in Verbindung steht, daß eine Überführungsleitung zu einer Dekantiervorrichtung führt und daß vom Oberteil der Dekantiervorrichtung eine Speiseleitung zum darunterliegenden Boden und vom unteren Teil des Dekantiergefäßes eine Rückführungsleitung zum Boden des Reaktors verläuft.

Es ist zwar aus der französischen Patentschrift 10 50 637 bekannt, im unteren Bereich des Reaktionsgefäßesein Flügelrad anzuordnen, welches eine Durchmischung der Reaktionsteilnehmer bewirkt. Diese Anordnung ist jedoch in erster Linie für die Aufrechterhaltung der Kreislaufführung zwischen zwei konzentrisch angeordneten Reaktionsgefäßen bestimmt. Die Zuführung einer gasförmigen Phase und deren Dispergicrung in den flüssigen Reaktionsteilnehmern ist hier nicht vorgesehen oder beabsichtigt.

Gemäß der Erfindung werden die Reaktionsteilnehmer und gegebenenfalls das Verdünnnngs- oder Lösungsmittel in dzz Rcäküonsgefäß eingeleitet, welches die flüssige Reaktionsmischung und die dritte in dieser Mischung dispergiene 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 Überschuß angewendet werden, oder auch ein unter den Reaktionsbedingungen inertes Gas oder ein ebensolcher 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 Gesamimischung 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 enthält, 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 \on der dritten Phase freie Flüssigkeit ab, während 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 Reaktionsbehälters strömen. Der Kreislauf der verhältnismäßig weniger dichten Flüssigkeit und der dritten Phase zwischen dem Oberteil des Behälters, dem Oberteil der Abset/-zone, dem Unterteil dieser Absetzzone und dem Unterteil des Reaktionsbehälters wird durch den Dichteunterschied /wischen der Mischung im Reaktor, und der entgasten Mischung, die die angereicherte drille Phase enthalt, erreicht. Nötigenfalls kann der Reaktionsbehälter mit üblichen Mitteln erhitzt oder gekühlt werden, und der Inhalt des Behälters kann unter Druck gehalten werden, insbesondere mit Hilfe einer unter Druck stehenden Gasatmosphäre über dem Reaktionsgemisch.

Ein Vorteil des Verfahrens der Erfindung besteht darin, daß der Rücklauf der schweren Phase zum Reaktionsbehälter, die — wenn es sich um einen festen Stoff handelt — wie das in der Regel der Fall ist — gewöhnlich in Form eines Schlamms in Mischung mit Teilen der Reaktionsflüssigkeit, vorliegt, lediglich durch die Schwerkraft erfolgt ohne daß hierbei Zirkulationspumpen oder Filter durchlaufen werden.

Das Verfahren nach der Erfindung kann mit Vorteil in zahlreichen Fällen angewendet werden, und zwar ganz allgemein bei Reaktionen, die in flüssiger Phase im Gegenwart einer dritten heterogenen Phase, die fest oder flüssig sein kann, durchgeführt werden, welche in dem flüssigen Reaktionsmedium dispergiert oder suspendiert ist. Im einzelnen handelt es sich um Reaktionen in (iegenwart von

a)i einem gas- oder dampfförmigen Reagens und einem zweiten Reagens und gegebenenfalls einem Verdünnungs- oder Lösungsmittel, welche unter den Reaktionsbedinguneen flüssig sind. Dies ist

besonders der KaII bei katalytischer) Hvdrierungs- oder Oxydationsreaktionen in Gegenwart eines festen, feinsei teilten Katalysators.

b) in Gegenwart eines, zweier oder mehrerer Reagenzien und gebeneiienfalls flüssiger Verdünnungs- oder Lösungsmittel ohne Anwesenheit eines gasförmigen Reagens. In diesem lall 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 Korm 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 Äthcrn. die in Gegenwart von Ionenaustauscherharze η 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. 13. die Hydrierung von NO₂-Gruppen in NH,-Gruppen, so genügt eine einfache Reaktions- und Dekantationseinheit gemäß vorliegender Erfindung, um sogleich ein Reaktionsprodukt zu erhalten, das weniger als IUO Teile pro Million nicht umgesetzter Reagenzien aufweist.

Bei langsameren Reaktionen — beispielsweise bei der Hydrierung von Nitrilen oder !minen 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

"ΐ,¹?, formen von AppäratcnT uic zur TJiircniuiiriunjT des Verfahrens gemäß der Erfindung brauchbar sind.

Bei der Vorrichtung nach Abb. 1 besteht das Reaktionsgefäß 1 aus einem zylindrischen 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 gelang! und dekantiert.

Wie bereits oben dargelegt, beruht das Prinzip der Arbeitsweise der Vorrichtung darauf, daß sie sich die natürliche Zirkulation zunutze macht, die sich \on selbst zwischen der flüssigen Mischung im Behälter 1 und der Dekantierwirrichtung 3 mit Hilfe des Rohrs 4 und der an der dritten, schweren Phase angereicherten

ίο flüssigen Mischung am Grunde der Dekantiervorrichtung 3 gegen den unleren Teil des Behälters ! durch die Rohrleitung 6 in Folge der Verschiedenheit der spezifischen Gewichte du bis clv iler ruhenden Mischung im Dekantiergefäß und der eine Gasemulsion cnthal-

• 5 tender) Flüssigkeit in dem Behälter ausbildet. Die Zirkulationsgeschwindigkeit im RoIu 6 nimmt zu mit der Dichtedifferenz du bis clv 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 \on den oben angegebenen Faktoren abhängt. Wenn man diese verändern will, genügt es. den Durchmesser des Rohrs 6 zu ändern und damit den Druckvcrlusl 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 gezeichnet ist, angedeutet ist. Die dem Gefäß zuzuführenden flüssigen und möglicherweise gasförmigen Substanzen werden durch Leitungen 8. 9 eingeleitet, die in der Nähe des Rührers 2 münden. Dieser soll eine genügende Wirksamkeit besitzen, um innerhalb des flüssigen Mediums eine mite Emulgicrung der Gas- oder Dampfphase und eine gute Suspendicrung der dritten schweren Phase zu erzielen. Fine an sich bekannte Vorrichtung, wie sie in der Zeichnung wiedergegeben ist. besteht aus einem Turbincnrührer 2. dessen Schaft in einem gewissen Abstand von einem Rohr 11 umgeben ist. dessen unleres 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 kontinuierlichen Kreislauf des Gases.

Das Dekantiergefäß 3 hat zweckmäßig eine konischzylindrische Form. Wenn eine dritte feste Phase vor handen ist, wählt man den Winkel an der Spitze des Konus genügend klein, damit ein Absetzen der dritten Phase auf den Wänden vermieden wird. Der Winkel hängt offensichtlich von der Art der dritten, in Suspen-

sion befindlichen festen Phase ab, liegt aber gewöhnlich zwischen 15 und 60 .

Das Dekantiergefäß wird hinsichtlich des Dampf-

^_ drucks im Gleichsewicht_inst_d£SLSshilto " mit iiilfe .„., ΐ/ncT Rohrs Ϊ2 gehauen, das mit einem Ventil 13

versehen ist.

Die in das Dekantiergefäß 3 durch das Rohr 4 aus dem Behälter 1 eintretende Mischung strömt vorzugsweise abwärts durch ein senkrecht abgeknicktes Ende des Rohrs 4 in einen zentralen Kamin 14, der die Rolle

einer Entgasungsflasche spielt. Das obere Ende dieses Kamins öffnet sich in den Gasraum oberhalb der Flüssigkeit, während sein unteres Ende in den konischen Teil des Dekantiergefäßes mündet. Die größten Teil-

chcn der dritten Phase, die in der absteigenden Flüssigkei! suspendiert sind, fallen auf den Boden des Konus herab, wahrend die feinsten Teilchen durch im Kamin vorhandene Löcher oder Sehlit/e in die Ring/one übertreten, die den Kamin umgibt.

Die dekantierte Flüssigkeit strömt am oberen linde der Zone über den kreisförmigen Überlauf !6 ab, der mit senkrechten Schlitzen für den Durchtritt der Flüssigkeit ausgestattet ist. wobei die unteren l.nden der Schlil/e in einer waagerechten Ebene liegen. Die so mit Hilfe des Überlaufs abgetrennte Flüssigkeit wird durch eine Rohrleitung 17 nach Maßgabe ihres Übcrströmens in die äußere kreisförmige Ruine 18 entfernt.

Wie bereits oben ausgeführt, ist der Druckverlust im Rohr 6 proportional der Höhe /; und dem Unterschied in den spezifischen Gewichten du bis it\-. Auf Grund der Anwesenheit der Gas-Flüssigkeits-Fmulsion im Behälter 1 kann du wesentlich größer sein als ti γ. Dies ist eine Funktion der Wirksamkeit des Rührens. Der Flüssigkeilsspiegel 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 Druekverlust im Rohr 4 vernachlässigbai ist, wie es erforderlich ist. genügt der normale Umlauf der folgenden Gleichung:

111-lly llndli

In dieser Formel bedeuten hy und Ii ι, die Höhen des Flüssigkeitsniveaus im Gefäß 1 und im Dekantierbehälter 3 oberhalb des Niveaus des Rohrs 4.

Übrigens soll das \usgleichsrohr 12 wei; genug sein, daß der Druckverlusl. 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 Zirkulalionsgeschwindigkeit 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 Svstern ermöglichen es Versuche, die optimale Geschwindigkeit zu bestimmen. Fine 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 RohrJUL^. . . -

hs ist aucn^Tioglich, der 1 uronie 2 durch däTfwhr-] 1 nicht nur die Gasphase, sondern auch frische Flüssigkeit oder Flüssigkeiten zuzuführen, die in die Apparatur eingespeist werden. Zu diesem Zweck genügt es, daß das Zuführungsrohr oder die -rohre für die Flüssigkeit oder Flüssigkeiten am offenen oberen Ende der Rohrleitung 11 münden.

Natürlich soll ein Gasabzug vorgesehen sein, um den Oberschuß an Gas zu entfernen. Ein solcher Abzug kann entweder am Rohr 21 vorgesehen sein, das am

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 Dekanticrgefäß /ur Ruhe kommt, hindert der gebildete Niederschlag von Feststoffen im Dekantiergefäß und im Rohr 6 ein Funktionieren der Vorrichtung beim erneuten Anstellen. Aus 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 Wiederinbelriebsetzung ermöglicht eine geeignete Vorrichtung eine Suspendierung der dritten Phase im unteren Teil des Dekantiergefäßes. Fine solche Vorrichtung kann aus einem kleinen Nebcnrührer. der in der Zeichnung nicht dargestellt ist, bestehen, oder in der F.inlcitung 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 anstelle der zentralen Anordnung vorgesehensein, und anStclle 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 sieh 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 Dckantier/one 3 in Abb. I 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 sieh 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 Reakiionsflüssigkeit und der 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

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 1-1' die Schnittlinie für' Abb. 2B, und in Abb. 2B ist die Linie U-W die Schnittlinie, längs deren der Schnitt nach Fig. 2A verläuft.

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

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erweitert, um auf diese Weise im Inneren die Fmulgierungs- und Reaklions/onc 30 von der äußeren ringförmigen Dekantier/one 31 abzutrennen. Die Reaktionsmischung, die die dritte Phase in suspendiertem Zustand enthält, strömt kontinuierlich aus der /one 30 in die Zone 31, indem sie durch eine Kerbe 33 überlauft, deren öffnung durch Anordnung einer für diesen Zweck üblichen Vorrichtung regelbar gestaltet sein kann. Die dritte Phase trennt sich durch Dekantalion in eier Zone 31 und sammelt sich im unteren Teil der Zone an. während die von der dritten Phase freie oder im wesentlichen fieie Hüssigkeit kontinuierlich aus der Apparatur durch die Rohrleitung 34 und einen Überlauf 35 außerhalb des (iehäuses 29 abgezogen wird.

Um so weit »sie irgend möglich ein Mitreißen der dritten Phase HK zur Vorrichtung 35 /\λ vermeiden, ist das Rohr 34 \orteilhaft an einer Stelle diametral gegenüber der Überlaufkerbe 33 angeordnet. Die dritte Phase wird \on dem unteren Teil der Zone 31 in όι:η unteren Teil der Zone 30 hinübergeführt, wie dies durch Pfeile am Boden in Abb. 2 Λ gezeichnet ist. Dies geschieht durch die Saugwirkung, die durch die Zirkulation der Flüssigkeit aus der Zone 30 in die Zone 31 und wieder zurück von Zone 31 in Zone 30 stattfindet.

Firne Rohrleitung 36 dient zur Einleitung der flüssigen Reagenzien und gegebenenfalls des Verdünnunus- oder Lösungsmittels in die Nachbarschaft der Turbine 37. Die durch die Rohrleitung 38 zuueführte Gas- oder Dampfphase wiru in Folge der Saugwirkung der Turbine 37 durch die Rohrleitung 39 angesaugt, welche koaxial zu dem vorteilhaft senkrechten Wellenschaft 40 der Turbine angeordnet ist. Die Gas- oder Dampfphase wird mit Hilfe der Turbine in dem gesamten flüssigen Medium oder der Mischung emulgien, und diese t.muigierung verursacht die Zirkulation der Reaktionsmischung, wie bereits erwähnt. Das Ansteigen der Fmulsion in der Zone 30 verursacht eine Saugwirkung sowohl auf die im unteren Teil der Zone vorhandene Flüssigkeit, als auch ai'f die dritte Phase, die sich im unteren Teil der Zone 31 befindet. Vorzugsweise ist dicht am Hoden der Zone 30 ein kleiner Rührer 41 angeordnet, der ebenfalls auf der Rührwelle 40 sitzt, um eine wirksame Wiedergewinnung und auf diese Weise einen befriedigenden Kreislauf der dritten Phase, die aus der Zone 31 kommt, zu bewirken. Die Rolle des Rührers 41 besteht lediglich darin, eine Bewegung der dritten Phase am und über dem Boden des Reaktionsgefäßes zu erwirken, jedoch nicht eine Emulgierung derselben in der Flüssigkeit herbeizuführen. Diese letztere Aufgabe steht vielmehr der Turbine 37 zu.

Eine Abtrennung des größten Teils der dritten Phase in dem ringförmigen Dekantiergefäß 31 erfolgt in der Nähe der Überlaufkerbe 33, usw. in der schraffierten Zone 42 der Abb. 2B. Da die Rücklaufzone für die abgetrennte dritte Phase lediglich vertikale oder we sentlich veriiksit Wände ;πτ."·.'.έ:^ΐ, ist jede Gefahr eines Anhaftens oder einer Anhäufung der festen dritten Phase an den Wänden vermieden

Die Aufgabe der Rohrleitung 43 und 44 besteht darin, den Druck innerhalb der Atmosphäre des oberen Teils des Behälters 29 und des oberen Teils der Vorrichtung 35 auszugleichen. Die Rohrleitung 43 dient auch dazu, die gasförmige Phase entweichen zu lassen.

Natürlich kann die Vorrichtung nach Abb. 2 auch mit einer nicht dargestellten Heiz- oder Kühlvorrichtung versehen sein.

Die Apparatur nach Abb. 3 empfiehlt sich speziell in dem Fall, wenn der feste, in der flüssigen Phase suspendierte Anteil einen Ionenaustauscher darstellt, insbesondere ein lonenaustauscherharz, und zwar gleichgültig ob der Ionenaustauscher dazu benutzt wird, einen Ionenaustausch mit den in der Flüssigkeit voihandenen Ionen vorzunehmen, oder ob es als katalysator für eine chemische Reaktion dient, die in heterogener Phase durchgeführt werden soll.

Hei dieser Apparatur wird die Gasphase, die in der im Reaktor 45 enthaltenen Flüssigkeit dispergiert werden soll, von einem oder mehreren Gasen oder Dämpfen gebildet, die in den unteren Teil des Reaktors durch die perforierte Platte 46 eingeleitet werden. Der bloße Eintritt der Gasphase genügt in diesem l',:'l, um die notwendige Rührbewegung in dem Rcakiionsgefäß herbeizuführen. In dem Fall, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, bildet das Reaktionsgefäß 45 einen Teil einer Destillationskolonne 47. Fs handelt sich um eine der Platten, 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.

Durch die Rohrleitung 50, die die Gesamtmenge der

²S von der Platte 49 abfließenden Flüssigkeit sammelt, wird der Reaktor dicht oberhalb der perforierten Platte 46 mit Flüssigkeit gespeist. In Übereinstininiuns; mit den obigen Ausführungen wird die Dispersion des Ionenaustauschers innerhalb der Flüssigkeit im Reak-

tor duich die Turbulenz erreicht, die bei dem llindurchtritt der Dämpfe, die von der Platte 48 aufsteigen, verursacht wird. Die Dämpfe entweichen dann am oberen Ende des Reaktors zur Platte 49 hin, während die Mischung der Flüssigkeit und des lonenaustau-

schers durch ein Rohr 51 austritt, das mit einem Ventil 52 vor dem Dekantiersiefäß 53 ausgerüstet ist.

Aus dem Dekantiergefäß tritt eine Flüssigkeilsiuenge. die der in der Zeiteinheit in den Reaktor durch die Leitung 50 eintretende Flüssigkeitsmenge entspricht, durch die Rohrleitung 54 aus und wird zu der Platte 4ä geleitet, um im unteren Teil der Kolonne 47 rektifiziert zu werden. Der von der Flüssigkeit durch Dekantieren getrennte Ionenaustauscher wird im Kreislauf aus dem

«a Dekantiergefäß zum unteren Teil des Reaktors zusammen mit der überschüssigen Flüssigkeit durch eine Rohrleitung 55 zurückseleitct, die mit einem Ventil 5i ausgerüstet ist.

Wenn es notwendig ist, frische Reagenzien in den

Reaktor zusätzlich zu der vom Boden 49 durch die Leitung 50 abströmenden Flüssiekeit einzuführen, kann dies durch eine Rohrleitung 57 erfolgen, die beispielsweise in die Rohrleitung 50 einmündet.

Wenn der teilweise inaktiv gewordene Ionenaustau-

scher erneuert werden muß, insbesondere wenn er bei der Verwendung als Ionenaustauscher eine kontinuier- ''^LiÜ^Hira'isation erfährt und ;.. [..!«edesseoJiau. tinuieriich erneuert werden muß, wird kontinuierlich

^e'^{n Tei}' ^{deS Ionenaust}auschers durch die Rohrleitung 58, die mit einem Ventil 59 versehen ist, abgezogen und zu einer Regenerationsstufe geleitet, während kontinuierlich die äquivalente Menge frischen Ionenaustauschers durch die Rohrleitung^, die mit einem Ventil 61 versehen ist, zugeführt wird. Beide zuletzt erwähnten Rohre sind an^die Rohrleitung 55 angeschlossen. Auf diese Weise ist es möglich, eine konstante Reaktionskapazität der Apparatur aufrechtzuerhalten.

Schließlich wird tlas Gleichgewicht der Dampfdrücke im oberen Teil des Reakhonsgefäl.'es und des Dekanüergefäßes durch die Leitung 62 sichergestellt.

Die folgenden Beispiele erläutern verschiedene Anwendungsformen des Verfahrens und der Vorriehlung gemäß der Windung.

Beispiel 1

Das Beispiel bezieht sich auf die Hydrierung von Dinitrotoluolen in die entsprechenden Toluol-Diamine. In diesem I all wird eine Mischung der isomeren 2,4- und 2,6-Dmitrotoluole der Hydrierung unterAorfen. Da die verschiedenen isomeren Dinitrotoluole während der Hydrierung das gleiche Verhalten /eigen, ist es möglich, irgendeines dieser Isomeren oder Mischungen '⁵ hiervon zu behandeln, d. h., daß die genaue Zusammensetzung der zu behandelnden Mischung keinen liinfluß auf den Gang des Verfahrens hat.

Is wird hierbei eine Vorrichtung ähnlich der in Abb. 1 dargestellten benutzt, die folgende Merkmale aufweist:

Ciefäß 1:

Material: gewöhnlicher Stahl

Innerer Durchmesser: 1600 mm ^2S

GesanVihöhe: 2.8 m

Höhe der Reaktio.smasse im Gefäß während des Verfahrens: 2 m

Volumen der Reaktionsmasse während des Verfahrens: 3200 1

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

Geschwindigkeit des Rührers 2: 500 UpM

Volumenzunahme der Masse während des Verfahrens gegenüber dem Ri !iczustand: 30 bis 35",,

Dekantiergefäß 3:

Material: gewöhnlicher Stahl

Größter innerer Durchmesser: 1600 mm

Scheite! des Konus: 30

Die Arbeitsbedingungen waren folgende:

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

Zuführung von 96 volumprozentigem Äthylalkohol als Lösungsmittel in Behälter 1 durch Rohrleitung 9: 4(K) 1 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 Rohrleitune 20 zuseführt): 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

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Unter diesen Umständen betrug der Gehalt an Trinitrotoluol 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 aufzukonzentrieren und die Rohmischung der ΙιΊιιοΙ-Diamine /u rektifizieren, um sie von einigen Neben produkten 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 Dinitrotoluole.

Beispiel 2

Das Beispiel bezieht sich auf die Hydrierung son Mononitroben/.ol zu Anilin.

Die Reaktion svurde in einer Vorrichtung nach Beispiel I durchgeführt: die Arbeitsbedingungen waren folgende:

Zufuhr von Mononitroben/ol zum Reaktor:

800 kg, h
Zufuhr des 96 volumpro/entigcni Äthylalkohols als Lösungsmittel zum Reaktor: 320 I !1 Temperatur innerhalb des Reaktors; 100 C Wasserstoffdruck: 20 bis, 25 · H)⁵ Pa Katalysator: reduziertes Nickel auf einem hoehgereinigteii, feindispersem, durch Hammenhydrolyse hergestelltem, Siliziumdioxyd (handelsüblichem >v\erosil«) in feinverteiltem z'ustand

Nickelgehalt der Reaktionsmischung: 20 g 1 Strömungsgeschwindigkeit der Mischung durch Rohrleitung 6: 6 bis 1.0 m^:1 h

Lnler diesen Bedingungen betrug der Gehalt der rohen Reaktionsmischung, die durch die Rohrleitung 17 abgezogen wurde, an Mononitroben/.ol weniger als 20 mg I. und sein Nickelgehall lag unter 500 mg 1.

Das Rohpii-.viuki wurde in üblicher Weise destilliert.

Die Anilmausbeute — berechnet auf das umgesetzte Mononitrobenzol — betrug etwa 99",.

Beispiel 3

Das Beispiel bezieht sich auf die Hydrierung \on Monobutylimin zu Monobutylamin. Diese Reaktion wird in bekannter Weise in Gegenwart von Ammoniak durchgeführt, um eine Bildung \on >ekundären 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 mit einem Dekantiergefäß besteht, wie es in Abb. 1 dargestellt ist, die aus gewöhnlichem Stahl hergestellt sind. Aus Gründen der Vereinfachung werden die Organe oder Einrichtungen der ersten Gruppe mit den Be zugszeichen der Abb. 1 bezeichnet, also beispielsweise Gefäß 1, Dekantiergefäß 3. Die der zweiten Gruppe sollen mit den gleichen Ziffern, aber mit einem Strich, bezeichnet werden also beispielsweise Behälter 1', ÜekaniiergeiaU i .

Die Apparatur in den beiden Gruppen wurde unter einem Wasserstoff druck von 20 · 10^s Pa gehalten, wobei der Wasserstoff im Gefäß I durch die Rohrleitung 20 und im Gefäß Γ durch die Rohrleitung 20' zugeleitet wurde.

Der Behälter 1 in der ersten Gruppe wird durch die Rohrleitung 8 mit Monobutylimin beschickt, das etwas Wasser und eine kleine Menge Ammoniak enthält, und durch Rohrleitung 9 mit flüssigem Ammo-

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

Der Behälter Γ 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 Monobutylamin, dessen Hydrierung praktisch in der Apparatur der zweiten Gruppe vervollständigt wird. Die Rohrleitung 9' bleibt hier unbenutzt.

Jedes Reaktionsgefäß hat eine nutzbare Kapazität von 10 I 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.

Die Abmessungen der Einheiten der Apparaturen waren folgende:

Behälter 1 und Γ:

Durchmesser 180 mm

Gesamthöhe 60 cm

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

Rührerdrehzahl (2 und 2'): 1500 UpM

Dekanticrgefä&e 3 und 3':

maximaler Durchmesser: 180 mm

Scheitel des Konus: 30

Gesamthöhe: 65 cm

Maximalhöhe der Flüssigkeit in den Dekantiergefäßen: 47 cm

OJ

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 Strömungsgcschwindigkeit der Mischung, die durch die Rohrleitung 6 (6') strömte, 25 l/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

Dibuiylamin 180 g

Monobutylimin 180 g

Wasser .'. 700 g

Ammoniak 2320 g

Fcinverteiltcs Nickel 0,8 g

Zweite Gruppe
Zufuhr durch Leitung 8':

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

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 Mischuna ist das fertige Rohprodukt des Verfahrens.

Die G.esamtausbeute an Monobutylamin und Dibutylamin betrug 96,5 °_o.

Beispiel 4

Das Beispiel bezieht sich auf die Hydrierung von Methylamin-Propionitril der Formel CH₃-NH-CH,-CH₂-CN zu Methylamin-Propylamin der Formel CH₃-NH-CH₂-CHo-CH₂-NH₂; ein Verfahren, das in Gegenwart von Ammoniak durchgeführt wird.

Die Apparatur besteht aus zwei Reaktions-Dekantierungselemenien dtr 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 Reaktionsmischung 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) betruc 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 35 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 erhaltener Mischung nach üblichen Verfahren wurden 2520 g ües gewünschten Diamins und 100 g hochsiedender Nebenprodukte erhalten

Die Diaminausbeute beträgt 96,3%.

60

Beispiel 5

Das Beispiel veranschaulicht die Absorption \oi

Propylen in wäßnger Schwefelsaure. Die Rcaktior stellt die erste Stufe der Herstellung von Isopropano aus Propylen dar; die zweite Stufe besteht in der Hv drolysf der erhaltenen Isopropylsulfate.

Wie in Beispiel 3 werden zwei Gruppen von Appa raturen verwendet, die in Reihe geschaltet sind, wobe

/(ο

jede Gruppe aus einem Behälter mit einem Dekantiersystem gemäß Abb. I besteht, die aus rostfreiem Stahl mit einer inneren Bleiauskleidung 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 der Organe oder Einheiten wie folgt;

Behälter 1 und Γ:

Durchmesser: 180 mm

Gesamthöhe: 20 cm

Niveau des Überlaufs durch die Leitungen 4 und 4'

(Höhe /?>: 17,5 cm
Drehzahl der Rührer 2 und 2': 1000 LJpM

Dekantiergefäße 3 und 3':

Ma>;imaldurchmesser: 165 mm
Scheitel des Konus: 45
Höhe des Konus: 20 cm

Höhe des zylindrischen Teils oberhalb des Konus: 3 c:m

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 Dekanliergefäß 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 Rohrleitung9' eingeführt. Der Behälter Γ empfängt auch durch die Rohrleitung 8' die saure Lösung der Isopropylsulfate. die aus der ersten Apparaturgruppc auftritt, 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 i.Ssorhiertcn Teil des Ausgangspropylens: sie wird durch die Leitung 17' abgezogen und nach Fintspannung durch die Leitung 9 in die erste Apparalcgruppc. nämlich in den Behälter 1. eingeleitet. Der Behälter 1 empfängt auch durch die Leitung 8 wäßrige Schwefelsaure, die 75 Gewichtsprozent H₂SO₁ 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

^ϊ0 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 lsopropylsulfats weitergelcitet.

In die Vorrichtung, die wie oben beschrieben arbeitet, werden innerhalb 1 h 2,5 I 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- I0⁵ Pa (effektiv)

Druck im Behälter Γ: 25 · 10"' Pa (effektiv)

Temperatur im Behälter 1: 65 C

Temperatur im Behälter Γ: 62 C

Äthylengehalt des unreinen, überschüssigen Propylens, das aus der ers'.cn Gruppe durch die Leitung 17 abgengen wird: 50 Gewichtsprozent

Die lsopropanolausbeute nach der darauffolgenden Hydrolyse betrug 96°,,.

Beispiel 6

Das Beispiel bezieht sich auf eine Neutralisation eines alkalischen Produkts mit. Hilfe eines lonenaustauschers, 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 Aldolkondensationsrcaktion des Acetaldehyds unter Einwirkung von Natriumhydroxyd in Gegenwart von Äthanol als Lösungsmittel stattfindet. Dabei wird ein 96volumpro7entiger 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 perforierten Platte 46 eine Mischung von Acetaldol.

nicht umgewandeltem Acetaldehyd, wäßrigem Äthanol und Natriumhydroxyd zugeführt. Die Alkalität dieser Mischung wird im 13ehälter45 dadurch neutralisiert, daß sie mit einem Anionen-Austauscherharz in

zugeführten Mengen der Reaktionsteilnehmer werden derart bemessen, daß die Azidität der durch die Leitung 54 zum Boden 48 strömenden Flüssigkeit konstant bleibt. Die Azidität wird in absoluten Werten ir

bi

Berührung gebracht wird.'Das Rühren geschieht durch 5 Abhängigkeit von der Arbeitstemperatur und derr

g g

die hindurchströmenden Acetaldehyddämpfe, die aus dem unteren Abschnitt, nämlich der Acetaldehyd-Trennstufe, der Kolonne aufsteigen und in den oberen Abschnitt, nämüch die Aldolkondensationszone, zurückkehren.

Wenn der Anionen-Austauscher zu einem Ausmaß von etwa 60% seiner Ionenaustauschkapazität neutralisiert ist, beginnt ein kontinuierliches Abziehen eines Teils davon durch die Rohrleitung 58. Der abge-

Alter des Ionenaustauschers fixiert.

Die nach dem Dekantieren des Katalysators ir Dekantiergefäß 53 erhaltene, durch die Leitung 54 abströmende Flüssigkeit enthält außer 2-Äthoxy-Äthyl· ίο acetal noch 2-Äthoxy-ÄthanoS und Essigsäure, da nui eine teilweise Umsetzung der Reaktionsteilnehmer irr Reaktor erreicht wird.
Im unteren Teil der Kolonne 47 werden da:

_>wi„^„_miii, 2-Äihoxy-Äthanoi und die Essigsäure von der Flüssig

zogene Teil wird zu erner"h"ier"nicht"dargesteliten '5 keil abgetrennt und in Dampfform durch die perfo Regeneriereinrichtung für den Ionenaustauscher ge- rierte Platte 46 in den Reaktor zurückgeleitet, wahrenc schickt, während durch die Rohrleitung 60 kontinuierlich eine Menge von frischem Ionenaustauscher
zueeführt wird, die der Mcnue des durch die Leitung 58

abgezoeenen Austauschers "entspricht, um auf diese « enthaltende 2-Athoxy-Athylacetat abgezogen wird Weise eine konstante Neutralisationskapazität der im Diese hochsiedenden Nebenprodukte werden in emei 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 »5 Reaktionswasser in üblicher Weise unter Benutzung diese Weise in dem unteren Teil der Kolonne einen der Bildung einer heterogenen azeotropischen Mi Teil des Acetaldehyde abzutrennen. schung von Wasser mit einer Hilfsflüssigkeit abge

trennt, insbesondere einer Hilfsflüssigkeit aus flüssiger Kohlenwasserstoffen wie Cyclohexan, wobei dii Reaktionsteilnehmer — nämlich 2-Äthoxy-Äthano und Essigsäure — zum Boden des Kolonnenabschnitt und zum Reaktor zurückgeleitet werden.

Die aktive Lebensdauer des hier als Katalysato verwendeten Ionenaustauschers ist sehr erheblich; sii

am unteren Ende der Kolonne das von diesen beider Reaktionsteilnehmern befreite und nur noch eint kleine Menge von hochsiedenden Nebenprodukter

weiteren, hier nicht gezeichneten Destillaiionskolonnt abgetrennt.

Im unteren Abschnitt der Kolonne 47 wird da;

Beispiel 7

Das Beispiel veranschaulicht die Herstellung von 2-Äthoxyäthylacetat durch Verestern von 2-Äthoxy-I-Äthanol mit Essigsäure in einem Reaktionsgefäß

nach Abb. 3, das sich in einer Kolonne 47 befindet
und mit einem sauren Kationenaustauscherharz —vor- ³5 beträgt mehrere 1000 h. Es ist daher nicht notwendig zugsweise einem Arylsulfonharz — beladen ist. ihn kontinuierlich zu reaktivieren, so daß die Rohr

leitungen 58 und 60 überflüssig sind.

DieAusbeute an Ester beträgt etwa 98%, berechne

Der Reaktor empfang! außer der vom Boden 49 durch die Leitung 50 zurückströmenden Flüssigkeit kontinuierlich eine konstante Menge von 2-Äthoxy-

auf das in Reaktion getretene 2-Äthoxy-Äthanol ode

Äthanol und Essigsäure d;irch die Rohrleitung 57. Die ⁴° 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 K reislauf führung 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, dadurch gekennzeichnet, daG 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 Oherleil des Rcaktionsgefäßes eine Überführungsleitung zur Dekantiervorrichtung vorgesehen ist, von dcrcri'i unteren Bereich eine Rückführungsleitung in den unteren Bereich des Reaktionsgefäßes fühlt, dadurch ge- 3« kennzeichnet, daß das Verhältnis der Höhe des Reaktionsgefäßes zum Durchmesser den Wert 3:1 nicht übersteigt und daß innerhalb des Reaktionsgefälks (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 (1!) 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- *5 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 Verfahre is 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 erweitert und so innerhalb des F.insatzes (32) die Reaktionszone (30) bildet, die mit Zufuhrlcitungcn (36). (3·)) 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 Saugbcreich 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 (3!) 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 (45) 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 darunterliegenden Boden (48) und vom unteren Teil dos Dekantiergefäßes (53) eine Rückführleitung (54) zum Boden (46) des Reaktors verläuft.